JPH1057072A - Production of ubiquinone-10 - Google Patents

Production of ubiquinone-10

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JPH1057072A
JPH1057072A JP8238682A JP23868296A JPH1057072A JP H1057072 A JPH1057072 A JP H1057072A JP 8238682 A JP8238682 A JP 8238682A JP 23868296 A JP23868296 A JP 23868296A JP H1057072 A JPH1057072 A JP H1057072A
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JP
Japan
Prior art keywords
gene
pld2
escherichia coli
dds
transformed microorganism
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Application number
JP8238682A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideyuki Matsuda
英幸 松田
Makoto Kawamuki
誠 川向
Katsunori Tanaka
克典 田中
Tsuyoshi Nakagawa
強 中川
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ALPHA- SHOKUHIN KK
Original Assignee
ALPHA- SHOKUHIN KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a new transformed microorganism, transformed with a gene capable of coding a decaprenyl diphosphate synthase(DDS) and capable of producing ubiquirtone-10 useful for treatment, etc., of cardiopathy, myodystrophy and anemia, etc. SOLUTION: This new transformed microorganism such as Escherichia coli JM109/pLD2 or Escherichia coli K0229/pLD2 is transformed with a gene capable of coding a decaprenyl diphosphate synthase(DDS) having an amino acid sequence represented by the formula. The transformed microorganism is capable of producing only high purity ubiquinone-10 effective in treating congestive heat failure, myodystrophy, anemia, etc., when using Escherichia coli deficient in a structural gene ispB of an octaprenyl diphosphate synthase (OPS) as a host. The transformed microorganism is obtained by carrying out a polymerase chain reaction(PCR) of a genomic DNA of an acetic acid bacterium with a primer comprising a fragment of the DDS gene, integrating the resultant DDS gene in a vector and transducing the prepared vector into a host microorganism.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ユビキノン、特に
ユビキノン−10の生成に関する。更に詳細には、本発
明は、酢酸菌由来のデカプレニル二リン酸合成酵素(D
DSということもある)をコードする遺伝子を単離、発
現せしめてユビキノン−10を生成する新規システムに
関するものである。
The present invention relates to the production of ubiquinone, especially ubiquinone-10. More specifically, the present invention relates to decaprenyl diphosphate synthase (D
DS), which is a novel system for producing ubiquinone-10 by isolating and expressing a gene encoding ubiquinone-10.

【0002】[0002]

【従来の技術】イソプレノイドは炭素数が5のイソペン
テニル二リン酸(IPP)を基本単位とする天然の有機
化合物であり自然界に数多く存在している。その例を挙
げれば、色素のカロチノイド、天然ゴム、呼吸鎖電子伝
達系で働くイソプレノイドキノンなどがそれにあたる。
イソプレノイドキノンにはユビキノン(UQ)、メナキ
ノン、プラストキノンなどキノン骨格の違いにより区別
されるものが数種存在し、またそれぞれについてはイソ
プレノイド側鎖長の違いにより多数のホモログが存在す
る。ユビキノンは、キノン骨格にイソプレノイドが付加
した化合物であって、2,3-dimethoxy-5-methyl-6-polyp
renyl-1,4-benzoquinoneの構造を持ち、補酵素(Co
Q)とも称される重要な役割を果たしている生体成分で
ある。ユビキノンは、動植物の組織、微生物の菌体成分
として存在し、抗酸化物質としても知られるビタミン様
物質であり、電子伝達系の必須成分としても生理的、生
化学的に重要な機能を果たしている。天然には側鎖のイ
ソプレノイド単位の数により主にユビキノン−1からユ
ビキノン−12までの同族体が存在している。
2. Description of the Related Art Isoprenoids are natural organic compounds having isopentenyl diphosphate (IPP) having 5 carbon atoms as a basic unit, and are present in a large number in nature. Examples include pigment carotenoids, natural rubber, isoprenoid quinones that work in the respiratory chain electron transport system, and the like.
There are several types of isoprenoid quinones, such as ubiquinone (UQ), menaquinone, and plastoquinone, which are distinguished by differences in the quinone skeleton, and each has a large number of homologues due to differences in isoprenoid side chain length. Ubiquinone is a compound in which isoprenoids are added to the quinone skeleton, and 2,3-dimethoxy-5-methyl-6-polyp
It has the structure of renyl-1,4-benzoquinone and has a coenzyme (Co
It is a biological component that plays an important role also called Q). Ubiquinone is a vitamin-like substance known as an antioxidant, which exists as a bacterial component of animal and plant tissues and microorganisms, and plays important physiological and biochemical functions as an essential component of the electron transport system. . In nature, homologues from ubiquinone-1 to ubiquinone-12 mainly exist depending on the number of isoprenoid units in the side chain.

【0003】ユビキノンは、その薬理、臨床効果につい
ても研究され、うっ血性心不全、筋ジストロフィー、貧
血症等に効果があるとされ、心疾患薬その他各種医薬品
としても価値の高い物質である。しかし、医薬品として
効果が認められているのは、ユビキノン−10のみであ
る。ユビキノン−10は、現在、たばこの葉、酵母ある
いは微生物菌体から抽出精製されているが、それらの詳
細は明らかにされていない。しかし、その生産は需要に
追いつかず、従来の方法に代るより効率的な生産方法の
開発が求められている。
[0003] Ubiquinone has been studied for its pharmacology and clinical effects and is considered to be effective in congestive heart failure, muscular dystrophy, anemia and the like, and is a valuable substance as a drug for heart diseases and other various pharmaceuticals. However, only ubiquinone-10 is effective as a pharmaceutical. Ubiquinone-10 is currently extracted and purified from tobacco leaves, yeast or microbial cells, but the details thereof have not been clarified. However, its production cannot keep up with demand, and there is a need to develop more efficient production methods that can replace conventional methods.

【0004】このユビキノンの側鎖を形成するイソプレ
ノイドは炭素数が5のイソペンテニル二リン酸(IP
P)を基本単位とする、天然有機化合物であり、自然界
に数多く存在する。ユビキノンの側鎖として利用される
他に、カロチノイド、天然ゴム、またプレニル化蛋白質
としての姿も知られている。生体内での生合成は、基本
となるIPPや、FPP(ファネシル二リン酸)に新た
なIPPが結合していき、徐々に長い鎖長のイソプレノ
イドに成っていく。このようにイソプレノイドの合成を
触媒する酵素はプレニルトランスフェラーゼという。プ
レニルトランスフェラーゼはバクテリアを中心として多
種類存在が確認されている。E. coliではFPS,OP
S,UPSの3つの酵素の存在が確認されており、遺伝
子として単離されているのはFPSの構造遺伝子である
ispAとオクタプレニル二リン酸合成酵素(OPS)
の構造遺伝子ispBである。
The isoprenoid forming the side chain of ubiquinone is isopentenyl diphosphate having 5 carbon atoms (IP
It is a natural organic compound having P) as a basic unit, and is present in a large number in nature. In addition to being used as the side chain of ubiquinone, it is also known as a carotenoid, natural rubber, and as a prenylated protein. In biosynthesis in a living body, new IPP binds to basic IPP or FPP (funesyl diphosphate), and gradually becomes isoprenoids having a long chain length. Such an enzyme that catalyzes the synthesis of isoprenoid is called prenyltransferase. Many types of prenyltransferases have been confirmed mainly in bacteria. FPS, OP for E. coli
The existence of three enzymes, S and UPS, has been confirmed, and the genes isolated are the structural genes of FPS, ispA and octaprenyl diphosphate synthase (OPS)
Is the structural gene ispB.

【0005】このプレニルトランスフェラーゼの作用に
よって、大腸菌では側鎖長が8のオクタプレニル二リン
酸が、出芽酵母では側鎖長が6のヘキサプレニル二リン
酸が合成される。一方、大腸菌ubiA産物、酵母CO
Q2産物によって、PHB(p−ヒドロキシベンゾエー
ト)から派生したベンゾキノン骨格にこれらのイソプレ
ノイドが付加されて、それぞれユビキノン−8、ユビキ
ノン−6が完成する。このようなことから、ispB産
物とubiA産物等の触媒するポイントがユビキノン合
成にとって重要であると考えられる。ユビキノン−10
は、上述のように薬理作用の高い生理活性物質として注
目されているが、側鎖を合成するデカプレニル二リン酸
合成酵素の遺伝子とubiA産物、酵母COQ2産物を
利用することでユビキノン−10の効率的生産につなが
るとの新しい観点にたち、デカプレニル二リン酸合成酵
素遺伝子のクローニングの必要性に着目した。
[0005] By the action of this prenyltransferase, octaprenyl diphosphate having a side chain length of 8 is synthesized in Escherichia coli, and hexaprenyl diphosphate having a side chain length of 6 is synthesized in budding yeast. On the other hand, E. coli ubiA product, yeast CO
These isoprenoids are added to the benzoquinone skeleton derived from PHB (p-hydroxybenzoate) by the Q2 product to complete ubiquinone-8 and ubiquinone-6, respectively. From these facts, it is considered that the point at which the ispB product and the ubiA product catalyze is important for ubiquinone synthesis. Ubiquinone-10
Is attracting attention as a physiologically active substance having a high pharmacological action, as described above. With a new perspective that this leads to the production of a product, he focused on the necessity of cloning the gene for decaprenyl diphosphate synthase.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した技
術の現状に鑑み、UQ−10の側鎖であるデカプレノイ
ド合成に係わる遺伝子を利用し、UQ−10を微生物で
生産する技術を開発する目的でなされたものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above-mentioned state of the art, the present invention develops a technique for producing UQ-10 in a microorganism using a gene involved in the synthesis of decaprenoid, which is a side chain of UQ-10. It was done for the purpose.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものであって、各方面から検討の
結果、生理活性を有するUQ−10を生成する生物よ
り、その合成に必要な遺伝子、すなわち側鎖のデカプレ
ニル二リン酸を合成するのに必要なデカプレニル二リン
酸合成酵素遺伝子を単離し、大腸菌内で発現させること
でUQ−10生成を行うこととした。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to achieve the above-mentioned object, and as a result of investigations from various fields, it has been found that a biologically active organism producing UQ-10 can be synthesized from the organism. The necessary gene, that is, the gene for decaprenyl diphosphate synthase necessary for synthesizing the side chain decaprenyl diphosphate, was isolated and expressed in Escherichia coli to produce UQ-10.

【0008】この新規技術課題を解決するため、UQ−
10を生成するバクテリアの酢酸菌Gluconobacter subo
xydansのゲノムDNAを鋳型としてPCRを行った。そ
の際使用するプライマーは、ポリプレニル二リン酸合成
酵素に高く保存された領域を参考にしてデザインしたmi
xed primerを使用した。このPCRで得られた断片をベ
クターにクローン化し、塩基配列を決定した後、推定さ
れるアミノ酸を既知のポリプレニル二リン酸合成酵素と
比較して似ているものを選択した。その後、得られた断
片をプローブとしてG. suboxydansのゲノムを対象にゲ
ノミックサザンハイブリダイゼーションを行った。そこ
で得られた情報を元に部分ゲノムライブラリーを作製
し、コロニーリフトアッセイによってこの遺伝子の全領
域を含む遺伝子領域を得た。この遺伝子領域内のプレニ
ル二リン酸合成酵素をコードするであろう領域の塩基配
列を決定した後、orfを新たにPCRで増幅後、大腸
菌発現ベクターにクローン化し、大腸菌lacZ遺伝子
のプロモーターを利用して発現を行った。この遺伝子を
発現させた大腸菌よりUQを調製し、その種類をHPL
Cで確認した。また、同様な菌体より調製した粗酵素タ
ンパク質を利用して酵素活性測定を行った。
[0008] To solve this new technical problem, UQ-
Acetobacter bacterium Gluconobacter subo
PCR was performed using xydans genomic DNA as a template. The primers used at that time were designed with reference to the region highly conserved in polyprenyl diphosphate synthase.
xed primer was used. The fragment obtained by this PCR was cloned into a vector, the nucleotide sequence was determined, and those having similar predicted amino acids to those of known polyprenyl diphosphate synthase were selected. Thereafter, genomic Southern hybridization was performed on the G. suboxydans genome using the obtained fragment as a probe. Based on the information obtained, a partial genome library was prepared, and a gene region including the entire region of this gene was obtained by colony lift assay. After determining the nucleotide sequence of the region that would encode prenyl diphosphate synthase in this gene region, orf was newly amplified by PCR, cloned into an E. coli expression vector, and the promoter of E. coli lacZ gene was used. Expression. UQ was prepared from Escherichia coli expressing this gene,
C confirmed. In addition, enzyme activity was measured using a crude enzyme protein prepared from similar cells.

【0009】また、UQ−8合成に必要なオクタプレニ
ル二リン酸合成酵素遺伝子(ispB遺伝子)を欠損せ
しめた大腸菌を作成しておき、一方、上記と同様にし
て、dds1遺伝子を大腸菌発現ベクターにクローン化
しておき、これを上記したispB破壊株で発現させる
ことにより、UQ−10をメイン産物として生成せしめ
ることも確認した。
In addition, Escherichia coli deficient in the octaprenyl diphosphate synthase gene (ispB gene) required for UQ-8 synthesis has been prepared, while the dds1 gene has been added to the E. coli expression vector in the same manner as described above. It was also confirmed that UQ-10 was generated as a main product by cloning and expressing this in the above-mentioned ispB-disrupted strain.

【0010】そしてその結果、UQ−10を製造するこ
とにはじめて成功した。そしてその際、前者の場合は、
UQ−8、UQ−9とともにUQ−10を製造するのに
成功し、また、ispB破壊株を用いる後者の場合にお
いては、主としてUQ−10を製造することができ、高
純度のUQ−10を効率的に製造するのに成功し、これ
らの成功に基づき、本発明を完成するに至った。以上、
本発明について詳述する。
As a result, UQ-10 was successfully manufactured for the first time. And in that case, in the former case,
UQ-10 was successfully produced together with UQ-8 and UQ-9, and in the latter case using an ispB-disrupted strain, UQ-10 was mainly produced, and high-purity UQ-10 was produced. It was successfully manufactured efficiently, and based on these successes, the present invention was completed. that's all,
The present invention will be described in detail.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(1)配列表の配列番号4(センスプライマー)及び配
列番号5(アンチセンスプライマー)に示す2種類のオ
リゴプライマーを合成委託し、それらを使用して数回P
CRを行った。すなわち、95℃ 1分、55℃ 2
分、72℃ 1分、30サイクルで初めのPCRを行
い、400〜500b付近をアガロース電気泳動により
切り出して再度同様の反応を行った。その結果、約40
0b付近にメインバンドを得た。このPCR断片をその
ままベクターにクローン化し、塩基配列決定を行ったと
ころ3種類の配列が決定された。それらの全てについて
アミノ酸配列を既存のプレニルトランスフェラーゼと比
較したところ、その内の一つが大腸菌オクタプレニル二
リン酸合成酵素と約40%の相同性を有していた。そこ
で、この断片はG. suboxydansのデカプレニル二リン酸
合成酵素遺伝子の一部であると考え、全領域を以下のよ
うにスクリーニングした。
(1) Synthesis of two types of oligo primers shown in SEQ ID NO: 4 (sense primer) and SEQ ID NO: 5 (antisense primer) in the sequence listing, and several times
CR was performed. That is, 95 ° C. for 1 minute, 55 ° C. 2
The initial PCR was performed for 30 minutes at 72 ° C. for 1 minute, and the vicinity of 400 to 500 b was cut out by agarose electrophoresis, and the same reaction was performed again. As a result, about 40
A main band was obtained around 0b. This PCR fragment was directly cloned into a vector and the nucleotide sequence was determined. As a result, three types of sequences were determined. When the amino acid sequence of all of them was compared with the existing prenyltransferase, one of them had about 40% homology with E. coli octaprenyl diphosphate synthase. Therefore, this fragment was considered to be a part of the decaprenyl diphosphate synthase gene of G. suboxydans, and the entire region was screened as follows.

【0012】(2)まず、この断片をプローブとし、G.
suboxydansのゲノムに対してサザンハイブリダイゼー
ションを行った。その結果、ゲノムのEcoRI消化物
を使用した場合約5kb付近にシグナルを得たので、ゲ
ノムのEcoRI消化後、5kb付近をアガロース電気
泳動により切り出してベクターの同サイトにライゲーシ
ョンして部分ゲノムライブラリーとした。その後、この
ライブラリーを保持する大腸菌に対して先のPCR断片
をプローブとしてコロニーハイブリダイゼーションを行
った。約6000個の形質転換体をスクリーニングした
結果、数個のポジティブコロニーを得たのでその菌体よ
りプラスミドを調製し、サザンハイブリダイゼーション
を行った。その結果、ポジティブと判断できるプラスミ
ドを得たのでpGS1と名付けた。
(2) First, using this fragment as a probe,
Southern hybridization was performed on the genome of suboxydans. As a result, when a genomic EcoRI digest was used, a signal was obtained at about 5 kb. After genomic EcoRI digestion, about 5 kb was cut out by agarose electrophoresis and ligated to the same site of the vector to obtain a partial genomic library. did. Thereafter, colony hybridization was performed on Escherichia coli holding this library using the above PCR fragment as a probe. As a result of screening about 6000 transformants, several positive colonies were obtained. A plasmid was prepared from the cells and subjected to Southern hybridization. As a result, a plasmid that could be determined to be positive was obtained, and was named pGS1.

【0013】(3)プラスミドpGS1は、約5kbの
断片を保持していたので、その内のSa1I−Hind
III約2.1kbの塩基配列を決定した(図1)。シ
ークエンスしたDNA配列の中からDNAの遺伝情報が
m−RNAへ転写され蛋白質へと翻訳される部分である
ORF(オープン リーディング フレーム)を検索し
た。DNAコドンでは、m−RNAの転写開始部分はA
TG、転写停止部分はTAG、TGA、TAAのいずれ
かであるので、開始コドン、停止コドンの検索を行い、
ORFの決定を行った。その結果、先のPCR断片を含
む約1kbのORFを発見した。
(3) Since the plasmid pGS1 has a fragment of about 5 kb, the Sal1I-Hind
III A nucleotide sequence of about 2.1 kb was determined (FIG. 1). An ORF (open reading frame), which is a portion where the genetic information of DNA is transcribed into m-RNA and translated into protein, was searched from the sequenced DNA sequence. In the DNA codon, the transcription initiation portion of the m-RNA is A
Since the TG and the transcription termination part are any of TAG, TGA and TAA, the start codon and the stop codon are searched.
An ORF determination was made. As a result, an ORF of about 1 kb containing the above PCR fragment was found.

【0014】(4)図1に示すように、この遺伝子は、
図1の塩基配列で示される808の位置(ATG:メチ
オニン)から始まり1756の位置(TAA:対応する
アミノ酸なし)で終了する948bp、315アミノ酸
からなるORFを保持しており、他のプレニル二リン酸
合成酵素と高い相同性を示し、大腸菌IspB、酵母Sa
ccharomyces cerevisiae Coq1、枯草菌Bacillus su
btilisヘプタプレニル二リン酸合成酵素と、それぞれ、
47.9%、45.3%、32.4%の相同性があっ
た。そこでこの遺伝子をデカプレニル二リン酸合成酵素
遺伝子dds1と命名し、その塩基配列をDDSのアミ
ノ酸配列とともに配列表の配列番号1及び2にそれぞれ
示した。
(4) As shown in FIG. 1, this gene
It has an ORF consisting of 948 bp and 315 amino acids which starts from position 808 (ATG: methionine) and ends at position 1756 (TAA: no corresponding amino acid) shown in the nucleotide sequence of FIG. Shows high homology to acid synthase, Escherichia coli IspB, yeast Sa
ccharomyces cerevisiae Coq1, Bacillus su
btilis heptaprenyl diphosphate synthase,
There was 47.9%, 45.3%, 32.4% homology. Therefore, this gene was named decaprenyl diphosphate synthase gene dds1, and its nucleotide sequence is shown in SEQ ID NOs: 1 and 2 together with the amino acid sequence of DDS.

【0015】(5)得られたシークエンスデータを基
に、ORFを含む領域が増幅できるオリゴプライマー
(配列番号4に示すセンスプライマー、配列番号5に示
すアンチセンスプライマー)を合成し、dds1のイン
サートDNA(その塩基配列を配列番号3に示す)をP
CRで増幅した。増幅されたインサートDNAは、5′
側にBamHIサイト、3′側にHindIIIサイト
をそれぞれ保存させており、プラスミドベクターpUC
18(宝酒造)のBamHI−HindIIIサイトに
クローン化した。上記のサイトにインサートDNAを連
結することによりベクターのlacZ遺伝子と融合する
形でdds1を発現させた。すなわち、dds1のOR
Fを大腸菌lacZ遺伝子のプロモーター下で発現させ
るためにプラスミドpLD2を構築した(図2)。
(5) Based on the obtained sequence data, oligo primers (sense primers shown in SEQ ID NO: 4 and antisense primers shown in SEQ ID NO: 5) capable of amplifying the region containing the ORF were synthesized, and the insert DNA of dds1 was synthesized. (Its base sequence is shown in SEQ ID NO: 3)
Amplified with CR. The amplified insert DNA is 5 '
The BamHI site and the HindIII site are stored on the 3 'and 3' sides, respectively.
18 (Takara Shuzo) at the BamHI-HindIII site. By ligating the insert DNA to the above site, dds1 was expressed in a form fused with the lacZ gene of the vector. That is, the OR of dds1
Plasmid pLD2 was constructed to express F under the promoter of E. coli lacZ gene (FIG. 2).

【0016】アンピシリン50μg/mlを含むLB液
体培地10mlに、プラスミドpLD2を保持させた大
腸菌JM109のシングルコロニーを滅菌した爪楊枝で
植菌し、37℃で一晩振とう培養した。上記と同様の培
地250mlに、前培養しておいた培養液2.5ml
(1%植菌)を植菌し、37℃で2〜3時間振とう培養
した。その後、分光光度計でOD600が約0.5である
ことを確認して、1M IPTG(イソプロピル−1−
チオ−β−D−ガラクトサイド)を0.25ml(最終
濃度1mM)添加して、更に12時間同様に培養した。
得られた菌体からUQを調製しHPLCで解析したとこ
ろ、図3に示すように従来JM109の保持しないUQ
が検出された。ピーク1はUQ−8であるが、ピーク3
は標準物質のUQ−10と一致することからUQ−10
であり、ピーク2はUQ−9であると考えられる。
A single colony of Escherichia coli JM109 carrying the plasmid pLD2 was inoculated with 10 ml of an LB liquid medium containing 50 μg / ml of ampicillin using a sterilized toothpick and cultured with shaking at 37 ° C. overnight. 2.5 ml of precultured culture medium in 250 ml of the same medium as above
(1% inoculated), and cultured with shaking at 37 ° C. for 2 to 3 hours. Thereafter, it was confirmed by a spectrophotometer that OD 600 was about 0.5, and 1M IPTG (isopropyl-1-
(Thio-β-D-galactoside) was added in an amount of 0.25 ml (final concentration: 1 mM), and the cells were cultured for another 12 hours.
When UQ was prepared from the obtained cells and analyzed by HPLC, as shown in FIG.
Was detected. Peak 1 is UQ-8, but peak 3
Is consistent with UQ-10 of the reference material, so UQ-10
And peak 2 is considered to be UQ-9.

【0017】上記dds1で形質転換した形質転換微生
物である、pLD2を保持させた大腸菌JM109(Es
cherichia coli JM109/pLD2)を、遺伝子発
現の誘導物質であるイソプロピル−1−チオ−β−D−
ガラクトサイド(IPTG)非存在下で培養し、同様に
UQを調製したところ、生成量は10分の1にまで減少
した。このことからも、プラスミドとして導入したdd
s1遺伝子を利用することによりUQ−10を生成でき
ることが明らかになった。
Escherichia coli JM109 (Es) harboring pLD2, which is a transformed microorganism transformed with dds1
cherichia coli JM109 / pLD2) was converted to isopropyl-1-thio-β-D-
Culture was performed in the absence of galactoside (IPTG), and UQ was similarly prepared. As a result, the amount of production was reduced to one-tenth. This also indicates that dd introduced as a plasmid was used.
It has been revealed that UQ-10 can be produced by using the s1 gene.

【0018】次に、Escherichia coli JM109/p
LD2より粗酵素蛋白質を調製し、活性測定を行った。
すなわち、基質として14C−IPP(インペンテニル二
リン酸:Amersham LIFESCIENCE社)とFPP(ファルネ
シル二リン酸)を使用し、30℃で4時間反応させた
後、ブタノールで抽出したポリプレニル二リン酸を加水
分解後、ポリプレノールの状態でTLC展開した。その
結果、図4に示すようにpLD2を保持させたJM10
9においてデカプレノールが検出された。これらの結果
から、我々が得たdds1遺伝子はUQ−10合成に必
要な側鎖のデカプレニル二リン酸合成を担う遺伝子であ
ることが明らかとなり、dds1遺伝子を大腸菌内で発
現させてやることでUQ−10生成が可能であることが
証明された。
Next, Escherichia coli JM109 / p
A crude enzyme protein was prepared from LD2, and the activity was measured.
That is, using 14 C-IPP (impentenyl diphosphate: Amersham LIFESCIENCE) and FPP (farnesyl diphosphate) as substrates, reacting at 30 ° C. for 4 hours, and then extracting polyprenyl diphosphate with butanol. After hydrolysis, it was developed by TLC in the state of polyprenol. As a result, as shown in FIG.
9, decaprenol was detected. From these results, it was revealed that the dds1 gene obtained was a gene responsible for the synthesis of the side chain decaprenyl diphosphate required for UQ-10 synthesis, and by expressing the dds1 gene in E. coli, It has been demonstrated that -10 generation is possible.

【0019】(6)以上、プラスミドpLD2で形質転
換した大腸菌JM109を用いる、UQ−8、UQ−9
の生成を伴うUQ−10の生成についての実施例につい
て述べた。次に、より純品でUQ−10を生成できる系
についての実施例について述べる。
(6) As described above, UQ-8 and UQ-9 using Escherichia coli JM109 transformed with plasmid pLD2
The example of the generation of UQ-10 accompanied by the generation of UQ-10 has been described. Next, an example of a system that can generate UQ-10 with a more pure product will be described.

【0020】(7)KO229/pLD2の作製 下記するように、大腸菌KO229(Escherichia coli
KO229)は、UQ−8合成に必要なispB遺伝
子を欠損している株であるため、UQ−8を合成するこ
とはできない。したがって、この株においてプラスミド
pLD2を発現させることにより、UQ−10のみを単
一品として生成させたり、その生成量を増加させること
が期待できる。換言すれば、上記した大腸菌JM109
/pLD2は、UQ−10は生成するものの、UQ−8
がメイン産物であるのに対し、本菌株である大腸菌KO
229/pLD2はUQ−10をメイン産物とするもの
であって、本実施例はUQ−10の高純度生産を目的と
したものである。
(7) Preparation of KO229 / pLD2 As described below, Escherichia coli
KO229) cannot synthesize UQ-8 because it lacks the ispB gene required for UQ-8 synthesis. Therefore, expression of plasmid pLD2 in this strain can be expected to produce UQ-10 alone as a single product or to increase the amount of UQ-10 produced. In other words, the above-mentioned Escherichia coli JM109
/ PLD2 generates UQ-10, but UQ-8
Is the main product, whereas Escherichia coli KO
229 / pLD2 uses UQ-10 as a main product, and the present example aims at high-purity production of UQ-10.

【0021】a)プラスミド上でのispB遺伝子の破
壊 まずispBを保持するプラスミドpKA3のispB
内に存在するPstIサイトを制限酵素で切断した。そ
こにcat(クロラムフェニコールアセチルトランスフ
ェラーゼ)遺伝子を導入した。その際、pKA3、ca
tの両方のサイトをT4ポリメラーゼで平滑末端に修飾
してからライゲーションした。なお、cat遺伝子はp
ACYC184(ニッポンジーン社)をHaeII処理
することで調製した。得られたプラスミドpTC2より
catで分断されたispB遺伝子の領域をEcoRI
処理により切り出し、これを断片Qとした。
A) Disruption of ispB Gene on Plasmid First, ispB of plasmid pKA3 carrying ispB
Was digested with a restriction enzyme. The cat (chloramphenicol acetyltransferase) gene was introduced therein. At that time, pKA3, ca
Both sites of t were blunt-ended with T4 polymerase before ligation. The cat gene is p
ACYC184 (Nippon Gene) was prepared by HaeII treatment. The region of the ispB gene separated by cat from the obtained plasmid pTC2 was EcoRI
It was cut out by the treatment, and this was used as fragment Q.

【0022】b)ispB欠損株の作製 相同組換えの起こりやすい大腸菌FS1576をpKA
3で形質転換した。得られた形質転換体FS1576/
pKA3を、a)で調製した断片Qを用いて再度形質転
換した。ここで得られる形質転換体は、クロラムフェニ
コール(Cm)とスペクチノマイシン(Spc)を50
μg/ml含むLB寒天培地で生育してきた菌株であ
り、染色体か、あるいはpKA3上のispB遺伝子が
断片Qで置き換わっていた(相同組換えが起こってい
た)。得られたCm+Spc耐性株よりpKA3をと
り、その大きさに変化のない株を選択した。ここで選択
された株は、染色体上のispB遺伝子がcatで破壊
されており、そのかわりに無傷のispB遺伝子をプラ
スミドpKA3として保持していた。この株を大腸菌K
O229/pKA3とした。
B) Preparation of ispB-deficient strain Escherichia coli FS1576, which is liable to undergo homologous recombination, was transformed into pKA
3 was transformed. The resulting transformant FS1576 /
pKA3 was again transformed with fragment Q prepared in a). The transformants obtained here were chloramphenicol (Cm) and spectinomycin (Spc) in 50 parts.
This strain was grown on an LB agar medium containing μg / ml, and the chromosome or the ispB gene on pKA3 was replaced by fragment Q (homologous recombination had occurred). PKA3 was taken from the obtained Cm + Spc resistant strain, and a strain whose size did not change was selected. In the strain selected here, the ispB gene on the chromosome was disrupted by cat, and instead, the intact ispB gene was retained as the plasmid pKA3. E. coli K
O229 / pKA3.

【0023】c)KO229/pLD2株の単離 b)で得られたKO229/pKA3をdds1遺伝子
を持つプラスミドpLD2で形質転換した。pLD2は
アンピシリン(Amp)耐性遺伝子を持つのでCm、S
pc、Ampをそれぞれ50μg/ml含むLB寒天培
地で選択した。得られたKO229/pKA3+pLD
2株をAmp+Cmを含むLB液体培地で培養し、飽和
したところで同様な新たな培地に継代培養した。この操
作を計5回繰り返し、Amp+Cmを含むLB寒天培地
に希釈してまく。生えてきたAmp+Cm耐性株をAm
p+CmおよびSpc+Cm寒天培地に100個づつレ
プリカし、Amp+Cm耐性、Spc感受性株を選択し
た。得られた株を大腸菌KO229/pLD2としてU
Q−10の生産に利用した。本菌株の有用性に鑑み、本
菌株を大腸菌KO229/pLD2と命名し、工業技術
院生命工学工業技術研究所にFERM BP−5626
として国際寄託した。
C) Isolation of KO229 / pLD2 strain The KO229 / pKA3 obtained in b) was transformed with the plasmid pLD2 having the dds1 gene. Since pLD2 has an ampicillin (Amp) resistance gene, Cm, S
Selection was made on an LB agar medium containing 50 μg / ml each of pc and Amp. Obtained KO229 / pKA3 + pLD
Two strains were cultured in an LB liquid medium containing Amp + Cm, and subcultured to a similar new medium when saturated. This operation is repeated a total of five times, and the mixture is diluted on an LB agar medium containing Amp + Cm. Am + Cm resistant strains that grew
Replicas were replicated one by one on p + Cm and Spc + Cm agar medium, and Amp + Cm-resistant, Spc-sensitive strains were selected. The obtained strain was used as E. coli KO229 / pLD2
Used for production of Q-10. In view of the usefulness of this strain, this strain was named Escherichia coli KO229 / pLD2, and FERM BP-5626 was instituted by the National Institute of Bioscience and Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.
As an international deposit.

【0024】(8)UQ−10の生産 先の実施例においてpLD2で形質転換した大腸菌JM
109を培養した場合と同様に、Escherichia coli K
O229/pLD2(FERM BP−5626)をア
ンピシリン50μg/ml含有LB培地において37℃
で振とう培養し、前培養した菌体を新しい培地に1%植
菌し、OD600が約0.5に達したところでIPTGを
1mMになるように加えて更に対数増殖期後期まで培養
した。得られた菌体からUQを調製し、HPLCで解析
したところ、図5に示すようにUQ−10のメインピー
クが認められ、KO229/pLD2(FERM BP
−5626)によるUQ−10の高純品生産が確認され
た。なお本菌株の場合は、先の実施例のJM109/p
LD2の場合とは異なり、IPTG添加培地で培養した
場合は若干のUQ−10の生産量の増加が認められた
が、IPTG無添加培地で培養した場合と格段の生産量
の差は認められなかった。
(8) Production of UQ-10 E. coli JM transformed with pLD2 in the previous example
As in the case of culturing Escherichia coli K.109,
O229 / pLD2 (FERM BP-5626) at 37 ° C. in LB medium containing 50 μg / ml ampicillin
1% of the pre-cultured cells was inoculated into a fresh medium, and when the OD 600 reached about 0.5, IPTG was added to 1 mM and further cultured until the late logarithmic growth phase. UQ was prepared from the obtained cells and analyzed by HPLC. As shown in FIG. 5, a main peak of UQ-10 was observed, and KO229 / pLD2 (FERM BP) was observed.
-5626), the production of high-quality UQ-10 was confirmed. In the case of this strain, JM109 / p of the previous example was used.
Unlike in the case of LD2, a slight increase in the production of UQ-10 was observed when the cells were cultured in the IPTG-supplemented medium, but no remarkable difference in the production was observed when cultured in the IPTG-free medium. Was.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によって、デカプレニル二リン酸
合成酵素の構造遺伝子を単離し、その配列決定に成功し
ただけでなく、大腸菌で発現させることにはじめて成功
した。その結果、UQ−8、UQ−9の生産のほか、U
Q−10の大腸菌による生産がはじめて可能になっただ
けでなく、ispB遺伝子欠損株を用いることにより、
UQ−8の生産を抑制してUQ−10を選択的に高純
度、大量生産することもはじめて可能となった。
According to the present invention, not only the structural gene of decaprenyl diphosphate synthase was isolated and successfully sequenced, but also expressed for the first time in Escherichia coli. As a result, in addition to producing UQ-8 and UQ-9,
Not only is it possible to produce Q-10 by E. coli for the first time, but by using an ispB gene-deficient strain,
It has become possible for the first time to selectively produce UQ-10 with high purity and in large quantities by suppressing the production of UQ-8.

【0026】[0026]

【配列表】本発明に係るDDSのアミノ酸配列(315
アミノ酸)を配列番号1に示し、それをコードする遺伝
子(dds1)の塩基配列(948bp)を配列番号2
に示し、dds1遺伝子を含みセンスプライマーからア
ンチセンスプライマーまでの領域を配列番号3に示す。
[Sequence List] Amino acid sequence of DDS according to the present invention (315
Amino acid) is shown in SEQ ID NO: 1, and the nucleotide sequence (948 bp) of the gene (dds1) encoding it is shown in SEQ ID NO: 2.
And the region from the sense primer to the antisense primer containing the dds1 gene is shown in SEQ ID NO: 3.

【0027】配列番号4、5は、PCR用プライマーを
示し、配列番号4はセンスプライマー、配列番号5はア
ンチセンスプライマーを示す。下記表1〜10に、配列
番号1〜5で示される各配列を示す。
SEQ ID Nos. 4 and 5 show primers for PCR, SEQ ID No. 4 shows a sense primer, and SEQ ID No. 5 shows an antisense primer. Tables 1 to 10 below show the respective sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 5.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】[0030]

【表3】 [Table 3]

【0031】[0031]

【表4】 [Table 4]

【0032】[0032]

【表5】 [Table 5]

【0033】[0033]

【表6】 [Table 6]

【0034】[0034]

【表7】 [Table 7]

【0035】[0035]

【表8】 [Table 8]

【0036】[0036]

【表9】 [Table 9]

【0037】[0037]

【表10】 [Table 10]

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

【図1】DDSをコードする遺伝子を含む塩基配列を示
す。
FIG. 1 shows a nucleotide sequence containing a gene encoding DDS.

【図2】発現プラスミドpLD2を示す。FIG. 2 shows the expression plasmid pLD2.

【図3】大腸菌 JM109/pLD2培養物から抽出
したUQのHPLCクロマトグラムを示す。
FIG. 3 shows an HPLC chromatogram of UQ extracted from E. coli JM109 / pLD2 culture.

【図4】大腸菌 JM109/pLD2産物の薄層クロ
マトグラムを示す。
FIG. 4 shows a thin-layer chromatogram of E. coli JM109 / pLD2 product.

【図5】大腸菌 KO229/pLD2培養物から抽出
したUQのHPLCクロマトグラムを示す。
FIG. 5 shows an HPLC chromatogram of UQ extracted from E. coli KO229 / pLD2 culture.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:19) (C12P 7/66 C12R 1:19) Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number in the agency FI Technical display location C12R 1:19) (C12P 7/66 C12R 1:19)

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 デカプレニル二リン酸合成酵素(DD
S)をコードする遺伝子で形質転換してなる形質転換微
生物。
1. Decaprenyl diphosphate synthase (DD)
A transformed microorganism obtained by transformation with a gene encoding S).
【請求項2】 オクタプレニル二リン酸合成酵素(OP
S)をコードする遺伝子は破壊しておくことを特徴とす
る請求項1に記載の形質転換微生物。
2. An octaprenyl diphosphate synthase (OP)
The transformed microorganism according to claim 1, wherein the gene encoding S) is disrupted.
【請求項3】 配列表の配列番号1のアミノ酸配列で示
されるDDSをコードする遺伝子のDNA。
3. The DNA of a gene encoding DDS represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
【請求項4】 配列番号2の塩基配列で示される、請求
項3に記載のDDSをコードする遺伝子(dds1遺伝
子)のDNA。
4. The DNA of the gene encoding DDS (dds1 gene) according to claim 3, which is represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.
【請求項5】 配列番号3の塩基配列で示され、配列番
号1のアミノ酸配列をコードする遺伝子のDNAを含有
してなる遺伝子のDNA。
5. A DNA of a gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 and comprising the DNA of the gene encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
【請求項6】 DDSをコードする遺伝子のDNAを組
み込んでなるプラスミド。
6. A plasmid comprising the DNA of a gene encoding DDS.
【請求項7】 請求項3〜5のいずれか1項に記載のD
NAをベクターpUC18に挿入してなる発現プラスミ
ドpLD2。
7. D according to any one of claims 3 to 5,
Expression plasmid pLD2 obtained by inserting NA into vector pUC18.
【請求項8】 請求項6又は7に記載のプラスミドで形
質転換してなる形質転換微生物。
8. A transformed microorganism obtained by transforming with the plasmid according to claim 6 or 7.
【請求項9】 形質転換微生物が、大腸菌JM109/
pLD2又は大腸菌KO229/pLD2である、請求
項8に記載の形質転換微生物。
9. The transformed microorganism is Escherichia coli JM109 /
The transformed microorganism according to claim 8, which is pLD2 or Escherichia coli KO229 / pLD2.
【請求項10】 請求項1、2、8又は9に記載の形質
転換微生物を培養することを特徴とするユビキノン−1
0の生成方法。
10. A ubiquinone-1 comprising culturing the transformed microorganism according to claim 1, 2, 8 or 9.
Generation method of 0.
【請求項11】 大腸菌KO229/pLD2を培養す
ることを特徴とする高純度ユビキノン−10の生成方
法。
11. A method for producing high-purity ubiquinone-10, which comprises culturing Escherichia coli KO229 / pLD2.
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