JPS60180590A - プラスミド - Google Patents

プラスミド

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JPS60180590A
JPS60180590A JP59034909A JP3490984A JPS60180590A JP S60180590 A JPS60180590 A JP S60180590A JP 59034909 A JP59034909 A JP 59034909A JP 3490984 A JP3490984 A JP 3490984A JP S60180590 A JPS60180590 A JP S60180590A
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健次 左右田
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信治 永田
Hidehiko Tanaka
英彦 田中
Toshihisa Oshima
敏久 大島
Yonekazu Sakamoto
阪本 米和
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0012Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7)
    • C12N9/0014Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7) acting on the CH-NH2 group of donors (1.4)
    • C12N9/0016Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7) acting on the CH-NH2 group of donors (1.4) with NAD or NADP as acceptor (1.4.1)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐熱性のL−アラニン脱水素酵素の遺伝子を有
する新規プラスミドに関するものである。
L−アラニン脱水素酵素は、臨床検査や食品分析のし一
アラニ゛ンの定量やL−アラニンの酵素合成等に利用さ
れる非常に重要な酵素である。このL−アラニン脱水酵
素を生産できる微生物としては、常温菌であるバチルス
・スフエリカス(坦匹↓flus s劇匡μ」旦すュ)
のようなバチルス菌の細菌が知れている(ヨーロピアン
・ジャーナル・オブ・バイオケミストリー([iur、
 J、 Biochemt 100+29〜39 (1
979) )。しかし、これらの菌より得られるし一ア
ラニン脱水素酵素は、室温の水溶液中で1〜3週間のう
ちに活性をほとんどを失うのが通例であり、熱安定性及
び長期の安定性に欠けるものであるという大きな欠点を
有している。
それゆえ、L−アラニン脱水素酵素を用いる臨床検査の
分析法等の利点を最大限に発揮するうえで、熱に安定で
、室温で長時間活性を失わないし一アラニン脱水素酵素
の出現が熱望されていた。
このため、バイオケミ力・エト・バイオフィジカ・アク
タ(Biechemica et Biophyaic
a Acta )615.34〜47 (1980)に
は、サーマス(Thermus )属に属する細菌から
熱に安定で、室温で長期間活性を失わない耐熱性のし一
アラニン脱水素酵素が得られていることが記載されてい
る。
しかし、この好熱性のザーマス属に属する細菌は、耐熱
性のし一アラニン脱水素酵素の生産性が低く、この酵素
を効率良く得るには、十分満足できるものではなかった
一方、ニジエリチア(口5cherichia )屈に
属す細菌は2本来し一アラニン脱水素酵素生産能を全く
有していない。
近年、遺伝子組換技術により、異種生物の蛋白質を大腸
菌で生産し得るようになっており、また。
組換DNAJ伝子工学に有用なプラスミド及びそれによ
って形質転換された微生物は良く知られζいる。例えば
、サイエンス(Science ) 198巻。
1056頁(1978年)には、プラスミF pHR3
22にラクトースプロモーターをつないだプラスミドを
導入した大腸菌内で動物タンパク質が生産されることが
記載されている。
また、特開昭56−5093号公報には、ザーマス属に
属する細菌の遺伝子を有するプラスミド(ベクターとし
てプラスミドpBR322が用いられている。)を導入
することにより形質転換されたニジエリチア(Iisc
herichia )属に属する細菌を用いて耐熱性の
酵素を調製することが記載されているが、耐熱性のし一
アラニン脱水素酵素の遺伝子を有するプラスミドについ
ては、全く何も記載されていないし、また、その創製に
成功したとの報告もなされていない。
そこで2本発明者らは、耐熱性のL−アラニン脱水素酵
素の生産性を向上させるために常温微生物内で耐熱性の
し一アラニン脱水素酵素が発現できるプラスミドをめて
鋭意研究した結果、好熱性の微生物からし一アラニン脱
水素酵素の遺伝子を分離し、この遺伝子が公知のプラス
ミドDNAに導入しうろこと及びこのようにして遺伝子
を導入して得たプラスミドが前記の性質を有することを
見い出し1本発明を完成した。
すなわち1本発明は、耐熱性のし一アラニン脱水素酵素
の遺伝子を有するプラスミドである。
本発明のプラスミドを得るには例えば、ンくイオケミカ
・エト・バイオロジー・アクタ([liochem。
Biophys Acta) 72.619〜629 
(1963)に記載の方法に従い、耐熱性のし一アラニ
ン脱水素酵素の遺伝子を含む染色体DNA断片を取得し
、取得した遺伝子とベクターとしての役割を有するDN
Aとをジャーナル・オブ・モレキュラー・バイオロジー
(J、Mo1.旧o1) 961’71〜184 (1
975)に記載の方法に従い、制限酵素で消化し1次い
でリガ−ゼを用いて結合することにより調整することが
できる。
本発明に好ましく用いられる耐熱性のし一アラニン脱水
素酵素の遺伝子としては、好熱性の微生物の染色体DN
A由来のL−アラニン脱水素酵素の遺伝子があげられる
。この好熱性の微生物としては、サーマス(亘肛煕し)
属に属する細菌や好熱性のバチルス属に屈する細菌があ
げられるが、特に好熱性のバチルス属に属する細菌が好
ましい。
その中でもL−アラニン脱水素酵素の活性が高いバチル
ス・ステアロカーモスフィルス(Ba(:1llusヨ
1朋p卦μヨ咀吐旦朋)が好ましい。ステアロカーモス
フィルスの具体例としては、IPO12550゜ATC
C7953,7954,8005,10194,129
80,NCAl3O3などがある。
また、ベクターとしての役割を有するDNAとしては1
例えばプラスミドDNΔがあげられ、特にプラスミドp
BR322が好ましい。また、制限酵素としては1例え
ばSal Iがあげられ、リガーゼとしては9例えばT
4ON!リガーゼがあげられる。
本発明のプラスミドとしては1例えば、前記した方法で
プラスミドpBR322に、バチルス・ステアロサーモ
フィルスの染色体DNA由来のし一アラニン脱水素酵素
の遺伝子を導入したプラスミドplcR3及びplcR
301があげられる。なお、このプラスミドplcR及
びplcR301を昭和59年2月14日に通産省工業
技術院微生物工業技術研究所に寄託の手続を行ったが、
このプラスミドは受託されなかった。次にこのプラスミ
ドplcR3及びpHR322の理化学的性質を示す。
(1)常温微生物内で耐熱性のし一アラニン脱水素酵素
を発現させることができる。
(2)下記制限酵素に対し1次の切断感受性を有する。
制限酵素 切断部位数 plcR3plcI? 301 HcoRI 2 2 Ilind I[l 2 1 Sa4 1 4 3 制限酵素の名称は1次の菌種から得られる制限酵素の略
称である。
k飢I;ニジエリチア・コリ If + n d III ;ヘモフィラス・・インフ
ルエンザSal I ;ストレプトマイセス・アルプス
制限酵素による切断部位数は、過剰の制限酵素存在下で
プラスミl” plcI? 3及びplcR301を消
化し、その消化物をアガロースゲル電気泳動にかけ1分
離可能な断片の数から決定される。
(3)分子量 プラスミドplcR3は約7メガダルトンで、プラスミ
ドplcR301は約5メガダルトンである。
(4)プラスミドplcR301は、プラスミドplc
R3のL−アラニン脱水素酵素遺伝子をそのままにし、
それ以外のものを一部取り除いて小型化したプラスミド
で、このプラスミドが導入されたニジエリチア コリC
600pICR301株のし一アラニン脱水素酵素活性
が、プラスミドplcR3が導入されたニジエリチア 
コリC600pICR3株の活性よりも約3倍高い値を
示す。
本発明のプラスミドは9例えば、常温で生育する細菌に
導入することができ、このプラスミドを導入することに
より、形質転換された細菌を得ることができる。この常
温で生育する細菌としては例えば、ニジエリチア(IE
scherichia )属に属する細菌があげられ。
特にニジエリチア・コリ (Escherichia並
旦)が好ましい。そのニジエリチア・コリの具体例とし
て、ニジエリチア・コリC6C600r−があげられる
また9本発明のプラスミドを1例えば、上記常温で育成
する細菌に導入するには2例えば、ジャーナル・オブ・
モレキュラ・バイオロジー(J、M。
1、旧o1. ) 53.159〜162 (1970
)の方法に従って。
0℃付近の温度で塩化カルシウム処理した上記細菌と本
発明のプラスミドとを接触させることにより行えばよい
以上のようにして形質転換された細菌の例として、プラ
スミl”plcR3及びpICR301が導入されたニ
ジエリチア コリ C600−plcR”3株(微工研
菌寄第7447号)及びC600−plcR301株(
微工研菌寄第7448℃)があげられる。この菌株は公
知のニジエリチア コリ C600(Nature 2
17.1110〜1114 (1986)を参照。〕と
、耐熱のし一アラニン脱水素酵素生産能及びアビシリン
耐性を有する意思外は同じ菌学的性質を有している。こ
の菌体ば、非伝達性を伝達性に変えることなく、また非
病原性を病原性に変えることな(安全性が保持されてい
る。
本発明のプラスミドは、上記したよ・)に有用な微生物
9例えば、常温で生育する細菌を形質転換して耐熱性の
し一アラニン脱水酵素生産能を賦与することができ、形
質転換された細菌から耐熱性のし一アラニン脱水素酵素
を大量に、しかも容易に得ることができるので、非常に
有用である。
次に本発明を実施例により具体的に説明する。
なお、耐熱性のL−アラニン脱水素酵素の活性は、(コ
ーロビアン・ジャーナル・オブ・バイオケミストリー[
[iur、J、Biocbem、100.29−39(
1979) )に記載されているし一アラニン脱水素酵
素活性の測定法、すなわち pH11,3の100μm
oleのグリシン−MCI −[0119衝液中で、 
1.25p moleのNADと、10μmoleの 
NADと+ 10IImoleのし一アラニンを含む混
合液を調製し、その混合液に適当量の粗酵素抽出液を加
えて、最終容量を0.81とし、25℃あるいは55℃
における還元型NADの単位時間あたりの増加を340
 nmの吸光度の増加として測定する方法で行った。
また、実施例及び参考側中の%は、容量%を示す。
実施例1.2 (1)バチルス・ステアロサーモフィルスの染色体1)
NAの分離。
バチルス・ステアロサーモフィルス11フ012550
株から、ハイオケミカ・工F・バ・イオフィジカ・アク
タ(Biocl+em Biophys Acta) 
72. G19〜629 (1963)に記載の方法に
準し、染色体DNAを分離した。
まず、バチルス・ステアロザーモフィルスII’012
550株をグリセロール培地(ポリペ18フ10g/ρ
、酵母エキス2.5 g/β、肉エキス2g/p、グリ
セロール2 g/β、塩化すトリウム5g/l リン酸
■カリウム 2g/l リン酸2カリウム 2 g /
 p、硫酸マグネシウム 0.1g/!、ビオヂン4μ
 g/ (1、そしてpl+ 7.2に調製)27!で
155°Cて12時時間表う培養した後。
遠心分離にて集菌した。
次に]2mgのりゾ千−ムを6011のサリン(sal
ine) −EDTA溶液(0,15M NaC1と 
0.1MEDT八 を含み、 pl+ 8.0に8固装
。)にン容かし。
この溶液に集菌した菌株を加え、よく攪拌した。
これを37℃で約10分間加温し、菌体が溶菌し始めた
ところで直ちに凍結した。
この凍結した菌体に50m lのトリス−3O3緩衝液
(1%SO3I O,I M NaC1を含むpH9,
0に調製された0、1Mビリス緩衝液。)を加えて攪拌
し、さらに60°Cに加温し、完全に溶菌させた。
この溶菌液に56m1の80%フェノールを加えて。
約20分間振とうさ−U、フJノール抽出を行い。
夾雑蛋白質を除去した。この抽出された粗DNA溶液に
2倍容量の冷エタノールを加えてガラス棒で繊維状の沈
殿を巻き取り、 70.80.90%のエタノール各1
0m1中に、順次、数分ずつ浸漬したlL20mlの希
ザリンーサイトレート(saline−citrate
 ) 溶液(0,015M NaC1,0,0015M
 Na3−クエン酸にεI!il製。)にン容かし、さ
らに濃5aline−citrate i9液(1,5
M NaCl、 0.15M Na3−クエン酸に調製
。)を2ml加えて、粗ONi液を8固装した。
この1且DNA液を500μ g/m1位にうすめて。
リボヌクレア−ゼ(RNa5eA (シグマ社製))を
50μ g/mlになるように加え、37℃で30分間
加温した。冷却後1等量の80%フェノールを加え、フ
ェノール抽出を行い、抽出11N^をエタノール沈殿に
て回収し、さらに上記の希5aline−ciLrat
e熔液20m lに溶解し、さらに上記の1salin
e −citraLe熔液を2ml加えることにより。
染色体DNAの抽出液を調製した。
(2)ベクタープラスミツドpBR322の8固装。
プラスミツドpBR322(Betbeada Re5
earchLaboratories社製)を導入した
ニジエリチア・コリ0600株を、2!のL〜培地(ポ
リペプトン10g/l、酵母エキス5 g/β、グルコ
ースIg/’+塩化すI・リウム5g/6てpH7,2
に1lliI製。)で対数増殖前期になるまで37℃で
通気培養した後、 10m1のクロラムフェニコール溶
液(3,6mg/mlとなるようにエタノールで調製。
)を添加し、さらに37℃で15分間通気培養してプラ
スミドpBR322を増殖させた。
次に遠心分離にて集菌した菌を80m1のTE−シュク
ロース緩衝液(20%シュクロース、 20mMIED
T^を含み、 pH8,0に調製された0、05旧リス
緩衝液。)に懸濁し、さらに8mlのりゾチーム溶液(
5mg/mlとなるように上記TE−シュクロース緩衝
液にて調製。)を添加し、さらに28m lの5MNa
C1熔液と4mlの4%SDS熔液を加えた。
この混合液を37℃で2時間反応させた。さらに、0°
Cで約15時間保った後、遠心分離にて粗プラスミドO
Nへを分離した。
次に、2容量の80%フェノールを加えてフェノール処
理を行い、夾雑蛋白質を除去した。この抽出した粗プラ
スミドを冷イソプロパツールにて沈殿回収し、さらにT
E緩衝液(0,14M NaC1,1mM EDTAを
含む、 pH7,5に8周製された201IIMトリス
緩衝液。)に溶解した。この混合液に2mgのRNa5
e^を添加し、37℃で2時間反応させ、上記と同様の
方法でフェノール処理にて夾雑RNAを除去した。
この抽出された粗プラスミドを2倍容量のエタノール沈
殿にて回収した。これを、さらに10m1の上記のTI
E緩衝液に溶解させ、アガロースゲル濾過にて夾雑RN
Aをさらに除去し、得られた粗DNへをエタノール沈殿
にて再び回収した。
この沈殿を23.1mlの0.02 M)リス緩衝液(
p118.0に調製。)に溶解し、さらに23.7gの
塩化セシウムと0.6mlのエチジウムフ゛ロマイl’
 ン容液(10mg/ mlに調製。)を加え、約40
時間超遠心することにより、プラスミドDN^を分離し
1次にノルマルブタノールにより、エチジウムブロマ・
イドを除去した。この分離したプラスミドを0.01 
MのT EI’ik fii液(0,1mM EDT^
を含むpH7,5に調製された0、01 M)リス緩衝
液。)で透析することにより、精製プラスミドpBR3
22を得た。
(3)プラスミドplcR13の創製(実施例1)。
(1)の方法で得られたバチルス・ステアロサーモフィ
ルスの染色体[1111八5μgと制限酵素静上−I(
宝酒造社W) 20ユニノ1を+ 7mM MgCl2
+ 150mM NaC1,0,2mM El)T^、
 7mM 2〜メルカプトエタノール、 o、oi%B
S八を含むp)17.5に調製した10m旧・リス緩衝
液100.c+ Itに入れ、37℃で2.5時間反応
させてDN八を消化させた後、65℃で5分間加熱し、
」11を不活性化し、冷エタノールにて消て消化DNへ
断片を沈殿回収した。
次に、(2)の方法で得られたプラスミドpBR322
1μgに制限酵素5al13ユニソ1−を加え、上記と
同様の緩衝液中で37°Cで10時間反応させ。
上記と同様の方法で消化プラスミドDNAを回収した。
こうして得られた消化染色体及びプラスミドのDNAを
混合し、 T4DN^リガーゼ(宝酒造社製)を用い、
 6.6mM MgCh 、 10mM DTT、 6
6gM ATPを含むpl+7.6に調製した66mM
 トリス緩衝液中で、13℃で19時間反応さセ、消化
DNAを再結合することにより、プラスミドplcR3
を得た。
(4)プラスミドplcR301の創製(実施例2)。
(3)の方法にて創製されたプラスミドplcR31g
gに1lrlJ限酵素11ind ll+ 3ユ−ット
を加え、 ’7mMMgCI2+ 60mM Nacl
を含むpl+7.5に調整した10n+Ml−リス緩衝
液10μpに入れ、37℃で10時間反応させたのち、
(3)と同様の方法にて、消化DN^を回収し、 T4
DNAリガーニテ再結合させることにより、プラスミド
plcR301を得た。
参考例1,2 実施例1,2で得たプラスミドplcR3及びplcI
+ 301の発現性を調べるため1次の1ランスフォ−
メーシリン処理を行った。
(5)トランスフメーメーション。
まず、宿主菌のニジエリチア・コリC600r m −
株を50m1の上記のし一培地にて培養し、遠心分離に
て集菌後、 ’50m1の0.1 M hc1+ fi
j液に懸濁し。
さらに遠心分離を行って最終的には2.5mlのO,1
MMgCI2溶液に懸濁させた。
このようにして得られたニジエリチア・コリC600r
 m−株の懸濁液0.2mlに(3)及び(4)の方法
で得たプラスミドplcR3又はplcR301を含む
混合物を0.1ml加え、0°Cて30分間処理したの
ち、42℃で2分間処理した。 次にこれに3mlの前
記したし一培地を加え、37℃で1時間18養し、さら
にアンピシリン(15gg/mlに調製。)の入った1
、−寒天培地(L−培地1ρ当り、15gの寒天を加え
たもの。)で37℃で培養後、生じたコロニーを。
さらにテトラサイクリン(25μg / rrt 1に
調製。)の入ったし一寒天培地で培養後、生えてこない
コロニーをProc、Natl、Acad、Sci、U
SA、双、 2274−2278(1975)に記載の
方法に従い、 i+!紙上に分離し。
NBT にトロブルーテトラゾリウム)及びPMS(フ
ェナジシメソサルフェート)を含む反応液にて1反応さ
せることにより、L−アラニン脱水素酵素活性を有する
コロニーを見出すことによりプラスミドplcR3及び
plcR301の導入されたニジエリチア・コリC60
0−plcR3又はC600−plcR301が得られ
た。
次にこうして得られたニジエリチア・コリ C600p
lcR3又はC600−PICR301のコロニーより
アンピシリン(15gg/mlに調製。)の入った上記
のグリセロール培地100 mlで37℃で16時間、
振とう培養を行った。これを遠心分離にて集菌、洗浄後
+5mlの0.01%2−メルカプトエタノールを含み
、 p II 7 、4に調製した0、01 Mのリン
酸緩衝液に想濁し、0℃で5分間の超音波処理に゛ζ菌
体を破砕 、遠心分gltにて粗酵素抽出液を得た。
このようにして得た粗酵素抽出液の1liJ熱性のし−
アラニン脱水素酵素の活性を測定したところ。
ニジエリチア・コリC600−plcR3株では、06
8ユニット/mgプロティンで、ニジエリデア・コリC
600−plcR301株では、2.4ユニソl/mg
・プロティンであった。これはDNA供与菌であるバチ
ルス・ステアロサーモフィルスIFO12550tff
iのL−アラニン脱水素酵素の活性(0,070ユニツ
ト/l118・プロティン)よりもそれぞれ10倍ない
し30倍の値であった。
また、このL−アラニン脱水素酵素を含む粗酵素抽出液
は、2−メルカプトエタノールを0.01%含む911
7.2の101リン酸緩街l夜中、70°〔“で60分
間加熱処理したところ、80%以上の残存活性を有しζ
いた。
次にこの菌株から前記(2)と同様の方法でプラスミl
”plcR3及びC600−plcR301を分離して
、水平型アガロースゲル電機泳動でプラスミ、FplC
R3及びplcR301の性質を調べた。
電気泳動に用いた緩衝液として、 2.5.mM ED
TA−Na、 89mMのほう酸を含みpl+ 8.3
に調整した89IIIMのトリス緩衝液を用い、ゲルと
してこの緩衝液に0.7%のアガロースと0.5mg/
 Eに調整したエチジウムブロマイドを加えたものを用
い、これに。
プラスミドplcR3及びplc[+ 301とプラス
ミドpBR322,さらに分子量マーカーとしてのラム
ダファージDNAの1Iir++JI[[(宝酒造者性
)消化断片を各約lμg DN^を同一アガロースゲル
上で同時に中1cm当り、7Vの定付加電圧で3〜4時
間、泳動させた。次に紫外線ランプでバンドを判定し、
プラスミドplcR3及びpplcR301の大きさを
調べた結果1分子量がプラスミドplcR3は、約7メ
ガダルトンで、 pICR301では約5メガダルトン
であった。なお、プラスミドpBI+ 322の分子量
は、2.8メガダルトンである。
また、このプラスミドplcR3及びplcR301を
制限酵素に吐1 + 1Itndl[+錘しI各々の制
限酵素の適正条件で反応させ、プラスミドplcI? 
3及びplcll 301を消化させた。
各制限酵素にて得られた消化試料は、上記と同様の方法
でアガロースゲル電気泳動を行い、各制限酵素による切
断部位数を調べた結果、プラスミドρ?CI? 3及び
plcR301は以下の切l&li感受性部位を有する
ことが判明した。
制限酵素 切断部位数 plcR3plcR301 」μ琲−! 2 2 11ind m 2 1 Sal I 4 3 さらに、プラスミドplcR3は、 Sal I切断部
位にて、バチルス、ステアロサーモフィルス IPO1
2550株のし一アラニン脱水素酵素の遺伝子を含む染
色体INN^ 断片とプラスミドpBR322DN^と
が結合しており、プラスミドplcl? 301は、其
吋■と」■切断部位にて、前記の1.−アラニン脱水素
酵素の遺伝子を含む染色体oANlli片とプラスミF
 pBR322DN^が結合していることが明らかでで
ある。
特許出願人 ユニ壬力株式会社

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)耐熱性のし一アラニン脱水素酵素の遺伝子を有す
    るプラスミド。
  2. (2)耐熱性のし一アラニン脱水素酵素の遺伝子が。 好熱性の微生物の染色体DNA由来のし一アラニン脱水
    素酵素の遺伝子である特許請求の範囲第1項記載のプラ
    スミド。
  3. (3)好熱性の微生物が好熱性のバチルス属に属する細
    菌である特許請求の範囲第2項記載のプラスミド。
  4. (4)好熱性のバチルス属に属する細菌がノλチルス・
    ステアロサーモフィルス(Bacilセ徂2I旦鉦旦月
    咀rmo担迂但」Ω−である特許請求の範囲第3項記載
    のプラスミド”。
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US5116748A (en) * 1988-09-27 1992-05-26 Toyo Jozo Kabushiki Kaisha Process for the production of l-alanine dehydrogenase from 78-3 ferm bp-2517

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JPS565093A (en) * 1979-06-22 1981-01-20 Mitsubishi Chem Ind Ltd Preparation of heat-resistant enzyme

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