JPWO2005075652A1 - Method for producing modified γ-glutamyl transpeptidase (modified GGT) having enhanced glutaryl-7-aminocephalosporanic acid (GL-7-ACA) acylase activity - Google Patents

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秀之 鈴木
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英彦 熊谷
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Abstract

生物界に広く分布している酵素であるγ−グルタミルトランスペプチダーゼ(GGT)を用いて、グルタリル−7−アミノセファロスポラン酸(GL−7−ACA)アシラーゼ活性が増強された改変ペプチド(即ち、改変GGT)を製造することを本発明の課題とする。本発明に従って、GGTにおいて、1)γ−グルタミル化合物と相互作用するアミノ酸残基、又は2)活性中心周辺領域におけるアミノ酸残基、からなる群より選択される1又はそれ以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換することによって、グルタリル−7−アミノセファロスポラン酸(GL−7−ACA)アシラーゼ活性が増強された改変GGTを製造することができる。A modified peptide with enhanced glutaryl-7-aminocephalosporanic acid (GL-7-ACA) acylase activity using γ-glutamyl transpeptidase (GGT), an enzyme widely distributed in the biological world (ie, modified) It is an object of the present invention to produce GGT). According to the present invention, in GGT, one or more amino acid residues selected from the group consisting of 1) an amino acid residue that interacts with a γ-glutamyl compound, or 2) an amino acid residue in the region around the active center By substituting with this amino acid residue, it is possible to produce a modified GGT with enhanced glutaryl-7-aminocephalosporanic acid (GL-7-ACA) acylase activity.

Description

本発明は、γ−グルタミルトランスペプチダーゼ(GGT)の1又はそれ以上のアミノ酸残基を置換することを特徴とする、グルタリル−7−アミノセファロスポラン酸(GL−7−ACA)アシラーゼ活性が増強された改変GGTの製造方法、GL−7−ACAアシラーゼ活性が増強された改変GGT、該改変GGTをコードする核酸分子、及び該改変GGTを発現している細胞に関する。さらに、本発明は、前記改変GGTを用いて、GL−7−ACAを処理し、セファロスポリン系(セフェム系)抗生物質の原料となる7−アミノセファロスポラン酸(7−ACA)を製造する方法にも関する。   The present invention enhances glutaryl-7-aminocephalosporanic acid (GL-7-ACA) acylase activity, characterized by substituting one or more amino acid residues of γ-glutamyltranspeptidase (GGT). The present invention relates to a modified GGT production method, a modified GGT with enhanced GL-7-ACA acylase activity, a nucleic acid molecule encoding the modified GGT, and a cell expressing the modified GGT. Furthermore, the present invention uses the modified GGT to treat GL-7-ACA to produce 7-aminocephalosporanic acid (7-ACA) which is a raw material for cephalosporins (cephems) antibiotics. Also related to the method.

2002年の半合成セファロスポリンの販売額は、同年の医薬品の世界市場の総売り上げ約4,000億ドルのうちの76億ドルを占め、抗生物質のなかで販売額の最も多い医薬品である。半合成セファロスポリンは、7−アミノセファロスポラン酸(7−ACA)の3位と7位の側鎖を修飾することにより、生産されている。それゆえ、7−ACAの効率的な生産は、製薬業界にとって極めて重大な関心事である。工業的には、カビの一種であるAcremonium chrysogenumの発酵生産するセファロスポリンCの7位の側鎖を主として化学的に脱アシル化することにより生産されている。   The sales of semisynthetic cephalosporin in 2002 accounted for $ 7.6 billion of the global sales of approximately $ 400 billion in that year's pharmaceutical market, making it the most sold drug among antibiotics. . Semi-synthetic cephalosporin has been produced by modifying the 3- and 7-position side chains of 7-aminocephalosporanic acid (7-ACA). Therefore, efficient production of 7-ACA is a critical concern for the pharmaceutical industry. Industrially, it is produced mainly by chemically deacylating the 7-position side chain of cephalosporin C produced by fermentation of Acremonium chrysogenum, a type of mold.

しかしながら、化学的方法の場合、何段階もの複雑なプロセスを経ること、純度の高いセファロスポリンを必要とすること、特殊な条件(例えば、低温)で反応を行うこと、毒性を持った化合物を使うこと、廃棄物として多量の化学物質が出ることなどの欠点がある。   However, in the case of chemical methods, it is necessary to go through many complicated processes, to require high-purity cephalosporin, to react under special conditions (for example, low temperature), and to produce toxic compounds. There are drawbacks such as use and large amounts of chemical substances as waste.

そこで、半合成ペニシリンの中間体である6−アミノペニシラン酸が、ペニシリンを微生物由来のペニシリンアシラーゼで脱アシル化して工業生産されているのと同様、セファロスポリンアシラーゼを生産する微生物を見つけ、その酵素によりセファロスポリンCを7−ACAに変換する酵素法の開発が長く検討されてきた。セファロスポリンCを直接脱アシル化する酵素も見つかっているが、セファロスポリンCを基質とした場合の活性は極めて低い。そこで、セファロスポリンCを化学的にGL−7−ACAに変換した後、セファロスポリンアシラーゼで7−ACAに脱アシル化する方法が1978年より工業化されていた(非特許文献1)。一方、最近工業化されたバイオプロセスでは(非特許文献2)、D−アミノ酸オキシダーゼとセファロスポリンアシラーゼの2種類の酵素が利用されている。このプロセスにおいて、セファロスポリンCはD−アミノ酸オキシダーゼによりケトアジポイル−7−ACAに変換された後、この反応で副生した過酸化水素により非酵素的にGL−7−ACAに変換される。ついで、GL−7−ACAはセファロスポリンアシラーゼにより脱アシル化されて、7−ACAになる。これらいずれのプロセスでも、効率的な変換を触媒するセファロスポリンアシラーゼが重要であり、広範なスクリーニングが行われてきたが、この活性を持った微生物は、限られた種類の細菌にしか見つかっていない。   Therefore, 6-aminopenicillanic acid, which is an intermediate of semisynthetic penicillin, finds a microorganism that produces cephalosporin acylase in the same manner as industrially produced by deacylating penicillin with a microorganism-derived penicillin acylase, Development of an enzymatic method for converting cephalosporin C to 7-ACA by the enzyme has been studied for a long time. An enzyme that directly deacylates cephalosporin C has also been found, but its activity is extremely low when cephalosporin C is used as a substrate. Therefore, a method of chemically converting cephalosporin C to GL-7-ACA and then deacylating to 7-ACA with cephalosporin acylase has been industrialized since 1978 (Non-patent Document 1). On the other hand, in a recently industrialized bioprocess (Non-patent Document 2), two types of enzymes, D-amino acid oxidase and cephalosporin acylase, are used. In this process, cephalosporin C is converted to ketoadipoyl-7-ACA by D-amino acid oxidase, and then non-enzymatically converted to GL-7-ACA by hydrogen peroxide produced as a by-product in this reaction. GL-7-ACA is then deacylated with cephalosporin acylase to 7-ACA. In both of these processes, cephalosporin acylase catalyzing efficient conversion is important and extensive screening has been carried out, but microorganisms with this activity have been found only in a limited variety of bacteria. Absent.

効率的な酵素法のために、多種多様な生物に存在し、セファロスポリンアシラーゼに代わって7−ACA生成の反応を触媒する酵素が強く求められている。   For efficient enzymatic methods, there is a strong demand for enzymes that exist in a wide variety of organisms and catalyze the reaction of 7-ACA production in place of cephalosporin acylase.

他方、γ−グルタミルトランスペプチダーゼ(GGT)は、細菌、植物、動物などの広範囲な生物種において存在し、γ−グルタミル化合物のアミド基のC−N結合を加水分解する酵素として広く知られている。例えば、γ−グルタミルペプチド + 水 → グルタミン酸 + ペプチド の反応を触媒する。   On the other hand, γ-glutamyl transpeptidase (GGT) exists in a wide range of biological species such as bacteria, plants, and animals, and is widely known as an enzyme that hydrolyzes the CN bond of the amide group of γ-glutamyl compounds. . For example, it catalyzes the reaction of γ-glutamyl peptide + water → glutamic acid + peptide.

しかしながら、今までのところ、GGTがGL−7−ACAアシラーゼ活性をもつことを示す報告は、全くなされていない。
都築勝沼、小松謙一、市川茂彰、渋谷友三. 酵素法による7−アミノセファロスポラン酸(7−ACA)製造技術の研究. 日本農芸化学会誌, 63, 1847−1853 (1989). A. Schmid, F. Hollmann, J. B. Park, and B. Buhler. The use of enzymes in the chemical industry in Europe. Current Opinion in Biotechnology, 13, 359-366 (2002).
However, so far, there has been no report showing that GGT has GL-7-ACA acylase activity.
Tsuzuki Katsunuma, Kenichi Komatsu, Shigeaki Ichikawa, Yuzo Shibuya. Research on manufacturing technology of 7-aminocephalosporanic acid (7-ACA) by enzymatic method. Journal of Japanese Society for Agricultural Chemistry, 63, 1847-1853 (1989). A. Schmid, F. Hollmann, JB Park, and B. Buhler.The use of enzymes in the chemical industry in Europe.Current Opinion in Biotechnology, 13, 359-366 (2002).

本発明は、GL−7−ACAアシラーゼ活性が増強された改変GGTを製造する方法、GL−7−ACAアシラーゼ活性が増強された改変GGT、該改変GGTをコードする核酸分子、及び該改変GGTを発現している細胞を提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記GL−7−ACAアシラーゼ活性が増強された改変GGTを用いてGL−7−ACAを処理し、セファロスポリン系(セフェム系)抗生物質の原料となる7−アミノセファロスポラン酸(7−ACA)を生産する方法を提供することもさらなる目的とする。   The present invention relates to a method for producing a modified GGT with enhanced GL-7-ACA acylase activity, a modified GGT with enhanced GL-7-ACA acylase activity, a nucleic acid molecule encoding the modified GGT, and the modified GGT. An object is to provide cells that are expressed. Furthermore, the present invention provides a 7-aminocephalo which is a raw material for cephalosporin (cephem) antibiotics by treating GL-7-ACA with the modified GGT with enhanced GL-7-ACA acylase activity. It is a further object to provide a method for producing sporanic acid (7-ACA).

本発明者らは、セファロスポリン系抗生物質の原料となる7−ACAを、酵素法により効率的に生産する方法を開発すべく鋭意研究を行った。その結果、GGTにおいて、1)γ−グルタミル化合物と相互作用するアミノ酸残基、又は2)活性中心周辺領域におけるアミノ酸残基、からなる群より選択される1又はそれ以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基へ置換することにより、GL−7−ACAアシラーゼ活性が増強された改変GGTを製造することに成功した。   The present inventors have conducted intensive research to develop a method for efficiently producing 7-ACA, which is a raw material for cephalosporin antibiotics, by an enzymatic method. As a result, in GGT, one or more amino acid residues selected from the group consisting of 1) an amino acid residue that interacts with a γ-glutamyl compound, or 2) an amino acid residue in the peripheral region of the active center, By substituting with an amino acid residue, we succeeded in producing a modified GGT with enhanced GL-7-ACA acylase activity.

これまで、GGTの遺伝子が同定されクローニングされている種としては、大腸菌(Escherichia coli K-12)、Bacillus subtilis、Bacillus natto、Helicobacter pylori 26695、Pseudomonas A14、Rat、Mouse、Pig、Humanがある。これらの種の間でアミノ酸配列が完全に保存されているのは、大腸菌のGGTの580アミノ酸残基のうちの76アミノ酸残基である。そこで、この76アミノ酸残基について、GGTとクラスIVセファロスポリンアシラーゼとの間で配列を比較したところ、GGTの76アミノ酸残基のうち、58アミノ酸残基は、クラスIVセファロスポリンアシラーゼ(Y. Kim, K.-H. Yoon, Y. Khang, S. Turley, and W. G. J. Hol. The 2.0 A crystal structure of cephalosporin acylase. Structure, 8, 1059-1068 (2000).)でも保存されていることがわかった。GGTとクラスIVセファロスポリンアシラーゼとの間で相違する18アミノ酸残基については、これまでに2つの菌株から見つかったクラスIVセファロスポリンアシラーゼの間では保存されていた(図1a〜1c及び2を参照のこと)。しかしながら、大腸菌のGGTは、GL−7−ACAの加水分解活性を有さず、一方、クラスIVセファロスポリンアシラーゼは、GL−7−ACAを加水分解する活性を有する。そこで、本発明者らは、GGTにおいて、生物種間で保存されているが、クラスIVセファロスポリンアシラーゼとの間では異なるアミノ酸残基に注目した。   So far, the species in which the GGT gene has been identified and cloned include Escherichia coli K-12, Bacillus subtilis, Bacillus natto, Helicobacter pylori 26695, Pseudomonas A14, Rat, Mouse, Pig, and Human. It is 76 amino acid residues out of the 580 amino acid residues of E. coli GGT that the amino acid sequence is completely conserved among these species. Therefore, the sequence of the 76 amino acid residues was compared between GGT and class IV cephalosporin acylase. Of the 76 amino acid residues of GGT, 58 amino acid residues were classified into class IV cephalosporin acylase (Y Kim, K.-H. Yoon, Y. Khang, S. Turley, and WGJ Hol. The 2.0 A crystal structure of cephalosporin acylase. Structure, 8, 1059-1068 (2000).) all right. The 18 amino acid residues that differ between GGT and class IV cephalosporin acylase were conserved among class IV cephalosporin acylases found so far in the two strains (FIGS. 1a-1c and 2). checking). However, E. coli GGT does not have GL-7-ACA hydrolyzing activity, whereas class IV cephalosporin acylase has GL-7-ACA hydrolyzing activity. Therefore, the present inventors paid attention to amino acid residues that are conserved among species in GGT but are different from those of class IV cephalosporin acylase.

大腸菌のGGTの433番目の残基であるアスパラギン酸(Asp−433)に相当するヒトのGGTのアミノ酸残基(Asp−423)は、γ−グルタミル化合物のα位のアミノ基と相互作用して安定化させていることが示唆されていた(N. Taniguchi, and Y. Ikeda. γ-Glutamyl transpeptidase: catalytic mechanism and gene expression. Ad
v. Enzymol. Rel. Areas Mol. Biol. 72, 239-278 (1998))。この大腸菌GGTの433番目に相当するアミノ酸残基は、GGT間では完全に保存されているがクラスIVセファロスポリンアシラーゼとの間で異なる18アミノ酸残基のうちの一つであった。また、クラスIVセファロスポリンアシラーゼの基質であるGL−7−ACAの7位の側鎖は、グルタリル基が7位のアミノ基にアミド結合した構造である。グルタリル基は、γ−グルタミル基のα位のアミノ基が脱アミノ化した構造である。
The amino acid residue (Asp-423) of human GGT corresponding to aspartic acid (Asp-433), which is the 433th residue of GGT of E. coli, interacts with the amino group at the α-position of the γ-glutamyl compound. It was suggested to stabilize (N. Taniguchi, and Y. Ikeda. Γ-Glutamyl transpeptidase: catalytic mechanism and gene expression. Ad
v. Enzymol. Rel. Areas Mol. Biol. 72, 239-278 (1998)). The amino acid residue corresponding to position 433 of this E. coli GGT was one of 18 amino acid residues that were completely conserved among GGTs but differed from class IV cephalosporin acylase. The 7-position side chain of GL-7-ACA, which is a substrate for class IV cephalosporin acylase, has a structure in which a glutaryl group is bonded to an amino group at the 7-position. The glutaryl group has a structure in which the α-position amino group of the γ-glutamyl group is deaminated.

そこで、本発明者らは、GGTにγ−グルタミル化合物との相互作用が変化するような変異を導入することにより、GL−7−ACAアシラーゼ活性が増強された改変GGTを作製することができるという仮説をたてた。この仮説に基づき、本発明者らは、γ−グルタミル化合物と相互作用するアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換した改変GGTを作製したところ、該改変GGTは、改変前より有意に高いGL−7−ACAアシラーゼ活性を有していた。驚くべきことに、この改変GGTは、従来のセファロスポリンアシラーゼよりも、GL−7−ACAに対して、低いKm値を有し、高い基質特異性を示していた。   Accordingly, the present inventors can produce a modified GGT with enhanced GL-7-ACA acylase activity by introducing a mutation that changes the interaction with the γ-glutamyl compound into GGT. I made a hypothesis. Based on this hypothesis, the present inventors created a modified GGT in which an amino acid residue that interacts with a γ-glutamyl compound is substituted with another amino acid residue. The modified GGT has a significantly higher GL than before the modification. It had -7-ACA acylase activity. Surprisingly, this modified GGT had a lower Km value and higher substrate specificity for GL-7-ACA than the conventional cephalosporin acylase.

また、大腸菌GGTの391番目のスレオニン残基に相当するアミノ酸残基が活性に必須なアミノ酸残基の一つであるということが、本発明者らによってすでに明らかにされていた。そこで、本発明者らは、GGTの活性中心周辺領域(例えば、大腸菌GGTの391番目のスレオニン残基に相当するアミノ酸残基の周辺領域)に変異を導入することにより、活性中心周辺領域のコンフォメーションが変化し、活性中心がGL−7−ACAの7位炭素の隣のアミド結合に接近し、アミド結合を加水分解するという仮説をたてた。この仮説に基づき、GGTの活性中心周辺領域に変異を導入すれば、GL−7−ACAアシラーゼ活性の増強された改変GGTが得られ得る。   In addition, the present inventors have already revealed that the amino acid residue corresponding to the 391st threonine residue of E. coli GGT is one of the amino acid residues essential for activity. Accordingly, the present inventors introduced a mutation into the region around the active center of GGT (for example, the region around the amino acid residue corresponding to the 391 th threonine residue of E. coli GGT), thereby allowing the region around the active center. We hypothesized that the formation changes and the active center approaches the amide bond next to the 7th carbon of GL-7-ACA, hydrolyzing the amide bond. Based on this hypothesis, a modified GGT with enhanced GL-7-ACA acylase activity can be obtained by introducing a mutation into the region around the active center of GGT.

すなわち、本発明は、以下の事項に関する。
項1.
γ−グルタミルトランスペプチダーゼ(GGT)において、
1)γ−グルタミル化合物と相互作用するアミノ酸残基、又は
2)活性中心周辺領域におけるアミノ酸残基、
からなる群より選択される1又はそれ以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換することを特徴とする、グルタリル−7−アミノセファロスポラン酸(GL−7−ACA)アシラーゼ活性が増強された改変GGTの製造方法。
項2.
GGTにおいて、配列番号1で表わされる大腸菌由来のGGTのアミノ酸配列の第50〜78残基、第93〜98残基、第114〜125残基、第147〜188残基、第209〜347残基、第391〜434残基、第452〜487残基及び第508〜569残基の領域から選択される1又はそれ以上の領域に相当する領域において、1又はそれ以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換することを特徴とする、項1に記載の方法。
項3.
GGTにおいて、配列番号1で表わされる大腸菌由来のGGTのアミノ酸配列の第16残基、第94残基、第98残基、第114残基、第115残基、第209残基、第227残基、第242残基、第263残基、第334残基、第342残基、第433残基、 第452残基、第460残基、第461残基、第462残基、第468残基、第484残基から選択される1又はそれ以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換することを特徴とする、項1に記載の方法。
項4.
GGTにおいて、配列番号1で表わされる大腸菌由来のGGTのアミノ酸配列の第433残基に相当するアミノ酸残基を、他のアミノ酸残基で置換することを特徴とする、項1〜3のいずれかに記載の方法。
項5.
前記他のアミノ酸残基が、アスパラギン、グルタミン、チロシン、トリプトファン、フェニルアラニンからなる群より選択される少なくとも1種のアミノ酸残基である、項4に記載の方法。
項6.
前記他のアミノ酸残基がアスパラギンである、項5に記載の方法。
項7.
項1〜6のいずれかに記載の方法により取得された改変GGT。
項8.
項7に記載の改変GGTをコードする核酸分子。
項9.
項7に記載の改変GGTを発現している細胞。
項10.
項7に記載の改変GGTでGL−7−ACAを処理する工程を包含する、7−アミノセファロスポラン酸(7−ACA)の製造方法。
That is, the present invention relates to the following matters.
Item 1.
In γ-glutamyl transpeptidase (GGT):
1) an amino acid residue that interacts with a γ-glutamyl compound, or 2) an amino acid residue in the region around the active center,
Glutaryl-7-aminocephalosporanic acid (GL-7-ACA) acylase activity is enhanced, wherein one or more amino acid residues selected from the group consisting of: Method for preparing modified GGT.
Item 2.
In GGT, residues 50-78, 93-98, 114-125, 147-188, and 209-347 of the amino acid sequence of GGT derived from E. coli represented by SEQ ID NO: 1 In a region corresponding to one or more regions selected from the group, residues 391 to 434, residues 452 to 487, and residues 508 to 569, other one or more amino acid residues The method according to Item 1, wherein the amino acid residue is substituted with an amino acid residue.
Item 3.
In GGT, the 16th, 94th, 98th, 114th, 115th, 209th, 209th, and 227th residues of the amino acid sequence of GGT derived from E. coli represented by SEQ ID NO: 1 Group, 242 residue, 263 residue, 334 residue, 342 residue, 433 residue, 452 residue, 460 residue, 461 residue, 462 residue, 468 residue Item 2. The method according to Item 1, wherein one or more amino acid residues selected from the group 484th residue are substituted with other amino acid residues.
Item 4.
Item 3. The GGT is any one of Items 1 to 3, wherein the amino acid residue corresponding to the 433 residue of the amino acid sequence of GGT derived from E. coli represented by SEQ ID NO: 1 is substituted with another amino acid residue The method described in 1.
Item 5.
Item 5. The method according to Item 4, wherein the other amino acid residue is at least one amino acid residue selected from the group consisting of asparagine, glutamine, tyrosine, tryptophan, and phenylalanine.
Item 6.
Item 6. The method according to Item 5, wherein the other amino acid residue is asparagine.
Item 7.
Item 7. A modified GGT obtained by the method according to any one of Items 1 to 6.
Item 8.
Item 8. A nucleic acid molecule encoding the modified GGT of Item 7.
Item 9.
Item 8. A cell expressing the modified GGT of Item 7.
Item 10.
Item 8. A method for producing 7-aminocephalosporanic acid (7-ACA), comprising a step of treating GL-7-ACA with the modified GGT according to Item 7.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明におけるGL−7−ACAアシラーゼ活性は、特に記載しない限り、GL−7−ACAの7位の側鎖のアミド結合を加水分解する活性を意味する。   The GL-7-ACA acylase activity in the present invention means an activity of hydrolyzing the amide bond of the 7-position side chain of GL-7-ACA unless otherwise specified.

改変前の「γ−グルタミルトランスペプチダーゼ(GGT)」は、任意の生物由来の、天然に存在するGGT及び非天然のGGT(人工的に合成されたGGT、GL−7−ACAアシラーゼ活性以外の性質(例えば、熱安定性など)の改良を目的として改変されたGGTを含む)を包含する。また、GGT全長ではなく、N末端欠失型、C末端欠失型、N及びC末端欠失型のGGTも同様に用いられる。N末端欠失型GGTとしては、例えば、大腸菌の1〜34番目のアミノ酸残基に相当するアミノ酸残基が欠失したGGTが例示できる。C末端欠失型GGTとしては、例えば、大腸菌の572〜580番目のアミノ酸残基に相当するアミノ酸残基が欠失したGGTが例示できる。N及びC末端欠失型としては、例えば、大腸菌の1〜34及び572〜580番目のアミノ酸残基に相当するアミノ酸残基が欠失したGGTが例示できる。   The “γ-glutamyl transpeptidase (GGT)” before modification is derived from any organism and has properties other than naturally occurring GGT and non-natural GGT (artificially synthesized GGT, GL-7-ACA acylase activity) (Including GGT modified for the purpose of improving thermal stability, etc.). Further, not GGT full length but N-terminal deletion type, C-terminal deletion type, N- and C-terminal deletion type GGTs are also used in the same manner. Examples of the N-terminal deletion type GGT include GGT in which an amino acid residue corresponding to the 1st to 34th amino acid residues of Escherichia coli is deleted. Examples of the C-terminal deletion type GGT include GGT in which an amino acid residue corresponding to the 572nd to 580th amino acid residues of E. coli is deleted. Examples of the N- and C-terminal deletion types include GGT in which amino acid residues corresponding to amino acid residues 1 to 34 and 572 to 580 of Escherichia coli are deleted.

GGTの由来となる任意の生物としては、細菌(例えば、大腸菌、枯草菌、納豆菌、スードモナス(Pseudomonas)、ピロリ菌等)、動物(例えば、ヒト、サル、ラット、マウス、ブタ、ウサギ、ハムスター等)、昆虫(例えば、カイコ)、植物(例えば、インゲンマメ等)、藍藻(例えば、アオコ、スイセンジノリ、ユレモ、ネンジュモ等)、酵母(例えば、Saccharomyces属等)が挙げられる(これらに限定されない)。   Arbitrary organisms from which GGT is derived include bacteria (eg, E. coli, Bacillus subtilis, Bacillus natto, Pseudomonas, H. pylori, etc.), animals (eg, humans, monkeys, rats, mice, pigs, rabbits, hamsters). Etc.), insects (for example, silkworms), plants (for example, kidney beans, etc.), cyanobacteria (for example, blue-green algae, daffodil, uremo, nenjumo, etc.), yeasts (for example, genus Saccharomyces, etc.), etc. .

「γ−グルタミル化合物と相互作用するアミノ酸残基」としては、γ−グルタミル化合物に相互作用するアミノ酸残基であれば、いかなる残基でもよい。このようなアミノ酸残基としては、例えば、γ−グルタミル化合物のα位のアミノ基(−NH2、−NH3 +)、α位のカルボキシル基(−COOH基、−COO-基)、β位及び/又はγ位のメチレン基(CH2基)と相互作用するアミノ酸残基が挙げられる。相互作用は、当業者が通常認識し得るような作用であり、例えば、イオン結合、水素結合、静電的相互作用、疎水性相互作用、ファンデルワールス力等である。The “amino acid residue that interacts with the γ-glutamyl compound” may be any residue as long as it is an amino acid residue that interacts with the γ-glutamyl compound. Examples of such an amino acid residue include an α-position amino group (—NH 2 , —NH 3 + ), an α-position carboxyl group (—COOH group, —COO group), and β-position of a γ-glutamyl compound. And / or amino acid residues that interact with the γ-position methylene group (CH 2 group). The interaction is an action that can be generally recognized by those skilled in the art, such as ionic bond, hydrogen bond, electrostatic interaction, hydrophobic interaction, van der Waals force, and the like.

γ−グルタミル化合物のα位のアミノ基と相互作用するアミノ酸残基としては、アミノ基と相互作用し得るアミノ酸残基であればいかなるアミノ酸残基であってもよいが、好ましくは、アスパラギン酸、グルタミン酸、セリン、スレオニン、システイン、グルタミン、アスパラギン、チロシンが例示できる(これらに限定されない)。   The amino acid residue that interacts with the α-position amino group of the γ-glutamyl compound may be any amino acid residue as long as it can interact with the amino group, preferably aspartic acid, Examples include but are not limited to glutamic acid, serine, threonine, cysteine, glutamine, asparagine, and tyrosine.

γ−グルタミル化合物のα位のカルボキシル基と相互作用するアミノ酸残基としては、カルボキシル基と相互作用し得るアミノ酸残基であればいかなるアミノ酸残基であってもよいが、好ましくは、アルギニン、リジン、ヒスチジン、グルタミン酸、アスパラギン酸、グルタミン、アスパラギン、セリン、システイン、スレオニンが例示できる(これらに限定されない)。   The amino acid residue that interacts with the α-position carboxyl group of the γ-glutamyl compound may be any amino acid residue that can interact with the carboxyl group, but is preferably arginine or lysine. And histidine, glutamic acid, aspartic acid, glutamine, asparagine, serine, cysteine, and threonine (but not limited to).

γ−グルタミル化合物のβ位及び/又はγ位のメチレン基(CH2基)と相互作用するアミノ酸残基としては、メチレン基と相互作用し得るアミノ酸残基であれば、いかなるアミノ酸残基であってもよいが、好ましくはフェニルアラニン、アラニン、チロシン、ロイシン、イソロイシン、バリンが例示できる(これらに限定されない)。The amino acid residue that interacts with the β-position and / or γ-position methylene group (CH 2 group) of the γ-glutamyl compound is any amino acid residue that can interact with the methylene group. However, preferably, phenylalanine, alanine, tyrosine, leucine, isoleucine, and valine can be exemplified (but not limited thereto).

「活性中心周辺領域におけるアミノ酸残基」としては、活性中心及び活性中心と二次元及び三次元的に近いアミノ酸残基であればいかなるアミノ酸残基であってもよい。このような活性中心周辺領域におけるアミノ酸残基として、例えば、大腸菌のGGTの391番目のスレオニンに相当するアミノ酸残基の周辺の領域におけるアミノ酸残基が挙げられる。   The “amino acid residue in the region around the active center” may be any amino acid residue as long as the amino acid residue is two-dimensionally and three-dimensionally close to the active center and the active center. Examples of the amino acid residues in the region around the active center include amino acid residues in the region around the amino acid residue corresponding to the 391st threonine of GGT of E. coli.

従って、「γ−グルタミル化合物と相互作用するアミノ酸残基、又は活性中心周辺領域におけるアミノ酸残基」としては、例えば、配列番号1で表わされる大腸菌由来のGGTのアミノ酸配列の第50〜78残基、第93〜98残基、第114〜125残基、第147〜188残基、第209〜347残基、第391〜434残基、第452〜487残基及び第508〜569残基の領域から選択される1又はそれ以上の領域に相当するGGTの領域におけるアミノ酸残基が挙げられる。γ−グルタミル化合物と相互作用するアミノ酸残基の一つである大腸菌GGTのAsp−433 に相当するGGTのアミノ酸残基や、GGT活性の活性中心に存在するアミノ酸残基の一つである大腸菌GGTのThr−391 に相当するGGTのアミノ酸残基は、これらの領域内に存在している。
本発明の1つの好ましい実施形態において、本発明に従って置換されるアミノ酸残基は、GGTにおいて、生物種間で保存され且つクラスIVセファロスポリンアシラーゼとの間で保存されていないアミノ酸残基である。かかるアミノ酸残基は、例えば、大腸菌のAsp−433、Leu−16、Gly−94、Phe−98、Arg−114、Glu−115、Phe−209、Leu−227、Phe−242、Thr−263、Tyr−334、Gly−342、 Asn−452、Pro−460、Leu−461、Ser−462、Ile−468、Gly−484に相当するアミノ酸残基である。
Therefore, examples of the “amino acid residue that interacts with the γ-glutamyl compound or the amino acid residue in the region around the active center” include, for example, the 50th to 78th residues of the amino acid sequence of GGT derived from E. coli represented by SEQ ID NO: 1. 93-98 residues, 114-125 residues, 147-188 residues, 209-347 residues, 391-434 residues, 452-487 residues and 508-569 residues Examples include amino acid residues in the region of GGT corresponding to one or more regions selected from the region. An amino acid residue of GGT corresponding to Asp-433 of E. coli GGT, which is one of the amino acid residues that interact with the γ-glutamyl compound, and E. coli GGT, which is one of the amino acid residues present in the active center of GGT activity The amino acid residues of GGT corresponding to Thr-391 are present in these regions.
In one preferred embodiment of the invention, the amino acid residue that is substituted according to the invention is an amino acid residue that is conserved between species and not conserved with a class IV cephalosporin acylase in GGT. . Such amino acid residues include, for example, Escherichia coli Asp-433, Leu-16, Gly-94, Phe-98, Arg-114, Glu-115, Phe-209, Leu-227, Phe-242, Thr-263, These are amino acid residues corresponding to Tyr-334, Gly-342, Asn-452, Pro-460, Leu-461, Ser-462, Ile-468, and Gly-484.

置換後の「他のアミノ酸残基」は、置換前のアミノ酸残基と異なるアミノ酸残基であれば、いかなるアミノ酸であってもよい。好ましくは、置換前のアミノ酸残基と異なる性質(例えば、側鎖の、酸性/中性/塩基性、親水性/疎水性、嵩高さ等)をもつアミノ酸残基である。例えば、置換前のアミノ酸残基が酸性である場合、他のアミノ酸残基は塩基性又は中性であり、置換前のアミノ酸残基が塩基性である場合、他のアミノ酸残基は酸性又は中性であり、置換前のアミノ酸残基が中性である場合、他のアミノ酸残基は塩基性又は酸性のアミノ酸残基である。また、例えば、置換前のアミノ酸が疎水性である場合、他のアミノ酸残基は親水性であり、置換前のアミノ酸が親水性である場合、他のアミノ酸残基は疎水性である。例えば、大腸菌のGGTの433番目のアスパラギン酸に相当するGGTのアミノ酸残基を置換する場合、他のアミノ酸残基は、例えば、アスパラギン、グルタミン、チロシン、ヒスチジン、トリプトファン、グルタミン酸、システイン、アルギニン、リジン、スレオニン、セリン、フェニルアラニン、ロイシン、イソロイシン、バリン(これらに限定されない)であり、好ましくは、アスパラギン、チロシン、グルタミン、トリプトファン、フェニルアラニンであり、より好ましくは、アスパラギン、チロシンであり、特に好ましくはアスパラギンである。
本発明の1つの好ましい実施形態において、他のアミノ酸残基は、図1a〜c中のGGTのアミノ酸配列において下線が引かれているアミノ酸残基に対応するクラスIV セファロスポリンアシラーゼのアミノ酸残基である。
The “other amino acid residue” after substitution may be any amino acid as long as it is different from the amino acid residue before substitution. Preferably, it is an amino acid residue having different properties (for example, acid / neutral / basic, hydrophilic / hydrophobic, bulky, etc. of the side chain) from the amino acid residue before substitution. For example, when the amino acid residue before substitution is acidic, the other amino acid residues are basic or neutral, and when the amino acid residue before substitution is basic, the other amino acid residues are acidic or medium. If the amino acid residue before substitution is neutral, the other amino acid residue is a basic or acidic amino acid residue. For example, when the amino acid before substitution is hydrophobic, the other amino acid residues are hydrophilic. When the amino acid before substitution is hydrophilic, the other amino acid residues are hydrophobic. For example, when substituting the amino acid residue of GGT corresponding to the 433rd aspartic acid of GGT of E. coli, the other amino acid residues are, for example, asparagine, glutamine, tyrosine, histidine, tryptophan, glutamic acid, cysteine, arginine, lysine , Threonine, serine, phenylalanine, leucine, isoleucine, valine (but not limited to), preferably asparagine, tyrosine, glutamine, tryptophan, phenylalanine, more preferably asparagine, tyrosine, particularly preferably asparagine. It is.
In one preferred embodiment of the invention, the other amino acid residue is an amino acid residue of a class IV cephalosporin acylase corresponding to the amino acid residue underlined in the amino acid sequence of GGT in FIGS. It is.

「グルタリル−7−アミノセファロスポラン酸(GL−7−ACA)アシラーゼ活性が増強された(される)」とは、前述のような置換によって、GL−7−ACAアシラーゼ活性がいくらか増加した(高められた)ことを意味する。また、置換前のGGTがGL−7−ACAアシラーゼ活性を有していなくても、有していてもよい。活性が増強された量(増加量)は、少しでも増加していれば、特に限定されず、例えば、0.0001U/mg以上の増加量である。   “Glutaryl-7-aminocephalosporanic acid (GL-7-ACA) acylase activity was enhanced” means that the GL-7-ACA acylase activity was somewhat increased (increased) by the substitution as described above. It means). Moreover, GGT before substitution may or may not have GL-7-ACA acylase activity. The amount in which the activity is enhanced (increase amount) is not particularly limited as long as it is increased as much as possible, and is, for example, an increase amount of 0.0001 U / mg or more.

「改変GGT」とは、本発明の方法に従って製造された、GL−7−ACAアシラーゼ活性が増強されたGGTの改変ペプチド及び/又は改変タンパク質を意味する。
「改変GGTをコードする核酸分子」とは、改変GGTと同じアミノ酸配列へ転写・翻訳されるDNA分子及び/又はRNA分子を意味する。なお、改変GGTをコードする核酸分子は、改変GGTを正しくコードしている限り、いかなるコドンを選択してもよい。コドンの選択は、常法に従って行うことができる。例えば、利用する宿主のコドンの使用頻度などを考慮し決定することができる。
“Modified GGT” means a modified peptide and / or modified protein of GGT with enhanced GL-7-ACA acylase activity produced according to the method of the present invention.
“Nucleic acid molecule encoding modified GGT” means a DNA molecule and / or RNA molecule that is transcribed and translated into the same amino acid sequence as the modified GGT. As long as the nucleic acid molecule encoding the modified GGT correctly codes the modified GGT, any codon may be selected. Codon selection can be performed according to a conventional method. For example, it can be determined in consideration of the frequency of use of the codon of the host to be used.

「改変GGTを発現している細胞」とは、該改変GGTを発現している細胞(改変GGTをコードする核酸分子で形質転換された細胞を含む)であれば、いかなる細胞であってもよい。かかる細胞の種は、いかなる種であってもよいが、GGTの由来の種と同じであることが好ましい。   The “cell expressing the modified GGT” may be any cell as long as it is a cell expressing the modified GGT (including cells transformed with a nucleic acid molecule encoding the modified GGT). . Such cell species may be any species, but is preferably the same as the GGT-derived species.

上述のような「改変GGTをコードする核酸分子」、「改変GGT」及び「改変GGTを発現している細胞」は、常法に従って、取得することができる。   “Nucleic acid molecule encoding modified GGT”, “modified GGT” and “cell expressing modified GGT” as described above can be obtained according to a conventional method.

改変GGTをコードする核酸分子は、例えば、Kunkel法、Eckstein法、AlteredSite法、PCR法、Ito法などの変異導入法により、取得することができる。なお、これらの変異導入法を行うときに使用するプライマーは、採用する変異導入方法や改変GGTをコードする核酸分子の配列情報に基づいて、適宜設計でき、常法に従って合成できる。   Nucleic acid molecules encoding the modified GGT can be obtained, for example, by mutation introduction methods such as Kunkel method, Eckstein method, AlteredSite method, PCR method, Ito method and the like. In addition, the primer used when performing these mutagenesis methods can be suitably designed based on the mutagenesis method employed and the sequence information of the nucleic acid molecule encoding the modified GGT, and can be synthesized according to a conventional method.

取得した核酸分子の単離及び精製は、例えば、H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12 ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988)に記載される方法、ゲル電気泳動による分離精製又は分子ふるい操作などの通常用いられる方法によって、行うことができる。   Isolation and purification of the obtained nucleic acid molecule can be performed by, for example, H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12 ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988), separation and purification by gel electrophoresis, or molecular sieving operation.

また、上記のように得られた核酸分子は、必要に応じて、例えば、ジデオキシ法やマキサム−ギルバート法などに従って、又は市販のシークエンスキットなどを用いて、配列が決定される。   The nucleic acid molecule obtained as described above is sequenced as necessary, for example, according to the dideoxy method, the Maxam-Gilbert method, or using a commercially available sequence kit.

「改変GGT」及び「改変GGTを発現している細胞」の取得については、前述ように取得された改変GGTをコードする核酸分子を用いて、常法の遺伝子組換技術に従って行うことができる(Sambrook, J., Frisch, E.F., and Maniatis, T. Molecular Cloning, A Laboratory Manual. 2nd Edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1989 Current Protocls in Molecular Biology. John Wiley Sons, Inc. 1998. など)。簡潔には、例えば、改変GGTをコードする核酸分子を適当な発現ベクターへ挿入した後、これを適当な宿主細胞へ導入して形質転換し、適切な条件下において改変GGTを発現させることにより、改変GGTを発現している細胞を取得することができる。さらに、この改変GGTを発現している細胞から、改変GGTを回収することができる。この回収した改変GGTを、文献(H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12 ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988))に記載の方法又は常法に従って、さらに精製してもよい。   The acquisition of “modified GGT” and “cell expressing the modified GGT” can be performed according to a conventional genetic recombination technique using the nucleic acid molecule encoding the modified GGT obtained as described above ( Sambrook, J., Frisch, EF, and Maniatis, T. Molecular Cloning, A Laboratory Manual. 2nd Edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1989 Current Protocls in Molecular Biology. John Wiley Sons, Inc. 1998. Briefly, for example, by inserting a nucleic acid molecule encoding the modified GGT into a suitable expression vector, introducing it into a suitable host cell, transformation, and expressing the modified GGT under suitable conditions, Cells expressing the modified GGT can be obtained. Furthermore, the modified GGT can be recovered from the cells expressing the modified GGT. This recovered modified GGT is described in the literature (H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12 ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun. , 150, 33-38 (1988)) or may be further purified according to a conventional method.

ここで、発現プラスミドを宿主細胞へ導入する方法は、特に限定されず、一般的な方法を採用することができる。例えば、エレクトロポレーション、リポソーム法、リン酸カルシュウム法、DEAEデキストラン法などを用いることができる。また、各ステップにおいて、目的物を選別する必要がある場合、適宜、サブクローニング操作やシークエンシングなどを行ってもよい。   Here, the method of introducing the expression plasmid into the host cell is not particularly limited, and a general method can be adopted. For example, electroporation, liposome method, calcium phosphate method, DEAE dextran method and the like can be used. Further, in each step, when it is necessary to select a target product, a subcloning operation or sequencing may be appropriately performed.

発現プラスミドを導入するための宿主細胞としては、あらゆる種の原核生物及び真核生物の細胞(樹立細胞を含む)を使用することができる。   Any species of prokaryotic and eukaryotic cells (including established cells) can be used as host cells for introducing the expression plasmid.

原核生物細胞としては、例えば、大腸菌(例えば、Escherichia coli)、枯草菌(例えば、Bacillus subtilis)、納豆菌、スードモナス、ピロリ菌又は藍藻(これらに限定されない)の細胞が挙げられる。大腸菌の細胞としては、例えば、K12株、B株、SH641株、CM9株、SH703株に分類される細胞株(これらに限定されない)が好適である。また、枯草菌の細胞としては、とりわけMH2308株(これらに限定されない)が好適である。   Prokaryotic cells include, for example, cells of E. coli (eg, Escherichia coli), Bacillus subtilis (eg, Bacillus subtilis), Bacillus natto, Pseudomonas, H. pylori, or cyanobacteria (but not limited thereto). As the cells of Escherichia coli, for example, cell lines classified into K12 strain, B strain, SH641 strain, CM9 strain, and SH703 strain (but not limited thereto) are suitable. Further, as a cell of Bacillus subtilis, MH2308 strain (not limited thereto) is particularly preferable.

真核生物細胞としては、例えば、動物由来細胞(例えば、ヒト、ラット、マウス由来細胞)、昆虫由来細胞(例えば、カイコ由来細胞)、植物由来細胞(例えば、インゲンマメ由来細胞)が挙げられるが、これらに限定されない。動物由来の樹立細胞としては、具体的には、サルの腎臓細胞であるCOS細胞(Cell, 23: 175 (1981))、Vero細胞及びMK細胞、チャイニーズハムスターの卵巣細胞であるCHO細胞、マウスの線維芽細胞であるNIH3T3細胞(J.Viol., 4:549(1969))、及びヒトのT細胞リンパ腫由来細胞であるJurkat細胞(J.Immunol., 133:123(1984))などが挙げられる。酵母細胞(例えば、Saccharomyces属)もまた、好適に利用される。   Examples of eukaryotic cells include animal-derived cells (eg, human, rat, mouse-derived cells), insect-derived cells (eg, silkworm-derived cells), plant-derived cells (eg, kidney bean-derived cells), It is not limited to these. Specifically, animal-derived established cells include monkey kidney COS cells (Cell, 23: 175 (1981)), Vero cells and MK cells, Chinese hamster ovary cells CHO cells, mouse Examples include NIH3T3 cells (J. Viol., 4: 549 (1969)), which are fibroblasts, and Jurkat cells (J. Immunol., 133: 123 (1984)), which are cells derived from human T-cell lymphoma. . Yeast cells (eg, Saccharomyces spp.) Are also preferably used.

原核生物細胞を宿主とする場合は、該宿主細胞中で複製可能なベクターを用いて、このベクター中に改変GGTをコードする核酸分子、該核酸分子の上流にプロモーター、SD(シャイン−ダルガーノ)配列、及び必要に応じて開始コドン(例えば、ATG)を付与した発現プラスミドを、好適に利用することができる。   When a prokaryotic cell is used as a host, a vector that can replicate in the host cell is used, a nucleic acid molecule that encodes the modified GGT in this vector, a promoter upstream of the nucleic acid molecule, and an SD (Shine-Dalgarno) sequence And an expression plasmid provided with an initiation codon (for example, ATG), if necessary, can be suitably used.

上記ベクターとしては、一般に大腸菌由来のプラスミド、例えばpBR322、pBR325、pUC18、pUC19がよく用いられるが、これらに限定されず、既知の各種ベクターを用いることができる。大腸菌を利用した発現系に利用される上記ベクターの市販品としては、例えばpGEX−4T、pKK223−3(Amersham Pharmacia Biotech社)、pMAL−C2、pMAL−P2(New England Biolabs社)、pET21、pET21/lacIq(Invitrogen社)、pBAD/His(Invitrogen社)(これらに限定されない)を例示できる。In general, plasmids derived from E. coli such as pBR322, pBR325, pUC18, and pUC19 are often used as the vector, but not limited thereto, and various known vectors can be used. Commercially available products of the above vectors used in expression systems utilizing E. coli include, for example, pGEX-4T, pKK223-3 (Amersham Pharmacia Biotech), pMAL-C2, pMAL-P2 (New England Biolabs), pET21, pET21 / LacI q (Invitrogen), pBAD / His (Invitrogen) (but not limited to).

プロモーターについても特に限定はなく、Escherichia属菌を宿主とする場合は、例えばトリプトファン(trp)プロモーター、lppプロモーター、lacプロモーター、recAプロモーター、PL/PR プロモーター、tacプロモーター、T7プロモーター、trcプロモーター(これらに限定されない)などを好ましく利用できる。宿主がBacillus属菌である場合は、SP01プロモーター、penPプロモーターなどが好ましい。   The promoter is not particularly limited, and when Escherichia is used as a host, for example, tryptophan (trp) promoter, lpp promoter, lac promoter, recA promoter, PL / PR promoter, tac promoter, T7 promoter, trc promoter (in addition to these) (But not limited) can be preferably used. When the host is Bacillus, SP01 promoter, penP promoter and the like are preferable.

真核生物細胞を宿主とする場合の発現ベクターとしては、通常、発現しようとする核酸分子の上流にプロモーター、RNAのスプライシング部位、ポリアデニル化部位及び転写終了配列を保有し、更に必要に応じて複製起点を有するものが挙げられる。該発現ベクターの例としては、例えばSV40の初期プロモーターを保有するpSV2dhfr(Mol. Cell. Biol., 1: 854 (1981))(これらに限定されない)が例示できる。上記以外にも既知の各種市販ベクターを用いることができる。動物細胞を利用した発現系の場合、発現ベクターとしては、例えば、pCI(Promega社)、pIND(Invitrogen社) 、pcDNA3.1/His(Invitrogen社)、pEF1/V5−His(Invitrogen社)などの動物細胞用ベクター、pFastBac HT(GibciBRL社)、pAcGHLT(PharMingen社)、pAc5/V5−His、pMT/V5−His、pMT/Bip/V5−his(以上 Invitrogen社)などの昆虫細胞用ベクター(これらに限定されない)が挙げられる。   When using eukaryotic cells as hosts, the expression vector usually has a promoter, an RNA splicing site, a polyadenylation site and a transcription termination sequence upstream of the nucleic acid molecule to be expressed, and further replicates as necessary. Those having a starting point are mentioned. Examples of the expression vector include, but are not limited to, pSV2dhfr (Mol. Cell. Biol., 1: 854 (1981)) carrying the SV40 early promoter. In addition to the above, various known commercially available vectors can be used. In the case of an expression system using animal cells, examples of expression vectors include pCI (Promega), pIND (Invitrogen), pcDNA3.1 / His (Invitrogen), and pEF1 / V5-His (Invitrogen). Vectors for insect cells such as animal cell vectors, pFastBac HT (GibciBRL), pAcGHLT (PharMingen), pAc5 / V5-His, pMT / V5-His, pMT / Bip / V5-his (and above, Invitrogen) Is not limited to the above).

また、動物細胞を宿主とする場合の好ましいプロモーターとしては、SV40 由来のプロモーター、レトロウイルスのプロモーター、メタロチオネインのプロモーター、ヒートショックプロモーター、サイトメガロウイルスプロモーター、SRαプロモーター、アデノウイルスプロモーター、エロンゲーションファクターのプロモーター(これらに限定されない)を例示できる。酵母を宿主とする場合のプロモーターとしては、例えば、pH05プロモーター、PGKプロモーター、GAPプロモーター、ADHプロモーター(これらに限定されない)を好適に利用できる。   Preferred promoters when using animal cells as hosts include SV40-derived promoters, retrovirus promoters, metallothionein promoters, heat shock promoters, cytomegalovirus promoters, SRα promoters, adenovirus promoters, and elongation factor promoters. (But not limited to). As a promoter in the case of using yeast as a host, for example, a pH05 promoter, a PGK promoter, a GAP promoter, and an ADH promoter (not limited thereto) can be preferably used.

このように取得された改変GGTの精製は、本発明者らが、既に報告した方法(H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12 ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988))又は常法に従って、行うことができる。   Purification of the modified GGT thus obtained was performed by a method already reported by the present inventors (H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12 ggt and Rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988)) or a conventional method.

さらに、本発明の改変GGTでGL−7−ACAを処理し、7−ACAを製造することができる。   Further, GL-7-ACA can be treated with the modified GGT of the present invention to produce 7-ACA.

GL−7−ACAの合成については、例えば、Y. Shibuya, K. Matsumoto, and T. Fujii. Isolation and properties of 7β-(4-carboxybutanamido)cephalosporanic acid acylase-producing bacteria. Agric. Biol. Chem., 45, 1561-1567 (1981)に従って、行うことができる。   For the synthesis of GL-7-ACA, for example, Y. Shibuya, K. Matsumoto, and T. Fujii. Isolation and properties of 7β- (4-carboxybutanamido) cephalosporanic acid acylase-producing bacteria. Agric. Biol. Chem., 45, 1561-1567 (1981).

処理は、常法を用いて(例えば、インキュベーションによって)行う。例えば、Tris−HCl(例えば、pH7.6〜9.0)中で、改変GGT及びGL−7−ACAを、37℃にて、3時間、インキュベーションする。この処理によって、該GL−7−ACAが7−ACAに変換される。   Treatment is performed using conventional methods (eg, by incubation). For example, the modified GGT and GL-7-ACA are incubated at 37 ° C. for 3 hours in Tris-HCl (eg, pH 7.6 to 9.0). By this processing, the GL-7-ACA is converted to 7-ACA.

GL−7−ACAと7−ACAの測定は、例えば、逆相HPLC、アミノ酸アナライザーなどの慣例的な方法に従う。   The measurement of GL-7-ACA and 7-ACA follows conventional methods, such as reverse phase HPLC and an amino acid analyzer, for example.

さらに必要に応じて、7−ACAは、分離及び精製される。この分離及び精製は、例えば、DOWEX 1X8および逆相HPLC等によって行う。   Further, if necessary, 7-ACA is separated and purified. This separation and purification are performed by, for example, DOWEX 1X8 and reverse phase HPLC.

本発明により、グルタリル−7−アミノセファロスポラン酸(GL−7−ACA)アシラーゼ活性が増強された改変GGTを製造することが可能になった。また、本発明により製造された改変GGTのGL−7−ACAに対するKm値は、従来のセファロスポリンアシラーゼに比べて小さく、本発明の改変GGTは、GL−7−ACAに対して優れた基質特異性を有している。   According to the present invention, it is possible to produce a modified GGT with enhanced glutaryl-7-aminocephalosporanic acid (GL-7-ACA) acylase activity. In addition, the modified GGT produced by the present invention has a smaller Km value for GL-7-ACA than the conventional cephalosporin acylase, and the modified GGT of the present invention is an excellent substrate for GL-7-ACA. Has specificity.

さらに、本発明により、7−ACAの効率的な酵素的製造方法が提供され、従来の化学法よりも安全、簡便、低コスト、且つ環境に優しく、セファロスポリン系(セフェム系)抗生物質の原料である7−ACAを生産することが可能となった。   Furthermore, according to the present invention, an efficient enzymatic production method of 7-ACA is provided, which is safer, simpler, lower cost and environmentally friendly than conventional chemical methods, and is a cephalosporin (cephem) antibiotic. It became possible to produce 7-ACA as a raw material.

GGT及びクラスIV セファロスポリンアシラーゼの全配列のアラインメントを図1a〜図1cに示す。各配列は、SwissProt又はGenBankより入手可能である。上から、Pseudomonas sp. SE83 cephalosporin acylase(SwissProt Accession No. P15557:配列番号19)、Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylase(SwissProt Accession No. Q05053:配列番号21)、Escherichia coli K-12 GGT(SwissProt Accession No. P18956:配列番号1)、Bacillus subtilis 168 GGT(SwissProt Accession No. P54422:配列番号3)、Bacillus natto GGT(GenBank Accession No. 2321184A:配列番号5)、Helicobacter pylori 26695 GGT(GenBank Accession No. AE000618:配列番号7)、Pseudomonas A14 GGT(SwissProt Accession No. P36267:配列番号9)、Rat GGT(SwissProt Accession No. P07314:配列番号11)、Mouse GGT(SwissProt Accession No. Q60928:配列番号13)、Pig GGT(SwissProt Accession No. P20735:配列番号15)、Human GGT1(SwissProt Accession No. P19440:配列番号17)の配列である。下線を引いた斜体で表された残基は、すべてのGGTで保存されているがクラスIV セファロスポリンアシラーゼでは異なっているGGTの箇所を示している。斜体(下線無し)の残基は、すべてのGGT及びクラスIVセファロスポリンアシラーゼで保存されている残基を示した。図1aは、前記アラインメントの一部を示す。An alignment of all sequences of GGT and class IV cephalosporin acylase is shown in FIGS. 1a-1c. Each sequence is available from SwissProt or GenBank. From above, Pseudomonas sp. SE83 cephalosporin acylase (SwissProt Accession No. P15557: SEQ ID NO: 19), Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylase (SwissProt Accession No. Q05053: SEQ ID NO: 21), Escherichia coli K-12 GGT (SwissProt Accession No. P18956: SEQ ID NO: 1), Bacillus subtilis 168 GGT (SwissProt Accession No. P54422: SEQ ID NO: 3), Bacillus natto GGT (GenBank Accession No. 2321184A: SEQ ID NO: 5), Helicobacter pylori 26695 GGT (GenBank Accession No. AE000618: Sequence) No. 7), Pseudomonas A14 GGT (SwissProt Accession No. P36267: SEQ ID NO: 9), Rat GGT (SwissProt Accession No. P07314: SEQ ID NO: 11), Mouse GGT (SwissProt Accession No. Q60928: SEQ ID NO: 13), Pig GGT ( SwissProt Accession No. P20735: SEQ ID NO: 15) and Human GGT1 (SwissProt Accession No. P19440: SEQ ID NO: 17). Residues in underlined italics indicate GGT sites that are conserved in all GGTs but are different in class IV cephalosporin acylases. Italic (no underlined) residues indicate residues that are conserved in all GGT and class IV cephalosporin acylases. FIG. 1a shows a part of the alignment. 図1bは、図1aに示したアラインメントの続きである。FIG. 1b is a continuation of the alignment shown in FIG. 1a. 図1cは、図1bに示したアラインメントの続きである。FIG. 1c is a continuation of the alignment shown in FIG. 1b. 図2は、GGT間でよく保存されている領域の一つである、大腸菌のGGTの活性中心であるThr−391から今回変異をかけたAsp−433付近のアラインメントを示す。各配列は、SwissProt又はGenBankより入手可能な前記配列(配列番号1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21)の部分配列である。上から順に、Escherichia coli K-12 GGT(配列番号24)、Bacillus subtilis 168 GGT(配列番号25)、Bacillus natto GGT(配列番号26)、Helicobacter pylori 26695 GGT(配列番号27)、Pseudomonas A14 GGT(配列番号28)、Rat GGT(配列番号29)、Mouse GGT(配列番号30)、Pig GGT(配列番号31)、Human GGT1(配列番号32)、Pseudomonas sp. SE83 cephalosporin acylase(配列番号33)、Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylase(配列番号34)のアミノ酸配列である。すべてのGGTで保存されている残基を斜体(下線無し)で示した。下線を引いた斜体の文字は、すべてのGGTでAsp残基として保存されているが、クラスIV セファロスポリンアシラーゼではAsn残基となっているGGTの箇所を示している。アラインメントの左右に示した数字は、この図の左端、右端の残基がそれぞれのN末端から何番目の残基であるかを示している。FIG. 2 shows an alignment around Asp-433 that was mutated this time from Thr-391, the active center of GGT of E. coli, which is one of the well-conserved regions between GGTs. Each sequence is a partial sequence of the sequence (SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21) available from SwissProt or GenBank. In order from the top, Escherichia coli K-12 GGT (SEQ ID NO: 24), Bacillus subtilis 168 GGT (SEQ ID NO: 25), Bacillus natto GGT (SEQ ID NO: 26), Helicobacter pylori 26695 GGT (SEQ ID NO: 27), Pseudomonas A14 GGT (sequence) No. 28), Rat GGT (SEQ ID NO: 29), Mouse GGT (SEQ ID NO: 30), Pig GGT (SEQ ID NO: 31), Human GGT1 (SEQ ID NO: 32), Pseudomonas sp. SE83 cephalosporin acylase (SEQ ID NO: 33), Pseudomonas sp V22 is the amino acid sequence of cephalosporin acylase (SEQ ID NO: 34). Residues that are conserved in all GGTs are shown in italics (no underlining). The underlined italic letters indicate the GGT location that is conserved as an Asp residue in all GGTs, but is an Asn residue in class IV cephalosporin acylases. The numbers shown to the left and right of the alignment indicate the number of residues from the N-terminus of the left and right residues in the figure. 図3は、酵素反応のHPLCのチャートを示す。反応混合液(2mM GL−7−ACA、50mM Tris−HCl(pH8.73)、0.1mg/ml D433N)を、37℃でインキュベーションすることによって、反応を行った。(A)は反応0時間、(B)は反応3時間のサンプルである。FIG. 3 shows a HPLC chart of the enzyme reaction. The reaction was performed by incubating the reaction mixture (2 mM GL-7-ACA, 50 mM Tris-HCl (pH 8.73), 0.1 mg / ml D433N) at 37 ° C. (A) is a sample for 0 hour reaction, and (B) is a sample for 3 hour reaction. 図4は、D443NのGL−7−ACA加水分解反応の至適pHを検討した結果を示す。緩衝液は、pH6.5〜7.5ではリン酸カリウム緩衝液、pH 7.5〜8.73ではTris−HCl緩衝液、pH8.73〜10.5ではNH4Cl−NH4OH緩衝液を用いた。FIG. 4 shows the results of examining the optimum pH for the GL-7-ACA hydrolysis reaction of D443N. The buffer solution is potassium phosphate buffer at pH 6.5 to 7.5, Tris-HCl buffer at pH 7.5 to 8.73, and NH 4 Cl—NH 4 OH buffer at pH 8.73 to 10.5. Was used. 図5は、NMRの結果を示す。(A)は市販品のGL-7-ACA、 (B)はこの実施例で得られた標品のNMRのチャートである。FIG. 5 shows the NMR results. (A) is a commercially available GL-7-ACA, and (B) is an NMR chart of the sample obtained in this example. 図6は、実施例1〜25において取得される各種改変GGTを示す。大腸菌の改変GGTに相当する、Bacillus subtilis 168(B. subtilis)、Bacillus natto(B. natto)、Helicobacter pylori 26695(H. pylori)、Pseudomonas A14(Pseudo)、rat、mouse、pig、humanの改変GGTを示す。FIG. 6 shows various modified GGTs obtained in Examples 1-25. Modified GGT of Bacillus subtilis 168 (B. subtilis), Bacillus natto (B. natto), Helicobacter pylori 26695 (H. pylori), Pseudomonas A14 (Pseudo), rat, mouse, pig, human corresponding to the modified GGT of E. coli Indicates.

以下に実施例を示すが、これは、本発明の単なる例示であって、本発明を何ら制限するものではない。なお、以下の実施例では大腸菌のGGTを用いているが、GGTのアミノ酸配列は大腸菌と他の生物種との間でよく保存されており、大腸菌以外の様々な生物種においても本発明を同様に実施できる。   Examples are shown below, but these are merely examples of the present invention and do not limit the present invention in any way. In the following examples, E. coli GGT is used, but the amino acid sequence of GGT is well conserved between E. coli and other biological species, and the present invention is similarly applied to various biological species other than E. coli. Can be implemented.

ここで、本願の特許請求の範囲、明細書及び図面に記載されるアミノ酸、タンパク質、塩基配列、核酸等の略語による表示は、IUPAC、IUBの規定、「塩基配列又はアミノ酸配列を含む明細書の作成のためのガイドライン」(特許庁編)及び当該分野における慣用記号に従うものとする。   Here, the abbreviations such as amino acids, proteins, base sequences, nucleic acids and the like described in the claims, the specification and the drawings of the present application are defined in the IUPAC, IUB regulations, “of specifications including base sequences or amino acid sequences”. "Guidelines for preparation" (edited by JPO) and idiomatic symbols in the field.

また、配列表に記載の各配列については、以下の通りである;
配列番号1:Escherichia coli K-12 GGTのアミノ酸配列
配列番号2:Escherichia coli K-12 GGTの核酸配列
配列番号3:Bacillus subtilis 168 GGTのアミノ酸配列
配列番号4:Bacillus subtilis 168 GGTの核酸配列
配列番号5:Bacillus natto GGTのアミノ酸配列
配列番号6:Bacillus natto GGTの核酸配列
配列番号7:Helicobacter pylori 26695 GGTのアミノ酸配列
配列番号8:Helicobacter pylori 26695 GGTの核酸配列
配列番号9:Pseudomonas A14 GGTのアミノ酸配列
配列番号10:Pseudomonas A14 GGTの核酸配列
配列番号11:Rat GGTのアミノ酸配列
配列番号12:Rat GGTの核酸配列
配列番号13:Mouse GGTのアミノ酸配列
配列番号14:Mouse GGTの核酸配列
配列番号15:Pig GGTのアミノ酸配列
配列番号16:Pig GGTの核酸配列
配列番号17:Human GGT1のアミノ酸配列
配列番号18:Human GGT1の核酸配列
配列番号19:Pseudomonas sp. SE83 cephalosporin acylaseのアミノ酸配列
配列番号20:Pseudomonas sp. SE83 cephalosporin acylaseの核酸配列
配列番号21:Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylaseのアミノ酸配列
配列番号22:Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylaseの核酸配列
配列番号23:実施例1で変異株を取得するために用いたプライマーの核酸配列
配列番号24:図2に示される、Escherichia coli K-12 GGTの部分アミノ酸配列
配列番号25:図2に示される、Bacillus subtilis 168 GGTの部分アミノ酸配列
配列番号26:図2に示される、Bacillus natto GGTの部分アミノ酸配列
配列番号27:図2に示される、Helicobacter pylori 26695 GGTの部分アミノ酸配列
配列番号28:図2に示される、Pseudomonas A14 GGTの部分アミノ酸配列
配列番号29:図2に示される、Rat GGTの部分アミノ酸配列
配列番号30:図2に示される、Mouse GGTの部分アミノ酸配列
配列番号31:図2に示される、Pig GGTの部分アミノ酸配列
配列番号32:図2に示される、Human GGT1の部分アミノ酸配列
配列番号33:図2に示される、Pseudomonas sp. SE83 cephalosporin acylaseの部分アミノ酸配列
配列番号34:図2に示される、Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylaseの部分アミノ酸配列。
実施例1
In addition, each sequence described in the sequence listing is as follows:
SEQ ID NO: 1: Amino acid sequence of Escherichia coli K-12 GGT SEQ ID NO: 2: Nucleic acid sequence of Escherichia coli K-12 GGT SEQ ID NO: 3: Amino acid sequence of Bacillus subtilis 168 GGT SEQ ID NO: 4: Nucleic acid sequence of Bacillus subtilis 168 GGT 5: amino acid sequence of Bacillus natto GGT SEQ ID NO: 6: nucleic acid sequence of Bacillus natto GGT SEQ ID NO: 7: amino acid sequence of Helicobacter pylori 26695 GGT SEQ ID NO: 8: nucleic acid sequence of Helicobacter pylori 26695 GGT SEQ ID NO: 9: amino acid sequence of Pseudomonas A14 GGT SEQ ID NO: 10: Pseudomonas A14 GGT nucleic acid sequence SEQ ID NO: 11: Rat GGT amino acid sequence SEQ ID NO: 12: Rat GGT nucleic acid sequence SEQ ID NO: 13: Mouse GGT amino acid sequence SEQ ID NO: 14: Mouse GGT nucleic acid sequence SEQ ID NO: 15 Pig GGT amino acid sequence SEQ ID NO: 16: Pig GGT nucleic acid sequence SEQ ID NO: 17: Human GGT1 amino acid sequence SEQ ID NO: 18: Human GGT1 nucleic acid sequence SEQ ID NO: 19: Pseudo monas sp. SE83 cephalosporin acylase amino acid sequence SEQ ID NO: 20: Pseudomonas sp. SE83 cephalosporin acylase nucleic acid sequence SEQ ID NO: 21: Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylase amino acid sequence SEQ ID NO: 22: Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylase nucleic acid sequence SEQ ID NO: 23: Nucleic acid sequence of primer used for obtaining mutant in Example 1 SEQ ID NO: 24: Partial amino acid sequence of Escherichia coli K-12 GGT shown in FIG. 2 SEQ ID NO: 25: Bacillus shown in FIG. Partial amino acid sequence of subtilis 168 GGT SEQ ID NO: 26: shown in FIG. 2 Partial amino acid sequence of Bacillus natto GGT SEQ ID NO: 27: Partial amino acid sequence of Helicobacter pylori 26695 GGT shown in FIG. 2 SEQ ID NO: 28: shown in FIG. Pseudomonas A14 GGT partial amino acid sequence SEQ ID NO: 29: shown in FIG. 2, Rat GGT partial amino acid sequence SEQ ID NO: 30: shown in FIG. Mouse GGT partial amino acid sequence SEQ ID NO: 31: shown in FIG. 2, Pig GGT partial amino acid sequence SEQ ID NO: 32: shown in FIG. 2, Human GGT1 partial amino acid sequence SEQ ID NO: 33: Pseudomonas shown in FIG. sp. SE83 cephalosporin acylase partial amino acid sequence SEQ ID NO: 34: partial amino acid sequence of Pseudomonas sp. V22 cephalosporin acylase shown in FIG.
Example 1

変異株の取得方法
1.野生型GGTへのD433N変異の導入
まず、GGTのアミノ酸配列の中でAsp−433をAsn−433に変えるように設計した合成オリゴヌクレオチド5’−AACCAGATGGAT * ATTTCTCCGCC−3’(A*は、野生型GGTではGである)(配列番号23)をプライマーとし、デオキシウラシルを導入した1本鎖のpSH1248(pTZ18RのHindIIIサイトにpSH253(J. O. Claudio, H. Suzuki, H. Kumagai, and T. Tochikura. Excretion and rapid purification of γ-glutamyltranspeptidase from Escherichia coli K-12. J. Ferment. Bioeng., 72, 125-127 (1991).)の約0.9 kbのHindIII−HindIIIフラグメントを挿入したもの)を鋳型としてKunkel法(T. A. Kunkel. Rapid and efficient site-specific mutagenesis without phenotypic selection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 488-492 (1985).)により変異操作を行い、DH5α株を形質転換した。得られた菌株からプラスミドを抽出し、DNAシークエンスを行い、2株で目的の変異が入っていることを確認し、その1つのプラスミドをpCM2とした。pCM2の約0.9kbのHindIII−HindIIIフラグメントとpSH253をHindIIIで切断して得られる5.4 kbのフラグメントをライゲーションし、pCM3を得た。
Method for obtaining mutant strains
1. Introduction of D433N mutation into wild type GGT First, a synthetic oligonucleotide 5′-AACCAGATGGAT A * AT TTCTCCCGCC-3 ′ (A * is designed to change Asp-433 to Asn-433 in the amino acid sequence of GGT. It is G in wild type GGT) (SEQ ID NO: 23) as a primer and pSH1248 (pSH253 (JO Claudio, H. Suzuki, H. Kumagai, and T. Tochikura) on the HindIII site of pTZ18R introduced with deoxyuracil. Excretion and rapid purification of γ-glutamyltranspeptidase from Escherichia coli K-12. J. Ferment. Bioeng., 72, 125-127 (1991))) with about 0.9 kb of HindIII-HindIII fragment) Kunkel method (TA Kunkel. Rapid and efficient site-specific mutagenesis without phenotypic selection. Proc. Natl. Acad. Sci. US A, 82, 488-492 (1985).) And the DH5α strain was transformed. A plasmid was extracted from the obtained strain, DNA sequencing was performed, and it was confirmed that the target mutation was contained in two strains. One of the plasmids was designated as pCM2. An approximately 0.9 kb HindIII-HindIII fragment of pCM2 and a 5.4 kb fragment obtained by cleaving pSH253 with HindIII were ligated to obtain pCM3.

pCM3の3.2 kbのSmaI−SphIフラグメントをEcoRVとSphIで切断したpBR322にライゲーションした。得られたプラスミドpCM7で、GGT欠損株SH641を形質転換したものをCM9(D433N)株とした(H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12 ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988).)。
実施例2
The 3.2 kb SmaI-SphI fragment of pCM3 was ligated into pBR322 cut with EcoRV and SphI. The plasmid pCM7 obtained by transforming the GGT-deficient strain SH641 was designated as CM9 (D433N) strain (H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12). ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988)).
Example 2

酵素の精製
野生型と変異型(D433N)の酵素はすでに報告している方法に従ってそれぞれSH642株とCM9株から精製した(H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning of Escherichia coli K-12 ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988))。
実施例3
Enzyme Purification Wild type and mutant type (D433N) enzymes were purified from SH642 and CM9 strains according to the methods already reported (H. Suzuki, H. Kumagai, T. Echigo, and T. Tochikura. Molecular cloning). of Escherichia coli K-12 ggt and rapid isolation of γ-glutamyltranspeptidase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 150, 33-38 (1988)).
Example 3

GL−7−ACAを基質としたときのD433Nの加水分解活性
1.基質GL−7−ACAの合成法
基質GL−7−ACAの合成法を行うにあたり、Y. Shibuya, K. Matsumoto, and T. Fujii. Isolation and properties of 7β-(4-carboxybutanamido)cephalosporanic acid acylase-producing bacteria. Agric. Biol. Chem., 45, 1561-1567 (1981)を参照した。反応液の組成は、以下の表1に示すとおりである。
Hydrolysis activity of D433N using GL-7-ACA as a substrate
1. Synthesis Method of Substrate GL-7-ACA In carrying out the synthesis method of substrate GL-7-ACA, Y. Shibuya, K. Matsumoto, and T. Fujii. Isolation and properties of 7β- (4-carboxybutanamido) cephalosporanic acid acylase- See producing bacteria. Agric. Biol. Chem., 45, 1561-1567 (1981). The composition of the reaction solution is as shown in Table 1 below.

Figure 2005075652
A液をB液に加え、NaOHでpHを9.0に保ちながら、室温で3時間混合した。ロータリーエバポレーターでアセトンを蒸発させ、濃縮した。濃塩酸でpHを1.5に調整後、酢酸エチルを加え、分液ろ斗を用いて、酢酸エチル層を抽出した。水層に残った分を再び酢酸エチルで抽出した。ロータリーエバポレ−ターで酢酸エチルを蒸発させ、乾燥させた。再び酢酸エチルを加えて溶解し、ろ過した。ろ液をロータリーエバポレーターで乾燥させた。
Figure 2005075652
Liquid A was added to liquid B and mixed at room temperature for 3 hours while maintaining the pH at 9.0 with NaOH. Acetone was evaporated on a rotary evaporator and concentrated. After adjusting the pH to 1.5 with concentrated hydrochloric acid, ethyl acetate was added, and the ethyl acetate layer was extracted using a separatory funnel. The portion remaining in the aqueous layer was extracted again with ethyl acetate. The ethyl acetate was evaporated on a rotary evaporator and dried. Ethyl acetate was added again to dissolve and filtered. The filtrate was dried on a rotary evaporator.

本法により、収率80%で、GL−7−ACAが得られた。得られたGL−7−ACA標品は1H−NMRにより、GL−7−ACAであることを確認した。By this method, GL-7-ACA was obtained with a yield of 80%. The obtained GL-7-ACA preparation was confirmed to be GL-7-ACA by 1 H-NMR.

2.GL−7−ACAを基質としたときの酵素反応(加水分解反応)条件
反応液組成は、50 mM Tris−HCl緩衝液(pH 8.73)、0.2〜2 mM GL−7−ACA、0.04〜1 mg/ml D433N酵素とし、37℃で反応した。酵素溶液を反応液に加えることにより反応を開始した。経時的にサンプリング(200μl)を行い、等量の3.5 N CH3COOHを加えてボルテクスすることにより反応を停止し、メンブレンフィルターでろ過した。
2. Enzymatic reaction (hydrolysis reaction) conditions when GL-7-ACA was used as a substrate The reaction solution composition was 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.73), 0.2-2 mM GL-7-ACA, The reaction was performed at 37 ° C. using 0.04-1 mg / ml D433N enzyme. The reaction was started by adding the enzyme solution to the reaction solution. Sampling was performed over time (200 μl), the reaction was stopped by adding an equal amount of 3.5 N CH 3 COOH and vortexing, and the mixture was filtered through a membrane filter.

3.GL−7−ACAと7−ACAの測定法
反応液中のGL−7−ACAと7−ACAの濃度は逆相HPLCにより測定した。Inersil ODS−3 カラム(GL Sciences, 4.6 x 250 mm)を装着したHPLC(島津製作所、LC−10)に通常50μlのサンプルをインジェクトし、280 nmの吸収を測定した。移動相Aは0.05%のトリフルオロ酢酸水溶液、移動相Bは0.05%のトリフルオロ酢酸を含むアセトニトリルとした。0〜25分でBの割合を0〜50%(リニアグラジエント)、25〜34分はBの割合を50%、34〜35分でBの割合を50〜0%(リニアグラジエント)、35〜50分はBの割合を0%、流速1 ml/minで溶出した。
3. Measurement Method of GL-7-ACA and 7-ACA The concentrations of GL-7-ACA and 7-ACA in the reaction solution were measured by reverse phase HPLC. A 50 μl sample was usually injected into an HPLC (Shimadzu Corporation, LC-10) equipped with an Inersil ODS-3 column (GL Sciences, 4.6 × 250 mm), and the absorbance at 280 nm was measured. Mobile phase A was 0.05% aqueous trifluoroacetic acid, and mobile phase B was acetonitrile containing 0.05% trifluoroacetic acid. The proportion of B is 0 to 50% in 0 to 25 minutes (linear gradient), the proportion of B is 50% in 25 to 34 minutes, the proportion of B is 50 to 0% (linear gradient) in 34 to 35 minutes, 35 to 35 minutes For 50 minutes, B was eluted at a rate of 0% and a flow rate of 1 ml / min.

GL−7−ACAと7−ACAの溶出位置と濃度の計算には、上記のように生成したGL−7−ACAと市販の7−ACA (Aldrich Chem. Co.)を標準品として用いた。
実施例4
For calculation of elution position and concentration of GL-7-ACA and 7-ACA, GL-7-ACA produced as described above and commercially available 7-ACA (Aldrich Chem. Co.) were used as standard products.
Example 4

酵素反応液のHPLCのチャート
酵素反応液のHPLCのチャートを図3に示す。
実施例5
HPLC Chart of Enzyme Reaction Solution HPLC chart of enzyme reaction solution is shown in FIG.
Example 5

GL−7−ACAを基質としたときの反応(加水分解反応)の至適pH
反応液組成は、50 mM緩衝液、2 mM GL−7−ACA、1.04 mg/ml酵素とし、37℃で3時間反応した。100℃で1分間煮沸することにより反応を停止させた後、メンブレンフィルターでろ過した。加水分解反応の至適pHについて検討した結果を図4に示す。
実施例6
Optimum pH of reaction (hydrolysis reaction) using GL-7-ACA as a substrate
The reaction solution composition was 50 mM buffer solution, 2 mM GL-7-ACA, 1.04 mg / ml enzyme, and the reaction was performed at 37 ° C. for 3 hours. The reaction was stopped by boiling at 100 ° C. for 1 minute, and then filtered through a membrane filter. The result of examining the optimum pH of the hydrolysis reaction is shown in FIG.
Example 6

1.D433Nとの反応によりGL−7−ACAから生成したものが7−ACAであることの確認
ここまで、D433NによるGL−7−ACAから7−ACAへの加水分解反応は、逆相HPLCでのリテンションタイムが市販の7−ACAと一致するピークが、7−ACAのピークであるという前提にたって行ってきた。しかし、本当にこのピークが7−ACAであるかどうかについては確認していなかった。そこで、市販の7−ACAと一致するリテンションタイムを示したものを大量に精製し、NMR分析によりそのものが7−ACAであり、D433NによりGL−7−ACAから7−ACAが生成したことを確認した。
1. Confirmation that the product produced from GL-7-ACA by reaction with D433N is 7-ACA Up to this point, the hydrolysis reaction from GL-7-ACA to 7-ACA by D433N is a retention in reverse phase HPLC. It has been carried out on the assumption that the peak whose time coincides with the commercially available 7-ACA is that of 7-ACA. However, it was not confirmed whether this peak was 7-ACA. Therefore, a large amount of those that showed a retention time consistent with commercially available 7-ACA was purified in large quantities, and was confirmed to be 7-ACA by NMR analysis, and that 7-ACA was produced from GL-7-ACA by D433N. did.

反応条件
50 mM Tris−HCl緩衝液(pH 8.73)、2 mM GL−7−ACA、30.9 mu/ml (γ−GpNAを基質とした場合の加水分解活性で)D433N酵素とし、全量730 ml、37℃で反応した。
Reaction conditions 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.73), 2 mM GL-7-ACA, 30.9 mu / ml (with hydrolytic activity when γ-GpNA is used as a substrate) D433N enzyme, total amount Reaction was performed at 730 ml at 37 ° C.

7−ACAの精製条件
7−ACAの精製には、DOWEX 1X8カラム(30 mlカラム)を用いた。
Purification conditions for 7-ACA A 7-ACA DOWEX 1X8 column (30 ml column) was used.

<カラムの準備>
2N NaOH をカラム体積の5倍量流した。次に、蒸留水をカラム体積の5倍量流した(カラムからの流出液のpHが水のpHに等しくなるまで)。さらに、0.5N CH3COOHをカラム体積の5倍量流した。次いで、蒸留水をカラム体積の5倍量流した(カラムからの流出液のpHが水のpHに等しくなるまで)。
<Preparation of column>
2N NaOH was flowed 5 times the column volume. Next, distilled water was flowed 5 times the column volume (until the pH of the effluent from the column was equal to the pH of the water). Further, 0.5N CH 3 COOH was flowed 5 times the column volume. Distilled water was then flowed 5 times the column volume (until the pH of the effluent from the column was equal to the pH of the water).

<サンプルのアプライ>
サンプルをアプライした。
<Sample application>
A sample was applied.

<溶出>
蒸留水、0.01N CH3COOH、0.05N CH3COOH、0.1N CH3COOH、0.5N CH3COOH、1N CH3COOH、5N CH3COOHの順番で、各々、カラム体積の5倍量流した。7−ACAは0.5N CH3COOHで溶出した。
<Elution>
Distilled water, 0.01N CH 3 COOH, 0.05N CH 3 COOH, 0.1N CH 3 COOH, 0.5N CH 3 COOH, 1N CH 3 COOH, 5N CH 3 COOH in this order, 5 column volumes each Doubled the amount. 7-ACA was eluted with 0.5N CH 3 COOH.

<確認>
ニンヒドリン反応により、生成物の溶出箇所を確認した。具体的には、溶出した各フラクションをろ紙に20μlスポットし、乾燥させた後、上からニンヒドリン溶液を散布し、乾燥させたのち、ニンヒドリン反応を観察した。
<Confirmation>
The elution location of the product was confirmed by the ninhydrin reaction. Specifically, 20 μl of each eluted fraction was spotted on a filter paper, dried, sprayed with a ninhydrin solution from above, dried, and then observed for ninhydrin reaction.

<HPLCによる確認>
呈色したフラクションをHPLCにかけ、市販品の7−ACAの溶出位置と一致することを確認した。収量18.4 mgであった。
<Confirmation by HPLC>
The colored fraction was subjected to HPLC, and it was confirmed that it coincided with the elution position of 7-ACA as a commercial product. Yield 18.4 mg.

凍結乾燥
DOWEX 1X8カラムにより溶出された生成物(7−ACA)のフラクションを−80℃のディープフリーザー内で凍結させた後、凍結乾燥機により乾燥させた。
The fraction of the product (7-ACA) eluted by the lyophilized DOWEX 1X8 column was frozen in a deep freezer at -80 ° C. and then dried by a lyophilizer.

HPLCによる精製
凍結乾燥させたサンプルを蒸留水に溶かし、逆相HPLCにより精製した。使用カラムは、COSMOSIL Code No. 38150−41 Size 20×250mmであり、インジェクト量は、500μlである。7−ACAの画分を凍結乾燥した。
Purification by HPLC Lyophilized samples were dissolved in distilled water and purified by reverse phase HPLC. The column used is COSMOSIL Code No. 38150-41 Size 20 × 250 mm, and the injection amount is 500 μl. The 7-ACA fraction was lyophilized.

NMRの結果
NMRの結果を、図5に示す。この結果から、精製したものは7−ACAであることが確認できた。
NMR Results The NMR results are shown in FIG. From this result, it was confirmed that the purified product was 7-ACA.

2.比活性、Km値、kcat値
D433NのGL−7−ACAを基質とした場合のKm値を求めた。結果を以下に示す。
Km : 0.108 (mM)
実施例7〜25
2. Specific activity, Km value, kcat value Km value when GL-7-ACA of D433N was used as a substrate was determined. The results are shown below.
Km: 0.108 (mM)
Examples 7-25

実施例1〜6に従って、図6に記載の改変GGTを作製し、そのGL−7−ACAアシラーゼ活性を測定する。このように作製された改変GGTは、大腸菌GGT(D433N)と同様に、GL−7−ACAアシラーゼ活性を有し得る。   According to Examples 1 to 6, the modified GGT described in FIG. 6 is prepared, and its GL-7-ACA acylase activity is measured. The modified GGT produced in this way can have GL-7-ACA acylase activity, like E. coli GGT (D433N).

本発明により、広く生物界に存在する酵素である γ−グルタミルトランスペプチダーゼ(GGT)を原料として用い、該GGTのアミノ酸残基を置換することにより、GL−7−ACAアシラーゼ活性が増強された改変ペプチド(即ち、改変GGT)を製造することが可能になった。素晴らしいことに、本発明の改変GGTは、GL−7−ACAに対して、小さいKm値を有し、優れた基質特異性を有する。   According to the present invention, γ-7-ACA acylase activity is enhanced by substituting an amino acid residue of GGT using γ-glutamyltranspeptidase (GGT), which is an enzyme widely present in the living world, as a raw material. It has become possible to produce peptides (ie modified GGT). Remarkably, the modified GGT of the present invention has a low Km value and excellent substrate specificity for GL-7-ACA.

さらに、本発明により、7−ACAの効率的な酵素法が提供され、従来の化学法よりも安全、簡便、低コスト、短時間、且つ環境に優しく、セファロスポリン系(セフェム系)抗生物質の原料である7−ACAを生産することが可能になった。セファロスポリン系(セフェム系)抗生物質は、非常に需要の大きい医薬品の一つであるため、本発明が医薬品業界に与える利益は大きい。   Further, according to the present invention, an efficient enzyme method for 7-ACA is provided, which is safer, simpler, lower cost, shorter in time and more environmentally friendly than conventional chemical methods, and is a cephalosporin (cephem) antibiotic. It became possible to produce 7-ACA, which is a raw material of Since cephalosporins (cephems) antibiotics are one of the drugs with great demand, the benefits of the present invention to the pharmaceutical industry are great.

また、本発明は、生物界に広く分布している酵素を利用してGL−7−ACAアシラーゼの新しいソースを提供しており、今後、本発明に基づいて、多種多様な生物種のGGTを用いて、抗生物質の酵素的製造方法についての研究が盛んになされるであろう。   In addition, the present invention provides a new source of GL-7-ACA acylase using an enzyme widely distributed in the biological world. Based on the present invention, GGTs of a wide variety of biological species will be used in the future. The research on the enzymatic production method of antibiotics will be actively conducted.

Claims (10)

γ−グルタミルトランスペプチダーゼ(GGT)において、
1)γ−グルタミル化合物と相互作用するアミノ酸残基、又は
2)活性中心周辺領域におけるアミノ酸残基、
からなる群より選択される1又はそれ以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換することを特徴とする、グルタリル−7−アミノセファロスポラン酸(GL−7−ACA)アシラーゼ活性が増強された改変GGTの製造方法。
In γ-glutamyl transpeptidase (GGT):
1) an amino acid residue that interacts with a γ-glutamyl compound, or 2) an amino acid residue in the region around the active center,
Glutaryl-7-aminocephalosporanic acid (GL-7-ACA) acylase activity is enhanced, wherein one or more amino acid residues selected from the group consisting of: Method for preparing modified GGT.
GGTにおいて、配列番号1で表わされる大腸菌由来のGGTのアミノ酸配列の第50〜78残基、第93〜98残基、第114〜125残基、第147〜188残基、第209〜347残基、第391〜434残基、第452〜487残基及び第508〜569残基の領域から選択される1又はそれ以上の領域に相当する領域において、1又はそれ以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換することを特徴とする、請求項1に記載の方法。   In GGT, residues 50-78, 93-98, 114-125, 147-188, and 209-347 of the amino acid sequence of GGT derived from E. coli represented by SEQ ID NO: 1 In a region corresponding to one or more regions selected from the group, residues 391 to 434, residues 452 to 487, and residues 508 to 569, other one or more amino acid residues The method according to claim 1, wherein the amino acid residue is substituted with the amino acid residue. GGTにおいて、配列番号1で表わされる大腸菌由来のGGTのアミノ酸配列の第16残基、第94残基、第98残基、第114残基、第115残基、第209残基、第227残基、第242残基、第263残基、第334残基、第342残基、第433残基、 第452残基、第460残基、第461残基、第462残基、第468残基、第484残基から選択される1又はそれ以上のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換することを特徴とする、請求項1に記載の方法。   In GGT, the 16th, 94th, 98th, 114th, 115th, 209th, 209th, and 227th residues of the amino acid sequence of GGT derived from E. coli represented by SEQ ID NO: 1 Group, 242 residue, 263 residue, 334 residue, 342 residue, 433 residue, 452 residue, 460 residue, 461 residue, 462 residue, 468 residue The method according to claim 1, characterized in that one or more amino acid residues selected from the group, residue 484 are substituted with other amino acid residues. GGTにおいて、配列番号1で表わされる大腸菌由来のGGTのアミノ酸配列の第433残基に相当するアミノ酸残基を、他のアミノ酸残基で置換することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   In GGT, the amino acid residue corresponding to the 433th residue of the amino acid sequence of GGT derived from E. coli represented by SEQ ID NO: 1 is substituted with another amino acid residue. The method of crab. 前記他のアミノ酸残基が、アスパラギン、グルタミン、チロシン、トリプトファン、フェニルアラニンからなる群より選択される少なくとも1種のアミノ酸残基である、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein the other amino acid residue is at least one amino acid residue selected from the group consisting of asparagine, glutamine, tyrosine, tryptophan, and phenylalanine. 前記他のアミノ酸残基がアスパラギンである、請求項5に記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the other amino acid residue is asparagine. 請求項1〜6のいずれかに記載の方法により取得された改変GGT。   A modified GGT obtained by the method according to claim 1. 請求項7に記載の改変GGTをコードする核酸分子。   A nucleic acid molecule encoding the modified GGT of claim 7. 請求項7に記載の改変GGTを発現している細胞。   A cell expressing the modified GGT according to claim 7. 請求項7に記載の改変GGTでGL−7−ACAを処理する工程を包含する、7−アミノセファロスポラン酸(7−ACA)の製造方法。   A method for producing 7-aminocephalosporanic acid (7-ACA), comprising a step of treating GL-7-ACA with the modified GGT according to claim 7.
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