JPH099962A - Alginic acid hydrolyzing enzyme and hydrolysis of alginic acid - Google Patents

Alginic acid hydrolyzing enzyme and hydrolysis of alginic acid

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JPH099962A
JPH099962A JP7181047A JP18104795A JPH099962A JP H099962 A JPH099962 A JP H099962A JP 7181047 A JP7181047 A JP 7181047A JP 18104795 A JP18104795 A JP 18104795A JP H099962 A JPH099962 A JP H099962A
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JP
Japan
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alginic acid
enzyme
culture
alginate
degrading
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JP7181047A
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Japanese (ja)
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Akira Nakagawa
中川  彰
Tomoo Suzuki
智雄 鈴木
Shizuko Iyobe
志津子 伊豫部
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Abstract

PURPOSE: To obtain an alginic acid hydrolyzing enzyme from a culture solution of a bacterium capable of producing an enzyme for strongly hydrolyzing alginic acid as a main component of a biofilm Pseudomonas aeruginosa. CONSTITUTION: A bacterium belonging to the genus Bacillus, capable of hydrolyzing alginic acid, is cultured. An alginic acid hydrolyzing enzyme is collected from the culture product to give the alginic acid hydrolyzing enzyme. Alginic acid is treated with the prepared crude or purified enzyme and hydrolyzed.

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、バチルス属に属する微
生物によって生産されるアルギン酸分解酵素、その製造
法及びその酵素を用いてアルギン酸を主成分とするバイ
オフィルムを溶解することによる呼吸器感染症の治療な
らびにアルギン酸を分解あるいは低分子化させる方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alginate-degrading enzyme produced by a microorganism belonging to the genus Bacillus, a method for producing the same, and a respiratory infection caused by dissolving a biofilm containing alginate as a main component using the enzyme. And a method for decomposing or reducing the molecular weight of alginic acid.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、緑膿菌を中心とする呼吸器感染症
の急激な難治性・慢性化は化学療法上、極めて深刻な問
題となりつつある。この難治性化の本体として感染菌に
よって産生されるglycocalyxと生体成分との複合体から
なるバイオフィルムの形成を挙げることできる。アルギ
ン酸を主成分とするバイオフィルムの産生により生体内
における菌の生息圏形成という新たな状況が生じ、この
ことが化学療法剤の菌体内への透過性を妨げ、薬剤耐性
の要因となっている。バイオフィルムが関与する難治性
感染症として人工医療材に起因する感染症、尿路感染
症、心内膜炎やびまん性汎細気管支炎をはじめとする呼
吸気感染症が挙げられるが、従来の化学療法剤では効果
が低く、画期的な治療薬、治療方法の開発が望まれてい
る。これまでに種々の化学療法剤の開発がなされている
が、バイオフィルムに直接作用する有効な薬剤、酵素製
剤の開発ならびに治療方法による試みはなされていな
い。
2. Description of the Related Art In recent years, the rapid refractory / chronicization of respiratory tract infections centering on Pseudomonas aeruginosa has become an extremely serious problem in chemotherapy. The main body of this refractory treatment is formation of a biofilm composed of a complex of glycocalyx produced by an infecting bacterium and a biological component. The production of biofilms containing alginic acid as a main component creates a new situation of habitat formation of bacteria in the living body, which impedes the permeability of chemotherapeutic agents into the cells and causes drug resistance. . Intractable infections involving biofilms include infections caused by artificial medical materials, urinary tract infections, respiratory respiratory infections such as endocarditis and diffuse panbronchiolitis. Chemotherapeutic agents are less effective, and development of innovative therapeutic agents and treatment methods is desired. Although various chemotherapeutic agents have been developed so far, no attempts have been made to develop effective agents or enzyme preparations that directly act on biofilms or to treat them with therapeutic methods.

【0003】一方で本研究は、アルギン酸をモノマーあ
るいはオリゴマーのウロン酸に分解することによってバ
イオマス資源として利用する方法が考えられる。アルギ
ン酸の水溶液は非常に粘性が高く、その水溶液は水溶液
中のカルシュウムなどと金属塩をつくりゲル化するため
アルギン酸を分解することが困難である。そこで微生物
酵素を用いてアルギン酸を分解する試みがなされつつあ
る。
On the other hand, in this study, a method of utilizing alginic acid as a biomass resource by decomposing alginic acid into monomeric or oligomeric uronic acid can be considered. The aqueous solution of alginic acid is very viscous, and it is difficult to decompose alginic acid because it forms a metal salt with calcium and the like in the aqueous solution and gels. Therefore, attempts are being made to decompose alginic acid using microbial enzymes.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、緑膿菌
バイオフィルムの主成分であるアルギン酸をより強力に
分解する酵素を生産する微生物を探索し、その生産菌の
培養液から得られるアルギン酸分解酵素によるアルギン
酸の分解効果について検討を行った。
The present inventors searched for a microorganism that produces an enzyme that more strongly decomposes alginic acid, which is the main component of Pseudomonas aeruginosa biofilm, and obtain it from the culture solution of the producing microorganism. The effect of degrading alginic acid by alginate-degrading enzyme was examined.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的達成のため、
本発明者らはglycocalyxの本体であるアルギン酸を分
解、低分子化させる酵素、即ち、アルギン酸リアーゼ産
生菌を土壌微生物中から積極的に探索し、バチルス属に
属する一菌株バチルスsp.ATB−1015株を分離するこ
とに成功した。
In order to achieve the above object,
The present inventors actively search for an enzyme that decomposes alginic acid, which is the main body of glycocalyx, into a low molecular weight molecule, that is, an alginate lyase-producing bacterium in soil microorganisms, and is a strain belonging to the genus Bacillus sp. ATB-1015 strain. Succeeded in separating.

【0006】本発明は、バチルスsp.ATB−1015株の
産生するアルギン酸分解酵素とその製造法ならびにアル
ギン酸に作用させて分解せしめることを特徴とする微生
物酵素によるアルギン酸の分解法である。
The present invention relates to an alginic acid degrading enzyme produced by Bacillus sp. ATB-1015 strain, a method for producing the same, and a method for degrading alginic acid by a microbial enzyme characterized by acting on alginic acid to decompose it.

【0007】本菌株の分離法は予め土壌にアルギン酸ナ
トリウム水溶液を処理することでその土壌から炭素源と
してアルギン酸を資化しうる分解酵素生産菌を取得する
もので、効果的に目的とする菌を分離することができる
点で有用な方法である。
The isolation method of this strain is to obtain a degrading enzyme producing bacterium capable of assimilating alginic acid as a carbon source from the soil by previously treating the soil with an aqueous sodium alginate solution, and effectively separating the desired bacterium. This is a useful method because it can be done.

【0008】このようにして分離された菌はアルギン酸
を主要炭素源とする培地組成、例えば、アルギン酸ナト
リウム(0.5%)、ペプトン(0.5%)、酵母エキス
(0.1%)、NaCl(0.5%)、寒天(1.5%)にお
いてより良く生育する。本生産菌はグラム染色陽性の好
気性の桿菌である。本菌は芽胞を形成し耐熱性である。
走査型電子顕微鏡による形態観察(12,000倍)で
は長さ2.5−2.9μm、幅0.5−0.9μmの円垂形
で、鞭毛は有していない。以上の菌学的諸性状から本菌
はバチルス属に属する。
The bacteria thus isolated have a medium composition containing alginic acid as a main carbon source, for example, sodium alginate (0.5%), peptone (0.5%), yeast extract (0.1%), Grows better in NaCl (0.5%), agar (1.5%). This producing bacterium is an aerobic rod that is positive for Gram stain. This bacterium forms spores and is thermostable.
Morphological observation with a scanning electron microscope (12,000 times) shows a conical shape with a length of 2.5 to 2.9 μm and a width of 0.5 to 0.9 μm and no flagella. From the above mycological properties, this bacterium belongs to the genus Bacillus.

【0009】本菌株をアルギン酸ナトリウム(0.5
%)、ペプトン(0.5%)、酵母エキス(0.1%)、
NaCl(0.5%)、MgSO4・7H2O(0.1%)及びKH2PO
4(0.1%)からなる培地100mlの入った500m
l容三角フラスコに植菌し、24時間培養を行う。この
種培養液を3Lの上記培地の入った5L容ジャーファメ
ンターに植菌し、27℃にて36時間通気撹拌培養を行
う。このようにして得られた培養液を菌体と培養上清に
分離し、上清液を得る。この上清液から以下の方法によ
ってアルギン酸分解酵素を精製した。培養上清液を硫安
沈殿を行った後に透析を行い、粗酵素液を得る。本粗酵
素液をDEAE−セルロースカラムクロマトグラフィーにて
精製を行い、酵素活性を有する分画を得る。次いで、セ
ファクリルS−200クロマトグラフィーにかけ酵素活
性画分を得る。
This strain is treated with sodium alginate (0.5
%), Peptone (0.5%), yeast extract (0.1%),
NaCl (0.5%), MgSO 4 · 7H 2 O (0.1%) and KH 2 PO
500m containing 100ml of medium consisting of 4 (0.1%)
Inoculate a 1-liter Erlenmeyer flask and culture for 24 hours. This seed culture solution is inoculated into 3 L of the above-mentioned medium in a 5 L jar famentor, and aeration-agitation culture is performed at 27 ° C. for 36 hours. The culture broth thus obtained is separated into bacterial cells and culture supernatant to obtain a supernatant. The alginate-degrading enzyme was purified from this supernatant by the following method. The culture supernatant is subjected to ammonium sulfate precipitation and then dialyzed to obtain a crude enzyme solution. The crude enzyme solution is purified by DEAE-cellulose column chromatography to obtain a fraction having enzyme activity. Then, Sephacryl S-200 chromatography is performed to obtain an enzyme active fraction.

【0010】本酵素活性の至適pHは7.0付近であ
る。本酵素の安定pHは6.0−8.0であり、至適温度
は37℃である。熱安定性については20mMリン酸緩
衝液中(pH7.0)で60℃、30分間処理で50%
以上のアルギン酸分解酵素活性を保持した。本酵素の基
質特異性は褐藻類由来のアルギン酸に対し、高い分解活
性を示す一方で、緑濃菌由来のアルギン酸、即ち、テフ
ロンデイスク表面上に生産されるバイオフィルムに対し
ても高い分解、溶解活性を示した。本精製酵素はSDS
−ポリアクリルアミドゲル電気泳動により単一バンドを
与える。その分子量は41,000である。
The optimum pH for this enzyme activity is around 7.0. The stable pH of this enzyme is 6.0-8.0, and the optimum temperature is 37 ° C. Heat stability is 50% in 20 mM phosphate buffer (pH 7.0) at 60 ° C for 30 minutes.
The above alginate-degrading enzyme activity was retained. The substrate specificity of this enzyme shows a high decomposition activity for alginic acid derived from brown algae, while it also highly decomposes and dissolves alginic acid derived from Pseudomonas aeruginosa, that is, biofilm produced on the surface of Teflon disk. It showed activity. This purified enzyme is SDS
-Give a single band by polyacrylamide gel electrophoresis. Its molecular weight is 41,000.

【0011】アルギン酸リアーゼについてはこれまでに
海洋細菌であるアルテロモナス sp.H-4(Nippon Suisan
Gakkaishi, 58 (3), 521-527 (1992))、シュウドモナ
スsp. OS-ALG-9(J. Ferment. & Bioeng., 72 (2), 74-
78 (1991))、フラボバクテリウム sp.(J. Ferment. B
ioeng., 72 (3) 152-157 (1991))、 バチルス・サーキ
ュランス(Appl. Environ. Microbiol., 47 (4), 704-7
09 (1984))、クレブジエラ・アロジーナス(Arch. Mic
robiol., 152, 302-308 (1989))などの微生物によって
報告されている。今回、新たに分離されたバチルスsp.A
TB−1015株はこれまでに報告されている上記菌株と
はその属を異にしており、また、形態学的特性を異にし
ている。バチルス・サーキュランスとは同じ属に属する
が、sp.ATB−1015株は鞭毛を有していない点で形態
学的に異なる。バチルスsp.ATB−1015の生産する酵
素はSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動にて分子量
41,000を示すのに対してバチルス・サーキュラン
ス由来の酵素では分子量58,000を有している点で
異なっている。また、本酵素はバチルス属以外の菌によ
って生産されるアルギン酸分解酵素とはいずれも分子量
を異にしている。
Regarding alginate lyase, the marine bacterium Alteromonas sp. H-4 (Nippon Suisan) has been used so far.
Gakkaishi, 58 (3), 521-527 (1992)), Pseudomonas sp.OS-ALG-9 (J. Ferment. & Bioeng., 72 (2), 74-
78 (1991)), Flavobacterium sp. (J. Ferment. B
ioeng., 72 (3) 152-157 (1991)), Bacillus circulans (Appl. Environ. Microbiol., 47 (4), 704-7
09 (1984)), Klebziella Aloginas (Arch. Mic
robiol., 152, 302-308 (1989)). This time, the newly isolated Bacillus sp.A
The TB-1015 strain differs from the strains reported so far in its genus and morphological characteristics. Although belonging to the same genus as Bacillus circulans, sp. ATB-1015 strain is morphologically different in that it does not have flagella. The enzyme produced by Bacillus sp. ATB-1015 has a molecular weight of 41,000 on SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, whereas the enzyme derived from Bacillus circulans has a molecular weight of 58,000. ing. In addition, the present enzyme has a different molecular weight from alginate-degrading enzymes produced by bacteria other than Bacillus.

【0012】以上のように、本酵素はこれまでに報告さ
れているアルギン酸分解酵素とはその性質を異にし、新
しい酵素である。本菌株は工業技術院生命工学工業技術
研究所においてすでに寄託されており、FERM P-14946の
寄託番号が付与されている。
[0012] As described above, the present enzyme is a new enzyme having different properties from the alginic acid degrading enzymes reported so far. This strain has already been deposited at the Institute of Biotechnology, Institute of Biotechnology, and is assigned the deposit number of FERM P-14946.

【0013】本発明で用いる微生物は適当な培地中で生
育させることができる。例えば炭素源としてアルギン酸
のほか、グルコース、シュークロース、グリセリンのよ
うな炭水化物、窒素源としては硫酸アンモニウム、硝酸
アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機態窒素ある
いは尿素、ペプトン、カゼイン、酵母エキス、肉エキス
等のような有機態窒素を用いることができる。資化され
やすい炭素源(グルコース、グリセリンなど)を培地中
に加えることで緩慢に代謝される炭素源(この場合、ア
ルギン酸)の分解に関与する酵素の合成が抑制される場
合がある。その他の無機塩類としてはリン酸塩、マグネ
シュウム塩、カリ塩、マンガン塩、鉄塩等が用いられ
る。また本菌株の培養方法は慣用の方法で行われる。通
常、培養温度は20−40℃、pH6.0−8.0が好ま
しく、振盪もしくは通気撹拌によって好気的に1−5日
間培養される。
The microorganism used in the present invention can be grown in a suitable medium. For example, in addition to alginic acid as a carbon source, carbohydrates such as glucose, sucrose, and glycerin, inorganic sources such as ammonium sulfate, ammonium nitrate, and ammonium phosphate as nitrogen sources, or urea, peptone, casein, yeast extract, meat extract, etc. Any organic nitrogen can be used. Addition of a readily assimilated carbon source (glucose, glycerin, etc.) to the medium may inhibit the synthesis of enzymes involved in the decomposition of the slowly metabolized carbon source (in this case, alginic acid). As other inorganic salts, phosphates, magnesium salts, potassium salts, manganese salts, iron salts and the like are used. The culture method of this strain is a conventional method. Usually, the culture temperature is preferably 20-40 ° C. and pH 6.0-8.0, and the culture is aerobically cultivated by shaking or aeration and stirring for 1-5 days.

【0014】このようにして得られた培養液から抽出、
精製されたアルギン酸分解酵素を海草由来のアルギン酸
もしくは緑膿菌由来のアルギン酸、即ち、バイオフィル
ムに作用させることによってアルギン酸を分解もしくは
低分子化させ、さらにはバイオフィルムを溶解させるこ
とができる。アルギン酸リアーゼ産生菌の選択、アルギ
ン酸の本酵素による分解、低分子化反応及び緑膿菌バイ
オフィルムの本酵素による溶解能は以下に示す方法によ
って調べることができる。
Extraction from the culture broth thus obtained,
By acting the purified alginic acid-degrading enzyme on seaweed-derived alginic acid or Pseudomonas aeruginosa-derived alginic acid, that is, biofilm, alginic acid can be decomposed or reduced in molecular weight, and further the biofilm can be dissolved. The selection of an alginate lyase-producing bacterium, the decomposition of alginic acid by this enzyme, the reduction of molecular weight, and the lytic ability of the Pseudomonas aeruginosa biofilm by this enzyme can be examined by the following methods.

【0015】1)アルギン酸ナトリウムを唯一の炭素源
とする寒天プレートに細菌コロニーを接種し、5日間培
養後、CaCl2水溶液を加え放置後、コロニー周辺に形成
される白色ハロ及び透明ゾーンの大きさを測定(J. Fer
ment. Bioeng., 76 (5) 427-437(1993))。 2)アルギン酸リアーゼ処理によって高粘度のアルギン
酸が低分子化されることによる粘度低下の測定(Nippon
Suisan Gakkaishi, 55 (4) 709-713 (1989))。 3)酵素処理によるアルギン酸の分解、低分子化によっ
て産生される不飽和ウロニドの定量(Nippon Suisan Ga
kkaishi, 55 (4) 709-713 (1989))。 4)緑膿菌(臨床分離株)の産生するアルギン酸を主成
分とするバイオフィルムのアルギン酸リアーゼ作用によ
る溶解能の測定。
1) Bacterial colonies were inoculated on an agar plate containing sodium alginate as the sole carbon source, and after culturing for 5 days, CaCl 2 aqueous solution was added and allowed to stand, and the size of white halo and transparent zones formed around the colonies. Measure (J. Fer
ment. Bioeng., 76 (5) 427-437 (1993)). 2) Measurement of viscosity decrease due to alginic acid lyase treatment reducing the viscosity of highly viscous alginic acid (Nippon
Suisan Gakkaishi, 55 (4) 709-713 (1989)). 3) Degradation of alginic acid by enzymatic treatment and quantification of unsaturated uronides produced by depolymerization (Nippon Suisan Ga
kkaishi, 55 (4) 709-713 (1989)). 4) Measurement of the dissolution ability of alginate-derived biofilm produced by Pseudomonas aeruginosa (clinical isolate) by alginate lyase action.

【0016】特に、4)は本特許において新たに発明さ
れた方法である。本酵素活性測定法はバイオフィルムが
関与する難治性呼吸器感染症への本酵素による治療効果
を評価する上で有効な方法である。本法は実施例4に示
すようにテフロンデイスクを緑膿菌と一緒に4−7日
間、静置培養し、テフロンデイスク片の表面上に付着し
たバイオフィルムをアルギン酸リアーゼとインキュベー
トすることによってバイオフィルムの溶解能をトルイジ
ン・ブルー染色法により調べる方法である。
In particular, 4) is the method newly invented in this patent. This enzyme activity measurement method is an effective method for evaluating the therapeutic effect of this enzyme on intractable respiratory infections associated with biofilms. In this method, as shown in Example 4, a Teflon disk was statically cultured with Pseudomonas aeruginosa for 4 to 7 days, and the biofilm attached to the surface of the Teflon disk piece was incubated with an alginate lyase. It is a method of examining the solubility of erythrocyte by the toluidine blue staining method.

【0017】アルギン酸リアーゼの産生微生物の培養液
から本酵素の抽出、精製は、一般に、硫安沈殿、透析、
セファクリル S-200 HRなどのゲルろ過、DEAE-セルロー
ス、DEAE-セファデックス、CM-セルロースなどの各種イ
オン交換樹脂クロマトグラフィーを効果的に組み合わせ
ることによって行うことが可能である。本発明によって
見い出された微生物、バチルスsp.ATB-1015及びそ
の培養液から精製されたアルギン酸分解酵素は医療や食
品分野での利用が期待される。本酵素は緑膿菌呼吸器感
染症であるびまん性汎細気管支炎(Diffuse panbronchi
olitis)や遺伝的呼吸器疾病である嚢胞性繊維症(Cyst
ic fibrosis)を始め呼吸器感染症などに対して噴霧吸
入法による治療が可能である。一方で本酵素は昆布など
の海草由来のアルギン酸を効率良く分解、低分子化する
ことから、これらはバイオマス資源として利用される
他、適当な大きさに分解されたものは植物や昆虫の食品
加工用素材として利用される。このことから、アルギン
酸分解酵素生産菌をアルギン酸を含む有機資材とともに
土壌に処理することにより農作物の増収を図ることが可
能であり、土壌改良材中の有用微生物としての利用が考
えられる。
Extraction and purification of this enzyme from the culture solution of the alginate lyase-producing microorganism are generally carried out by ammonium sulfate precipitation, dialysis,
It can be performed by effectively combining gel filtration such as Sephacryl S-200 HR and various ion exchange resin chromatography such as DEAE-cellulose, DEAE-Sephadex and CM-cellulose. The microorganism found by the present invention, Bacillus sp. ATB-1015, and the alginic acid-degrading enzyme purified from the culture solution thereof are expected to be used in the medical and food fields. This enzyme is a diffuse panbronchi disease that is a respiratory infection of Pseudomonas aeruginosa.
olitis) and a genetic respiratory disease, cystic fibrosis (Cyst
ic fibrosis) and respiratory infections can be treated by spray inhalation. On the other hand, this enzyme efficiently decomposes alginic acid derived from seaweed such as kelp and lowers its molecular weight.Therefore, these are used as biomass resources, and those decomposed to an appropriate size are processed into foods of plants and insects. It is used as a raw material. From this, it is possible to increase the yield of agricultural crops by treating the soil with an alginic acid-degrading enzyme-producing bacterium together with an organic material containing alginic acid, and it can be considered to be used as a useful microorganism in a soil improving material.

【0018】[0018]

【実施例】以下に実施例により本発明を詳細に説明す
る。 実施例1 アルギン酸を分解する微生物の選択的な分離方法は、以
下によって行われた。所定の土壌に約3%のアルギン酸
ナトリウムを2−3カ月間、約2−3日おきに添加処理
した。この処理土壌約1gを滅菌水2mlで混釈した。
混釈液試料1mlをアルギン酸ナトリウムを唯一の炭素
源とする表1に示す培地組成と混釈し、シャーレに寒天
プレートを作成した。このプレートを27℃、7日間、
インキュベートした。プレート上に生じたコロニーをさ
らに同組成のプレートに接種し、27℃で5日間、イン
キュベートした後にプレート上に1M CaCl2溶液を加
え、放置後、コロニー周辺に白色ハロ及び透明ゾーンを
形成したバクテリアをアルギン酸リアーゼ産生菌として
分離した。
The present invention will be described below in detail with reference to examples. Example 1 A method for selectively separating alginate-degrading microorganisms was performed as follows. About 3% of sodium alginate was added to a predetermined soil for every 2-3 months for about 2-3 days. About 1 g of this treated soil was diluted with 2 ml of sterilized water.
1 ml of the pour solution sample was mixed with the medium composition shown in Table 1 in which sodium alginate was the only carbon source, and an agar plate was prepared on a petri dish. This plate at 27 ° C for 7 days
Incubated. The colonies formed on the plate were further inoculated on a plate having the same composition, incubated at 27 ° C. for 5 days, and then a 1M CaCl 2 solution was added to the plate, and after standing, a bacterium that formed white halo and a transparent zone around the colony. Was isolated as an alginate lyase producing bacterium.

【0019】[0019]

【表1】 [Table 1]

【0020】本菌株をアルギン酸ナトリウムを炭素源と
する表2に示される液体培地10mlの入った大試験管
に接種した。37℃にて24時間培養した培養液を同組
成の培地100mlのはいった500ml容三角フラス
コに移し、27℃にて振盪培養を行い、48時間目で培
養を中止した。培養液中に産生される菌体外アルギン酸
リアーゼ活性は昆布由来のアルギン酸ナトリウムの基質
液(5ml)と培養上清液(0.5ml)を37℃で2
0分間反応後、オストワルド粘度計を用いる粘度測定に
よって求めた。粘度法によって求めた48時間培養液の
酵素活性は2.0Units/mlであり、本酵素は10分間
にアルギン酸の粘度を96%まで低下させる活性を示し
た。
This strain was inoculated into a large test tube containing 10 ml of the liquid medium shown in Table 2 containing sodium alginate as a carbon source. The culture broth cultivated at 37 ° C. for 24 hours was transferred to a 500 ml Erlenmeyer flask containing 100 ml of a medium of the same composition, shake-cultured at 27 ° C., and the culture was stopped at 48 hours. The extracellular alginate lyase activity produced in the culture broth was measured by using a substrate solution (5 ml) of kelp-derived sodium alginate and a culture supernatant (0.5 ml) at 37 ° C.
After reacting for 0 minutes, the viscosity was measured by a viscosity measurement using an Ostwald viscometer. The enzyme activity of the 48-hour culture broth determined by the viscosity method was 2.0 Units / ml, and this enzyme showed an activity of reducing the viscosity of alginic acid to 96% in 10 minutes.

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】実施例2 実施例1において三角フラスコ培養によって得られた2
4時間培養液90mlを予めオートクレーブ内にて12
0℃、15分間、滅菌されたは3Lの同組成の培地を含
む5Lジャーファーメンターに接種した。培養経過を調
べるため、27℃にて72時間、好気的に通気撹拌(2
00rpm)培養を行った。培養中、培養液の発泡を防ぐ
ために消泡剤であるアデカノールを使用した。酵素活性
は実施例1で示した粘度法により求めた。菌の生育は培
養液10mlを3,000rpmで10分間に遠心分離し、
残存する菌体量で示された。10時間目頃から菌の生育
が始まり、24時間目で最大に達した。菌の生育ととも
に酵素の生産も上昇し、36時間でほぼ最大に達した。
その以後は酵素の生産は定常状態になり、72時間目で
も酵素活性は残存する。培養液中のpHは7.0からわ
ずかながら上昇し、48時間以降、急に上昇し、72時
間目にはpH9.0に達した。36時間培養液からのア
ルギン酸リアーゼの精製方法は実施例3で示した。
Example 2 2 obtained by Erlenmeyer flask culture in Example 1
Preliminarily use 90 ml of 4-hour culture solution in an autoclave for 12
A 5 L jar fermenter containing 3 L of sterilized medium of the same composition was inoculated at 0 ° C. for 15 minutes. To examine the progress of the culture, aerobically agitate at 27 ° C for 72 hours (2
(00 rpm) culture was performed. During the culture, an antifoaming agent, adecanol, was used to prevent the foaming of the culture solution. The enzyme activity was determined by the viscosity method described in Example 1. For the growth of the bacterium, 10 ml of the culture solution was centrifuged at 3,000 rpm for 10 minutes,
It was shown by the amount of remaining cells. The bacteria started to grow from the 10th hour, and reached the maximum at the 24th hour. The enzyme production increased with the growth of the fungus, reaching a maximum at 36 hours.
After that, the enzyme production is in a steady state, and the enzyme activity remains even after 72 hours. The pH in the culture solution slightly increased from 7.0, increased sharply after 48 hours, and reached pH 9.0 at 72 hours. The method for purifying alginate lyase from the 36-hour culture was shown in Example 3.

【0023】実施例3 実施例2で得られた培養液は遠心分離によって菌体と培
養上清に分けた。培養上清液からのアルギン酸リアーゼ
の精製は表3に示す方法によって行った。各精製段階で
のアルギン酸リアーゼ活性は、分解生成物であるウロン
酸のλ235nmのUV吸収における吸光度から求め
た。また、酵素タンパク量はλ280nmの吸収及び標
準として牛血清アルブミンを用いるLowry法によって求
めた。アルギン酸の上清液を75%飽和硫安にて塩析
後、沈殿物は少量の20mMリン酸緩衝液(pH7.
0)にて溶解し、同緩衝液中で一晩、透析した。この粗
酵素液は20mMリン酸緩衝液(pH7.0)にて平衡
化されたイオン交換樹脂、DEAE-セルロースカラムクロ
マトグラフィーに通塔した。活性分画を集め、限外ろ過
により濃縮して得られた粗酵素液を50mMリン酸緩衝
液(pH7.0)にて平衡化されたセファクリル S-200
HRにてゲルろ過した。活性分画を濃縮し、凍結乾燥を行
い、白色粉末を得た。本粉末は上述のDEAE-セルロース
カラムクロマトグラフィーにて再度精製された。培養上
清からの収率は5.8%であった。本精製酵素は、上述
の透析後の試料と比較して約25倍の比活性を有した。
本精製酵素液は12.5%SDS−ポリアクリルアミドゲル
電気泳動の後、CBB染色された。本酵素は図1に示すよ
うにSDS−ポリアクリルアミドゲル上、既存の分子量マ
ーカーとの比較から41,000の分子量を有するタン
パクからなる単一のバンドを与えた。
Example 3 The culture solution obtained in Example 2 was separated into bacterial cells and culture supernatant by centrifugation. Purification of alginate lyase from the culture supernatant was performed by the method shown in Table 3. The alginate lyase activity at each purification step was determined from the absorbance of uronate, which is a decomposition product, at UV absorption at λ235 nm. The amount of enzyme protein was determined by the Lowry method using absorption at λ280 nm and bovine serum albumin as a standard. After alginate supernatant was salted out with 75% saturated ammonium sulfate, a small amount of 20 mM phosphate buffer (pH 7.
It was dissolved in 0) and dialyzed in the same buffer overnight. This crude enzyme solution was passed through a DEAE-cellulose column chromatography, which is an ion exchange resin equilibrated with a 20 mM phosphate buffer solution (pH 7.0). The crude enzyme solution obtained by collecting the active fractions and concentrating by ultrafiltration was equilibrated with Sephacryl S-200 in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0).
Gel filtration was performed with HR. The active fraction was concentrated and freeze-dried to obtain a white powder. This powder was purified again by the DEAE-cellulose column chromatography described above. The yield from the culture supernatant was 5.8%. The purified enzyme had a specific activity about 25 times higher than that of the sample after dialysis.
The purified enzyme solution was subjected to 12.5% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and then stained with CBB. As shown in FIG. 1, this enzyme gave a single band consisting of a protein having a molecular weight of 41,000 on SDS-polyacrylamide gel as compared with existing molecular weight markers.

【0024】[0024]

【表3】 [Table 3]

【0025】実施例4 緑膿菌の臨床分離株、M−3ムコイド株をミューラヒン
トン培地10mlを用い、大験管にて18時間、液体培
養を行い、これを種培養液とした。この種培養液を1.
5%NaClと0.2%グルコースからなる培地組成(5m
l)の入ったシャーレに接種した。この際、予め、シャ
ーレ内には直径6mmのテフロンシートデイスク片を一
緒に入れ、37℃で5日間、静置培養を行った。アルギ
ン酸多糖からなるバイオフィルムが産生、付着したテフ
ロンデイスク片と上記アルギン酸分解酵素産生菌の培養
液、400μlを37℃、20分間インキュベートし
た。反応後、テフロンデイスクを取り出し、トルイジン
・ブルー溶液にて30分間、染色した。培養上清液及び
精製された酵素液はいずれもテフロンデイスク片表面上
に付着したバイオフィルムを分解、溶解する結果、デイ
スク表面はほとんど染色されず、緑膿菌バイオフィルム
の溶解能を肉眼観察することができた。また、テフロン
デイスクと同時に血清などのタンパクや糖タンパクを添
加し、より生体内に近い条件下でバイオフィルムの溶解
能を調べることが出来る点で本法はin vivoでの評価に
つながるきわめて有用な検定方法である。
Example 4 A clinical isolate of Pseudomonas aeruginosa, M-3 mucoid strain, was subjected to liquid culture in a large test tube for 18 hours using 10 ml of Mueller Hinton medium, and this was used as a seed culture. This seed culture is 1.
Medium composition consisting of 5% NaCl and 0.2% glucose (5m
The petri dish containing 1) was inoculated. At this time, a piece of Teflon sheet disk having a diameter of 6 mm was put together in advance in the petri dish, and static culture was carried out at 37 ° C. for 5 days. 400 µl of a culture solution of the Teflon disk piece produced and attached to the biofilm composed of alginic acid polysaccharide and the alginic acid-degrading enzyme-producing bacterium was incubated at 37 ° C for 20 minutes. After the reaction, the Teflon disk was taken out and stained with a toluidine blue solution for 30 minutes. Both the culture supernatant and the purified enzyme solution decompose and dissolve the biofilm adhering to the surface of the Teflon disk. As a result, the surface of the disk is hardly stained, and the ability to dissolve Pseudomonas aeruginosa biofilm is visually observed. I was able to. In addition, this method is extremely useful for in vivo evaluation because it is possible to examine the solubility of biofilm under conditions closer to that in vivo by adding proteins such as serum and glycoproteins together with Teflon disk. It is a test method.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明法によって見い出されたバチルス
属に属する新菌株が生産するアルギン酸リアーゼは緑膿
菌臨床分離株の産生するアルギン酸を効率良く分解、低
分子化することができるのでバイオフィルムの形成が起
因となっている慢性難治性の呼吸器感染症、尿路感染症
ならびに嚢胞性繊維症といった疾患に対して有用な治療
手段となりうる。また、本酵素は酸や熱に対して比較的
安定であり、かつ培養上清中に蓄積されことから大量に
供給が可能である。本酵素は海草由来のアルギン酸も分
解、低分子化することができるので、アルギン酸を含む
廃液ならびに食品物の処理に利用することが可能であ
り、さらに、アルギン酸の分解生成物のウロン酸はバイ
オマス資源としても有用であり、また、農作物の増収を
目的とした有用微生物として土壌改良材に用いられる。
The alginate lyase produced by a new strain belonging to the genus Bacillus found by the method of the present invention can efficiently decompose and reduce the molecular weight of alginate produced by a clinical isolate of Pseudomonas aeruginosa. It can be a useful therapeutic tool for diseases such as chronic refractory respiratory infections, urinary tract infections and cystic fibrosis caused by formation. The enzyme is relatively stable against acid and heat, and can be supplied in a large amount because it is accumulated in the culture supernatant. Since this enzyme can also decompose alginic acid derived from seaweed and reduce its molecular weight, it can be used for the treatment of waste liquid containing alginic acid and food products.In addition, uronic acid, a decomposition product of alginic acid, is a biomass resource. It is also useful as a soil improving material as a useful microorganism for the purpose of increasing the yield of agricultural products.

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

【図1】バチルスsp. ATB-1015由来のアルギン酸リ
アーゼのSDS-PAGEによる分子量測定の結果を示す。
FIG. 1 shows the results of molecular weight measurement by SDS-PAGE of alginate lyase derived from Bacillus sp. ATB-1015.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バチルス属に属するアルギン酸分解能を
有する微生物が産生し、アルギン酸を分解するアルギン
酸分解酵素。
1. An alginic acid-degrading enzyme which is produced by a microorganism belonging to the genus Bacillus and capable of degrading alginic acid to decompose alginic acid.
【請求項2】 バチルス属に属するアルギン酸分解能を
有する微生物を培養し、培養物からアルギン酸分解酵素
を採取することを特徴とするアルギン酸分解酵素の製造
法。
2. A method for producing an alginate degrading enzyme, which comprises culturing a microorganism belonging to the genus Bacillus and capable of degrading alginate and collecting the alginate degrading enzyme from the culture.
【請求項3】 バチルス属に属するアルギン酸分解能を
有する微生物を培養し、その培養物、培養物から得られ
た粗酵素又は精製酵素をアルギン酸に作用させてアルギ
ン酸を分解せしめることを特徴とするアルギン酸の分解
法。
3. A method of culturing a microorganism of the genus Bacillus capable of degrading alginic acid, and degrading the alginic acid by causing the culture, crude enzyme or purified enzyme obtained from the culture to act on the alginic acid. Decomposition method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6423312B1 (en) 1997-09-02 2002-07-23 Insight Strategy & Marketing Ltd. Compositions including glycosaminoglycans degrading enzymes and use of same against surface protected bacteria
CN110538314A (en) * 2019-09-28 2019-12-06 深圳泌码科技有限公司 Antimicrobial peptide composition for killing biofilm-forming pseudomonas aeruginosa

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