JPH0614774A - Novel heat-resistant beta-galactosidase and its production - Google Patents

Novel heat-resistant beta-galactosidase and its production

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JPH0614774A
JPH0614774A JP28359892A JP28359892A JPH0614774A JP H0614774 A JPH0614774 A JP H0614774A JP 28359892 A JP28359892 A JP 28359892A JP 28359892 A JP28359892 A JP 28359892A JP H0614774 A JPH0614774 A JP H0614774A
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JP
Japan
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galactosidase
enzyme
heat
activity
resistant
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Application number
JP28359892A
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Japanese (ja)
Inventor
Haruhisa Hirata
晴久 平田
Hirosuke Okada
弘輔 岡田
Seiji Negoro
誠司 根来
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Wakamoto Pharmaceutical Co Ltd
Original Assignee
Wakamoto Pharmaceutical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To find out the novel heat-resistant beta-galactosidase suitable for the production of low lactose milk and for the decomposition of lactose in whey, and to establish the method for producing the same. CONSTITUTION:The novel heat-resistant beta-galactosidase is contained in a culture product obtained by culturing Bacillus subtilis holding a recombined plasmid containing the heat-resistant beta-galactosidase gene of Bacillus stearothermophilus, and the method for producing the beta-galactosidase. The novel heat-resistant beta-galactosidase exhibits excellent heat resistance in comparison with a heat- resistant beta-galactosidase originated from known Bacillus.stearothermophilus, and also exhibits excellent substrate affinity in comparison with commercially available enzymes.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は新規な耐熱性β−ガラク
トシダーゼおよびその製造法に関する。β−ガラクトシ
ダーゼは乳糖をガラクトースとグルコースに加水分解す
る酵素で、低乳糖牛乳の製造に用いられたり、チーズ製
造の際副産物として大量に生成する乳清(Whey) 中
の乳糖からガラクトース又はグルコースを製造するため
に用いられる等食品加工に広く利用されている。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a novel thermostable β-galactosidase and a method for producing the same. β-Galactosidase is an enzyme that hydrolyzes lactose into galactose and glucose, and is used for the production of low-lactose milk, or produces galactose or glucose from lactose in whey, which is produced in large quantities as a by-product during cheese production. It is widely used in food processing such as used to

【0002】食品加工に利用する酵素は加工中の微生物
汚染を防ぐ観点から高温使用に耐え得るものが望まし
い。又、この酵素は乳糖不耐症を治療するための医薬品
としても利用されており、この場合でも耐熱性の優れて
いる方が製剤の安定性の点で好ましい。本発明は、これ
らの要望に答えるため、耐熱性の優れたβ−ガラクトシ
ダーゼを工業的有利に製造する方法を確立することを目
的とするものである。
The enzyme used for food processing is preferably one that can withstand high temperature use from the viewpoint of preventing microbial contamination during processing. This enzyme is also used as a drug for treating lactose intolerance, and even in this case, it is preferable that the enzyme has excellent heat resistance from the viewpoint of stability of the preparation. In order to meet these demands, the present invention aims at establishing a method for industrially producing β-galactosidase having excellent heat resistance.

【0003】[0003]

【従来の技術及び問題点】好熱性のバシルス(Baci
llus) 属細菌が耐熱性β−ガラクトシダーゼを産生
すること、及びその微生物菌体を固定化して牛乳処理を
行い低乳糖牛乳を得ることは、例えば次の、及び
の文献に記載されている。 アール・イー・グッドマン等;カナディアン ジャ
ーナル オブ ミクロバイオロジー22巻,817−8
25頁(1976年) 〔R.E.Goodman,et
al;Canadian Journal of M
icrobiology,22,817−825(19
76)〕 エム・ダブリュー・グリフィッス,等;ジャーナル
オブ ザ サイエンス オブ フッド アンド アグ
リカルチャー,29巻,753−761頁(1978
年) 〔M.W.Griffiths,et al;Jo
urnal ofthe Science of Fo
od and Agriculture,29,753
−761(1978)〕および特開昭54−16388
9号公報 ティー・コバヤシ,等;ジャーナル オブ ファー
メンテーション テクノロジィー,56巻,309−3
14頁(1978年) 〔T.Kobayashi,et
al;Journal of Fermentati
on Technology,56,309−314
(1978)〕 しかしながら、これらの従来法では酵素の生産性が低
く、酵素自体の基質(乳糖) に対する親和力が小さく、
耐熱性も充分でない等の問題があった。
2. Description of the Related Art Thermophilic Bacillus (Baci)
It is described in, for example, the following documents that bacterium belonging to the genus llus) produces thermostable β-galactosidase, and that microbial cells are immobilized and milk treatment is performed to obtain low-lactose milk. AR Goodman et al .; Canadian Journal of Microbiology, Vol. 22, 817-8.
Page 25 (1976) [R. E. Goodman, et
al; Canadian Journal of M
microbiology, 22 , 817-825 (19
76)] M W. Griffith, et al .; Journal of the Science of Hood and Agriculture, 29, pp. 753-761 (1978).
Year) [M. W. Griffiths, et al; Jo
urinal of the Science of Fo
od and Agricultural, 29, 753
-761 (1978)] and JP-A-54-16388.
No. 9, Gazette T. Kobayashi, et al .; Journal of Fermentation Technology, Volume 56, 309-3
P. 14 (1978) [T. Kobayashi, et
al; Journal of Fermentati
on Technology, 56 , 309-314.
(1978)] However, in these conventional methods, the productivity of the enzyme is low, and the affinity of the enzyme itself for the substrate (lactose) is small,
There were problems such as insufficient heat resistance.

【0004】本発明者等は、先きに、遺伝子組換技術を
利用して、バシルス・ステアロサーモフィラス IAM
11001の耐熱性β−ガラクトシダーゼ遺伝子をベク
ターを介して大腸菌に導入することに成功し、この遺伝
子組換え大腸菌(エシエリヒア・コリ294−43(p
H G2) 、微工研菌寄第7233号〕の培養による耐
熱性β−ガラクトシダーゼの製造法を完成し、特許出願
した。(特願昭58−171077号) 。
The inventors of the present invention have previously used the gene recombination technique to utilize Bacillus stearothermophilus IAM.
The thermostable β-galactosidase gene of 11001 was successfully introduced into Escherichia coli via a vector, and this recombinant Escherichia coli (Escherichia coli 294-43 (p
HG2), and a method for producing thermostable β-galactosidase by culturing Microorganism Research Institute No. 7233], and filed a patent application. (Japanese Patent Application No. 58-171077).

【0005】この方法によれば、耐熱性の非常に優れた
β−ガラクトシダーゼを取得出来、しかもこの方法によ
る酵素は単純な加熱処理で高度に精製されることから、
工業生産に於ける精製工程の簡略化を可能にしたが、酵
素の生産量がやや低い欠点があった。
According to this method, β-galactosidase having extremely excellent thermostability can be obtained, and since the enzyme by this method is highly purified by a simple heat treatment,
Although it has made it possible to simplify the purification process in industrial production, it has the drawback that the enzyme production is rather low.

【0006】[0006]

【発明の構成】本発明はバシルス・ステアロサーモフィ
ラスIAM11001の耐熱性β−ガラクトシダーゼ遺
伝子をベクターを介して導入した新規な枯草菌を培養し
て得られる培養物から耐熱性β−ガラクトシダーゼを工
業的有利に取得することに成功し、この取得したβ−ガ
ラクトシダーゼが優れた耐熱性と高い基質親和性を兼備
している新規酵素であることを確認したことに基くもの
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention provides a thermostable β-galactosidase from a culture obtained by culturing a novel Bacillus subtilis in which a thermostable β-galactosidase gene of Bacillus stearothermophilus IAM11001 is introduced via a vector. It was based on the fact that the obtained β-galactosidase was a novel enzyme having both excellent thermostability and high substrate affinity.

【0007】従って本発明は次の各発明を包含してい
る。 (1) 下記の理化学的性質を有する新規な耐熱性β−ガ
ラクトシダーゼ 1)作用及び基質特異性 β−D−ガラクトシド結合を有する基質を加水分解して
D−ガラクトースを遊離する。
Therefore, the present invention includes the following respective inventions. (1) Novel thermostable β-galactosidase having the following physicochemical properties 1) Action and substrate specificity A substrate having a β-D-galactoside bond is hydrolyzed to release D-galactose.

【0008】2)至適pH及び安定pH範囲 至適pH:5.5 安定pH範囲:5.5〜9.0 3)作用適温の範囲 活性至適温度:約70℃ 4) 安定温度範囲 温度55℃,60℃及び65℃におけるβ−ガラクトシ
ダーゼ活性の半減期はそれぞれ約620時間,150時
間及び55時間。
2) Optimum pH and stable pH range Optimum pH: 5.5 Stable pH range: 5.5 to 9.0 3) Optimum temperature range of action Optimum temperature of activity: about 70 ° C 4) Stable temperature range Temperature The half-lives of β-galactosidase activity at 55 ° C, 60 ° C and 65 ° C are about 620 hours, 150 hours and 55 hours, respectively.

【0009】5)金属イオンの影響 濃度1mM添加の場合、Mg2+,Ca2+,Cu2+,Fe
2+,Co2+及びLi+は本酵素の活性を阻害しないが、
Ag+ は約80%以上阻害し、Hg2+は約90%以上阻
害する。 6)分子量:約67000(SDS−ポリアクリルアミ
ドゲル電気泳動法による) 7) ラクトースに対するミハエリス定数(Km)
2.4mM (2)バシルス・ステアロサーモフィラスの耐熱性β−
ガラクトシダーゼ遺伝子を含むDNA断片をベクタープ
ラスミドpUB110にくみ込んだ新規組換えプラスミ
ドpHG5を保持する枯草菌バシルス・ズブチリスMI
111(pHG5)を適当な栄養源を含む媒体で培養し、
請求項1記載の耐熱性β−ガラクトシダーゼを採取する
ことを特徴とする耐熱性β−ガラクトシダーゼの製造
法。
5) Effect of metal ion When adding a concentration of 1 mM, Mg 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , Fe
2+ , Co 2+ and Li + do not inhibit the activity of this enzyme,
Ag + inhibits about 80% or more, and Hg 2+ inhibits about 90% or more. 6) Molecular weight: about 67,000 (by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis) 7) Michaelis constant (Km) for lactose
2.4 mM (2) Heat resistance β- of Bacillus stearothermophilus
Bacillus subtilis MI carrying a novel recombinant plasmid pHG5 in which a DNA fragment containing a galactosidase gene is inserted into a vector plasmid pUB110.
111 (pHG5) was cultured in a medium containing an appropriate nutrient source,
A method for producing a thermostable β-galactosidase, comprising collecting the thermostable β-galactosidase according to claim 1.

【0010】本発明を実施するにあたり、使用する微生
物はバシルス・ステアロサーモフィルスの耐熱性β−ガ
ラクトシダーゼ遺伝子を含む組換えプラスミドpHG5
を保持するバシルス・ズブチリスMI 111(pHG5)
で、この微生物は工業技術院微生物工業技術研究所に微
工研条寄第911号(FERM BP−911) として
寄託されている。
In carrying out the present invention, the microorganism used is a recombinant plasmid pHG5 containing the thermostable β-galactosidase gene of Bacillus stearothermophilus.
Bacillus subtilis MI 111 (pHG5)
This microorganism has been deposited at the Institute of Microbial Engineering, Institute of Industrial Science and Technology as Micro Engineering Research Article No. 911 (FERM BP-911).

【0011】本発明のβ−ガラクトシダーゼは上記バシ
ルス・ズブチリスMI 111(pHG5) を栄養源含有培
地に接種し、好気的に培養することによって製造され
る。培養に際しては、炭素源として例えばグルコース、
ラクトース、デンプン、デキストリン、グリセリン、糖
蜜など資化し得る有機炭素化合物が利用され、一方、窒
素源としては、例えば大豆粉、綿実粉、カゼイン、ペプ
トン、酵母エキス、肉エキス、アミノ酸類、アンモニウ
ム塩などの有機窒素化合物や無機窒素化合物が利用でき
る。さらに必要に応じて、ナトリウム塩、カリウム塩、
カルシウム塩、マグネシウム塩、リン酸塩などの無機塩
類を単独あるいは適宜組合わせて使用することができ
る。
The β-galactosidase of the present invention is produced by inoculating Bacillus subtilis MI 111 (pHG5) in a nutrient-containing medium and aerobically culturing. During the culture, for example, glucose as a carbon source,
Lactose, starch, dextrin, glycerin, molasses and other assimilable organic carbon compounds are used, while nitrogen sources include, for example, soybean flour, cottonseed flour, casein, peptone, yeast extract, meat extract, amino acids, ammonium salts. Organic nitrogen compounds such as and inorganic nitrogen compounds can be used. If necessary, sodium salt, potassium salt,
Inorganic salts such as calcium salts, magnesium salts and phosphates may be used alone or in appropriate combination.

【0012】培養法としては一般に酵素の生産に用いら
れている方法が採用されるが、液体培養法では、特に好
気性に保つために深部通気攪拌培養が好ましく、実験室
的にはフラスコによる通常の振盪培養が適している。培
養温度は通常20〜45℃で可能であるが、好ましくは
35〜42℃に保つことが望ましい。培養のpHは6〜
8付近で可能であるが、好ましくは7付近に保つことが
望ましい。培養日数は1〜6日間で可能である。
As the culturing method, a method generally used for enzyme production is adopted, but in the liquid culturing method, deep aeration stirring culturing is preferable in order to keep it aerobic, and in the laboratory, it is usually a flask. Shaking culture of is suitable. The culture temperature can be usually 20 to 45 ° C, but it is desirable to maintain it at 35 to 42 ° C. PH of culture is 6 ~
It is possible to be around 8, but it is desirable to keep around 7. The number of culture days can be 1 to 6 days.

【0013】培養物中に蓄積された本発明の酵素を採取
するためには、通常の酵素の分離精製法が利用できる。
すなわち本発明の酵素は培養菌体中に含まれているの
で、まず培養物を減圧濾過または遠心分離することによ
って菌体を得る。菌体をリン酸緩衝液などの適当な緩衝
液に懸濁し、超音波破砕法やフレンチプレス法で破砕
後、遠心分離し上清(細胞抽出液) を採取する。この細
胞抽出液中に含まれる本酵素の精製は、熱処理および通
常のタンパク質の精製法、例えばイオン交換クロマトグ
ラフィー、ゲル濾過等の方法により行われるが、特に熱
処理が有効である。この熱処理による精製法はバシルス
・ステアロサーモフィラスやサーマス・サーモフィラス
から耐熱性β−ガラクトシダーゼを取得するための従来
方法とは異なり、新規かつ有効な方法である。
In order to collect the enzyme of the present invention accumulated in the culture, a usual method for separating and purifying the enzyme can be used.
That is, since the enzyme of the present invention is contained in cultured cells, the cells are first obtained by vacuum filtration or centrifugation of the culture. The cells are suspended in an appropriate buffer such as phosphate buffer, disrupted by ultrasonic disruption method or French press method, and then centrifuged to collect the supernatant (cell extract). Purification of the present enzyme contained in this cell extract is carried out by heat treatment and usual protein purification methods such as ion exchange chromatography and gel filtration. The heat treatment is particularly effective. This purification method by heat treatment is a novel and effective method, unlike the conventional method for obtaining thermostable β-galactosidase from Bacillus stearothermophilus or Thermus thermophilus.

【0014】即ち、好熱菌の生産する蛋白質は全て熱安
定性が良いため、細胞抽出液を熱処理した場合、全蛋白
質が徐々に変性するのみで、特にβ−ガラクトシダーゼ
のみが精製されることはない。これに対し、常温菌の枯
草菌に好熱菌の遺伝子を組込んだ本発明の新規微生物が
産生する。
That is, since all the proteins produced by thermophiles have good thermostability, when the cell extract is heat-treated, all the proteins are gradually denatured, and in particular, only β-galactosidase is purified. Absent. On the other hand, the novel microorganism of the present invention in which the thermophilic bacterium gene is incorporated into Bacillus subtilis, which is a room temperature bacterium, is produced.

【0015】本発明酵素は熱安定性の点で、元の枯草菌
の蛋白質とは大差があり、約70℃、15〜30分程度
の加熱処理で枯草菌の蛋白質は大部分変性して沈殿とな
るが、本発明の酵素はほとんど変性せず熱処理液中に溶
解している。この熱処理液を遠心分離するだけで、上清
に純度の上昇した本発明の酵素が得られる。
The enzyme of the present invention has a large difference from the original Bacillus subtilis protein in terms of heat stability. Most of the Bacillus subtilis protein is denatured and precipitated by heat treatment at about 70 ° C. for about 15 to 30 minutes. However, the enzyme of the present invention is hardly denatured and is dissolved in the heat treatment solution. By simply centrifuging the heat-treated solution, the enzyme of the present invention having an increased purity can be obtained in the supernatant.

【0016】この熱処理による簡便かつ効率の良い分離
精製法は本発明により初めて可能になった新規技術であ
る。次に本発明を詳細に説明するため実施例を示す。
The simple and efficient method of separation and purification by this heat treatment is a novel technique made possible for the first time by the present invention. Next, examples will be shown in order to explain the present invention in detail.

【0017】[0017]

【実施例】【Example】

実施例1 β−ガラクトシダーゼの製造及び耐熱性試験 バシルス・ズブチリスMI 111(pHG5) をカナマイ
シン5μg/mlを含むLL培地(トリプトン1%,酵
母エキス0.5%,NaCl 0.5%,乳糖0.2
%,pH7.0) 150ml中で、37℃、16時間振
とう培養し、集菌後、Z緩衝液(0.1Mリン酸緩衝液
(pH7.0) 、10mM KCl、1mM MgSO
4 、50mM 2−メルカプトエタノール) 3mlに懸
濁する。超音波処理後、遠心分離(15,000rp
m,15分) して得た上清を細胞抽出液とした。
Example 1 Production of β-galactosidase and heat resistance test Bacillus subtilis MI 111 (pHG5) LL medium containing 5 μg / ml of kanamycin (tryptone 1%, yeast extract 0.5%, NaCl 0.5%, lactose 0. Two
%, PH 7.0), shake culture at 37 ° C. for 16 hours in 150 ml, and after collecting the bacteria, Z buffer (0.1 M phosphate buffer (pH 7.0), 10 mM KCl, 1 mM MgSO 4).
4 , 50 mM 2-mercaptoethanol) 3 ml. After ultrasonic treatment, centrifuge (15,000 rp
m, 15 minutes) and the resulting supernatant was used as a cell extract.

【0018】この細胞抽出液の70℃、30分間の熱処
理前後のβ−ガラクトシダーゼ活性を、基質としてO−
ニトロフェニル−β−D−ガラクトピラノシド(以下O
NPGと称す) を用いて下記のようにして測定した。
0.8mg/mlのONPGを含むZ緩衝液2mlと酵
素液0.4mlを混合し、65℃で一定時間放置後、1
M Na2 CO3 1mlを加えて氷冷し、反応により生
じたO−ニトロフェノールの量を420nmの吸光度に
より測定した。1分間に1μmolのO−ニトロフェノ
ールを遊離する酵素量を1Uとした。
The β-galactosidase activity of this cell extract before and after heat treatment at 70 ° C. for 30 minutes was used as a substrate for O-.
Nitrophenyl-β-D-galactopyranoside (hereinafter O
(Hereinafter referred to as "NPG").
2 ml of Z buffer solution containing 0.8 mg / ml of ONPG and 0.4 ml of enzyme solution were mixed and allowed to stand at 65 ° C. for a certain time, and then 1
1 ml of M Na 2 CO 3 was added and ice-cooled, and the amount of O-nitrophenol generated by the reaction was measured by the absorbance at 420 nm. The amount of enzyme that liberates 1 μmol of O-nitrophenol in 1 minute was set to 1U.

【0019】比較のため、エシエリヒア・コリ294−
43(pHG2) をテトラサイクリン(5μg/ml)
を含むLL培地で培養し、上記と同様にして得た細胞抽
出液およびバシルス・ステアロサーモフィルスIAM1
1001をLL培地で55℃で培養して得た細胞抽出液
を用い、同様に試験した。その結果は表1の通りであ
る。
For comparison, Escherichia coli 294-
43 (pHG2) with tetracycline (5 μg / ml)
Cell extract and Bacillus stearothermophilus IAM1 obtained by culturing in LL medium containing
The cell extract obtained by culturing 1001 in LL medium at 55 ° C. was tested in the same manner. The results are shown in Table 1.

【0020】[0020]

【表1】 表1から明らかなように、本発明及び比較1のβ−ガラ
クトシダーゼは70℃、30分の加熱処理後の活性残存
率が90%及び81%であり、比較2の場合の33%に
比較し、著しく高い値を示し、耐熱性が非常に優れてい
た。加熱処理による各酵素の精製効果についてみれば、
本発明及び比較1の酵素はそれぞれ比活性が3.2倍及
び4.5倍向上したのに対し、比較2の場合は逆に0.
8倍に低下した。
[Table 1] As is clear from Table 1, the β-galactosidases of the present invention and Comparative Example 1 have 90% and 81% of residual activity after heat treatment at 70 ° C. for 30 minutes, which is 33% of Comparative Example 2. The value was extremely high, and the heat resistance was very excellent. Looking at the purification effect of each enzyme by heat treatment,
The enzyme of the present invention and the enzyme of Comparative Example 1 improved the specific activity by 3.2 times and 4.5 times, respectively, whereas in the case of Comparative Example 2, conversely, the specific activity was reduced to 0.
It has decreased eight times.

【0021】各微生物の耐熱性酵素の生産性〔加熱後の
活性(U/ml)〕についてみれば、本発明によれば比
較1の約29倍、又は比較2の20倍収率が向上した。
なお、加熱処理による本酵素の精製効果をさらに詳しく
調査するため、本発明微生物、バシルス・ズブチリスM
I 111(pHG5) とその宿主微生物、バシルス・ズブ
チリスMI 111(pUB110) について、細胞抽出液
及びそれぞれを70℃、15分熱処理した液を試料とし
て、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動{ユー・
ケー・レンムリー;ネイチャー,227巻,680−6
85頁(1970年) 〔U.K.Laemmli;Na
ture 227,680−685(1970)〕を行
った。
Regarding the productivity of the thermostable enzyme of each microorganism [activity after heating (U / ml)], according to the present invention, the yield was improved by about 29 times as compared with Comparative 1 or 20 times as much as Comparative 2. .
In order to investigate the purification effect of this enzyme by heat treatment in more detail, the microorganism of the present invention, Bacillus subtilis M
I 111 (pHG5) and its host microorganism, Bacillus subtilis MI 111 (pUB110), were subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis using a cell extract and a solution obtained by heat treating each of them for 15 minutes at 70 ° C.
K. Renmley; Nature, Volume 227, 680-6
Page 85 (1970) [U. K. Laemmli; Na
true 227 , 680-685 (1970)].

【0022】この試験に於いて、標準品として後記する
実施例2で得た精製β−ガラクトシダーゼを用い、分子
量マーカー蛋白質として、RNA−ポリメラーゼ(16
5000,155000,39000)、牛血清アルブ
ミン(68000)、トリプシンインヒビター(215
00) の混合物を使用した。泳動後、0.02%クマシ
ーブリリアントブルーR250で染色した結果を図1に
示す。
In this test, the purified β-galactosidase obtained in Example 2 described below was used as a standard, and RNA-polymerase (16) was used as a molecular weight marker protein.
5000, 155,000, 39000), bovine serum albumin (68000), trypsin inhibitor (215
00) was used. The results of staining with 0.02% Coomassie Brilliant Blue R250 after electrophoresis are shown in FIG.

【0023】図1に於いて、レーン1〜6はそれぞれ次
の通りである。 レーン 試 料 1 分子量マーカー 2 精製β−ガラクトシダーゼ 3 本発明微生物の細胞抽出液 4 同上を70℃,15分熱処理した液 5 宿主微生物の細胞抽出液 6 同上を70℃,15分熱処理した液 図1から明らかなように、本発明微生物の細胞抽出液
(レーン3) と宿主微生物の細胞抽出液(レーン5) の
成分は前者が本発明の酵素を含み、後者がそれを含まな
い点を除けば、ほぼ同一の多種類の成分を含んでいる。
In FIG. 1, lanes 1 to 6 are as follows, respectively. Lane specimen 1 molecular weight marker 2 purified β- galactosidase three invention cell extract 4 supra to 70 ° C. microbial cell extract 6 Same as above the liquid 5 host microorganism heat-treated 15 minutes 70 ° C., the liquid view was heat treated 15 minutes 1 As is clear from the above, the components of the cell extract of the microorganism of the present invention (lane 3) and the cell extract of the host microorganism (lane 5) are the same except that the former contains the enzyme of the present invention and the latter does not contain it. , Containing almost the same variety of ingredients.

【0024】これら多種類の本発明の酵素以外の成分
は、70℃、15分熱処理した試料(レーン4及びレー
ン6) からほぼ完全に消失した。 実施例2 β−ガラクトシダーゼの精製と理化学的性質 実施例1と同様の方法で培養(培地液量4.5リット
ル) し、遠心分離して得たバシルス・ズブチリスMI 1
11(pHG5) の湿菌体72gにアセトン650mlを
加え、室温で1時間攪拌した後、ろ過して乾燥菌体を得
た。乾燥菌体を0.1Mリン酸緩衝液(pH7.0)
1.3リットルに懸濁し、4℃で一晩、さらに30℃で
21時間振とう抽出を行った後、遠心分離(10000
rpm,30分) して得た上清を細胞抽出液とした。細
胞抽出液(総活性52,000U) を60℃、1時間熱
処理した後、遠心分離(15000rpm,20分) し
て上清を得た。熱処理上清(50,000U) を水で3
倍に希釈した液に0.05Mリン酸緩衝液(pH7.
0) で平衡化したDEAE−セファデックスA−50
1リットルを加え、バッチ法で酵素を吸着させた。0.
05Mリン酸緩衝液(pH7.0) で樹脂を洗浄した
後、0.5M NaClを含む0.05Mリン酸緩衝液
(pH7.0) 1リットルで2回、酵素を溶出した。溶
出液(39,000U) に70%飽和となるよう硫安を
加えて、酵素を沈殿させた。沈殿を遠心分離(1200
0rpm,15分) して集め、15mlの0.02Mリ
ン酸緩衝液(pH7.0) に溶かし、70℃、15分間
熱処理した後、遠心分離(36000rpm,1時間)
して上清を得た。熱処理上清(33,600U) を0.
05Mリン酸緩衝液(pH7.0) で平衡化したトヨパ
ールHW−55のカラム(2.5×95cm) に負荷
し、4mlずつ分取した。活性画分(分画番号47〜5
8,10,200U) を集め、0.05Mリン酸緩衝液
で平衡化したDEAE−セファデックスA−50のカラ
ム(4×40cm) に負荷した。溶出はNaCl濃度を
0より0.5Mまで直線的に変化させ、全容2.5リッ
トル、流速100ml/時間で行い、15mlずつ分取
した。活性画分(分画番号123〜135) を集め、限
外ろ過(分画分子量50,000,東洋濾紙UK50
膜) で10mlまで濃縮し、精製β−ガラクトシダーゼ
標品(7,400U,比活性170U/mg蛋白) とし
た。
The various components other than the enzyme of the present invention almost completely disappeared from the samples (lane 4 and lane 6) heat-treated at 70 ° C. for 15 minutes. Example 2 Purification and physicochemical properties of β-galactosidase Bacillus subtilis MI 1 obtained by culturing in the same manner as in Example 1 (medium solution amount: 4.5 liters) and centrifuging
650 ml of acetone was added to 72 g of wet bacterial cells of 11 (pHG5), and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour and then filtered to obtain dried bacterial cells. Dried bacterial cells in 0.1M phosphate buffer (pH 7.0)
The suspension was suspended in 1.3 liters and shake-extracted at 4 ° C. overnight and at 30 ° C. for 21 hours, followed by centrifugation (10000).
The resulting supernatant was used as a cell extract. The cell extract (total activity 52,000 U) was heat-treated at 60 ° C. for 1 hour and then centrifuged (15,000 rpm, 20 minutes) to obtain a supernatant. Heat treated supernatant (50,000 U) 3 times with water
A 0.05M phosphate buffer solution (pH 7.
0) equilibrated with DEAE-Sephadex A-50
1 liter was added and the enzyme was adsorbed by the batch method. 0.
After washing the resin with 05 M phosphate buffer (pH 7.0), the enzyme was eluted twice with 1 liter of 0.05 M phosphate buffer (pH 7.0) containing 0.5 M NaCl. Ammonium sulfate was added to the eluate (39,000 U) to 70% saturation to precipitate the enzyme. Centrifuge the precipitate (1200
(0 rpm, 15 minutes), collected, dissolved in 15 ml of 0.02 M phosphate buffer (pH 7.0), heat treated at 70 ° C. for 15 minutes, and then centrifuged (36000 rpm, 1 hour).
The supernatant was obtained. Heat-treated supernatant (33,600 U) was added to 0.
The column (2.5 × 95 cm) of Toyopearl HW-55 equilibrated with a 05 M phosphate buffer (pH 7.0) was loaded onto the column, and each 4 ml was collected. Active fraction (fraction number 47-5
(8,10,200 U) were collected and loaded onto a DEAE-Sephadex A-50 column (4 × 40 cm) equilibrated with 0.05 M phosphate buffer. Elution was performed by changing the NaCl concentration linearly from 0 to 0.5 M, with a total volume of 2.5 liters and a flow rate of 100 ml / hour, and 15 ml each was collected. The active fractions (fraction numbers 123 to 135) were collected and subjected to ultrafiltration (fraction molecular weight 50,000, Toyo Roshi Paper UK50).
The membrane was concentrated to 10 ml to obtain a purified β-galactosidase standard (7,400 U, specific activity 170 U / mg protein).

【0025】次に、本発明の酵素の理化学的性質及び試
験方法を詳細に説明する。 (1) 作用及び基質特異性 β−D−ガラクトシド結合を有する基質を加水分解して
D−ガラクトースを遊離する。代表的基質としては、ラ
クトース即ち4−O−β−D−ガラクトピラノシル−D
−グルコピラノース、ONPG及びP−ニトロフェニル
β−D−ガラクトピラノシドが挙げられる。 (2) 至適pH及び安定pH範囲 至適 pH 5.5 (図2参照) 安定pH範囲 5.5〜9.0 至適pHは各種pHのマッキールバイン緩衝液中の酵素
活性の測定値から求め、安定pH範囲は、各種pHのマ
ッキールバイン緩衝液中60℃,90分間処理した酵素
の残存活性の測定値から求めた。
Next, the physicochemical properties and test method of the enzyme of the present invention will be described in detail. (1) Action and Substrate Specificity A substrate having a β-D-galactoside bond is hydrolyzed to release D-galactose. A typical substrate is lactose or 4-O-β-D-galactopyranosyl-D.
-Glucopyranose, ONPG and P-nitrophenyl β-D-galactopyranoside. (2) Optimum pH and stable pH range Optimum pH 5.5 (see FIG. 2) Stable pH range 5.5 to 9.0 The optimum pH is determined from the measured values of the enzyme activity in the McKeelvine buffer solutions of various pHs. The stable pH range was determined from the measured value of the residual activity of the enzyme treated at 60 ° C. for 90 minutes in a McKeelvine buffer solution of various pH.

【0026】それぞれの測定値は最高値に対する比率
(相対活性率及び残存活性率) として表現した。但し、
pH7.5以上の条件での測定に於いては、マッキール
バイン緩衝液の代りにグリシン−水酸化ナトリウム緩衝
液を使用した。 (3) 作用適温の範囲 活性至適温度 約70℃(図3参照) この値は、pH5.5のマッキールバイン緩衝液中、種
々温度を変えて測定した酵素活性の値から求めた。 (4) 安定温度範囲 温度に対する安定性は表2に示す通りであり、例えば、
60℃における半減期は150時間で非常に優れた熱安
定性を示す。
Each measured value was expressed as a ratio (relative activity rate and residual activity rate) to the maximum value. However,
In the measurement at a pH of 7.5 or higher, glycine-sodium hydroxide buffer solution was used instead of McKeelvine buffer solution. (3) Optimum temperature range for action Optimum temperature for activity Approx. 70 ° C. (see FIG. 3) This value was determined from the enzyme activity values measured in various pH values of McKeelvine buffer at pH 5.5. (4) Stable temperature range The stability with respect to temperature is as shown in Table 2.
It has a half-life at 60 ° C. of 150 hours and shows very good thermal stability.

【0027】この値はpH7.0のマッキールバイン緩
衝液中種々温度を変えて測定した酵素活性の半減期より
求めた。
This value was determined from the half-life of the enzyme activity measured at various temperatures in a McKeelvine buffer solution of pH 7.0.

【0028】[0028]

【表2】 (5) 金属イオンの影響 表3に示す通りであり、特に銀イオン及び水銀イオンに
より阻害される。
[Table 2] (5) Effect of metal ion As shown in Table 3, it is particularly inhibited by silver ion and mercury ion.

【0029】[0029]

【表3】 表3の成績は、ONPG基質の反応系に各種試薬を所定
濃度添加した場合の本酵素の活性を測定し、その値を無
添加の場合の値に対する100分率(相対活性率) で示
した。 (6) 分子量:約67000 分子量(MW) は、前述のSDS−ポリアクリルアミド
ゲル電気泳動法によった。(図1参照) なお、東洋曹達(株) 製のTSKG3000SWカラム
を使用したゲル濾過法による分子量の測定値は24〜2
5万の値を示したが、この値は、酵素会合による影響と
思われる。 (7) ラクトースに対するミハエリス定数 ラクトース基質に対するミハエリス定数(Km) をLi
newearer−Burkプロット(南江堂発行「蛋
白質・酵素の基礎実験法」堀尾武一、山下仁平編集、3
87頁、1981年) に従って求めたところ、Kmは
2.4mMであった。
[Table 3] The results shown in Table 3 were obtained by measuring the activity of this enzyme when various reagents were added to the reaction system of ONPG substrate at a predetermined concentration, and the values were shown as a percentage (relative activity rate) with respect to the value without addition. . (6) Molecular weight: about 67,000 The molecular weight (MW) was determined by the above-mentioned SDS-polyacrylamide gel electrophoresis method. (See FIG. 1) The molecular weight measured by the gel filtration method using a TSKG3000SW column manufactured by Toyo Soda Co., Ltd. was 24-2.
A value of 50,000 was shown, but this value seems to be an effect of enzyme association. (7) Michaelis constant for lactose The Michaelis constant (Km) for a lactose substrate is defined as Li.
newerer-Burk plot (edited by Nankodo, "Basic Experimental Methods for Proteins and Enzymes", edited by Takeichi Horio, Nihei Yamashita, 3
Page 87, 1981), the Km was 2.4 mM.

【0030】この値は同時に測定した市販の酵素L,O
及びGのKm値がそれぞれ43.1,39.4及び2
6.6であったのに対して著しく低く、本酵素のラクト
ースに対する基質親和性が著しく大きいことを示唆する
ものである。 比較例 以上の性質を前記文献および記載の他のバシルス・
ステアロサーモフィラスのβ−ガラクトシダーゼと比較
したところ、表4に示す通り、本酵素は従来知られてい
なかった優れた耐熱性を示す新規酵素であることが確認
された。
This value was measured simultaneously with the commercially available enzymes L and O.
And G have Km values of 43.1, 39.4 and 2 respectively.
Although it was 6.6, it was remarkably low, suggesting that the substrate affinity of this enzyme for lactose is remarkably large. Comparative Example
When compared with stearothermophilus β-galactosidase, as shown in Table 4, it was confirmed that the present enzyme is a novel enzyme which has not been heretofore known and has excellent heat resistance.

【0031】[0031]

【表4】 [Table 4]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1はSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳
動の結果を示すもので、各レーンの試料は次の通りであ
る。レーン 試 料 1 分子量マーカー 2 精製β−ガラクトシダーゼ 3 本発明微生物の細胞抽出液 4 同上を70℃,15分熱処理した液 5 宿主微生物の細胞抽出液 6 同上を70℃,15分熱処理した液
FIG. 1 shows the results of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, and the samples in each lane are as follows. Lane specimen 1 molecular weight marker 2 purified β- galactosidase three invention cell extract 4 supra to 70 ° C. microbial, 70 ° C. The cell extract 6 Same as above the liquid 5 host microorganism heat-treated 15 minutes, a solution obtained by heat treatment 15 min

【図2】図2は本酵素の活性に及ぼすpHの影響を示
す。
FIG. 2 shows the effect of pH on the activity of this enzyme.

【図3】図3は本酵素の安定性に及ぼす温度の影響を示
す。
FIG. 3 shows the effect of temperature on the stability of this enzyme.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年6月7日[Submission date] June 7, 1993

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing

【補正方法】削除[Correction method] Delete

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:125) (C12N 1/21 C12R 1:125) (C12N 15/56 C12R 1:07) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location C12R 1: 125) (C12N 1/21 C12R 1: 125) (C12N 15/56 C12R 1:07)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記の理化学的性質を有する新規な耐熱
性β−ガラクトシダーゼ 1) 作用及び基質特異性 β−D−ガラクトシド結合を有する基質を加水分解して
D−ガラクトースを遊離する。 2)至適pH及び安定pH範囲 至適pH:5.5 安定pH範囲:5.5〜9.0 3)作用適温の範囲 活性至適温度:約70℃ 4) 安定温度範囲 温度55℃,60℃及び65℃におけるβ−ガラクトシ
ダーゼ活性の半減期はそれぞれ約620時間,150時
間及び55時間。 5)金属イオンの影響 濃度1mM添加の場合、Mg2+,Ca2+,Cu2+,Fe
2+,Co2+及びLi+は本酵素の活性を阻害しないが、
Ag+ は約80%以上阻害し、Hg2+は約90%以上阻
害する。 6)分子量:約67000(SDS−ポリアクリルアミ
ドゲル電気泳動法による) 7) ラクトースに対するミハエリス定数(Km)
2.4mM
1. A novel thermostable β-galactosidase having the following physicochemical properties 1) Action and substrate specificity A substrate having a β-D-galactoside bond is hydrolyzed to release D-galactose. 2) Optimum pH and stable pH range Optimum pH: 5.5 Stable pH range: 5.5 to 9.0 3) Optimum temperature range of action Optimal temperature of activity: Approx. 70 ° C 4) Stable temperature range 55 ° C, The half-life of β-galactosidase activity at 60 ° C and 65 ° C is about 620 hours, 150 hours, and 55 hours, respectively. 5) Effect of metal ions When adding a concentration of 1 mM, Mg 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , Fe
2+ , Co 2+ and Li + do not inhibit the activity of this enzyme,
Ag + inhibits about 80% or more, and Hg 2+ inhibits about 90% or more. 6) Molecular weight: about 67,000 (by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis) 7) Michaelis constant (Km) for lactose
2.4 mM
【請求項2】 バシルス・ステアロサーモフィラスの耐
熱性β−ガラクトシダーゼ遺伝子を含むDNA断片をベ
クタープラスミドpUB110にくみ込んだ新規組換え
プラスミドpHG5を保持する枯草菌バシルス・ズブチ
リスMI 111(pHG5)を適当な栄養源を含む媒体で
培養し、請求項1記載の耐熱性β−ガラクトシダーゼを
採取することを特徴とする耐熱性β−ガラクトシダーゼ
の製造法。
2. Bacillus subtilis Bacillus subtilis MI 111 (pHG5) carrying a novel recombinant plasmid pHG5 in which a DNA fragment containing the thermostable β-galactosidase gene of Bacillus stearothermophilus is incorporated into vector plasmid pUB110. A method for producing heat-resistant β-galactosidase, which comprises culturing in a medium containing an appropriate nutrient source and collecting the heat-resistant β-galactosidase according to claim 1.
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BACILLUS STEAROTHERMOPHILUSª2ý¡ªjbrl±bB-f´Ýhnýj´-±´bm´¨ýªh|-p¨h´n«c°´c=S59 *

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