JPWO2006109632A1 - Novel α-keto acid reductase, gene thereof, and use thereof - Google Patents

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    • C12N9/0006Oxidoreductases (1.) acting on CH-OH groups as donors (1.1)

Abstract

本発明は、以下の(a)及び(b)の理化学的性質を有するα−ケト酸還元酵素、該酵素をコードするDNA、該酵素を生産する形質転換体、並びに、該酵素または該形質転換体を利用して、α−ケト酸を還元しS体のα−ヒドロキシ酸を製造する方法に関する。(a)α−ケト酸を不斉的に還元し、S体のα−ヒドロキシ酸を生成する、(b)S体のα−ヒドロキシ酸150mM存在下におけるα−ケト酸還元活性の値が、S体のα−ヒドロキシ酸非存在下でのα−ケト酸還元活性の値の10%以上である。本発明によれば、医薬、農薬等の中間体として有用なS体のα−ヒドロキシ酸を、高い蓄積濃度で効率よく製造することができる。The present invention provides an α-keto acid reductase having the following physicochemical properties (a) and (b), a DNA encoding the enzyme, a transformant producing the enzyme, and the enzyme or the transformation The present invention relates to a method for producing an S-form α-hydroxy acid by reducing α-keto acid using the body. (A) α-keto acid is asymmetrically reduced to produce S-form α-hydroxy acid, (b) α-keto acid reduction activity in the presence of 150 mM of S-form α-hydroxy acid, It is 10% or more of the value of α-keto acid reduction activity in the absence of α-hydroxy acid of S form. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the S-form alpha-hydroxy acid useful as intermediates, such as a pharmaceutical and an agrochemical, can be efficiently manufactured with a high accumulation concentration.

Description

本発明は、α−ケト酸還元酵素、該酵素をコードするDNA、該DNAを含むベクター、及び該ベクターで形質転換された形質転換体に関する。本発明はまた、該酵素または該形質転換体を用いた、S体のα−ヒドロキシ酸、とりわけアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸の製造方法に関する。S体のα−ヒドロキシ酸、特にアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸は、各種医薬品、農薬の中間体として非常に有用な化合物である。   The present invention relates to an α-keto acid reductase, a DNA encoding the enzyme, a vector containing the DNA, and a transformant transformed with the vector. The present invention also relates to a method for producing an S-form α-hydroxy acid, particularly an S-form α-hydroxy acid having an aryl group, using the enzyme or the transformant. S-form α-hydroxy acids, particularly S-form α-hydroxy acids having an aryl group, are very useful compounds as intermediates for various pharmaceuticals and agricultural chemicals.

微生物菌体や酵素などの生体触媒を用いたα−ケト酸の不斉還元によるS体のα−ヒドロキシ酸の製造法は、これまでいくつか報告されている。   Several methods for producing S-form α-hydroxy acids by asymmetric reduction of α-keto acids using biocatalysts such as microbial cells and enzymes have been reported so far.

S体のα−ヒドロキシ酸の1つである(S)−フェニル乳酸の製造法としては、例えば、人工的にアミノ酸配列を改変したバシラス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)由来のL−乳酸脱水素酵素を用いた方法(非特許文献1)が挙げられる。また、光学活性2−ヒドロキシ−4−フェニル酪酸の製造法としては、例えば、各種微生物を用いた方法(特許文献1)、ウシ心臓由来のL−乳酸脱水素酵素を用いた方法(特許文献2)等が挙げられる。更に、光学活性2−ヒドロキシ−4−フェニル−3−ブテン酸の製造法としては、例えば、各種微生物を用いた方法(特許文献3、4)等が挙げられる。このように報告例は数多いものの、いずれの方法についても、生成物の蓄積量(濃度)は低く、満足できるものではない。   As a method for producing (S) -phenyllactic acid, which is one of S-form α-hydroxy acids, for example, L-lactic acid derived from Bacillus stearothermophilus having an artificially modified amino acid sequence Examples include a method using a dehydrogenase (Non-patent Document 1). Examples of the method for producing optically active 2-hydroxy-4-phenylbutyric acid include a method using various microorganisms (Patent Document 1) and a method using L-lactic acid dehydrogenase derived from bovine heart (Patent Document 2). ) And the like. Furthermore, examples of the method for producing optically active 2-hydroxy-4-phenyl-3-butenoic acid include methods using various microorganisms (Patent Documents 3 and 4). As described above, although there are many reported examples, the accumulated amount (concentration) of the product is low with any of the methods and is not satisfactory.

また、装置に膜を組み込んだ連続膜反応器を用いる光学活性α−ヒドロキシ酸の製造方法も報告されている(特許文献5、非特許文献2、3)。しかし、設備が複雑であり、かつその設備は高価なため、工業的に採用するには有利な方法とは言い難い。
特許第2752754号 特許第2873236号 特許第2519980号 特許第3067901号 特公昭63−35 J. Am. Chem. Soc., 114, 4551 (1992) Organic Process Research & Development, 6, 520 (2002) J. Biotechnol., 24, 315 (1992)
Moreover, the manufacturing method of the optically active alpha-hydroxy acid using the continuous membrane reactor which incorporated the film | membrane in the apparatus has also been reported (patent document 5, nonpatent literature 2, 3). However, since the equipment is complicated and the equipment is expensive, it is difficult to say that it is an advantageous method for industrial use.
Japanese Patent No. 2752754 Japanese Patent No. 2873236 Japanese Patent No. 2519980 Japanese Patent No. 3067901 Shoko 63-35 J. Am. Chem. Soc., 114, 4551 (1992) Organic Process Research & Development, 6, 520 (2002) J. Biotechnol., 24, 315 (1992)

上記に鑑み、本発明は、S体のα−ヒドロキシ酸、特にアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸の製造において極めて有用なα−ケト酸還元酵素、該酵素をコードするDNA、該DNAを含むベクター、および該ベクターで形質転換された形質転換体を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides an α-keto acid reductase that is extremely useful in the production of S-form α-hydroxy acids, particularly S-form α-hydroxy acids having an aryl group, DNA encoding the enzyme, and the DNA And a transformant transformed with the vector.

また、本発明は、該酵素または該形質転換体を用いた、S体のフェニル乳酸を始めとする種々のS体のα−ヒドロキシ酸の効率的な製造方法を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an efficient process for producing various S-form α-hydroxy acids including S-form phenyllactic acid using the enzyme or the transformant.

従来の生体触媒による還元方法では、生成物であるS体のα−ヒドロキシ酸が還元酵素の活性を阻害するために、高い蓄積量で生成物を得ることが出来なかった。本研究者らは鋭意検討の結果、S体のα−ヒドロキシ酸、特にアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸の存在下でも高いα−ケト酸還元活性を有するα−ケト酸還元酵素を新たに見出した。また、該酵素に関連して、それをコードするDNAを単離し、組換えベクター並びに該酵素を大量発現する形質転換体を新たに創製することにも成功した。更に、上記α−ケト酸還元酵素または形質転換体を用いたα−ケト酸の不斉還元により、S体のα−ヒドロキシ酸、特にアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸を反応液中高濃度で蓄積させることに成功し、本発明を完成するに至った。   In the conventional reduction method using a biocatalyst, the S-form α-hydroxy acid, which is the product, inhibits the activity of the reductase. As a result of intensive studies, the present inventors have found that α-keto acid reductase having high α-keto acid reductase activity even in the presence of S-form α-hydroxy acid, particularly S-form α-hydroxy acid having an aryl group. Newly found. In addition, in connection with the enzyme, DNA encoding the enzyme was isolated, and a recombinant vector and a transformant that expresses the enzyme in large quantities were newly created. Furthermore, by asymmetric reduction of α-keto acid using the above α-keto acid reductase or transformant, S-form α-hydroxy acid, particularly S-form α-hydroxy acid having an aryl group, is increased in the reaction solution. The present invention has been completed by successfully accumulating at a concentration.

すなわち本発明は、以下の(a)及び(b)の理化学的性質を有するα−ケト酸還元酵素に関する:
(a)α−ケト酸を不斉的に還元し、S体のα−ヒドロキシ酸を生成する、
(b)S体のα−ヒドロキシ酸150mM存在下におけるα−ケト酸還元活性の値が、S体のα−ヒドロキシ酸非存在下でのα−ケト酸還元活性の値の10%以上である。
That is, the present invention relates to an α-keto acid reductase having the following physicochemical properties (a) and (b):
(A) a-keto acid is asymmetrically reduced to produce S-form α-hydroxy acid,
(B) The value of the α-keto acid reduction activity in the presence of 150 mM of the α-hydroxy acid of the S form is 10% or more of the value of the α-keto acid reduction activity in the absence of the α-hydroxy acid of the S form. .

また本発明は、該酵素をコードするDNA、該DNAを含むベクター、及び該ベクターで形質転換された形質転換体に関する。   The present invention also relates to DNA encoding the enzyme, a vector containing the DNA, and a transformant transformed with the vector.

また本発明は、該酵素または該形質転換体を用いた、S体のα−ヒドロキシ酸の製造方法、とりわけ下記一般式(1)   The present invention also provides a method for producing S-form α-hydroxy acid using the enzyme or the transformant, particularly the following general formula (1):

Figure 2006109632
Figure 2006109632

(式中、nは1〜3の整数を表し、Xは水素原子、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を表す。また、Arは置換されていても良いアリール基を表す。)で示されるアリール基を有するα−ケト酸と、該酵素または該形質転換体を反応させることを特徴とする、下記一般式(2) (Wherein n represents an integer of 1 to 3, X represents a hydrogen atom, an alkali metal or an alkaline earth metal, and Ar represents an optionally substituted aryl group). The following general formula (2), wherein the enzyme or the transformant is reacted with an α-keto acid having the following formula:

Figure 2006109632
Figure 2006109632

(n、X及びArは前記に同じ)で表されるアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸の製造方法に関する。 (Wherein n, X and Ar are the same as above) and a method for producing an S-form α-hydroxy acid having an aryl group.

各種医薬品、農薬の中間体として非常に有用な化合物であるS体のα−ヒドロキシ酸、特にアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸の効率的な製造方法が提供される。   Provided is an efficient process for producing S-form α-hydroxy acids, particularly S-form α-hydroxy acids having an aryl group, which are very useful compounds as intermediates for various pharmaceuticals and agricultural chemicals.

組換えベクターpNTPAの作製法および構造を示す。The production method and structure of the recombinant vector pNTPA are shown. 組換えベクターpNTPAGの作製法および構造を示す。The production method and structure of the recombinant vector pNTPAG are shown.

以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において記述されている、DNAの単離、ベクターの調製、形質転換等の遺伝子操作は、特に明記しない限り、Molecular Cloning 2nd Edition(Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)等の成書に記載されている方法により実施できる。また、本明細書の記述に用いられる%は、特に断りのない限り、%(w/v)を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Unless otherwise specified, genetic manipulations such as DNA isolation, vector preparation, and transformation described in this specification are described in documents such as Molecular Cloning 2nd Edition (Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989). It can be carried out by the method described. Further,% used in the description of the present specification means% (w / v) unless otherwise specified.

本発明のα−ケト酸還元酵素は、以下の(a)及び(b)の理化学的性質を有する。
(a)α−ケト酸を不斉的に還元し、S体のα−ヒドロキシ酸を生成する、
(b)S体のα−ヒドロキシ酸150mM存在下におけるα−ケト酸還元活性の値が、S体のα−ヒドロキシ酸非存在下でのα−ケト酸還元活性の値の10%以上である。
The α-keto acid reductase of the present invention has the following physicochemical properties (a) and (b).
(A) a-keto acid is asymmetrically reduced to produce S-form α-hydroxy acid,
(B) The value of the α-keto acid reduction activity in the presence of 150 mM of the α-hydroxy acid of the S form is 10% or more of the value of the α-keto acid reduction activity in the absence of the α-hydroxy acid of the S form. .

これら(a)及び(b)の理化学的性質を有せば、いかなるα−ケト酸還元酵素も本発明に含まれる。ここで、(a)におけるα−ヒドロキシ酸(還元生成物してのα−ヒドロキシ酸)と、(b)におけるα−ヒドロキシ酸(酵素の阻害要因としてのα−ヒドロキシ酸)とは、必ずしも同じでなくても良い。好ましくは、(b)におけるS体のα−ヒドロキシ酸が(S)−フェニル乳酸であり、α−ケト酸還元活性がフェニルピルビン酸還元活性であるα−ケト酸還元酵素である。すなわち、本発明のα−ケト酸還元酵素は、前記(b)の理化学的性質として、下記(b’)の理化学的性質を有することが好ましい:
(b’)(S)−フェニル乳酸150mM存在下でのフェニルピルビン酸還元活性の値が、(S)−フェニル乳酸非存在下でのフェニルピルビン酸還元活性の値の10%以上である。
Any α-keto acid reductase having these physicochemical properties (a) and (b) is included in the present invention. Here, the α-hydroxy acid (α-hydroxy acid as a reduction product) in (a) and the α-hydroxy acid (α-hydroxy acid as an inhibitory factor of the enzyme) in (b) are not necessarily the same. Not necessarily. Preferably, the α-hydroxy acid of the S form in (b) is (S) -phenyllactic acid, and the α-keto acid reductase has an α-keto acid reductive activity that is phenylpyruvate reductive activity. That is, the α-keto acid reductase of the present invention preferably has the following physicochemical property (b ′) as the physicochemical property of (b):
(B ′) The value of phenylpyruvate reducing activity in the presence of 150 mM (S) -phenyllactic acid is 10% or more of the value of phenylpyruvic acid reducing activity in the absence of (S) -phenyllactic acid.

また、(b)の理化学的性質において、S体のα−ヒドロキシ酸150mM存在下におけるα−ケト酸還元活性の値は、S体のα−ヒドロキシ酸非存在下でのα−ケト酸還元活性の値の10%以上であるが、好ましくは20%以上、より好ましくは30%以上である。   In addition, in the physicochemical properties of (b), the value of α-keto acid reducing activity in the presence of 150 mM of S-form α-hydroxy acid is the same as that of S-form in the absence of α-hydroxy acid. However, it is preferably 20% or more, more preferably 30% or more.

α−ケト酸還元酵素が、本発明の(b)の理化学的性質を有するか否かの判定方法について、(b)におけるS体のα−ヒドロキシ酸として(S)−フェニル乳酸、還元反応の基質となるα−ケト酸としてフェニルピルビン酸を用いた場合を例にし、以下に説明する。   Regarding the method for determining whether or not the α-keto acid reductase has the physicochemical property (b) of the present invention, (S) -phenyllactic acid as the α-hydroxy acid of the S form in (b), The case where phenylpyruvic acid is used as the α-keto acid serving as a substrate will be described below as an example.

(S)−フェニル乳酸非存在下でのフェニルピルビン酸還元活性の値は、100mMリン酸緩衝液(pH6)にフェニルピルビン酸20mM、NADH0.25mM及び酵素溶液0.05mlを含む3.0mlの反応液中、30℃で3分間反応させた際の波長340nmにおける吸光度の減少速度から算出することができる。(S)−フェニル乳酸150mM存在下でのフェニルピルビン酸還元活性の値は、上記の活性測定系に(S)−フェニル乳酸150mMを添加して同様に実施することで測定可能である。すなわち、上記(b)におけるS体のα−ヒドロキシ酸の濃度は反応初期時における濃度である。これら両条件下での酵素活性値を測定することにより、本発明の(b)の理化学的性質を有するかどうかを容易に判定することができる。   The value of the phenylpyruvate reducing activity in the absence of (S) -phenyllactic acid is 3.0 ml of reaction containing 20 mM phenylpyruvic acid, 0.25 mM NADH and 0.05 ml enzyme solution in a 100 mM phosphate buffer (pH 6). It can be calculated from the rate of decrease in absorbance at a wavelength of 340 nm when reacted in a liquid at 30 ° C. for 3 minutes. The value of phenylpyruvate reducing activity in the presence of 150 mM (S) -phenyllactic acid can be measured by adding (S) -phenyllactic acid 150 mM to the above activity measurement system and carrying out the same. That is, the concentration of the α-hydroxy acid of the S form in the above (b) is the concentration at the initial stage of the reaction. By measuring the enzyme activity value under both of these conditions, it can be easily determined whether or not it has the physicochemical properties of (b) of the present invention.

上記判定法において、上記フェニルピルビン酸を別のα−ケト酸、例えばピルビン酸などに置き換えた場合、フェニルピルビン酸還元活性以外のα−ケト酸還元活性(例えば、ピルビン酸還元活性)が判定される。さらに(S)−フェニル乳酸を別のα−ヒドロキシ酸に置き換えて測定して判定を行うことも出来る。これらの場合、適宜他の反応条件も必要に応じて別途調整する。   In the above determination method, when the phenylpyruvic acid is replaced with another α-keto acid, such as pyruvic acid, α-keto acid reducing activity (for example, pyruvic acid reducing activity) other than phenylpyruvic acid reducing activity is determined. The Further, the determination can be made by replacing (S) -phenyllactic acid with another α-hydroxy acid. In these cases, other reaction conditions are adjusted separately as necessary.

また、本発明のα−ケト還元酵素は、上記(a)および(b)の理化学的性質にあわせて、以下の(c)もしくは/同時に(d)の理化学的性質を有しているのが好ましい。
(c)(S)−フェニル乳酸300mM存在下におけるピルビン酸還元活性の値が(S)−フェニル乳酸非存在下での還元活性の値の20%以上である。
(d)(S)−フェニル乳酸420mM存在下におけるピルビン酸還元活性の値が、(S)−フェニル乳酸非存在下での還元活性の値の10%以上である。
In addition, the α-keto reductase of the present invention has the following physicochemical properties (c) and / or (d) simultaneously with the physicochemical properties (a) and (b). preferable.
(C) The value of pyruvate reducing activity in the presence of 300 mM (S) -phenyllactic acid is 20% or more of the value of reducing activity in the absence of (S) -phenyllactic acid.
(D) The value of pyruvate reducing activity in the presence of 420 mM (S) -phenyllactic acid is 10% or more of the value of reducing activity in the absence of (S) -phenyllactic acid.

α−ケト酸還元酵素が、本発明の(c)、(d)の理化学的性質を有するかどうかは、先に述べた(b)の理化学的性質を有するかどうかの判定方法において、還元活性の測定基質であるフェニルピルビン酸20mMをピルビン酸30mMに変更し、添加する(S)−フェニル乳酸の濃度を150mMから300mMあるいは420mMに変更して同様に実施すれば良い。   Whether or not the α-keto acid reductase has the physicochemical properties (c) and (d) of the present invention is determined by the reducing activity in the method for determining whether or not it has the physicochemical properties (b) described above. The measurement substrate may be changed in the same manner by changing 20 mM phenylpyruvic acid to 30 mM pyruvic acid and changing the concentration of (S) -phenyllactic acid to be added from 150 mM to 300 mM or 420 mM.

本発明のα−ケト酸還元酵素は、α−ケト酸に対して還元活性を有する微生物から単離することができる。該微生物は、例えば、以下の方法で見いだすことができる。微生物を適当な培地で培養し、集菌後、緩衝液中、グルコースなどの栄養存在下でα−ケト酸と反応させる。反応後、反応液を高速液体クロマトグラフィーやガスクロマトグラフィーなどの既知の方法で分析することにより、α−ヒドロキシ酸の生成を確認すればよい。微生物を培養するための培地としては、その微生物が増殖する限り、通常の、炭素源、窒素源、無機塩類、有機栄養素などを含む液体栄養培地を用いることができる。   The α-keto acid reductase of the present invention can be isolated from a microorganism having a reducing activity for α-keto acid. The microorganism can be found, for example, by the following method. Microorganisms are cultured in an appropriate medium, collected, and then reacted with α-keto acid in a buffer solution in the presence of nutrients such as glucose. After the reaction, the reaction liquid may be analyzed by a known method such as high performance liquid chromatography or gas chromatography to confirm the production of α-hydroxy acid. As a medium for culturing a microorganism, a normal liquid nutrient medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, organic nutrients and the like can be used as long as the microorganism grows.

本発明のα−ケト酸還元酵素の起源となる微生物は、特に限定されないが、例えばラクトバシラス(Lactobacillus)属、ペディオコッカス(Pediococcus)属、エンテロコッカス(Enterococcus)属またはアクロモバクター(Achromobacter)属に属する微生物が挙げられ、好ましくはラクトバシラス・ヘルベティカス(Lactobacillus helveticus)、ラクトバシラス・アシドフィラス(Lactobacillus acidophilus)、ラクトバシラス・ブレビス(Lactobacillus brevis)、ペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)、ペディオコッカス・ペントサセウス(Pediococcus pentosaceus)、エンテロコッカス・ファエカリス(Enterococcus faecalis)またはアクロモバクター・キシロソキシダンス・サブスピー・キシロソキシダンス(Achromobacter xylosoxidans subsp. xylosoxidans)などが挙げられる。   The microorganism that is the source of the α-keto acid reductase of the present invention is not particularly limited. And microorganisms belonging to Lactobacillus helveticus, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus brevis, Pediococcus acidilactici, Pedococcus (Pediococcus pentosaceus), Enterococcus faecalis, Achromobacter xylosoxidans subsp. Xylosoxidans, etc. That.

より好ましいものとしてはペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)が、特に好ましいものとしてはペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株をあげることができる。当該微生物は、独立行政法人理化学研究所バイオリソースセンター微生物材料開発室(JCM:〒351-0198 埼玉県和光市広沢2-1)より入手することができる。   More preferred is Pediococcus acidilactici, and particularly preferred is Pediococcus acidilactici JCM8797. The microorganism can be obtained from the Institute for Microbial Materials Development, RIKEN BioResource Center (JCM: 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198).

本発明のα−ケト酸還元酵素は、上述したようなα−ケト酸還元活性を有する微生物から単離される。酵素の単離は、通常公知の蛋白質精製法を適当に組み合わせて用いることにより実施できる。例えば、以下のように実施できる。   The α-keto acid reductase of the present invention is isolated from a microorganism having α-keto acid reductive activity as described above. Isolation of the enzyme can be carried out by appropriately combining known protein purification methods. For example, it can be implemented as follows.

まず、当該微生物を適当な培地で培養し、培養液から遠心分離、あるいは、濾過により菌体を集める。得られた菌体を、超音波破砕機、あるいは、グラスビーズ等を用いた物理的手法で破砕した後、遠心分離にて菌体残さを除き、無細胞抽出液を得る。そして、塩析(硫酸アンモニウム沈殿、リン酸ナトリウム沈殿など)、溶媒沈殿(アセトンまたはエタノールなどによる蛋白質分画沈殿法)、透析、ゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、限外濾過等の手法を単独で、または組み合わせて用いることにより、該無細胞抽出液から本発明のα−ケト酸還元酵素を単離する。   First, the microorganism is cultured in an appropriate medium, and the cells are collected from the culture solution by centrifugation or filtration. The obtained bacterial cells are crushed by an ultrasonic crusher or a physical method using glass beads or the like, and then the microbial cell residue is removed by centrifugation to obtain a cell-free extract. And salting out (ammonium sulfate precipitation, sodium phosphate precipitation, etc.), solvent precipitation (protein fraction precipitation with acetone or ethanol, etc.), dialysis, gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, reverse phase chromatography, ultrafiltration The α-keto acid reductase of the present invention is isolated from the cell-free extract by using such a technique alone or in combination.

本発明のα−ケト酸還元酵素は、先述の(a)、(b)の理化学的性質を有せば、いかなるα−ケト酸還元酵素も含まれるが、好ましくは乳酸脱水素酵素、より好ましくはL−乳酸脱水素酵素である。   The α-keto acid reductase of the present invention includes any α-keto acid reductase as long as it has the physicochemical properties (a) and (b) described above, preferably lactate dehydrogenase, more preferably Is an L-lactate dehydrogenase.

本発明のDNAは、上述の本発明のα−ケト酸還元酵素をコードするDNAであり、後述する方法に従って導入された宿主細胞内で該酵素を発現し得るものであればいかなるものでもよく、任意の非翻訳領域を含んでいてもよい。該酵素が取得できれば、該酵素の起源となる微生物より、当業者であれば公知の方法で、このようなDNAを取得できる。例えば、以下に示した方法で取得できる。   The DNA of the present invention is a DNA encoding the above-described α-keto acid reductase of the present invention, and any DNA can be used as long as it can express the enzyme in a host cell introduced according to the method described below. Any untranslated region may be included. If the enzyme can be obtained, such a DNA can be obtained by a person skilled in the art from a microorganism that is the source of the enzyme by a known method. For example, it can be acquired by the method shown below.

まず、単離された本発明のα−ケト酸還元酵素を適当なエンドペプチダーゼを用いて消化し、生じたペプチド断片を逆相HPLCにより分取する。そして、例えば、ABI492型プロテインシークエンサー(Applied Biosystems社製)により、これらのペプチド断片のアミノ酸配列の一部または全部を決定する。   First, the isolated α-keto acid reductase of the present invention is digested with an appropriate endopeptidase, and the resulting peptide fragment is fractionated by reverse phase HPLC. Then, for example, part or all of the amino acid sequences of these peptide fragments are determined by an ABI492 type protein sequencer (Applied Biosystems).

このようにして得られたアミノ酸配列情報をもとにして、該ポリペプチドをコードするDNAの一部を増幅するためのPCR(Polymerase Chain Reaction)プライマーを合成する。次に、通常のDNA単離法、例えば、Visser等の方法(Appl. Microbiol. Biotechnol., 53, 415 (2000))により、該ポリペプチドの起源となる微生物の染色体DNAを調製する。この染色体DNAを鋳型として、先述のPCRプライマーを用いてPCRを行い、該ポリペプチドをコードするDNAの一部を増幅し、その塩基配列を決定する。塩基配列の決定は、例えば、 ABI373A型 DNA Sequencer(Applied Biosystems社製)等を用いて行うことができる。   Based on the amino acid sequence information thus obtained, a PCR (Polymerase Chain Reaction) primer for amplifying a part of the DNA encoding the polypeptide is synthesized. Next, chromosomal DNA of the microorganism that is the origin of the polypeptide is prepared by a conventional DNA isolation method, for example, the method of Visser et al. (Appl. Microbiol. Biotechnol., 53, 415 (2000)). Using this chromosomal DNA as a template, PCR is carried out using the PCR primers described above, a part of the DNA encoding the polypeptide is amplified, and the base sequence is determined. The base sequence can be determined using, for example, ABI373A DNA Sequencer (Applied Biosystems).

該ポリペプチドをコードするDNAの一部の塩基配列が明らかになれば、例えば、インバースPCR法(Nucl. Acids Res., 16, 8186 (1988))によりその全体の配列を決定することができる。   If the partial base sequence of DNA encoding the polypeptide is clarified, the entire sequence can be determined by, for example, the inverse PCR method (Nucl. Acids Res., 16, 8186 (1988)).

このようにして得られる本発明のDNAの例としては、配列表の配列番号2に示す塩基配列を含むDNAを挙げることができる。   Examples of the DNA of the present invention thus obtained include DNA containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing.

本発明のα−ケト酸還元酵素の例としては、配列表の配列番号2に示す塩基配列によってコードされる、配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなる還元酵素を挙げることができる。   Examples of the α-keto acid reductase of the present invention include a reductase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 of the sequence listing encoded by the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 of the sequence listing.

本発明のDNAを宿主微生物内に導入し、導入された宿主微生物内で発現させるために用いられるベクターは、適当な宿主微生物内で当該DNAがコードする遺伝子を発現できるものであれば、特に限定されない。このようなベクターとしては、例えば、プラスミドベクター、ファージベクター、コスミドベクターなどが挙げられ、さらに、他の宿主株との間での遺伝子交換が可能なシャトルベクターも使用できる。   The vector used for introducing the DNA of the present invention into a host microorganism and expressing it in the introduced host microorganism is not particularly limited as long as it can express the gene encoded by the DNA in an appropriate host microorganism. Not. Examples of such vectors include plasmid vectors, phage vectors, cosmid vectors, and shuttle vectors that can exchange genes with other host strains can also be used.

このようなベクターは、通常、lacUV5プロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、tacプロモーター、lppプロモーター、tufBプロモーター、recAプロモーター、pLプロモーター等の制御因子を含み、本発明のDNAと作動可能に連結された発現単位を含む発現ベクターとして好適に使用できる。例えば、pUCNT(WO94/03613公報)が好適に使用できる。   Such vectors usually contain regulatory elements such as lacUV5 promoter, trp promoter, trc promoter, tac promoter, lpp promoter, tufB promoter, recA promoter, pL promoter and the like, and are operably linked to the DNA of the present invention. It can be suitably used as an expression vector containing a unit. For example, pUCNT (WO94 / 03613) can be suitably used.

本明細書で用いる用語「制御因子」は、機能的プロモーター及び、任意の関連する転写要素(例えばエンハンサー、CCAATボックス、TATAボックス、SPI部位など)を有する塩基配列をいう。   As used herein, the term “regulatory element” refers to a base sequence having a functional promoter and any associated transcription element (eg, enhancer, CCAAT box, TATA box, SPI site, etc.).

本明細書で用いる用語「作動可能に連結」は、遺伝子の発現を調節するプロモーター、エンハンサー等の種々の調節エレメントと遺伝子が、宿主細胞中で作動し得る状態で連結されることをいう。制御因子のタイプ及び種類が、宿主に応じて変わり得ることは、当業者に周知の事項である。   As used herein, the term “operably linked” means that a gene is operably linked to various regulatory elements such as promoters and enhancers that regulate the expression of the gene. It is well known to those skilled in the art that the type and kind of the control factor can vary depending on the host.

本発明の組換えベクターの例としては、上記ベクターpUCNTに、配列番号2に示すDNAを導入した、プラスミドpNTPA(図1)を挙げることができる。本組換えベクターは、FERM P−20434の受託番号で、2005年3月2日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(〒305-8566 茨城県つくば市東1−1−1 中央第6)に寄託されている。   As an example of the recombinant vector of the present invention, a plasmid pNTPA (FIG. 1) in which the DNA shown in SEQ ID NO: 2 is introduced into the vector pUCNT can be mentioned. This recombinant vector has the deposit number of FERM P-20434. The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center (March 1-1-Higashi 1-11-1, Tsukuba, Ibaraki, Japan) 6).

本発明のDNAを含むベクターを導入する宿主細胞としては、細菌、酵母、糸状菌、植物細胞、動物細胞などが挙げられるが、導入及び発現効率から細菌が好ましく、大腸菌が特に好ましい。本発明のDNAを含むベクターは、公知の方法により宿主細胞に導入できる。宿主細胞として大腸菌を用いる場合、例えば、市販のE.coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を用いることにより、当該ベクターを宿主細胞に導入できる。   Examples of the host cell into which the vector containing the DNA of the present invention is introduced include bacteria, yeast, filamentous fungi, plant cells, animal cells, and the like. Bacteria are preferred from the introduction and expression efficiency, and Escherichia coli is particularly preferred. A vector containing the DNA of the present invention can be introduced into a host cell by a known method. When E. coli is used as the host cell, for example, commercially available E. coli. By using an E. coli HB101 competent cell (manufactured by Takara Bio Inc.), the vector can be introduced into a host cell.

本発明の形質転換体の例としては、上記E.coli HB101に、上記プラスミドpNTPAを導入して得られる、E.coli HB101(pNTPA)が挙げられる。   Examples of the transformant of the present invention include the above-mentioned E.I. E. coli obtained by introducing the plasmid pNTPA into HB101. coli HB101 (pNTPA).

本発明のα−ケト酸還元酵素と、基質となるα−ケト酸及びNADH等の補酵素を接触せしめ、反応させることにより、α−ケト酸を不斉的に還元し、S体のα−ヒドロキシ酸を製造することができる。   The α-keto acid reductase of the present invention is contacted with a coenzyme such as α-keto acid and NADH as a substrate and reacted to asymmetrically reduce α-keto acid, thereby producing α-form of S-form. Hydroxy acids can be produced.

特に、α−ケト酸として、下記一般式(1)   In particular, as the α-keto acid, the following general formula (1)

Figure 2006109632
Figure 2006109632

(式中、nは1〜3の整数を表し、Xは水素原子、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を表す。また、Arは置換されていても良いアリール基を表す。)で示されるアリール基を有するα−ケト酸を用いることにより、下記一般式(2) (Wherein n represents an integer of 1 to 3, X represents a hydrogen atom, an alkali metal or an alkaline earth metal, and Ar represents an optionally substituted aryl group). By using an α-keto acid having the following general formula (2)

Figure 2006109632
Figure 2006109632

(n、X及びArは前記に同じ)で表されるアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸を効率良く製造することができる。 It is possible to efficiently produce an S-form α-hydroxy acid having an aryl group represented by (n, X and Ar are the same as above).

この場合、効率良く製造できるとは、生成物であるα−ヒドロキシ酸を、最終生成量として、反応液中100mM、好ましくは150mM、さらに好ましくは200mM以上の濃度で蓄積させることを意味する。   In this case, being able to produce efficiently means accumulating the product α-hydroxy acid at a concentration of 100 mM, preferably 150 mM, more preferably 200 mM or more in the reaction solution as the final production amount.

上記式(1)及び(2)において、nは1〜3の整数を示すが、1の場合が好ましい。また、Xは水素原子、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を表し、特に限定されないが、例えば、水素原子、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムなどが挙げられる。また、Arは置換されていてもよいアリール基を示すが、好ましくは、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数1〜5のチオアルキル基、アミノ基、ニトロ基およびメルカプト基からなる群より選択される1種以上の置換基で置換されていてもよいフェニル基もしくはナフチル基であり、より好ましくは、無置換のフェニル基もしくはパラ位がtert−ブチルオキシ基で置換されたフェニル基である。   In the above formulas (1) and (2), n represents an integer of 1 to 3, but is preferably 1. X represents a hydrogen atom, an alkali metal, or an alkaline earth metal, and is not particularly limited. Examples thereof include a hydrogen atom, lithium, sodium, potassium, magnesium, and calcium. Ar represents an optionally substituted aryl group, preferably a halogen atom, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, or a thioalkyl group having 1 to 5 carbon atoms. A phenyl group or a naphthyl group which may be substituted with one or more substituents selected from the group consisting of an amino group, a nitro group and a mercapto group, more preferably an unsubstituted phenyl group or a para-position It is a phenyl group substituted with a tert-butyloxy group.

また、還元反応に用いられるα−ケト酸還元酵素は、精製された酵素であっても良いし、粗酵素であっても良い。さらには上述したようなα−ケト酸還元活性を有する微生物の菌体やその処理物なども本発明の酵素に含まれる。ここで言う「その処理物」とは、例えば、界面活性剤や有機溶媒で処理した細胞、乾燥細胞、破砕処理した細胞、細胞の粗抽出液等を意味する。これら酵素や菌体、その処理物などは公知の方法で固定化されたものでもかまわない。   Further, the α-keto acid reductase used in the reduction reaction may be a purified enzyme or a crude enzyme. Furthermore, the microorganisms having the α-keto acid reduction activity as described above and the processed products thereof are also included in the enzyme of the present invention. The “processed product” as used herein means, for example, a cell treated with a surfactant or an organic solvent, a dried cell, a disrupted cell, a crude cell extract, or the like. These enzymes, bacterial cells, processed products thereof, and the like may be immobilized by known methods.

これら還元反応においては、当該反応の進行に伴い、NADH等の補酵素は酸化型に変換される。しかし、この酸化型の補酵素を還元型に変換する能力(以後、補酵素再生能と呼ぶ)を有するポリペプチド、および、当該ポリペプチドの基質となる化合物を、本発明のポリペプチドと共存させて当該反応を行うことにより、高価な補酵素の使用量を大幅に削減できる。補酵素再生能を有するポリペプチドとしては、例えば、ヒドロゲナーゼ、ギ酸脱水素酵素、アルコール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素、グルコース−6−リン酸脱水素酵素およびグルコース脱水素酵素などを使用できる。好適には、グルコース脱水素酵素が使用される。   In these reduction reactions, as the reaction proceeds, a coenzyme such as NADH is converted to an oxidized form. However, a polypeptide having the ability to convert this oxidized coenzyme into a reduced form (hereinafter referred to as coenzyme regeneration ability) and a compound serving as a substrate for the polypeptide coexist with the polypeptide of the present invention. By performing this reaction, the amount of expensive coenzyme used can be greatly reduced. Examples of the polypeptide having coenzyme regeneration ability include hydrogenase, formate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, and glucose dehydrogenase. Preferably, glucose dehydrogenase is used.

本発明のα−ケト酸還元酵素のかわりに、該酵素をコードするDNAを含む本発明の形質転換体を使用しても、同様にS体のα−ヒドロキシ酸を製造することができる。また、本発明の酵素をコードするDNA、及び補酵素再生能を有するポリペプチドをコードするDNAの両者を含む形質転換体を使用しても、同様にS体のα−ヒドロキシ酸を製造することができる。とりわけ、本発明の酵素をコードするDNA、および、補酵素再生能を有するポリペプチドをコードするDNAの両者を含む形質転換体を使用した場合には、補酵素を再生するための酵素を別途調製・添加する必要がなく、α−ヒドロキシ酸をより効率良く製造することができる。   Even if the transformant of the present invention containing DNA encoding the enzyme is used instead of the α-keto acid reductase of the present invention, S-form α-hydroxy acid can be produced in the same manner. In addition, even when a transformant containing both the DNA encoding the enzyme of the present invention and the DNA encoding a polypeptide having coenzyme regeneration ability is used, the S-form α-hydroxy acid can be produced in the same manner. Can do. In particular, when a transformant containing both the DNA encoding the enzyme of the present invention and the DNA encoding a polypeptide having coenzyme regeneration ability is used, an enzyme for regenerating the coenzyme is separately prepared. -It is not necessary to add and an alpha-hydroxy acid can be manufactured more efficiently.

なお、本発明のα−ケト酸還元酵素をコードするDNAを含む形質転換体、若しくは、本発明のα−ケト酸還元酵素をコードするDNAおよび補酵素再生能を有するポリペプチドをコードするDNAの両者を含む形質転換体は、培養菌体は言うまでもなく、その処理物としてもS体のα−ヒドロキシ酸の製造に使用することができる。ここで言う「形質転換体の処理物」とは、例えば、界面活性剤や有機溶媒で処理した細胞、乾燥細胞、破砕処理した細胞、細胞の粗抽出液等のほか、公知の手段でそれらを固定化したものを意味する。   A transformant containing a DNA encoding the α-keto acid reductase of the present invention, or a DNA encoding a polypeptide encoding the α-keto acid reductase of the present invention and a polypeptide capable of coenzyme regeneration. The transformant containing both can be used for the production of S-α-hydroxy acid as a processed product, not to mention cultured cells. The term “transformed product” as used herein refers to, for example, cells treated with a surfactant or an organic solvent, dried cells, disrupted cells, crude cell extracts, and the like by known means. It means something fixed.

本発明のα−ケト酸還元酵素をコードするDNA、及び補酵素再生能を有するポリペプチドをコードするDNAの両者を含む形質転換体は、本発明の酵素をコードするDNA、及び補酵素再生能を有するポリペプチドをコードするDNAの両者を、一つのベクターに組み込み、これを宿主細胞に導入することにより得られるほか、これら2種のDNAを不和合性グループの異なる2種のベクターにそれぞれ組み込み、それら2種のベクターを同一の宿主細胞に導入することによっても得られる。   A transformant containing both the DNA encoding the α-keto acid reductase of the present invention and the DNA encoding a polypeptide having a coenzyme regenerating ability is a DNA encoding the enzyme of the present invention and a coenzyme regenerating ability. In addition to incorporating both of the DNAs encoding the polypeptides having a DNA into one vector and introducing it into a host cell, these two types of DNA are incorporated into two different vectors of different incompatibility groups, respectively. It can also be obtained by introducing these two types of vectors into the same host cell.

本発明のα−ケト酸還元酵素をコードするDNA及び補酵素再生能を有するポリペプチドをコードするDNAの両者が組込まれたベクターの例としては、前記発現ベクターpUCNTにペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株由来のα−ケト酸還元酵素遺伝子とバシラス・メガテリウム(Bacillus megaterium)由来のグルコース脱水素酵素遺伝子の両方を導入した、pNTPAG1E(図2)が挙げられる。   Examples of vectors in which both the DNA encoding the α-keto acid reductase of the present invention and the DNA encoding a polypeptide having a coenzyme regenerating ability are incorporated include Pediococcus acidilactici in the expression vector pUCNT. PNTPAG1E (FIG. 2) into which both an α-keto acid reductase gene derived from Pediococcus acidilactici JCM8797 strain and a glucose dehydrogenase gene derived from Bacillus megaterium have been introduced.

また、本発明のα−ケト酸還元酵素をコードするDNA、および、補酵素再生能を有するポリペプチドをコードするDNAの両者を含む形質転換体の例としては、当該ベクターでE.coli HB101を形質転換して得られる、E.coli HB101(pNTPAG1E)が挙げられる。   Examples of transformants containing both the DNA encoding the α-keto acid reductase of the present invention and the DNA encoding a polypeptide having a coenzyme regeneration ability include E. obtained by transforming E. coli HB101. coli HB101 (pNTPAG1E).

本発明のα−ケト酸還元酵素をコードするDNAを含む形質転換体の培養、及び本発明のポリペプチドをコードするDNAと補酵素再生能を有するポリペプチドをコードするDNAの両者を含む形質転換体の培養は、それらが増殖する限り、通常の、炭素源、窒素源、無機塩類、有機栄養素などを含む液体栄養培地を用いて実施できる。   Cultivation of transformant containing DNA encoding α-keto acid reductase of the present invention, and transformation containing both DNA encoding polypeptide of the present invention and DNA encoding polypeptide having coenzyme regeneration ability As long as they grow, the body can be cultured using a normal liquid nutrient medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, organic nutrients and the like.

形質転換体中のα−ケト酸還元酵素の活性は、上述した単離酵素の活性測定法と同様に測定できる。この場合、酵素液として形質転換体或いはその処理物を含む培養液やその他溶液を使用すればよい。形質転換体中の補酵素再生能を有するポリペプチドの活性は、常法により測定することができる。例えば、グルコース脱水素酵素の活性は、1Mのトリス塩酸緩衝液(pH8.0)に、100mMのグルコース、2mMの補酵素NADPまたはNAD、および酵素液を添加し、25℃で1分間反応させた際の、波長340nmにおける吸光度の増加速度から算出できる。   The activity of α-keto acid reductase in the transformant can be measured in the same manner as in the method for measuring the activity of the isolated enzyme described above. In this case, a culture solution or other solution containing the transformant or a processed product thereof may be used as the enzyme solution. The activity of the polypeptide having the ability to regenerate the coenzyme in the transformant can be measured by a conventional method. For example, the activity of glucose dehydrogenase was obtained by adding 100 mM glucose, 2 mM coenzyme NADP or NAD, and an enzyme solution to 1 M Tris-HCl buffer (pH 8.0) and allowing them to react at 25 ° C. for 1 minute. It can be calculated from the rate of increase in absorbance at a wavelength of 340 nm.

本発明のα−ケト酸還元酵素、又は該酵素をコードするDNAを含む形質転換体のいずれかを用いたS体のα−ヒドロキシ酸の製造は、適当な溶媒中に、基質となるα−ケト酸、NADH、NADPH等の補酵素、及び、本発明のα−ケト酸還元酵素又は該酵素をコードするDNAを含む形質転換体を添加し、pH調整下、攪拌することにより実施できる。   Production of S-form α-hydroxy acid using either the α-keto acid reductase of the present invention or a transformant containing DNA encoding the enzyme is carried out in the presence of α- serving as a substrate in an appropriate solvent. It can be carried out by adding a coenzyme such as keto acid, NADH, NADPH and the like, and the α-keto acid reductase of the present invention or a transformant containing DNA encoding the enzyme, and stirring under pH adjustment.

一方、本発明のα−ケト酸還元酵素と補酵素再生能を有するポリペプチドを組み合わせて反応を行う場合は、上記反応組成に、補酵素再生能を有するポリペプチド(例えば、グルコース脱水素酵素)と、その基質となる化合物(例えば、グルコース)をさらに添加する。なお、後者の場合においても、本発明のα−ケト酸還元酵素をコードするDNAと補酵素再生能を有するポリペプチド(例えば、グルコース脱水素酵素)をコードするDNAの両者を含む形質転換体、または、その処理物を用いる場合は、補酵素再生能を有するポリペプチド(例えば、グルコース脱水素酵素)を別途添加する必要はない。   On the other hand, when the reaction is carried out by combining the α-keto acid reductase of the present invention and a polypeptide having a coenzyme regeneration ability, the above reaction composition contains a polypeptide having a coenzyme regeneration ability (for example, glucose dehydrogenase). Then, a compound (for example, glucose) serving as the substrate is further added. Even in the latter case, a transformant comprising both the DNA encoding the α-keto acid reductase of the present invention and the DNA encoding a polypeptide having a coenzyme regeneration ability (for example, glucose dehydrogenase), Or when using the processed material, it is not necessary to add separately the polypeptide (for example, glucose dehydrogenase) which has coenzyme reproduction | regeneration ability.

反応には水系溶媒を用いてもよいし、水系と有機系の溶媒を混合して用いてもよい。有機系溶媒としては、例えば、トルエン、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、ヘキサン、イソプロパノール、ジイソプロピルエーテル、メタノール、アセトン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。反応は10℃〜70℃の温度で行われ、反応液のpHは3〜10に維持する。反応は、バッチ方式の場合、反応基質は0.1%から70%(w/v)の仕込み濃度で添加され、一括に添加しても良いし、分割して添加しても良い。   For the reaction, an aqueous solvent may be used, or an aqueous and organic solvent may be mixed and used. Examples of the organic solvent include toluene, ethyl acetate, n-butyl acetate, hexane, isopropanol, diisopropyl ether, methanol, acetone, dimethyl sulfoxide and the like. The reaction is carried out at a temperature of 10 ° C. to 70 ° C., and the pH of the reaction solution is maintained at 3-10. In the case of a batch system, the reaction substrate is added at a preparation concentration of 0.1% to 70% (w / v), and may be added all at once or dividedly.

以下、実施例で本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。なお、以下の実施例において用いた組換えDNA技術に関する詳細な操作方法などは、次の成書に記載されている:
Molecular Cloning 2nd Edition(Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)、
Current Protocols in Molecular Biology(Greene Publishing Associates and Wiley-Interscience)。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited by these. Detailed operation methods relating to the recombinant DNA technology used in the following examples are described in the following documents:
Molecular Cloning 2nd Edition (Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989),
Current Protocols in Molecular Biology (Greene Publishing Associates and Wiley-Interscience).

(比較例1)市販のバシラス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)由来のL−乳酸脱水素酵素(BSLDH)を用いたフェニルピルビン酸の還元反応
100mMリン酸緩衝液(pH6.5)40mlに、グルコース5.3g、バシラス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)由来のL−乳酸脱水素酵素(シグマ社製)(以下BSLDHと略す)2,900U、グルコース脱水素酵素(天野エンザイム社製)2,270U、NAD+ 5mgおよびフェニルピルビン酸のナトリウム塩0.4gを添加後、5規定水酸化ナトリウム水溶液を添加することにより反応液のpHを6.5に調整しながら、30℃で攪拌した。反応0.6時間目に0.4gのフェニルピルビン酸のナトリウム塩を、更に3.5時間目、5時間目、7時間目、9時間目及び24時間目にそれぞれフェニルピルビン酸のナトリウム塩を0.2gづつ追加添加した。反応中、反応液を適時サンプリングし、サンプリングした液を塩酸で酸性にしたのち酢酸エチルを加えて抽出後、前記の条件で分析することによりフェニル乳酸の生成量を測定した。反応開始後30時間目にフェニル乳酸量の増加がほぼ止まり、この時のフェニル乳酸の蓄積濃度は32.1g/l(193mM)であった。生成したフェニル乳酸の絶対立体配置はS体で、その光学純度は99%ee以上であった。
(Comparative example 1) Reduction reaction of phenylpyruvic acid using L-lactate dehydrogenase (BSLDH) derived from commercially available Bacillus stearothermophilus in 40 ml of 100 mM phosphate buffer (pH 6.5) , Glucose 5.3 g, L-lactate dehydrogenase derived from Bacillus stearothermophilus (Sigma) (hereinafter abbreviated as BSLDH) 2,900 U, glucose dehydrogenase (Amano Enzyme) After adding 2,270 U, 5 mg of NAD + and 0.4 g of sodium salt of phenylpyruvic acid, the reaction mixture was stirred at 30 ° C. while adjusting the pH of the reaction solution to 6.5 by adding an aqueous 5N sodium hydroxide solution. . 0.4 g of sodium salt of phenylpyruvic acid was added at 0.6 hours of reaction, and sodium salt of phenylpyruvic acid was added at 3.5 hours, 5 hours, 7 hours, 9 hours and 24 hours, respectively. An additional 0.2 g was added. During the reaction, the reaction solution was sampled in a timely manner, and the sampled solution was acidified with hydrochloric acid, extracted with ethyl acetate, and analyzed under the above conditions to measure the amount of phenyllactic acid produced. The increase in the amount of phenyl lactic acid almost stopped 30 hours after the start of the reaction, and the accumulated concentration of phenyl lactic acid at this time was 32.1 g / l (193 mM). The absolute configuration of the generated phenyllactic acid was S-form, and its optical purity was 99% ee or higher.

なお、フェニル乳酸の定量は、以下のHPLC条件で分析することにより行なった。
[定量分析(HPLC分析条件)]
カラム:YMC−Pack ODS−A(A303)(4.6mmI.D.×250mm)(YMC社製)、カラム温度:室温、移動相:0.1%リン酸二水素カリウム(pH3)/アセトニトリル=7/3、流速:1ml/min、検出波長:254nm、保持時間:5.9分。
In addition, the quantitative determination of phenyllactic acid was performed by analyzing under the following HPLC conditions.
[Quantitative analysis (HPLC analysis conditions)]
Column: YMC-Pack ODS-A (A303) (4.6 mm ID × 250 mm) (manufactured by YMC), column temperature: room temperature, mobile phase: 0.1% potassium dihydrogen phosphate (pH 3) / acetonitrile = 7/3, flow rate: 1 ml / min, detection wavelength: 254 nm, retention time: 5.9 minutes.

また、フェニル乳酸の光学純度は、フェナシルクロライドで誘導体としたのち下記条件で分析することにより求めた。
[光学純度分析(HPLC条件)]
カラム:CHIRALPAK AD−H(4.6mmI.D.×250mm)(ダイセル化学社製)、カラム温度:室温、移動相:n−ヘキサン/エタノール=1/1、流速:1ml/min、検出波長:243nm、保持時間:S体−18.5分、R体−20.7分。
The optical purity of phenyl lactic acid was determined by analyzing it under the following conditions after derivatized with phenacyl chloride.
[Optical purity analysis (HPLC conditions)]
Column: CHIRALPAK AD-H (4.6 mm ID × 250 mm) (manufactured by Daicel Chemical Industries), column temperature: room temperature, mobile phase: n-hexane / ethanol = 1/1, flow rate: 1 ml / min, detection wavelength: 243 nm, retention time: S-form-18.5 minutes, R-form-20.7 minutes.

(比較例2)BSLDHの還元活性に及ぼす(S)−フェニル乳酸の影響
(S)−フェニル乳酸存在下におけるBSLDHのピルビン酸に対する還元活性を測定した。ピルビン酸に対する還元活性は、100mMリン酸緩衝液(pH6.5)にピルビン酸を終濃度30mM、補酵素NADHを終濃度0.25mMとなるよう溶解し、さらに酵素液を添加して30℃で1分間反応を行った際の、当該反応液の波長340nmにおける吸光度の減少速度から算出した。本反応条件において、1分間に1μmolのNADHをNADに酸化する活性を、1Uと定義した。本活性測定系に(S)−フェニル乳酸を終濃度0〜210mMとなるように添加した条件下で、BSLDHの還元活性を測定した。その結果を、(S)−フェニル乳酸を添加しなかった時の酵素活性を100%とし、(S)−フェニル乳酸添加時での酵素活性を相対活性として表1にまとめた。なお検討には、約2U/mlのBSLDH溶液を調製し、これを酵素液として用いた。
(Comparative Example 2) on the BSLDH of reducing activity (S) - Effect of phenyl lactic acid (S) - was measured reducing activity against pyruvate BSLDH in phenyl acid presence. The reduction activity for pyruvic acid was dissolved in 100 mM phosphate buffer (pH 6.5) so that pyruvic acid had a final concentration of 30 mM and coenzyme NADH had a final concentration of 0.25 mM. This was calculated from the rate of decrease in absorbance at a wavelength of 340 nm of the reaction solution when the reaction was performed for 1 minute. Under this reaction condition, the activity of oxidizing 1 μmol of NADH to NAD per minute was defined as 1U. The reduction activity of BSLDH was measured under the condition that (S) -phenyllactic acid was added to this activity measurement system so that the final concentration was 0 to 210 mM. The results are summarized in Table 1 as the enzyme activity when (S) -phenyllactic acid was not added was 100%, and the enzyme activity when (S) -phenyllactic acid was added as relative activity. In the examination, an about 2 U / ml BSDDH solution was prepared and used as an enzyme solution.

Figure 2006109632
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(S)−フェニル乳酸濃度の上昇に伴ってBSLDHの還元活性は低下し、(S)−フェニル乳酸180mM存在下でその活性はほぼ消失した。本結果から、比較例1において生成物のフェニル乳酸を高濃度で蓄積させることができなかったのは、α−ヒドロキシ酸であるフェニル乳酸によりBSLDH活性の阻害が原因であろうと推測された。   As the (S) -phenyllactic acid concentration increased, the reduction activity of BSLDH decreased, and the activity almost disappeared in the presence of 180 mM (S) -phenyllactic acid. From this result, it was speculated that the reason why the product phenyllactic acid could not be accumulated at a high concentration in Comparative Example 1 was that the inhibition of BSLDH activity was caused by phenyllactic acid, which is an α-hydroxy acid.

(実施例1)α−ヒドロキシ酸((S)−フェニル乳酸)による阻害を受けにくいα−ケト酸還元酵素の探索
表2に示す各種微生物を大型試験管で培養し、各培養液5mlを遠心分離にかけて菌体を集めた。なお、表2に示す微生物のうち、Lactobacillus、Lactococcus、Pediococcus、EnterococcusもしくはStreptococcusのいずれかに属する微生物は下記の(a)の条件で、それ以外の属の微生物は下記の(b)の条件で培養した。
(a)市販のDifco Lactobacilli MRS Broth(Becton, Dickinson社製)の液体培地(pH7)15mlを大型試験管に分注し、120℃で20分間蒸気殺菌を行った。これらの液体培地に微生物を無菌的に一白金耳接種して、30℃で約72〜96時間静置培養した。
(b)肉エキス10g、ペプトン10g、酵母エキス5g、塩化ナトリウム3g(いずれも1L当たり)の組成からなる液体培地(pH7)7mlを大型試験管に分注し、120℃で20分間蒸気殺菌を行った。これらの液体培地に微生物を無菌的に一白金耳接種して、30℃で36時間振とう培養した。
(Example 1) Search for α-keto acid reductase resistant to inhibition by α-hydroxy acid ((S) -phenyl lactic acid) Various microorganisms shown in Table 2 were cultured in a large test tube, and 5 ml of each culture solution was centrifuged. The cells were collected through separation. Among the microorganisms shown in Table 2, microorganisms belonging to any of Lactobacillus, Lactococcus, Pediococcus, Enterococcus or Streptococcus are under the conditions (a) below, and microorganisms of other genera are under the conditions (b) below. Cultured.
(A) 15 ml of a commercially available Difco Lactobacilli MRS Broth (Becton, Dickinson) liquid medium (pH 7) was dispensed into a large test tube and steam sterilized at 120 ° C. for 20 minutes. These liquid media were aseptically inoculated with one microbe of microorganisms and cultured at 30 ° C. for about 72 to 96 hours.
(B) Dispense 7 ml of liquid medium (pH 7) consisting of 10 g of meat extract, 10 g of peptone, 5 g of yeast extract and 3 g of sodium chloride (each per 1 L) into a large test tube, and steam sterilize at 120 ° C. for 20 minutes went. These liquid media were aseptically inoculated with one platinum loop of microorganisms and cultured with shaking at 30 ° C. for 36 hours.

採取した各菌体をグルコース8%を含んだ100mMリン酸緩衝液1ml(pH7.0)に懸濁した。この菌体懸濁液を、あらかじめフェニルピルビン酸のナトリウム塩を10mgいれた試験管に加えて、30℃で20時間反応させた。反応液を塩酸で酸性にしたのち、酢酸エチルを加えて抽出後、比較例1に記載の方法で分析することにより、生成したフェニル乳酸の定量及びその光学純度を測定した。表2にフェニル乳酸のモル収率、その光学純度及び絶対配置を、菌体反応のカラムにまとめた。これら微生物はいずれもフェニルピルビン酸に対して高還元活性及び高立体選択性を示した。   Each collected microbial cell was suspended in 1 ml (pH 7.0) of 100 mM phosphate buffer containing 8% glucose. This cell suspension was added to a test tube containing 10 mg of sodium salt of phenylpyruvic acid in advance and reacted at 30 ° C. for 20 hours. The reaction solution was acidified with hydrochloric acid, extracted with ethyl acetate, and analyzed by the method described in Comparative Example 1 to determine the amount of phenyllactic acid produced and its optical purity. Table 2 summarizes the molar yield of phenyllactic acid, its optical purity, and absolute configuration in a column for cell reaction. All of these microorganisms showed high reduction activity and high stereoselectivity for phenylpyruvic acid.

また、上記と同様に培養した培養液10mlを遠心分離にかけて菌体を集め、各菌体を5mMのβ−メルカプトエタノールを含む100mMリン酸緩衝液(pH7.0)2mlに懸濁した。これをUH−50型超音波ホモゲナイザー(SMT社製)を用いて菌体を破砕した後、遠心分離により菌体残渣を除去し、それぞれの無細胞抽出液を得た。これら無細胞抽出液のフェニルピルビン酸に対する還元活性を測定した。フェニルピルビン酸に対する還元活性の測定は、比較例2に記載のピルビン酸に対する還元活性の測定系において、ピルビン酸30mMのかわりにフェニルピルビン酸20mMを添加して同様に実施した。また、還元活性が認められたものについては、活性測定系に(S)−フェニル乳酸を終濃度150mM(2.5%(wt/vol))となるように添加した条件下で同様に活性測定を行った。   Further, 10 ml of the culture solution cultured as described above was centrifuged to collect the cells, and each cell was suspended in 2 ml of 100 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 5 mM β-mercaptoethanol. The cells were crushed using a UH-50 type ultrasonic homogenizer (manufactured by SMT), and then the cell residue was removed by centrifugation to obtain each cell-free extract. The reduction activity of these cell-free extracts against phenylpyruvic acid was measured. The measurement of the reduction activity for phenylpyruvic acid was carried out in the same manner by adding 20 mM phenylpyruvic acid instead of 30 mM pyruvic acid in the measurement system for the reduction activity against pyruvic acid described in Comparative Example 2. For those in which reduction activity was observed, activity measurement was similarly performed under the condition that (S) -phenyllactic acid was added to the activity measurement system so that the final concentration was 150 mM (2.5% (wt / vol)). Went.

(S)−フェニル乳酸無添加時での酵素活性に対する、(S)−フェニル乳酸150mM添加時での酵素活性の相対比として表2にまとめた。(S)−フェニル乳酸150mM存在下でも比較的高い還元活性、具体的には、(S)−フェニル乳酸150mM存在下においても(S)−フェニル乳酸非存在下の還元活性の10%以上の残存活性を有する酵素をもつ微生物7種を新たに見いだすことができた。   Table 2 shows the relative ratios of enzyme activity when 150 mM (S) -phenyllactic acid was added to enzyme activity when (S) -phenyllactic acid was not added. A relatively high reduction activity even in the presence of 150 mM (S) -phenyllactic acid, specifically, 10% or more of the reduction activity in the absence of (S) -phenyllactic acid even in the presence of 150 mM (S) -phenyllactic acid We were able to find seven new microorganisms with active enzymes.

Figure 2006109632
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(実施例2)ペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株からのL−乳酸脱水素酵素遺伝子のクローニング
先の検討において(S)−フェニル乳酸存在下でも比較的高い還元活性を有したペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株より、α−ケト酸還元酵素の一つであるL−乳酸脱水素酵素(以下PALDHと略す)の遺伝子を以下の方法でクローニングした。
(Example 2) In examination of the cloning destination of the L-lactate dehydrogenase gene from Pediococcus acidilactici JCM8797, it has a relatively high reducing activity even in the presence of (S) -phenyllactic acid. The gene of L-lactate dehydrogenase (hereinafter abbreviated as PALDH), which is one of α-keto acid reductases, was cloned from the obtained Pediococcus acidilactici JCM8797 strain by the following method.

(PCRプライマーの作成)
遺伝子データバンクに登録されている既知のL−乳酸脱水素酵素の推定アミノ酸配列情報をもとに、PALDHをコードする遺伝子の一部をPCRにより増幅するためのプライマー1(5'−ACNTAYGCNACNTGGAARYT−3':配列表の配列番号3)、およびプライマー2(5'−CCRTARAANGTNGCNCCYTT−3':配列表の配列番号4)を合成した。
(Create PCR primers)
Primer 1 (5'-ACNTAYGCNACNTGGAARYT-3) for amplifying a part of the gene encoding PALDH by PCR based on the deduced amino acid sequence information of known L-lactate dehydrogenase registered in the gene data bank ': SEQ ID NO: 3 in the sequence listing) and primer 2 (5'-CCRTARAANGTNGCNCCYTT-3': SEQ ID NO: 4 in the sequence listing) were synthesized.

(PCRによる遺伝子の増幅)
実施例1と同様に培養したペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株の菌体からの染色体DNAの調製は、UltraClean Microbiol DNA Isolation kit(MO BIO社製)を用いて行ない、その取り扱い説明書に従って実施した。次に、上記で調製したDNAプライマー1および2を用い、得られた染色体DNAを鋳型としてPCRを行ったところ、目的遺伝子の一部と考えられる約0.3kbpのDNA断片が増幅された。PCRは、DNAポリメラ−ゼとしてTaKaRa Ex Taq(タカラバイオ社製)を用いて行い、反応条件はその取り扱い説明書に従った。
(Amplification of genes by PCR)
Preparation of chromosomal DNA from cells of Pediococcus acidilactici JCM8797 cultured in the same manner as in Example 1 was performed using an UltraClean Microbiol DNA Isolation kit (manufactured by MO BIO). It was carried out according to the instruction manual. Next, PCR was performed using the DNA primers 1 and 2 prepared above and the obtained chromosomal DNA as a template. As a result, a DNA fragment of about 0.3 kbp considered to be a part of the target gene was amplified. PCR was performed using TaKaRa Ex Taq (manufactured by Takara Bio Inc.) as a DNA polymerase, and the reaction conditions were in accordance with the instruction manual.

このDNA断片を、ベクターpT7Blue T−Vector(Novagen社製)にクローニングし、BigDye Terminator Sequencing Standard Kit(Applied Biosystem社製)およびABI PRISM 3100 Genetic Analyzer(Applied Biosystem社製)を用いてその塩基配列を解析した。   This DNA fragment was cloned into the vector pT7Blue T-Vector (Novagen), and its base sequence was analyzed using BigDye Terminator Sequencing Standard Kit (Applied Biosystem) and ABI PRISM 3100 Genetic Analyzer (Applied Biosystem) did.

(逆PCR(Inverse PCR)法による目的遺伝子の全長配列の決定)
上記で調製したペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株の染色体DNAを、制限酵素FbaIで完全消化し、得られたDNA断片の混合物をT4リガーゼにより分子内環化させた。これを鋳型として用い、Inverse PCR法(Nucl. Acids Res., 16, 8186 (1988))により、上述の約0.3kbpのDNA断片に相当する領域を含む酵素遺伝子の全塩基配列を決定した。その結果を配列表の配列番号2に示した。Inverse PCRは、DNAポリメラ−ゼとしてTaKaRa Ex Taq(タカラバイオ社製)を用いて行い、反応条件はその取り扱い説明書に従った。また、配列番号2に示した塩基配列がコードするアミノ酸配列を配列番号1に示した。
(Determining the full-length sequence of the gene of interest by the inverse PCR method)
The chromosomal DNA of Pediococcus acidilactici JCM8797 strain prepared above was completely digested with the restriction enzyme FbaI, and the resulting mixture of DNA fragments was intramolecularly cyclized with T4 ligase. Using this as a template, the entire nucleotide sequence of the enzyme gene including the region corresponding to the above-mentioned DNA fragment of about 0.3 kbp was determined by the Inverse PCR method (Nucl. Acids Res., 16, 8186 (1988)). The results are shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. Inverse PCR was performed using TaKaRa Ex Taq (manufactured by Takara Bio Inc.) as a DNA polymerase, and the reaction conditions were in accordance with the instruction manual. The amino acid sequence encoded by the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 is shown in SEQ ID NO: 1.

(実施例3) 発現ベクターの構築
プライマー3(5'−GGGAATGGACATATGTCTAATATTCAAAATCATC−3':配列表の配列番号5)と、プライマー4(5'−GATAAGAATTCTTATTATTTGTCTTGTTTTTCAGCAAGAG−3':配列表の配列番号6)を用い、実施例2で得たペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行った。その結果、配列表の配列番号2に示す塩基配列からなる遺伝子の開始コドン部分にNdeI認識部位が付加され、かつ終始コドンの直後に終止コドンTAA及びEcoRI認識部位が付加された二本鎖DNAを得た。PCRは、DNAポリメラ−ゼとしてTaKaRa Ex Taq(タカラバイオ社製)を用いて行い、反応条件はその取り扱い説明書に従った。このDNAをNdeI及びEcoRIで部分消化し、ベクターpUCNT(WO94/03613公報)のlacプロモーターの下流のNdeI認識部位とEcoRI認識部位の間に挿入し、組換えベクターpNTPAを構築した。この組換えベクターは、FERM P−20434の受託番号で、2005年3月2日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(〒305-8566 茨城県つくば市東1−1−1 中央第6)に寄託されている。pNTPAの作製法およびその構造を図1に示す。
(Example 3) Expression vector construction Primer 3 (5'-GGGAATGGACATATGTCTAATATTCAAAATCATC-3 ': SEQ ID NO: 5 in the sequence listing) and primer 4 (5'-GATAAGAATTCTTATTATTTGTCTTGTTTTTCAGCAAGAG-3': SEQ ID NO: 6 in the sequence listing) PCR was performed using the chromosomal DNA of Pediococcus acidilactici JCM8797 obtained in Example 2 as a template. As a result, double-stranded DNA in which an NdeI recognition site was added to the start codon portion of the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing and the stop codon TAA and EcoRI recognition site were added immediately after the stop codon was obtained. Obtained. PCR was performed using TaKaRa Ex Taq (manufactured by Takara Bio Inc.) as a DNA polymerase, and the reaction conditions were in accordance with the instruction manual. This DNA was partially digested with NdeI and EcoRI and inserted between the NdeI recognition site and the EcoRI recognition site downstream of the lac promoter of the vector pUCNT (WO94 / 03613) to construct a recombinant vector pNTPA. This recombinant vector is the deposit number of FERM P-20434, and is the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center (March 1-1-Higashi, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture 305-28566) 6). A method for preparing pNTPA and its structure are shown in FIG.

(実施例4) グルコース脱水素酵素遺伝子をさらに含む発現ベクターの構築
プライマー5(5'−GCCGAATTCTAAGGAGGTTAACAATGTATAAA−3':配列表の配列番号7)と、プライマー6(5'−GCGGTCGACTTATCCGCGTCCTGCTTGG−3':配列表の配列番号8)を用い、ベクターpGDK1(Eur. J. Biochem., 186, 389 (1989))を鋳型としてPCRを行い、バシラス・メガテリウム(Bacillus megaterium)IAM1030株由来のグルコース脱水素酵素(以後、GDHと呼ぶ)遺伝子の開始コドンから5塩基上流に大腸菌のリボゾーム結合配列が、さらにその直前にEcoRI切断点が付加され、かつ、終止コドンの直後にSalI切断点が付加された、二本鎖DNAを取得した。得られたDNA断片をEcoRIおよびSalIで消化し、ベクターpUCNT(WO94/03613公報)のlacプロモーターの下流のEcoRI認識部位とSalI認識部位の間に挿入し、組換えベクターpNTGを構築した。
Example 4 Construction of Expression Vector Further Containing Glucose Dehydrogenase Gene Primer 5 (5′-GCCGAATTCTAAGGAGGTTAACAATGTATAAA-3 ′: SEQ ID NO: 7 in Sequence Listing) and Primer 6 (5′-GCGGTCGACTTATCCGCGTCCTGCTTGG-3 ′: Sequence Listing PCR No. 8) and a vector pGDK1 (Eur. J. Biochem., 186, 389 (1989)) as a template, and a glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as “Bacillus megaterium” IAM1030 strain). A double-stranded DNA in which an Escherichia coli ribosome binding sequence is added 5 bases upstream from the start codon of the gene, an EcoRI breakpoint is added immediately before it, and a SalI breakpoint is added immediately after the stop codon. Acquired. The obtained DNA fragment was digested with EcoRI and SalI, and inserted between the EcoRI recognition site and SalI recognition site downstream of the lac promoter of the vector pUCNT (WO94 / 03613) to construct a recombinant vector pNTG.

次に、配列表の配列番号2に示す塩基配列からなる遺伝子の開始コドン部分にNdeI認識部位が付加され、かつ終始コドンの直後にEcoRI認識部位が付加された二本鎖DNAを、実施例3と同様に調製し、これを上記の組換えベクターpNTGのNdeI認識部位とEcoRI認識部位の間に挿入して、組み換えベクターpNTPAGを構築した。pNTPAGの作製法およびその構造を図2に示す。   Next, double-stranded DNA in which an NdeI recognition site was added to the start codon portion of the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing and an EcoRI recognition site was added immediately after the termination codon was prepared in Example 3. This was prepared in the same manner as described above and inserted between the NdeI recognition site and EcoRI recognition site of the above-described recombinant vector pNTG to construct a recombinant vector pNTPAG. A method for producing pNTPAG and its structure are shown in FIG.

(実施例5) 形質転換体の作製
実施例3で構築した組換えベクターpNTPAを用いて、E.coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を形質転換し、E.coli HB101(pNTPA)を得た。また、同様に、実施例4で構築した組換えベクターpNTPAGを用いて、E.coli HB101コンピテントセル(タカラバイオ社製)を形質転換し、E.coli HB101(pNTPAG)を得た。
(Example 5) Production of transformant Using the recombinant vector pNTPA constructed in Example 3, E. coli HB101 competent cells (Takara Bio Inc.) were transformed. E. coli HB101 (pNTPA) was obtained. Similarly, using the recombinant vector pNTPAG constructed in Example 4, E. E. coli HB101 competent cells (Takara Bio Inc.) were transformed. coli HB101 (pNTPAG) was obtained.

(実施例6) 形質転換体における遺伝子の発現
実施例5で得た2種の形質転換体、およびベクターpUCNTを含む形質転換体であるE.coli HB101(pUCNT)を、200μg/mlのアンピシリンを含む2×YT培地(トリプトン1.6%、イーストエキス1.0%、NaCl0.5%、pH7.0)50mlに接種し、37℃で24時間振盪培養した。遠心分離により菌体を集め、50mlの100mMリン酸緩衝液(pH6.5)に懸濁した。これを、UH−50型超音波ホモゲナイザー(SMT社製)を用いて破砕した後、遠心分離により菌体残渣を除去し、無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液のピルビン酸還元活性(以下、PALDH活性という)、およびGDH活性を測定し、比活性として表したものを表3に示した。実施例5で得られた2種の形質転換体のいずれにおいても、PALDHの発現が認められた。また、GDH遺伝子を含むE.coli HB101(pNTPAG)では、GDH活性の発現も認められた。PALDH活性は、比較例2に記載のピルビン酸に対する還元活性の測定法と同様に測定した。GDH活性は、1Mトリス塩酸緩衝液(pH8.0)に、グルコース0.1M、補酵素NADP2mM、および粗酵素液を添加して25℃で1分間反応を行い、波長340nmにおける吸光度の増加速度より算出した。この反応条件において、1分間に1μmolのNADPをNADPHに還元する酵素活性を1Uと定義した。また、無細胞抽出液中の蛋白質濃度は、プロテインアッセイキット(BIO-RAD社製)を用いて測定した。
(Example 6) Expression of gene in transformant Two types of transformants obtained in Example 5 and E. a transformant containing the vector pUCNT. E. coli HB101 (pUCNT) is inoculated into 50 ml of 2 × YT medium (1.6% tryptone, 1.0% yeast extract, 0.5% NaCl, pH 7.0) containing 200 μg / ml ampicillin and incubated at 37 ° C. for 24 hours. Cultured with shaking for hours. The cells were collected by centrifugation and suspended in 50 ml of 100 mM phosphate buffer (pH 6.5). This was crushed using a UH-50 type ultrasonic homogenizer (manufactured by SMT), and then the cell residue was removed by centrifugation to obtain a cell-free extract. Table 3 shows the specific activity of pyruvate reducing activity (hereinafter referred to as PALDH activity) and GDH activity of this cell-free extract. In any of the two types of transformants obtained in Example 5, expression of PALDH was observed. In addition, E. coli containing the GDH gene. In E. coli HB101 (pNTPAG), expression of GDH activity was also observed. The PALDH activity was measured in the same manner as the method for measuring the reducing activity against pyruvic acid described in Comparative Example 2. GDH activity was determined by adding 0.1 M glucose, 2 mM coenzyme NADP, and crude enzyme solution to 1 M Tris-HCl buffer (pH 8.0), reacting at 25 ° C. for 1 minute, and increasing absorbance at a wavelength of 340 nm. Calculated. Under these reaction conditions, the enzyme activity for reducing 1 μmol of NADP to NADPH per minute was defined as 1 U. The protein concentration in the cell-free extract was measured using a protein assay kit (manufactured by BIO-RAD).

Figure 2006109632
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(実施例7)PALDHの還元活性に及ぼす(S)−フェニル乳酸の影響
比較例2に記載と同じ方法で、(S)−フェニル乳酸0〜600mM存在下におけるPALDHのピルビン酸に対する還元活性を測定した。なお検討には、BSLDHの時と同様、約2U/mlのPALDH溶液を調製し、これを酵素液として用いた。その結果を、(S)−フェニル乳酸を添加しなかった時の酵素活性を100%とし、(S)−フェニル乳酸添加時での酵素活性を相対活性として表4にまとめた。
(Example 7) Effect of (S) -phenyl lactic acid on the reduction activity of PALDH By the same method as described in Comparative Example 2, the reduction activity of PALDH on pyruvate in the presence of 0-600 mM (S) -phenyl lactic acid was measured. did. In the examination, as in the case of BSLDH, an about 2 U / ml PALDH solution was prepared and used as an enzyme solution. The results are summarized in Table 4 with the enzyme activity when (S) -phenyllactic acid was not added as 100% and the enzyme activity when (S) -phenyllactic acid was added as relative activity.

Figure 2006109632
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(S)−フェニル乳酸濃度の上昇に伴ってPALDHの還元活性は低下するものの、BSLDHの活性がほぼ消失した(S)−フェニル乳酸180mM存在下においても、49%の相対活性を有した。また、(S)−フェニル乳酸600mM存在下においても、酵素活性を検出することができた。本結果から、PALDHはBSLDHに比べて、より高濃度のフェニル乳酸の存在下でも活性を保持することがわかった。   Although the reduction activity of PALDH decreased with increasing (S) -phenyllactic acid concentration, the activity of BSDDH almost disappeared even in the presence of 180 mM (S) -phenyllactic acid, and had a relative activity of 49%. In addition, enzyme activity could be detected even in the presence of 600 mM (S) -phenyllactic acid. From these results, it was found that PALDH retains activity even in the presence of a higher concentration of phenyllactic acid than BSLDH.

(実施例8) 形質転換体を用いたフェニルピルビン酸の還元反応
実施例6と同様に培養したE.coli HB101(pNTPAG)の培養液40mlに、グルコース8g、NAD 5mg、及びフェニルピルビン酸0.8gを添加し、5Mの水酸化ナトリウムの滴下によりpH6.5に調整しつつ、30℃で攪拌した。反応0.4時間目、0.8時間目、1.2時間目、1.6時間目、2.3時間目及び2.9時間目にそれぞれフェニルピルビン酸のナトリウム塩を0.8gづつ追加添加した。更に3.6時間目、4.2時間目、及び5時間目にそれぞれフェニルピルビン酸のナトリウム塩を0.4gづつ追加添加した。反応中、反応液を適時サンプリングし、塩酸で酸性にしたのち酢酸エチルを加えて抽出後、比較例1に記載の条件で分析することによりフェニル乳酸の生成量を測定した。反応開始後7.3時間目のフェニル乳酸量の蓄積濃度は104.1g/l(626mM)であった。生成したフェニル乳酸はS体で、その光学純度は99%ee以上であった。
(Example 8) E. cultured in the same manner as the reduction reaction in Example 6 of the transformants phenylpyruvic acid used Glucose 8 g, NAD 5 mg, and phenylpyruvic acid 0.8 g were added to 40 ml of a culture solution of E. coli HB101 (pNTPAG), and the mixture was stirred at 30 ° C. while adjusting the pH to 6.5 by dropwise addition of 5 M sodium hydroxide. Add 0.8 g each of sodium salt of phenylpyruvic acid at 0.4, 0.8, 1.2, 1.6, 2.3, and 2.9 hours of reaction. Added. Further, an additional 0.4 g of phenylpyruvic acid sodium salt was added at 3.6 hours, 4.2 hours, and 5 hours, respectively. During the reaction, the reaction solution was sampled in a timely manner, acidified with hydrochloric acid, extracted with ethyl acetate, and analyzed under the conditions described in Comparative Example 1 to determine the amount of phenyllactic acid produced. The accumulated concentration of phenyllactic acid at 7.3 hours after the start of the reaction was 104.1 g / l (626 mM). The produced phenyllactic acid was S-form, and its optical purity was 99% ee or higher.

(参考例1)2−オキソ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸ナトリウムの製造
4−tert−ブトキシベンズアルデヒド(30.0g、168mmol)、ヒダントイン(33.73g、337mmol、2eq.)、1−アミノ−2−プロパノール(12.73g、168mmol、1eq.)の蒸留水(300mL)懸濁液を還流条件下で4時間撹拌した。室温まで冷却後、析出物を減圧濾過すると、5−(4−tert−ブトキシベンジリデン)ヒダントイン(43.0g、収率98%)が得られた。
Reference Example 1 Preparation of sodium 2-oxo-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionate 4-tert-butoxybenzaldehyde (30.0 g, 168 mmol), hydantoin (33.73 g, 337 mmol, 2 eq.), A suspension of 1-amino-2-propanol (12.73 g, 168 mmol, 1 eq.) In distilled water (300 mL) was stirred under reflux conditions for 4 hours. After cooling to room temperature, the precipitate was filtered under reduced pressure to obtain 5- (4-tert-butoxybenzylidene) hydantoin (43.0 g, yield 98%).

引き続き、上記で合成した5−(4−tert−ブトキシベンジリデン)ヒダントイン(30.0g、115mmol)、NaOH(24.0g、576mmol、5eq.)の蒸留水(300mL)懸濁液を還流条件下で4.5時間撹拌した。室温に冷却後、塩酸を用いてpH7.94へと調整した。NaCl(35.3g、600mmol)投入後、室温にてさらに15時間撹拌した。析出した目的物を減圧濾過により分取し、メタノールにて洗浄後、真空乾燥すると、目的とする2−オキソ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸ナトリウム(25.9g、収率88%)が得られた。
1H NMR(400MHz,D2O/ppm):δ1.19(s,9H),3.92(s,2H),6.91−6.94(m,2H),7.04−7.06(m,2H)。
Subsequently, a suspension of 5- (4-tert-butoxybenzylidene) hydantoin (30.0 g, 115 mmol) synthesized above and NaOH (24.0 g, 576 mmol, 5 eq.) In distilled water (300 mL) was refluxed. Stir for 4.5 hours. After cooling to room temperature, the pH was adjusted to 7.94 with hydrochloric acid. After adding NaCl (35.3 g, 600 mmol), the mixture was further stirred at room temperature for 15 hours. The precipitated target product was collected by filtration under reduced pressure, washed with methanol, and then vacuum dried to obtain the target sodium 2-oxo-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionate (25.9 g, yield 88). %)was gotten.
1 H NMR (400 MHz, D 2 O / ppm): δ 1.19 (s, 9H), 3.92 (s, 2H), 6.91-6.94 (m, 2H), 7.04-7. 06 (m, 2H).

(実施例9) 形質転換体を用いた2−オキソ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸の還元反応
実施例6と同様に培養したE.coli HB101(pNTPAG)の培養液60lを遠心分離にかけて菌体を集め、20mlの培養上清に懸濁した。これにグルコース2.5g、NAD 3mg、及び参考例1で合成した2−オキソ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸ナトリウム0.25gを添加し、5Mの水酸化ナトリウムの滴下によりpH6.5に調整しつつ、30℃で攪拌した。反応0.6時間目及び1.0時間目にそれぞれ2−オキソ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸ナトリウムを0.4gづつ追加添加した。更に1.5時間目、2.0時間目、2.5時間目、3.1時間目、3.8時間目、4.7時間目、5.6時間目、6.3時間目及び7.3時間目にそれぞれ2−オキソ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸ナトリウムを0.188gづつ追加添加した。反応中、反応液を適時サンプリングし、塩酸で酸性にしたのち酢酸エチルを加えて抽出後、下記のHPLC条件で分析することにより2−ヒドロキシ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸の生成量及び光学純度を測定した。
[HPLC分析条件]
カラム:CHIRALPAK AD−H(4.6mmI.D.×250mm)(ダイセル化学社製)、カラム温度:室温、移動相:n−ヘキサン/エタノール/トリフルオロ酢酸=950/50/1、流速:1ml/min、検出波長:230nm、保持時間:R体−15.6分、S体−21.3分。
(Example 9) Reduction reaction of 2-oxo-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionic acid using a transformant E. coli cultured in the same manner as in Example 6. The cells were collected by centrifuging 60 l of a culture solution of E. coli HB101 (pNTPAG), and suspended in 20 ml of the culture supernatant. To this was added 2.5 g of glucose, 3 mg of NAD, and 0.25 g of sodium 2-oxo-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionate synthesized in Reference Example 1, and the pH was adjusted to 6 by adding 5 M sodium hydroxide dropwise. It stirred at 30 degreeC, adjusting to .5. An additional 0.4 g of sodium 2-oxo-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionate was added at 0.6 hour and 1.0 hour respectively. Furthermore, 1.5 hours, 2.0 hours, 2.5 hours, 3.1 hours, 3.8 hours, 4.7 hours, 5.6 hours, 6.3 hours and 7 hours. In the third hour, 0.188 g of sodium 2-oxo-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionate was added in increments of 0.188 g. During the reaction, the reaction solution was sampled in a timely manner, acidified with hydrochloric acid, extracted with ethyl acetate, and analyzed under the following HPLC conditions to analyze 2-hydroxy-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionic acid. The production amount and optical purity were measured.
[HPLC analysis conditions]
Column: CHIRALPAK AD-H (4.6 mm ID × 250 mm) (manufactured by Daicel Chemical Industries), column temperature: room temperature, mobile phase: n-hexane / ethanol / trifluoroacetic acid = 950/50/1, flow rate: 1 ml / Min, detection wavelength: 230 nm, retention time: R-form-15.6 minutes, S-form-21.3 minutes.

反応開始後27時間目の2−ヒドロキシ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸の蓄積濃度は81.3g/lであった。生成した2−ヒドロキシ−3−(4−tert−ブトキシフェニル)プロピオン酸の絶対立体配置はS体で、その光学純度は99%ee以上であった。
The accumulated concentration of 2-hydroxy-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionic acid 27 hours after the start of the reaction was 81.3 g / l. The absolute configuration of 2-hydroxy-3- (4-tert-butoxyphenyl) propionic acid produced was S-form, and its optical purity was 99% ee or higher.

Claims (22)

以下の(a)及び(b)の理化学的性質を有するα−ケト酸還元酵素:
(a)α−ケト酸を不斉的に還元し、S体のα−ヒドロキシ酸を生成する、
(b)S体のα−ヒドロキシ酸150mM存在下におけるα−ケト酸還元活性の値が、S体のα−ヒドロキシ酸非存在下でのα−ケト酸還元活性の値の10%以上である。
Α-keto acid reductase having the following physicochemical properties (a) and (b):
(A) a-keto acid is asymmetrically reduced to produce S-form α-hydroxy acid,
(B) The value of the α-keto acid reduction activity in the presence of 150 mM of the α-hydroxy acid of the S form is 10% or more of the value of the α-keto acid reduction activity in the absence of the α-hydroxy acid of the S form. .
前記(b)の理化学的性質として、下記(b’)の理化学的性質を有する請求項1記載のα−ケト酸還元酵素:
(b’)(S)−フェニル乳酸150mM存在下でのフェニルピルビン酸還元活性の値が、(S)−フェニル乳酸非存在下でのフェニルピルビン酸還元活性の値の10%以上である。
The α-keto acid reductase according to claim 1, wherein the physicochemical property of (b) has the following physicochemical property (b ′):
(B ′) The value of phenylpyruvate reducing activity in the presence of 150 mM (S) -phenyllactic acid is 10% or more of the value of phenylpyruvic acid reducing activity in the absence of (S) -phenyllactic acid.
更に、以下の(c)の理化学的性質を有する請求項1もしくは2に記載のα−ケト酸還元酵素:
(c)(S)−フェニル乳酸300mM存在下におけるピルビン酸還元活性の値が、(S)−フェニル乳酸非存在下でのピルビン酸還元活性の値の20%以上である。
Furthermore, the α-keto acid reductase according to claim 1 or 2, which has the following physicochemical properties (c):
(C) The value of pyruvate reducing activity in the presence of 300 mM (S) -phenyllactic acid is 20% or more of the value of pyruvate reducing activity in the absence of (S) -phenyllactic acid.
更に、以下の(d)の理化学的性質を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素:
(d)(S)−フェニル乳酸420mM存在下におけるピルビン酸還元活性の値が、(S)−フェニル乳酸非存在下でのピルビン酸還元活性の値の10%以上である。
Furthermore, (alpha) -keto acid reductase of any one of Claims 1-3 which has the following physicochemical property:
(D) The value of pyruvate reducing activity in the presence of 420 mM (S) -phenyllactic acid is 10% or more of the value of pyruvate reducing activity in the absence of (S) -phenyllactic acid.
ラクトバシラス(Lactobacillus)属、ペディオコッカス(Pediococcus)属、エンテロコッカス(Enterococcus)属及びアクロモバクター(Achromobacter)属からなる群より選ばれた微生物由来である請求項1〜4のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素。 It is derived from a microorganism selected from the group consisting of Lactobacillus genus, Pediococcus genus, Enterococcus genus and Achromobacter genus. Α-keto acid reductase. ラクトバシラス・ヘルベティカス(Lactobacillus helveticus)、ラクトバシラス・アシドフィラス(Lactobacillus acidophilus)、ラクトバシラス・ブレビス(Lactobacillus brevis)、ペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)、ペディオコッカス・ペントサセウス(Pediococcus pentosaceus)、エンテロコッカス・ファエカリス(Enterococcus faecalis)及びアクロモバクター・キシロソキシダンス・サブスピー・キシロソキシダンス(Achromobacter xylosoxidans subsp. xylosoxidans)からなる群より選ばれた微生物由来である請求項1〜4のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素。 Lactobacillus helveticus, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus brevis, Pediococcus acidilactici, Pediococcus pentocus edo (Α) according to any one of claims 1 to 4, which is derived from a microorganism selected from the group consisting of (Enterococcus faecalis) and Achromobacter xylosoxidans subsp. Xylosoxidans. A keto acid reductase. ペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)に属する微生物由来である請求項1〜4のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素。 The α-keto acid reductase according to any one of claims 1 to 4, wherein the α-keto acid reductase is derived from a microorganism belonging to Pediococcus acidilactici. ペディオコッカス・アシディラクティシ(Pediococcus acidilactici)JCM8797株由来である請求項1〜4のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素。 The α-keto acid reductase according to claim 1, which is derived from Pediococcus acidilactici JCM8797 strain. L−乳酸脱水素酵素である請求項1〜8のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素。 The α-keto acid reductase according to any one of claims 1 to 8, which is L-lactate dehydrogenase. 配列表の配列番号1に示すアミノ酸配列からなる請求項1〜9のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素。 The α-keto acid reductase according to any one of claims 1 to 9, comprising an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素をコードするDNA。 DNA which codes the alpha-keto acid reductase of any one of Claims 1-10. 配列表の配列番号2で示される塩基配列を含むDNA。 A DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. 請求項11又は12に記載のDNAを含有する組換えベクター。 A recombinant vector containing the DNA according to claim 11 or 12. 図1で示されるプラスミドpNTPA(FERM P−20434)である組換えベクター。 A recombinant vector which is the plasmid pNTPA (FERM P-20434) shown in FIG. 更にグルコース脱水素酵素活性を有するポリペプチドをコードするDNAを含有する請求項13記載の組換えベクター。 The recombinant vector according to claim 13, further comprising DNA encoding a polypeptide having glucose dehydrogenase activity. グルコース脱水素酵素活性を有するポリペプチドがバシラス・メガテリウム(Bacillus megaterium)由来のグルコース脱水素酵素である、請求項15記載のベクター。 The vector according to claim 15, wherein the polypeptide having glucose dehydrogenase activity is a glucose dehydrogenase derived from Bacillus megaterium. 請求項13〜16のいずれかに記載の組換えベクターにより宿主細胞を形質転換して得られる形質転換体。 A transformant obtained by transforming a host cell with the recombinant vector according to any one of claims 13 to 16. 宿主細胞が大腸菌である請求項17記載の形質転換体。 The transformant according to claim 17, wherein the host cell is Escherichia coli. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のα−ケト酸還元酵素、又は、請求項17もしくは18に記載の形質転換体を、α−ケト酸と反応させることを特徴とするS体のα−ヒドロキシ酸の製造方法。 An α-keto acid reductase according to any one of claims 1 to 10 or a transformant according to claim 17 or 18 is reacted with α-keto acid. A method for producing an α-hydroxy acid. 前記α−ケト酸が、一般式(1)
Figure 2006109632
(式中、nは1〜3の整数を表し、Xは水素原子、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を表す。また、Arは置換されていても良いアリール基を表す。)で示されるアリール基を有するα−ケト酸であり、一般式(2)
Figure 2006109632
(n、X及びRは前記に同じ)で表されるアリール基を有するS体のα−ヒドロキシ酸を製造することを特徴とする、請求項19記載の製造方法。
The α-keto acid is represented by the general formula (1)
Figure 2006109632
(Wherein n represents an integer of 1 to 3, X represents a hydrogen atom, an alkali metal or an alkaline earth metal, and Ar represents an optionally substituted aryl group). An α-keto acid having the general formula (2)
Figure 2006109632
20. The production method according to claim 19, wherein an S-form [alpha] -hydroxy acid having an aryl group represented by (n, X and R are the same as above) is produced.
Arが、ハロゲン原子、水酸基、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数1〜5のチオアルキル基、アミノ基、ニトロ基およびメルカプト基からなる群より選択される1種以上の置換基で置換されていてもよい、フェニル基もしくはナフチル基である、請求項20に記載の製造方法。 Ar is selected from the group consisting of a halogen atom, a hydroxyl group, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, a thioalkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an amino group, a nitro group, and a mercapto group. The production method according to claim 20, which is a phenyl group or a naphthyl group, which may be substituted with one or more substituents. S体のα−ヒドロキシ酸を、反応液中200mM以上の濃度に蓄積させることを特徴とする請求項19〜21のいずれか1項に記載の製造方法。

The production method according to any one of claims 19 to 21, wherein the S-form α-hydroxy acid is accumulated in a concentration of 200 mM or more in the reaction solution.

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