KR0180749B1 - Protease - Google Patents

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KR0180749B1
KR0180749B1 KR1019930006030A KR930006030A KR0180749B1 KR 0180749 B1 KR0180749 B1 KR 0180749B1 KR 1019930006030 A KR1019930006030 A KR 1019930006030A KR 930006030 A KR930006030 A KR 930006030A KR 0180749 B1 KR0180749 B1 KR 0180749B1
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히로마사 나가오
다카시 요네야
도시오 미야케
아츠오 아오야마
겐이치 가이
순이치 기도코로
요이치로 미키
기미코 엔도
아키요시 와다
Original Assignee
곤도우 히지리
사가미 주오 가가쿠 겐큐조
윈프리에드 제이. 다블류. 베르미즈스
홀란드 스위트너 캄퍼니 브이. 오. 에프.
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/48Hydrolases (3) acting on peptide bonds (3.4)
    • C12N9/50Proteinases, e.g. Endopeptidases (3.4.21-3.4.25)
    • C12N9/52Proteinases, e.g. Endopeptidases (3.4.21-3.4.25) derived from bacteria or Archaea
    • C12N9/54Proteinases, e.g. Endopeptidases (3.4.21-3.4.25) derived from bacteria or Archaea bacteria being Bacillus

Abstract

본 발명은 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제 및 그 제조 방법, 특히 벤질옥시카보닐-알파-L-아스파틸-L-페닐알라닌 메틸 에스테르의 제조방법에 관한 것으로써,The present invention relates to a method for preparing a thermolysine-like neutral metallo-protease and a method for preparing the same, particularly a method for preparing benzyloxycarbonyl-alpha-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester,

본 발명에 따른 변형된 프로테아제는 열안정 중성 프로테아제의 돌연변이 체이고, 144번째 루신 잔기, 150번째 아스파트산 잔기, 187번째 글루탐산 잔기 및 227번째 아스파리긴 잔기로 구성된 그룹으로 부터 선택된 SEQ ID NO:1 의 적어도 하나의 아미노산 잔기가 상기 아미노산 이외의 아미노산 잔기로 치환되어 있는 것을 특징으로 한다.The modified protease according to the invention is a mutant of a thermostable neutral protease and is selected from the group consisting of 144th leucine residue, 150th aspartic acid residue, 187th glutamic acid residue and 227th asparagine residue. At least one amino acid residue of 1 is characterized by being substituted with an amino acid residue other than the above amino acid.

Description

프로테아제 및 그 이용방법Protease and its use

제1도는 공지의 플라스미드 pMK4로부터 재조합 플라스미드 pUCT237을 제조하는데 사용되는 도식.1 is a diagram used to prepare recombinant plasmid pUCT237 from known plasmid pMK4.

제2도는 플라스미드 pMK4와 pUCTZ37로부터 재조합 플라스미드 pUCTZ47을 제조하는 데 사용되는 도식.2 is a schematic used to prepare recombinant plasmid pUCTZ47 from plasmids pMK4 and pUCTZ37.

제3도는 공지의 플라스미드 pUCTZ47와 pUB110으로부터 재조합 플라스미드 pUBTZ1을 제조하는데 사용되는 도식.3 is a diagram used to prepare recombinant plasmid pUBTZ1 from known plasmids pUCTZ47 and pUB110.

제4도는 플라스미드 pUBTZ1으로부터 플라스미드 pUBTZ2를 제조하는데 사용되는 도식.4 is a schematic used to prepare plasmid pUBTZ2 from plasmid pUBTZ1.

제5도는 공지의 플라스미드 pMK1로부터 재조합 플라스미드 pUCTZ55를 제조하는데 사용되는 도식.5 is a diagram used to prepare recombinant plasmid pUCTZ55 from known plasmid pMK1.

제6도는 플라스미드 pUCTZ55로부터 재조합 M13 파진인 M13TZSp-Bc를 제조하는데 사용되는 도식.6 is a diagram used to prepare M13TZSp-Bc, a recombinant M13 phage from plasmid pUCTZ55.

제7도는 플라스미드 pUBTZ2와 M13TZSp-Bc(돌연변이체)로부터 얻은 플라스미드 pUBTZ2(돌연변이체)를 제조하는데 사용되는 도식.7 is a diagram used to prepare plasmid pUBTZ2 (mutants) obtained from plasmids pUBTZ2 and M13TZSp-Bc (mutants).

제8도는 플라스미트 pUCTZ55로부터 재조합 M13 파지인 M13TZBa-Sp 를 제조하는데 사용되는 도식.8 is a diagram used to prepare M13TZBa-Sp, a recombinant M13 phage from plasmid pUCTZ55.

제9도는 돌연변이 유발 프라이머(D150N)를 포함하는 PCR의 반응 혼합물과 플라스미드 pUBTZ2(N227H)로부터 얻은 돌연변이성 PCR 생성물과 플라스미드 pUBTZ2(L144S)로부터 재조합 플라스미드 pUBTZ2(돌연변이체)(L144S-D150N-N227H 또는 L144S-D150H-N227H)를 제조하는데 사용되는 도식이다.Figure 9 shows the reaction mixture of PCR comprising mutagenesis primer (D150N) and the mutant PCR product obtained from plasmid pUBTZ2 (N227H) and the recombinant plasmid pUBTZ2 (mutant) from plasmid pUBTZ2 (L144S) (L144S-D150N-N227H or L144S). -D150H-N227H).

본 발명은 써보라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제 및 그 제조방법, 특히 벤질옥시카보닐-알파-L-아스파틸-L-페닐알라닌 메틸 에스텔의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a servolysine-like neutral metallo-protease and a process for preparing the same, particularly a method for preparing benzyloxycarbonyl-alpha-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester.

써모라이신(thermolysin)은 예를 들어 세제조성물, 식품 제조 및 화장품 제조와 같이 다양한 영역에 사용되고 상업적으로 유용한 효소이다. 또한 이 효소는 인공 감미료인 아스파탐의 전구체인 벤질옥시카보닐-알파-L-아스파틸-L-페닐알라닌 메틸 에스테르(이하 Z-APM으로 약기한다)의 합성에도 사용된다.Thermolysin is an enzyme that is used in a variety of fields and commercially useful, for example, in detergent compositions, food preparations and cosmetic preparations. The enzyme is also used in the synthesis of benzyloxycarbonyl-alpha-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester (hereinafter abbreviated as Z-APM), a precursor of aspartame, an artificial sweetener.

써모라이신은 Bacillus Thermoproteloyticus(Endo, S. (1962) J. Fermentation Tech., 40, 346-353)의 매양 브로쓰에서 처음 발견된 후 수많은 조사가 행해졌다.Thermolysine has been extensively investigated since it was first discovered in Maeyang broth of Bacillus Thermoproteloyticus (Endo, S. (1962) J. Fermentation Tech., 40, 346-353).

따라서 예를 들어 그 아미노 씨퀀스(Titani, K., et al., (1972) Nature New Biol., 238, 35-37)와 효소의 3차원 구조(Holmes, M. A. and Matthews, B. W. (1982) J. Mol. Biol. 160., (623-639)가 밝혀졌다. 한편 프로테아제 유전자가 Bacillus thermoproteolyticus(유럽특허 EP-A-0418625호)로부터 클론되었고, 이 유전자의 뉴클레오티드 씨퀀스로부터 도출된 성숙한 효소의 아미노산 씨퀀스는 Titani가 표시한 1차 구조와 두 부분이 달랐다.Thus, for example, the amino sequence (Titani, K., et al., (1972) Nature New Biol., 238, 35-37) and the three-dimensional structure of the enzyme (Holmes, MA and Matthews, BW (1982) J. Mol. Biol. 160., (623-639), while the protease gene was cloned from Bacillus thermoproteolyticus (European Patent EP-A-0418625) and the amino acid sequence of the mature enzyme derived from the nucleotide sequence of this gene. The two parts differed from the primary structure indicated by Titani.

따라서 성숙한 효소의 37번째 아미노산 잔기(아미노 말단으로부터)는 아스파트산이 아닌 아스파라긴이고 119번째 아미노산 잔기는 글루탐산이 아닌 클루타민이라는 것이 보고되었다. 이 아미노산 씨퀀스는 Bacillus Stearothermophilus(Kubo, M., et al., Journal of Genreal Microbiology 134(1988), p.1887)로부터 클론된 프로테아제 유전자들 중 하나인 nprM으로 코딩되는 것과 동일하다.Thus, it was reported that the 37th amino acid residue (from the amino terminus) of the mature enzyme is asparagine rather than aspartic acid and the 119th amino acid residue is glutamine, not glutamic acid. This amino acid sequence is identical to that encoded by nprM, one of the protease genes cloned from Bacillus Stearothermophilus (Kubo, M., et al., Journal of Genreal Microbiology 134 (1988), p. 1887).

따라서 본 명세서에서 이 nprM 유전자 또는 Bacillus thermoproteloyticus 로부터 나온 유전자에 의해 코딩되는 프로테아제는 야생형 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제로 나타낸다.Thus the protease encoded by this nprM gene or gene from Bacillus thermoproteloyticus is referred to herein as the wild type thermolysine-like neutral metallo-protease.

써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 안정성과 특이 활성의 변경이 기록되어 있다(Kubo M., et al., (1992) Applid and Environmental Microbiology, 58, 3779-3783). 이 논문에는 1차구조에서 하나 또는 그 이상의 아미노산 잔기, 특히 93, 110, 114, 115, 136, 137, 143, 151, 157, 193, 211, 217 및 221 위치가 다른 다양한 돌연변이체가 기재되어 있다. 그러나 이 참조문헌에는 활성이 카제인 소화법에 의해서만 측정되어 있다. 그러나 이 참조문헌에는 활성이 카제인 소화법에 의해서만 측정되어 있다. 그러나 이들 돌연변이체 중 어느것도 Z-APM합성이나 소화와 관련된 실질적으로 개량된 활성을 나타내지 않았다. 또한(하기에 실시예에서 좀더 상세히 설명하는 것처럼)카제인 소화 활성이 Z-APM 합성이 대한 활성과 상호 관련이 없다는 것이 알려졌다:이는 카제인 소화에 대한 특이 활성이 증가한다해도 Z-APM 합성에 대한 특이 활성이 항상 증가하는 것은 아니라는 것을 나타낸다.Alterations in the stability and specific activity of thermolysine-like neutral metallo-proteases have been recorded (Kubo M., et al., (1992) Applid and Environmental Microbiology, 58, 3779-3783). This paper describes a variety of mutants that differ in one or more amino acid residues in the primary structure, particularly at 93, 110, 114, 115, 136, 137, 143, 151, 157, 193, 211, 217 and 221 positions. However, in this reference the activity is measured only by the casein digestion method. However, in this reference the activity is measured only by the casein digestion method. However, none of these mutants showed substantially improved activity related to Z-APM synthesis or digestion. It has also been found that casein digestion activity is not correlated with activity for Z-APM synthesis (as described in more detail in the Examples below), which is specific for Z-APM synthesis even if the specific activity for casein digestion is increased. It indicates that activity does not always increase.

이러한 관찰에 기초할 때, 효소의 비교적 낮은 활성, 생성물 Z-APM과 출발물질인 L-또는 D,L-페닐알라닌 메틸 에스테르(PM)의 축합반응과 가수분해동안 효소의 불활성화와 같은 Z-APM의 효소적 합성에 있어서 긴 반응시간 및/또는 적합하지 않은 pH에 기인한 다양한 문제가 있기 때문에 야생형 써모라이신보다 Z-APM의 합성에 대한 보다 높은 활성을 갖는 개량된 효소를 개발할 필요가 있다.Based on this observation, Z-APM such as relatively low activity of enzyme, condensation of product Z-APM with starting material L- or D, L-phenylalanine methyl ester (PM) and inactivation of enzyme during hydrolysis. Because of various problems due to long reaction times and / or inadequate pH in the enzymatic synthesis of N, it is necessary to develop improved enzymes having higher activity for the synthesis of Z-APM than wild type thermolysine.

본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하는 것이다. 특정 위치가 고유하게 치환된 아미노산이 다양한 아미노산 중에서 선택될 때 뛰어난 특성을 갖는 효소가 얻어질 수 있다는 것을 발견했다. 하기에 도시한 (야생형)아미노산 씨퀀스 SEQ ID NO:1를 갖는 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제부터, 본래의 것과 다른 아미노산 잔기를 갖는 씨퀀스내 특정 자리에서 하나 또는 그 이상의 아미노산 잔기를 치환시켜서 새로운 프로테아제가 유도되었다. 특히 본 발명에 따른 변형된 프로테아제는 하기 아미노산 잔기의 적어도 하나를 다른 아미노산 잔기로 치환시킴으로써 얻어진다: 144번째(로이신), 150번째(아스파트산), 187번째(글루탐산) 및 227번째(아스파라긴)아미노산 잔기.The object of the present invention is to solve the above problem. It has been found that enzymes with excellent properties can be obtained when amino acids with unique positions at particular positions are selected from a variety of amino acids. From thermolysine-like neutral metallo-proteases having the (wild-type) amino acid sequence SEQ ID NO: 1 shown below, by replacing one or more amino acid residues at specific sites in the sequence having amino acid residues different from the original Protease was induced. In particular modified proteases according to the invention are obtained by substituting at least one of the following amino acid residues for another amino acid residue: 144 th (leucine), 150 th (aspartic acid), 187 th (glutamic acid) and 227 th (asparagine) Amino acid residues.

특히 상기 나타난 바와 같이 아미노산 씨퀀스를 갖는 변형된 효소중 144, 150, 187 및 227번째 위치의 아미노산 잔기중 적어도 한 위치가 변형된 효소가 야생형 효소에 비해 Z-APM의 소화나 합성에 높은 특이 활성을 나타낸다. 이것은 Bacillus Stearothermophilus로부터 유도된 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 A-APM 합성의 활성을 어떻게 강화하는가 하는 문제를 해결한다. 게다가 보다 낮은 pH에서 보다 높은 활성을 갖는 효소를 제공하고 따라서 Z-APM 합성동안 Z-APM과 PM의 가수분해가 적어지게 된다.In particular, as shown above, at least one of the amino acid residues at positions 144, 150, 187, and 227 of the modified enzyme having an amino acid sequence has higher specific activity in digesting or synthesizing Z-APM than the wild type enzyme. Indicates. This solves the problem of how to enhance the activity of A-APM synthesis of thermolysine-like neutral metallo-proteases derived from Bacillus Stearothermophilus. In addition, it provides enzymes with higher activity at lower pH and thus less hydrolysis of Z-APM and PM during Z-APM synthesis.

상기에 명시한 둘 또는 그 이상의 위치에서 치환에 의해 얻어지는 효소 또한 본 발명의 영역내에 포함된다는 것을 주목해야 한다. 또한 상기 명시한 적어도 하나의 아미노산 잔기의 치환 및 다른 아미노산 잔기의 적어도 하나를 그와 다른 아미노산으로 추가적으로 치환됨에 의해 얻어지는 효소 또한 본 발명의 영역에 포함된다는 것을 주목해야 한다.It should be noted that enzymes obtained by substitution at two or more positions specified above are also included within the scope of the present invention. It should also be noted that enzymes obtained by substitution of at least one amino acid residue specified above and by further substitution of at least one of the other amino acid residues with other amino acids are also included within the scope of the present invention.

본 발명에 따른 명세서에 기재된 프로테아제는 야생형 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 씨퀀스와는 다른 변형된 씨퀀스를 갖는 유도체이다. 특히, 이 프로테아제는 Z-APM합성과 소화에 대한 증가된 활성을 갖는다. 전형적으로 이것은 Z-APM 합성 및/또는 소화 활성을 분석하고, 동일한 방식으로 정량 분석된 야생형의 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 활성과 상기 화성을 비교함으로써 결정된다. 이 과정은 하기 실시예에서 좀더 설명한다.The proteases described in the specification according to the invention are derivatives having a modified sequence different from that of wild type thermolysine-like neutral metallo-proteases. In particular, this protease has increased activity against Z-APM synthesis and digestion. Typically this is determined by analyzing Z-APM synthesis and / or digestive activity and comparing the chemical activity with the activity of the wild type thermolysine-like neutral metallo-protease quantified in the same manner. This process is described further in the following examples.

변형된 효소는 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 공지의 방법에 의해 제조될 수 있다.Modified enzymes can be prepared by known methods by one of ordinary skill in the art.

본 발명의 변형된 프로테아제를 제조하는 바람직한 방법은 재조합 DNA방법에 의해 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 144, 150, 187 및 227번째 위치 중 적어도 하나의 예정된 위치로 아미노산 씨퀀스를 변형시키는 것이다. 얻어진 프로테아제의 안정성은 최종 용도에 대한 정량분석 테스테에 의해 측정될 수 있다.A preferred method of making the modified protease of the present invention is by modifying the amino acid sequence to a predetermined position of at least one of positions 144, 150, 187 and 227 of the thermolysine-like neutral metallo-protease by recombinant DNA methods. The stability of the protease obtained can be measured by quantitative testes for the end use.

클론된 DNA를 돌연변이화하는데 사용되는 다양한 방법이 공지되어 있다. 예를 들어 돌연변이체 nprM 유전자 단편은 M13 파지 돌연변이 생성방법(Vandeyar, M. et al.,(1988) Gene, 65, 129 참조)을 사용하여 제조된다.Various methods are known that are used to mutate cloned DNA. For example, the mutant nprM gene fragment is prepared using the M13 phage mutation generation method (see Vandeyar, M. et al., (1988) Gene, 65, 129).

이 방법에서 템플레이트로 사용되는 플라스미드와 파지 DNA는 공지의 플라스미드인 pMK1에서 유도될 수 있다(Kubo, M. and Imanaka, T. (1989) J. Bacteriol, 171, 4080-4082). 몇 개의 제한 엔도뉴클레아제는 소화 및 nprM 유전자 단편을 다른 플라스미드나 파지 벡터에 클로닝하는데 사용된다.Plasmids and phage DNA used as templates in this method can be derived from the known plasmid pMK1 (Kubo, M. and Imanaka, T. (1989) J. Bacteriol, 171, 4080-4082). Several restriction endonucleases are used to digest and clone nprM gene fragments into other plasmids or phage vectors.

돌연변이성 플라이머는 치환된 아미노산 잔기(들)를 코딩하는 코돈(들)을 제외하면 nprM 유전자를 포함하는 단쇄상 템플레이트 DNA와 상보적이어야 한다. 이러한 치환된 아미노산 잔기(들)에 대하여 다른 코돈(들)을 갖는 돌연변이성 프라이머를 사용함으로써 어떠한 원하는 아미노산 치환체도 얻을 수 있다.Mutant primers should be complementary to the single-stranded template DNA containing the nprM gene except for the codon (s) encoding the substituted amino acid residue (s). Any desired amino acid substituent can be obtained by using mutagenic primers having different codon (s) for such substituted amino acid residue (s).

또한 nprM 유전자는 화학적으로 합성된 프라이머(Higuchi, R. Krummel, B., and Saiki, R, K., (1988) Nucleic acids Res. 16. 7351-7367)를 사용하여 PCR 기술(폴리머라제 체인 반응)에 의해 돌연변이화될 수 있다. 제한 효소 위치가 돌연변이 위치 근처에 존재할 때, 이 PCR 방법은 특히 유용하다. 예를 들어 제한 효소 Sph I의 절단위치가 야생형 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 150번째 위치에 있는 아스파트산의 코돈 근처에 있기 때문에, 이 SPH I 위치를 포함하는 돌연변이성 프라이머는 150번째 위치에 돌연변이체를 생성하는데 사용될 수 있다.The nprM gene can also be synthesized using PCR techniques (polymerase chain reactions) using chemically synthesized primers (Higuchi, R. Krummel, B., and Saiki, R, K., (1988) Nucleic acids Res. 16. 7351-7367). May be mutated). This PCR method is particularly useful when the restriction enzyme site is near the mutation site. For example, since the cleavage site of the restriction enzyme Sph I is near the codon of aspartic acid at position 150 of the wild type thermolysine-like neutral metallo-protease, the mutant primer containing this SPH I site is It can be used to generate mutants in position.

따라서 돌연변이성 프라이머가 감지 프라이머로 사용된다. 역 방향 프라이머(안티센스)로써 사용될 수 있는 올리고뉴클레오티드는 예를 들어 nprM 유전자의 Aat I 절단 위치로부터 nprM 유전자 아래 방향과 상보적이다.Mutant primers are therefore used as detection primers. Oligonucleotides that can be used as reverse primers (antisenses) are complementary to the nprM gene, for example, from the Aat I cleavage position of the nprM gene.

하나 이상의 위치에 돌연변이화 시키는데 두가지 방법이 사용된다. 하나의 방법은 모든 목표 위치를 동시에 돌연변이화시키는 것인 반면, 다른 방법은 하나씩 순차적으로 돌연변이화 하는 것이다. 두가지 방법 모두 실제로 하나 이상의 위치에 돌연변이화된 플라스미드를 제공한다.Two methods are used to mutate at one or more positions. One method is to mutate all target positions simultaneously, while the other is to mutate one by one sequentially. Both methods actually provide plasmids that are mutated at one or more positions.

재조합 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제를 제조하는 일반적인 방법은 문헌 Kubo, M. and Imanaka T., (1989) J. Bacteriol., 171, 4080-4082에 기제되어 있으며, 이 방법은 변형된 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제를 코딩하는 DNA를 표현 벡터에 삽입하고, 이 벡터를 숙주세포를 형질전환 시키는데 사용하고, 배양액에 변형된 메탈로-프로테아제가 축적될 때까지 형질전환체를 배양하고, 변형된 효소를 배양액으로부터 회수하는 것으로 구성된다. 그러나 이 참조문헌에 사용된 플라스미드 pMK1은 크기가 20kb 이상이고, 따라서 실질적으로 상기 플라스미드로 Escherichia coli를 형질전환 시키기 어렵다. 게다가 Bacillus subtilis 에서도 역시 플라스미드 pMK1은 배양의 후기 단계에서 상당량이 드롭-아웃되는 것이 발견되었다.A general method for preparing recombinant thermolysine-like neutral metallo-proteases is described in Kubo, M. and Imanaka T., (1989) J. Bacteriol., 171, 4080-4082, which modify the thermostat. Insert the DNA encoding the lysine-like neutral metallo-protease into the expression vector, use the vector to transform host cells, incubate the transformant until the modified metallo-protease accumulates in the culture and And recovering the modified enzyme from the culture. However, the plasmid pMK1 used in this reference is more than 20 kb in size, and therefore it is difficult to substantially transform Escherichia coli with the plasmid. In addition, in Bacillus subtilis, plasmid pMK1 was also found to drop out significantly in the later stages of culture.

따라서 그러한 문제를 극복하기 위하여 본 발명의 발명자들은 숙주인 Escherichia coli와 Bacillus subtilis가 형질전환 될 수 있고, 이들 숙주에서, nprM 유전자를 발현할 수 있는 셔틀 벡터를 제조했다. 그래서 제1도 내지 제4도에 도시한 것처럼 nprM 유전자를 포함하는 두 개의 셔틀벡터가 제조되었다(pUBTZ1과 puBTZ2).Therefore, in order to overcome such a problem, the inventors of the present invention prepared a shuttle vector capable of transforming the host Escherichia coli and Bacillus subtilis, and in these hosts, can express the nprM gene. Thus, two shuttle vectors containing the nprM gene were prepared as shown in FIGS. 1 to 4 (pUBTZ1 and puBTZ2).

이들이 HB101과 JM103과 같은 Escherichia coli 균주를 형질전환하는데 사용될 때, nprM 유전자가 이들 균주에서 발현된다. 또한 DB104, DB117 및 MT-2와 같은 Bacillus subtilis 균주를 이들 플라스미드로 형질전화시키면 nprM 유전자가 성공적으로 발현된다. 또한 배양 후기 단계에서 드롭-아웃도 관찰되지 않는다.When they are used to transform Escherichia coli strains such as HB101 and JM103, the nprM gene is expressed in these strains. In addition, transformation of Bacillus subtilis strains such as DB104, DB117 and MT-2 into these plasmids successfully expresses the nprM gene. In addition, no drop-out was observed in the later stages of culture.

이들 셔틀 벡터를 이용하는 유사한 결과 및 장점은 야생형 유전자 대신 변형된 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제를 사용해서도 얻어진다는 것이다. 변형된 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제는 재조합 박테리아에서 제조될 수 있고, 배양 배지에 분비된다. 이러한 프로테아제는 암모늄 설파이트 침전에 의해 회수되고 소수성 상호작용 크로마토 그래피 및/또는 겔 여과와 같은 통상의 방법에 의해 균질하게 정제된다.Similar results and advantages of using these shuttle vectors are also obtained using modified thermolysine-like neutral metallo-proteases instead of wild-type genes. Modified thermolysine-like neutral metallo-proteases can be prepared in recombinant bacteria and secreted into the culture medium. Such proteases are recovered by ammonium sulfite precipitation and homogeneously purified by conventional methods such as hydrophobic interaction chromatography and / or gel filtration.

이 변형된 프로테아제는 야생형 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제보다 더 효과적으로 아스파탐의 전구체인 Z-APM의 합성에 사용된다. 이것은 이들 변형된 프로테아제의 Z-APM 소화와 Z-APM 합성에 대한 활성을 야생형 효소의 활성과 비교함으로써 나타나는데, 변형된 프로테아제의 활성이 야생형 효소에 비해 훨씬 높은 것으로 나타났다. 이들 활성의 측정치는 학 실시예에 기재한다.This modified protease is used for the synthesis of Z-APM, the precursor of aspartame, more effectively than the wild type thermolysine-like neutral metallo-protease. This is shown by comparing the activity of Z-APM digestion and Z-APM synthesis of these modified proteases with the activity of wild type enzymes, indicating that the activity of the modified protease is much higher than that of wild type enzymes. Measurements of these activities are described in the Examples.

본 발명에서 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 아미노 말단 아미노산으로부터 144, 150, 187, 227번째 위치는 특히 이들 위치중 둘또는 셋이 결합되어 있을 때 Z-APM 소화나 합성에 대한 활성을 강화하는데 상당히 효과적이라는 것을 알았다.In the present invention, positions 144, 150, 187, and 227 from the amino terminal amino acids of the thermolysine-like neutral metallo-protease enhance the activity of Z-APM digestion or synthesis, particularly when two or three of these positions are joined. I found it to be quite effective.

카제인 소화 활성은 Z-APM 합성 또는 소화에 대한 활성과는 관련되지 않는다는 것을 주목해야 한다. 카제인과 Z-APM에 대한 돌연변이 효소의 활성을 비교할 때, 카제인 소화에 대한 활성이 감소되어도 Z-APM 함성 및/또는 소화에 대한 활성은 크게 증가될 수 있다는 것이 명백하다. 하기에 실시예를 참조하여 본 발명을 좀더 상세히 설명하는데, 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것일뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.It should be noted that casein digestive activity is not related to Z-APM synthesis or activity on digestion. When comparing the activity of mutant enzymes for casein and Z-APM, it is clear that even if the activity for casein digestion is reduced, the activity for Z-APM crying and / or digestion can be greatly increased. The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which are intended to illustrate the present invention, but the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

[187번째(실시예 1A) 또는 227번째(실시예 1B)아미노산 잔기에 돌연변이된 돌연변이 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 합성][Synthesis of Mutant Thermolysine-Like Neutral Metallo-Protease Mutated to 187th (Example 1A) or 227th (Example 1B) Amino Acid Residues

Bacillus Stearothermophilus MK 232에서 유도된 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제 유전자 nprM을 함유하는 플라스미드 pMK1 1㎍을 반응 혼합물(pH 7.5인 Tris-HCl 50mM, MgCl210mM, DTT 1mM) 20㎕에서 Pst I과 BamH I 각각 5단위로 37℃에서 2시간 소화시켰다. 이 샘플을 1% 한천 겔에서 전기영동하여 대략 3.5kb DNA 단편을 분리시켜서, Bio-101 유전자 크린 DNA 정제장치(Bio-101 Gene Clean DNA purification kit)를 사용하여 정제했다.1 μg of plasmid pMK1 containing the thermolysine-like neutral metallo-protease gene nprM derived from Bacillus Stearothermophilus MK 232 was mixed with 20 μl of Pst I in 20 μl of the reaction mixture (tris-HCl 50 mM, MgCl 2 10 mM, DTT 1 mM, pH 7.5). 5 units of BamH I were digested for 2 hours at 37 ° C. This sample was electrophoresed on a 1% agar gel to separate approximately 3.5 kb DNA fragments and purified using a Bio-101 Gene Clean DNA purification kit.

한편 플라스미드 pUC9 1㎍을 상기한 반응 혼합물 20㎕에서 Pst I과 BamH I 각각 5단위로 37℃에서 2시간 처리했다.Meanwhile, 1 µg of plasmid pUC9 was treated in 20 µl of the reaction mixture described above for 5 hours at 37 ° C in 5 units of Pst I and BamH I, respectively.

nprM 유전자의 Pst I-BamH I 단편을 다카라 슈조 DNA 결찰 장치(Takara Shuzo DNA ligation kit)를 사용하여 pUC9의 Pst I-BamH I 소화물에 결찰하고, 이 결찰 혼합물을 통상의 방법으로 Escherichia coli JM 109을 형질전환하는데 사용하여 nprM 유전자의 Pst I-BamH I 단편을 포함하는 재조합 플라스미드(pUCTZ55)를 얻었다(제5도).The Pst I-BamH I fragment of the nprM gene was ligated to the Pst I-BamH I digest of pUC9 using a Takara Shuzo DNA ligation kit, and the ligation mixture was transferred to Escherichia coli JM 109 by conventional methods. The recombinant plasmid (pUCTZ55) containing the Pst I-BamH I fragment of the nprM gene was used for transformation (Figure 5).

재조합 플라스미드 pUCTZ55 1㎍을 반응 혼합물(pH 7.5인 Tris-HCl 50mM, 10mM MgCl2, 100mM NaCl, 1mM DTT) 20㎕에서 Sph I과 Bcl I 각각 5단위로 37℃에서 2시간 소화시켰다. 이 샘플을 1% 한천 겔 전기영동하여 대략 550kbp DNA단편을 분리하고 Bio-101 유전자 크린 DNA 정제장치를 사용하여 정제했다. 한편, 파지 벡터 M13mp 181㎍을 상기한 반응 혼합물 20㎕에서 Sph I과 BamH I각 5단위로 37℃에서 2시간 소화시켰다.1 μg of the recombinant plasmid pUCTZ55 was digested in 20 μl of the reaction mixture (TriS-HCl 50 mM, 10 mM MgCl 2 , 100 mM NaCl, 1 mM DTT, pH 7.5) for 5 hours at 37 ° C. in 5 units of Sph I and Bcl I, respectively. This sample was subjected to 1% agar gel electrophoresis to separate approximately 550kbp DNA fragments and purified using a Bio-101 Gene Clean DNA Purifier. Meanwhile, 181 μg of phage vector M13mp was digested in 20 μl of the reaction mixture at 37 ° C. for 5 hours at 5 units of Sph I and BamH I.

nprM 유전자의 ShpI-BclI 단편을 다카라 슈조 DNA 결찰 장치를 사용하여 M13mp18의 Sph I-BamH I 소화물에 결찰하고, 이 결찰 혼합물을 통상의 방법으로 Escherichia coli JM109을 형질전환하는데 사용하여 nprM 유전자의 Sph I-Bcl I단편을 포함한는 재조합 파지(M137TZSp-Bc)를 얻었다(제6도).The ShpI-BclI fragment of the nprM gene was ligated to the Sph I-BamH I digest of M13mp18 using a Takara Shuzo DNA Ligation Apparatus, and the ligation mixture was used to transform Escherichia coli JM109 in a conventional manner to the Sph I of the nprM gene. Recombinant phage (M137TZSp-Bc) containing -Bcl I fragment was obtained (FIG. 6).

통상의 방법에 의해 M137TZSp-Bc로부터 단쇄 DNA를 제조하고 돌연변이를 유발시켰다. 돌연변이를 유발시키기 위해 사용된 올리고뉴클레오티드는 응용된 바이오시스템 모델 380B DNA 합성기를 사용하여 제조했다.Single chain DNA was prepared from M137TZSp-Bc by conventional methods and mutations were induced. Oligonucleotides used to induce mutations were prepared using an applied biosystem model 380B DNA synthesizer.

187번째 잔기(글루탐산을 글루타민으로 교체, 실시예 1A)와 227번째 잔기(아스파라긴을 히스티딘으로 대체, 실시예 1B)를 대체시키는데 사용된 돌연변이성 올리고 뉴클레오티드는 하기와 같다.Mutant oligonucleotides used to replace the 187th residue (glutamic acid with glutamine, Example 1A) and the 227th residue (asparagine with histidine, Example 1B) are as follows.

돌연변이 생성은 USB T7-GEN 시험관 돌연변이 생성장치를 사용하여 실시하였고, 그후 돌연변이화를 확인하기 위해 DNA 씨퀀싱했다.Mutagenesis was performed using a USB T7-GEN in vitro mutation generator, followed by DNA sequencing to confirm mutations.

돌연변이화된 M13TZSp-Bc의 복쇄 DNA가 통상의 방법에 의해 제조되었고, 이 복쇄 DNA 1㎍을 반응 혼합물(pH 7.5인 50mM Tris-HCl, 10mM MgCl2, 100mM NaCl, 1mM DDT) 20㎕에서 Sph I와 Aat I 각각 5단위로 37℃에서 2시간 소화시켰고, 각 샘플을 1% 한천 겔에서 전기영동했다. 각각의 M13TZSp-Bc 소화물로부터 약 550kbp DNA 단편을 분리시키고 바이오-101 유전자 크린 DNA정제장치에서 정제하였다.The double-stranded DNA of the mutated M13TZSp-Bc was prepared by a conventional method, and 1 μg of the double-stranded DNA was added to 20 μl of Sph I in a reaction mixture (50 mM Tris-HCl, 10 mM MgCl 2 , 100 mM NaCl, 1 mM DDT at pH 7.5). 5 units of Aat I and 5 units of A2 were digested at 37 ° C. for 2 hours, and each sample was electrophoresed on 1% agar gel. About 550kbp DNA fragments were isolated from each M13TZSp-Bc digest and purified on a Bio-101 Gene Clean DNA Purifier.

동시에 Bacillus subtilis의 발현을 위한 벡터 단편을 후술하는 방법에 의해 조제하였다. 플라스미드 pMK4(Yamada et al., (1991) Gene, 99, 109-114)로부터, nprM 유전자 일부를 포함하는 약 1.0kb DNA단편을 Bcl I으로 소화시키고, 플라스미드 pUC9 의 BamH I 위치에 클론하여 플라스미드 pUCTZ37을 제조하였다(제1도). 플라스미드 pUCTZ37은 nprM 유전자의 5'-말단부를 갖지 않는 불완전한 것이다. 플라스미드 pUCTZ37를 제한 엔도뉴클레아제 HindIII으로 소화시키고 pMK4의 약 1.2kb HindIII단편을 보다 큰 pUCTZ37 단편으로 클론하여 플라스미드 pUCTZ47을 제조했다(제2도). 재조합 플라스미드 pUCTZ47은 nprM의 전체 씨퀀스와 그것의 전사 프로모터 씨퀀스를 포함한다.At the same time, a vector fragment for the expression of Bacillus subtilis was prepared by the method described below. From plasmid pMK4 (Yamada et al., (1991) Gene, 99, 109-114), about 1.0 kb DNA fragment containing a portion of the nprM gene was digested with Bcl I, cloned to the BamH I site of plasmid pUC9 and plasmid pUCTZ37 Was prepared (FIG. 1). Plasmid pUCTZ37 is incomplete without the 5'-end of the nprM gene. Plasmid pUCTZ47 was prepared by digesting plasmid pUCTZ37 with restriction endonuclease HindIII and cloned about 1.2 kb HindIII fragment of pMK4 into larger pUCTZ37 fragment (Figure 2). Recombinant plasmid pUCTZ47 contains the entire sequence of nprM and its transcriptional promoter sequence.

Escherichia coli와 Bacillus subtilis사이의 셔틀 젝터를 제조하기 위해서, pUCTZ47과 pUB110(Lacey et al., 1974)을 EcoR I으로 소화시키고, T4폴리뉴클레오티드 키나제로 결찰하여 플라스미드 pUBTZ1을 제조했다(제3도 참조).To prepare a shuttle ejector between Escherichia coli and Bacillus subtilis, pUCTZ47 and pUB110 (Lacey et al., 1974) were digested with EcoR I and ligated with T4 polynucleotide kinase to prepare plasmid pUBTZ1 (see Figure 3). .

마지막으로 엔도뉴클레아제 Sma I과 PuvII로 제한 위치 사이의 DNA단편을 제4도에 도시한 것처럼 플라스미드 pUBTZ1으로부터 삭제하여 플라스미드 pUBTZ2를 제조했다. 플라스미드 pUBTZ2는 nprM 유전자에서 단일한 BamH I, Sph I 및 Aat I 제한위치를 갖는다. 돌연변이체 유전자를 갖는 야생형 유전자의 치환은 하기와 같이 실시하였다.Finally, plasmid pUBTZ2 was prepared by deleting the DNA fragment between the restriction sites with endonuclease Sma I and PuvII from plasmid pUBTZ1 as shown in FIG. Plasmid pUBTZ2 has a single BamH I, Sph I and Aat I restriction position in the nprM gene. Substitution of the wild type gene with the mutant gene was carried out as follows.

플라스미드 pUBTZ2를 Sph I과 Aat I으로 소화시키고, 7.6kb단편을 분리하였다.Plasmid pUBTZ2 was digested with Sph I and Aat I and 7.6 kb fragments were isolated.

이렇게 얻은 pUBTZ2를 Shp I-Aat I 단편에 다카라 슈조 DNA 결찰 정치를 이용하여 nprM 유전자의 돌연변이화된 Sph I-Aat I 단편(약 550bp)을 결찰하였다. 이 결찰 혼합물을 통상의 방법으로 Escherichia coli JM103을 형질전환시키는데 사용하여 재조합 플라스미드 pUBTZ2(E187Q)와 pUBTZ2(N227H)을 제조하었다(제7도 참조).PUBTZ2 thus obtained was ligated to Shp I-Aat I fragments using Takara Shuzo DNA ligation politics to mutated Sph I-Aat I fragments (about 550bp) of the nprM gene. This ligation mixture was used to transform Escherichia coli JM103 in a conventional manner to prepare recombinant plasmids pUBTZ2 (E187Q) and pUBTZ2 (N227H) (see Figure 7).

재조합 플라스미드 pUBTZ2(돌연변이체)를 통상의 방법으로 Bacillus subtilis 균주 MT-2로 형질전환하였다. 세포 현탁액을 1% 카제인과 5㎍/㎖카나마이신을 함유하는 LB 한천 플레이트에 펴 넣고 37℃에서 밤새 배양했다. 마지막으로 할로-형성콜로니의 분리로 재조합 플라스미드 pUBTZ2(돌연변이체)를 얻었다.Recombinant plasmid pUBTZ2 (mutant) was transformed with Bacillus subtilis strain MT-2 in a conventional manner. The cell suspension was spread on LB agar plates containing 1% casein and 5 μg / ml kanamycin and incubated overnight at 37 ° C. Finally, separation of the halo-forming colonies yielded the recombinant plasmid pUBTZ2 (mutant).

재조합 Bacillus subtilis MT-2/pUBTZ2(돌연변이체)의 단일 콜로니를 카나마이신 (5㎍/㎖)을 함유하는 LB배지 5㎖에 옮기고 37℃에서 밤새 배양했다. 배양액을 카나마이신(5㎍/㎖)을 함유하는 2L배지(2% 박토 트립톤, 1% 효모 추출물, 0.5% NaCl)500㎖에 옮기고 37℃에서 20시간 배양했다. 박테리아를 제거하기 위하여 배양액 브로쓰를 800rpm에서 30분간 원심분리하고, 암모늄 설페이트를 상징액에 넣어 60% 포화액을 얻고 혼합물을 4℃에서 밤새 교반했다.A single colony of recombinant Bacillus subtilis MT-2 / pUBTZ2 (mutant) was transferred to 5 ml LB medium containing kanamycin (5 μg / ml) and incubated overnight at 37 ° C. The culture was transferred to 500 ml of 2 L medium (2% bacto tryptone, 1% yeast extract, 0.5% NaCl) containing kanamycin (5 µg / ml) and incubated at 37 ° C for 20 hours. To remove the bacteria, the broth broth was centrifuged at 800 rpm for 30 minutes, ammonium sulfate was added to the supernatant to obtain 60% saturated solution, and the mixture was stirred at 4 ° C. overnight.

침전물을 원심분리로 회수하고 완충액 A(pH 9.0인 Tris-HCl 20mM, 10mM CaCl2) 10㎖에 용해했다. 용액을 부틸-토요펄 20㎖에 넣고 완충액 A로 흐름속도 1.5㎖/min 으로 용출했다. 활성인 부분은 결합시키고, 60% 포화된 암모늄 설페이트로 염석했다. 15,000rpm에서 30분간 원심분리하여 침전물을 모은 후 완충액 B(pH 7.5인 Tris-HCl 20mM, 10mM CaCl2)5㎖에 용해했다. 효소 용액은 겔-여과 칼럼(TSK Gel G2000 SW 21.5×600mm)에 더 여과하고, 완충액 B로 흐름속도 1㎖/min 으로 용출했다. 활성인 용출물은 결합하여 정제된 효소를 생성한다.The precipitate was recovered by centrifugation and dissolved in 10 ml of Buffer A (20 mM Tris-HCl, 10 mM CaCl 2 , pH 9.0). The solution was poured into 20 ml of butyl-Toyopearl and eluted with buffer A at a flow rate of 1.5 ml / min. The active part was bound and salted with 60% saturated ammonium sulfate. The precipitate was collected by centrifugation at 15,000 rpm for 30 minutes, and then dissolved in 5 ml of buffer B (20 mM of Tris-HCl, 10 mM CaCl 2 , pH 7.5). The enzyme solution was further filtered on a gel-filtration column (TSK Gel G2000 SW 21.5 x 600 mm) and eluted with buffer B at a flow rate of 1 ml / min. The active eluate binds to produce purified enzyme.

[실시예 2]Example 2

[부작위 돌연변이 생성에 의해 144번째 아미노산 잔기에 돌연변이된 돌연변이 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 합성][Synthesis of Mutant Thermolysine-Like Neutral Metallo-Protease Mutated to 144th Amino Acid Residue by Submutation Generation]

제한효소(Pst I과 BamH I 대신 BamH I과 Sph I)와 M13 파지 벡터(mp18 대신 mp19)가 사용된 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 nprM 유전자의 BamH I-Sph I단편을 포함하는 재조합 파지 M13TZBa-Sp를 제조하였다. 재조합 파지 M13TZBa-Sp 의 제조공정이 제8도에 도시되어 있다.Recombination comprising the BamH I-Sph I fragment of the nprM gene in the same manner as in Example 1 except that restriction enzymes (BamH I and Sph I instead of Pst I and BamH I) and M13 phage vectors (mp19 instead of mp18) were used Phage M13TZBa-Sp was prepared. The manufacturing process of the recombinant phage M13TZBa-Sp is shown in FIG.

M13TZBa-Sp의 단쇄 DNA를 IM NaNO2(pH 4.3)를 함유하는 0.25M 나트륨 아세테이트 완충액 20㎖에서 21.5℃에서 4.5시간 배양하고, 에탄올 침전으로 DNA를 회수하였다.Single-stranded DNA of M13TZBa-Sp was incubated in 20 ml of 0.25 M sodium acetate buffer containing IM NaNO 2 (pH 4.3) for 4.5 hours at 21.5 ° C., and the DNA was recovered by ethanol precipitation.

회수된 DNA를 PCR(pH 8.8인 Tris-HCl 67mM, 16.6mM 암모늄 설페이트, 6.7mM MgCl2, 10mM 2-머캅토에탄올, 0.2mM dATP, 0.2mM dTTIP, 0.2mM dGTP, 0.1mM dCTP, 1μM M13 포워드 유니버살 프라이머, 1μM M13 리버스 프라이머)용 반응 혼합물에 용해하고 Tth DNA 폴리모라제 1단위를 가했다. 용액을 미네랄 오일 1적으로 표면을 덮었다. 93℃에서 1분 동안 변성시키고 45℃에서 1분간 어닐링하고, 72℃에서 45초 신전(extension)하는 것을 30회 반복했다. 반응 후 수층을 회수하여 페놀로 추출하고 에탄올 처리하여 증폭된 DNA를 침전에 의해 회수했다.The recovered DNA was PCR (Ph 8.8 Tris-HCl 67 mM, 16.6 mM ammonium sulfate, 6.7 mM MgCl 2 , 10 mM 2-mercaptoethanol, 0.2 mM dATP, 0.2 mM dTTIP, 0.2 mM dGTP, 0.1 mM dCTP, 1 μM M13 forward). Dissolved in the reaction mixture for universal primer, 1 μM M13 reverse primer) and 1 unit of Tth DNA polymorase was added. The solution was covered with 1 mineral oil. Denatured at 93 ° C. for 1 minute, annealed at 45 ° C. for 1 minute, and extension at 45 ° C. for 45 seconds was repeated 30 times. After the reaction, the aqueous layer was recovered, extracted with phenol, and ethanol-treated to recover amplified DNA by precipitation.

DNA량의 1/2을 반응 혼합물(pH 7.5인 Tris-HCl 50mM, 10mM, MgCl2, 100mM NaCl, 1mM DTT) 20㎕에 37℃에서 2시간동안 BamH I와 Sph I각각 5단위로 소화시켰다.One half of the DNA was digested in 5 μl of BamH I and Sph I for 2 hours at 37 ° C. in 20 μl of the reaction mixture (Tris-HCl 50 mM, 10 mM, MgCl 2 , 100 mM NaCl, 1 mM DTT, pH 7.5).

반응 혼합물을 70℃에서 5분간 배양했다. 돌연변이화된 BamH I-Sph I단편을 다카라 슈조 DNA 결찰 장치를 사용하여 pUBTZ2(7.4kb)의 BamH I-Sph I 단편을 다카라 슈조 DNA 결찰 장치를 사용하여 pUBTZ2(7.4kb)의 BamH I-Sph I 단편에 결찰하였다. 이 결찰 혼합물을 통상의 방법으로 E.Coli JM 103을 형질전환시켜 JM103/pUBTZ2(돌연변이체)를 얻었다.The reaction mixture was incubated at 70 ° C. for 5 minutes. BamH I-Sph I fragments of pUBTZ2 (7.4 kb) using the Takara Shuzo DNA ligation apparatus and BamH I-Sph I fragments of pUBTZ2 (7.4 kb) using the Takara Shuzo DNA ligation apparatus The fragment was ligated. This ligation mixture was transformed into E. Coli JM 103 by conventional methods to obtain JM103 / pUBTZ2 (mutants).

형질전환체 콜로니를 포함하는 한천 플레이트에 알칼리용액(0.2N, NaoH, 0.2% SDS) 3㎖를 가하여 콜로니를 용해하고 용액 1㎖를 회수했다. 5M 칼륨 아세테이트 1㎖를 용액에 가하고 침전물을 제거하기 위해 20분간 원심분리하고, 10분간 얼음위에 두어서 쟁각하였다. 상징액을 페놀로 처리하고 침전물은 에탄올로 처리하여 얻었다.3 ml of alkaline solution (0.2N, NaoH, 0.2% SDS) was added to an agar plate containing transformant colonies to dissolve the colonies and recover 1 ml of the solution. 1 ml of 5 M potassium acetate was added to the solution and centrifuged for 20 minutes to remove the precipitate and left to stand on ice for 10 minutes. The supernatant was treated with phenol and the precipitate was obtained by treatment with ethanol.

침전물을 진공 건조후 용해하고 돌연변이체 라이브러리(library)로 사용했다.The precipitate was dried after vacuum drying and used as a mutant library.

Bacillus subtilis 균주 MT-2를 통상의 방법으로 돌연변이체 라이브러리에 의해 형질 변환시켰다. 세포 현탁액을 1% 카제인과 5㎍/㎖카나마이신을 함유하는 LB 한천 플레이트에 펴놓고 37℃에서 밤새 배양하여 최종적으로 140 할로-형성 콜로니를 분리했다.Bacillus subtilis strain MT-2 was transformed by mutant library in a conventional manner. The cell suspension was spread on LB agar plates containing 1% casein and 5 μg / ml kanamycin and incubated overnight at 37 ° C. to finally isolate 140 halo-forming colonies.

단일 콜리니를 5㎍/㎖ 카나마이신을 함유하는 LB 배지 3㎖에 옮기고 37℃에서 밤새 배양했다. 배양액을 10000rpm에서 5분간 원심분리하고 암모늄 설페이트 포화용액 0.3㎖와 부틸-토요펄 650S 0.04㎖을 상징액 1.2㎖에 넣었다. 혼합물은 교반하고 실온에 5분 방치한 후, 용액을 10,000rpm에서 1분간 원심분리하여 상지액을 제거하고, 침전물을 세척액(pH 8.0인 8mM Tris-HCl, 8mM CaCl2, 20% 포화된 암모늄 설페이트)에 현탁하고 지름이 작은 피펫-형 칼럼에 넣었다. 0.6㎖ 세착액으로 세척한 후, 효소는 용출제(pH 8.0인 10mM Tris-HCl, 10mM CaCl2) 0.2㎖를 사용하여 용출했다. 효소 용액을 겔 여과(세파덱트 PD101)를 사용하여 탈염하여 최종적으로 정제된 효소 용액 0.5㎖를 얻었다.Single colonies were transferred to 3 ml of LB medium containing 5 μg / ml kanamycin and incubated overnight at 37 ° C. The culture was centrifuged at 10000 rpm for 5 minutes and 0.3 ml of saturated ammonium sulfate solution and 0.04 ml of butyl-Toyopearl 650S were added to 1.2 ml of the supernatant. After the mixture was stirred and left at room temperature for 5 minutes, the solution was centrifuged at 10,000 rpm for 1 minute to remove the supernatant, and the precipitate was washed with 8 mM Tris-HCl, 8 mM CaCl 2 , pH 8.0, 20% saturated ammonium sulfate. ) Into a small pipette-type column. After washing with 0.6 ml wash solution, the enzyme was eluted with 0.2 ml of eluent (10 mM Tris-HCl, 10 mM CaCl 2 , pH 8.0). The enzyme solution was desalted using gel filtration (Sepadex PD101) to obtain 0.5 mL of the finally purified enzyme solution.

효소의 농도는 염료 결합 정량분석(Bradford, M.M., (1976) Anal. Biochem., 72, 248-254)으로 측정하고, Z-APM 소화활성은 후술하는 방식으로 변성된 효소를 스크린하기 위해 측정하였다.Enzyme concentrations were determined by dye binding quantitation (Bradford, MM, (1976) Anal. Biochem., 72, 248-254), and Z-APM digestive activity was measured to screen for denatured enzymes in the manner described below. .

기질 용액(pH 8.0인 Tris-말레인산염 10mM, 10mM CaCl2, 10mM Z-APM) 1㎖를 0.05㎖효소 용액에 혼합하여 37℃에서 20분간 배양했다. 그후 정지용액(0.1M 아세트산)0.5㎖를 가하고 닌히드린 용액 1㎖를 더 가했다. 100℃에서 15분간 배양 후50% 에탄올 2℃를 가하고 흡광도를 570nm에서 측정했다. 효소 단백질 mg당 흡광도 변화로 정의하는 특이 활성을 야생형 효소의 것과 비교한 비교 수치로 나타냈다.1 ml of substrate solution (10 mM of Tris-maleate, 10 mM CaCl 2 , 10 mM Z-APM, pH 8.0) was mixed in a 0.05 ml enzyme solution and incubated at 37 ° C. for 20 minutes. After that, 0.5 ml of a stop solution (0.1 M acetic acid) was added, and 1 ml of ninhydrin solution was further added. After incubation at 100 ° C. for 15 minutes, 50% ethanol 2 ° C. was added and the absorbance was measured at 570 nm. Specific activity, defined as the change in absorbance per mg enzyme protein, is shown as a comparative value compared to that of the wild type enzyme.

Z-APM 소화에 대한 높은 활성을 갖는 두 콜로니가 얻어졌다.Two colonies with high activity on Z-APM digestion were obtained.

이들 활성값은 러프 방법(rough method)에 의해 측정한 것이라는 것을 주목해야 한다. 이들 두 클론으로부터 플라스미드 DNA를 추출하고 이들 클론의 뉴클레오티드 씨퀀스를 결정하였다. 뉴클레오티드 씨퀀스로부터 두 클론은 동일하다는 것과 38번째 글리신 잔기와 144번째 로이신 잔기가 각각 글루타민과 세린으로 치환되었다는 것을 알았다. 이 클론을 하기에 G-38Q-L144S로 나타낸다.It should be noted that these activity values are measured by the rough method. Plasmid DNA was extracted from these two clones and nucleotide sequences of these clones were determined. From the nucleotide sequence, we found that the two clones were identical and that the 38th glycine residue and the 144th leucine residue were substituted with glutamine and serine, respectively. This clone is referred to below as G-38Q-L144S.

플라스미드 pUBTZ2(G38Q-L144S)와 pUBTZ2(야생형) 각각 1㎍을 HinIII 5단위를 함유하는 반응 혼합물(pH7.5인 Tris-HCl 50mM, 10mM MgCl2, 1mM DTT) 20㎕에 37℃에서 2시간 배양했다. 이들 샘플을 1%한천겔에서 전기영동하여 약 1.1kb DNA 단편과 약 7kb DNA 단편을 각각 분리했고, 이 두 단편은 바이오-101 유전자 크린 DNA정제장치를 사용하여 정제했다.1 μg of each of the plasmids pUBTZ2 (G38Q-L144S) and pUBTZ2 (wild type) was incubated for 2 hours at 37 ° C in 20 µl of a reaction mixture containing 5 units of HinIII (pH7.5, 50 mM, 10 mM MgCl 2 , 1 mM DTT). did. These samples were electrophoresed on 1% agar gel to separate about 1.1 kb DNA fragments and about 7 kb DNA fragments, respectively, and the two fragments were purified using a Bio-101 gene clean DNA purification apparatus.

pUBTZ2(G38Q-L144S)로부터 유도된 약 7kb DNA 단편과 pUBTZ2(야생형)로부터 유도된 약 1.1kb DNA단편은 다카라 슈조 DNA결찰 장치를 사용하여 졀찰하고, 각 결찰 혼합물은 통상의 방법으로 E. Coli JM 103을 형질전환시키는데 사용하였다. 형질 전환체는 빠른 DNA 분리와 DNA 씨퀀싱에 의해 스크린되어 pUBTZ2(L144S)클론을 분리하였다.About 7 kb DNA fragments derived from pUBTZ2 (G38Q-L144S) and about 1.1 kb DNA fragments derived from pUBTZ2 (wild type) were screened using a Takara Shuzo DNA Ligation Apparatus, and each ligation mixture was subjected to E. Coli JM by conventional methods. 103 was used for transformation. Transformants were screened by rapid DNA isolation and DNA sequencing to isolate pUBTZ2 (L144S) clones.

형질전환체 Bacillus subtilis MT-2/pUBTZ2(G38Q-L144S)와 MT-2/pUBTZ2(L144S)의 단일 콜로니는 카나마이신(5㎍/㎖)를 함유하는 LB 배지 5㎖에 옮겨져서 37℃에서 밤새 배양하였다. 배양액을 카나마이신(5㎍/㎖)을 함유하는 2L 배지(2% 박토 트립톤, 1% 효모 추출물, 0.5% NaCl) 500㎖에 옮기고 37℃에서 20시간 배양하였다. 박테리아를 제거하기 위해 배양액 브로쓰를 800rpm에서 30분간 원심분리하고 암모늄 설페이트를 상징액에 가해 60% 포화액을 얻고, 이 혼합액을 4℃에서 밤새 교반했다. 원심분리에 의해 침전물을 회수하고, 완충액 A(pH 9.0인 20mM Tris-HCl, 10mM CaCl2)10㎖에 용해했다. 용액을 부틸-토요펄 20㎖에 넣고 완충액 A를 흐름속도 1.5㎖/min으로 용출했다. 활성부분이 결합되고 60% 포화 암모늄 설페이트로 염석된다. 침전물을 15,000rpm에서 30분간 원심분리하여 모으고 완충액 B(pH 7.5인 20mM Tris-HCl, 10mM CaCl2) 5㎖에 용해했다. 효소용액을 겔-여과 칼럼(TSK 겔 G2000 SW 21.5×300mm)에 넣고 완충액 B를 흐름속도 1㎖/min으로 용출했다. 활성 부분은 결합되어 정제된 효소가 제조된다.Single colonies of transformants Bacillus subtilis MT-2 / pUBTZ2 (G38Q-L144S) and MT-2 / pUBTZ2 (L144S) were transferred to 5 ml of LB medium containing kanamycin (5 μg / ml) and incubated overnight at 37 ° C. It was. The culture was transferred to 500 ml of 2 L medium (2% bacto tryptone, 1% yeast extract, 0.5% NaCl) containing kanamycin (5 μg / ml) and incubated at 37 ° C. for 20 hours. To remove the bacteria, broth broth was centrifuged at 800 rpm for 30 minutes, and ammonium sulfate was added to the supernatant to obtain 60% saturated solution, and the mixture was stirred at 4 ° C. overnight. The precipitate was recovered by centrifugation and dissolved in 10 ml of Buffer A (20 mM Tris-HCl, 10 mM CaCl 2 , pH 9.0). The solution was placed in 20 ml of butyl-toyopearl and buffer A was eluted at a flow rate of 1.5 ml / min. The active moiety is bound and salted with 60% saturated ammonium sulfate. The precipitate was collected by centrifugation at 15,000 rpm for 30 minutes and dissolved in 5 ml of Buffer B (20 mM Tris-HCl, 10 mM CaCl 2 , pH 7.5). The enzyme solution was placed in a gel-filtration column (TSK gel G2000 SW 21.5 x 300 mm), and buffer B was eluted at a flow rate of 1 ml / min. The active moieties are combined to produce purified enzymes.

[실시예 3]Example 3

[150번째 아미노산 잔기에 돌연변이된 돌연변이 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 합성][Synthesis of Mutant Thermolysine-Like Neutral Metallo-Protease Mutated to 150th Amino Acid Residue]

돌연변이 유발에 사용된 올리고 뉴클레오티드는 어플라이드 바이오시스템즈 Co. LTD에 의해 제공된 DNA 합성기 모델 380B를 사용하여 합성하였다. 돌연변이 유발 프라이머의 뉴클레오티드 씨퀀스는 하기와 같다.Oligonucleotides used for mutagenesis were described in Applied Biosystems Co. Synthesis was carried out using DNA synthesizer model 380B provided by LTD. The nucleotide sequence of the mutagenesis primer is as follows.

또한 하기 뉴클레오티드 씨퀀스를 갖는 역방향 프라이머를 제조하였다.In addition, reverse primers were prepared having the following nucleotide sequences.

플라스미드 pUBTZ2 1ng이 PCR용 반응 혼합물(pH 8.8인 Tris-HCl 67mM, 16.6mM 암모늄 설페이트, 6.7mM MgCl2, 10mM 2-머캅토에탄올, 0.05mM daTP, 0.05mM dTTp, 0.05mM dGTP, o.05mM dCTP, 1μM 돌연변이 유발 프라이머, 1μM 역방향 프라이머) 100㎕에 용해하고, Tth DNA 폴리머라아제 1단위를 가했다. 이 혼합물의 액면을 미네랄 오일 1적으로 덮었다. 90℃에서 1분간 변성, 45℃에서 1분간 어닐링, 72℃에서 45초간 신전하는 과정을 30번 반복했다. 반응후, 수층을 회수하여 페놀로 추출하고 에탄올 처리하여 증폭된 DNA를 회수했다.Tris-HCl 67 mM, 16.6 mM ammonium sulfate, 6.7 mM MgCl 2 , 10 mM 2-mercaptoethanol, 0.05 mM daTP, 0.05 mM dTTp, 0.05 mM dGTP, o.05 mM dCTP with 1 ng of plasmid pUBTZ2 for PCR , 1 μM mutagenesis primer, 1 μM reverse primer) were dissolved and 100 units of Tth DNA polymerase was added. The liquid level of this mixture was covered with 1 mineral oil. The process of denaturation at 90 ° C. for 1 minute, annealing at 45 ° C. for 1 minute, and extension at 72 ° C. for 45 seconds was repeated 30 times. After the reaction, the aqueous layer was collected, extracted with phenol, and ethanol-treated to recover the amplified DNA.

DNA량의 1/2량을 함유하는 반응 혼합물(pH 7.5인 Tris-HCl 50mM, 10mM MgCl2, 100mM NaCl, 1mM DTT) 20㎕를 Sph I와 Aat I 각각 5단위로 37℃에서 2시간 소화하고 70℃에서 5분간 배양하였다. 변성된 Sph I-Aat I 단편은 다카라 슈조 DNA결찰장치를 사용하여 pUBTZ2의 Sph I-Aat I 단편(7.6kb)에 결찰하고, 이 결찰 혼합물은 통상의 방법으로 Escherichia coli JM103을 형질전환시키는데 사용하여 형질전환체 JM103/pUBTZ2(돌연변이체)를 형성했다. 치환된 아미노산이 이들 플라스미드의 뉴클레오티드 씨퀀스를 결정함으로써 확인되었다.20 µl of the reaction mixture containing half the amount of DNA (50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 10 mM MgCl 2 , 100 mM NaCl, 1 mM DTT) was digested with 5 units of Sph I and Aat I at 37 ° C. for 2 hours. Incubated at 70 ° C. for 5 minutes. The denatured Sph I-Aat I fragment is ligated to Sph I-Aat I fragment (7.6 kb) of pUBTZ2 using a Takara Shuzo DNA ligation apparatus, and this ligation mixture is used to transform Escherichia coli JM103 by conventional methods. Transformant JM103 / pUBTZ2 (mutant) was formed. Substituted amino acids were identified by determining the nucleotide sequence of these plasmids.

형절전환체 Bacillus subtilis MT-2/pUBTZ2(돌연변이체)의 단일 콜로니는 카나마이신(5㎍/㎖)을 함유하는 LB 배지 5㎖에 옮겨서 37℃에서 밤새 배양하였다. 배양액을 카나마이신(5㎍/㎖)을 함유하는 2L 배지(2% 박토 트립톤, 1% 효모 추출물, 0.5NaCl)500㎖에 옮겨 37℃에서 20시간 배양하였다. 박테리아를 제거하기 위해 배양액 브로쓰를 8000rpm에서 30분 원심분리하고, 암모늄 설페이트를 상징액에 넣어 60% 포화액을 얻고 혼합물을 4℃에서 밤새 교반하였다.A single colony of the transformant Bacillus subtilis MT-2 / pUBTZ2 (mutant) was transferred to 5 ml of LB medium containing kanamycin (5 μg / ml) and incubated overnight at 37 ° C. The culture solution was transferred to 500 ml of 2 L medium (2% bacto tryptone, 1% yeast extract, 0.5NaCl) containing kanamycin (5 µg / ml) and incubated at 37 ° C for 20 hours. The broth broth was centrifuged at 8000 rpm for 30 minutes to remove bacteria, ammonium sulfate was added to the supernatant to obtain 60% saturated solution and the mixture was stirred at 4 ° C. overnight.

침전물을 원심분리하여 회수하고, 완충액 A(pH 9.0인 Tris-HCl 20mM, 10mM CaCl210㎖에 용해했다. 이 용액을 20㎖ 부틸-토요펄에 넣고 흐름속도 1.5㎖/min 에서 완충액 A로 용출했다. 활성부분은 결합되고 60% 포화된 암모늄 설페이트로 염기되었다. 15,000 rpm에서 30분 원심분리하여 침전물을 모으고 완충액 B(pH 7.5인 Tris-HCl 20mM, 10mM CaCl2) 5㎖에 용해했다. 효소 용액을 겔-여과 칼럼(TSK 겔G2000 SW 21.5×600mm)에 넣고 흐름속도 1㎖/min에서 완충액 B로 용출시켰다. 활성부분이 결합되어 정제된 효소를 얻었다.The precipitate was recovered by centrifugation and dissolved in 10 ml of Buffer A (20 mM Tris-HCl, 10 mM CaCl 2 , pH 9.0.) The solution was poured into 20 ml butyl-toyopearl and eluted with Buffer A at a flow rate of 1.5 ml / min. The active portion was bound and basified with 60% saturated ammonium sulfate, centrifuged at 15,000 rpm for 30 minutes to collect the precipitate and dissolved in 5 ml of Buffer B (tris-HCl 20 mM, 10 mM CaCl 2 , pH 7.5). The solution was placed in a gel-filtration column (TSK Gel G2000 SW 21.5 x 600 mm) and eluted with Buffer B at a flow rate of 1 mL / min. The active moieties were combined to obtain purified enzyme.

[실시예 4]Example 4

[144, 150, 227번째 아미노산 잔기에 돌연변이화된 돌연변이 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 합성][Synthesis of Mutant Thermolysine-Like Neutral Metallo-Protease Mutated to Amino Acid Residue 144, 150, 227]

써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 세 위치 돌연변이체는 하기와 같이 제조하였다. 227번째 아미노산 잔기의 코돈이 아스파라긴에서 히스티딘으로 돌연변이된 플라스미드를 나타내는 플라스미드 pUBTZ2(N227H)는 폴리머라제 체인 반응의 템플레이트로 사용하였다. 돌연변이 생성 프라이머와 역 방향 프라이머는 실시예 3과 동일하다.The three position mutants of thermolysine-like neutral metallo-protease were prepared as follows. Plasmid pUBTZ2 (N227H), representing a plasmid in which the codon of the 227th amino acid residue was mutated from asparagine to histidine, was used as a template for the polymerase chain reaction. Mutagenesis and reverse primers are the same as in Example 3.

돌연변이 생성 프라이머:Mutation Generating Primers:

역방향 프라이머 :Reverse primer:

플라스미드 pUBTZ2(N227H) 1ng을 PCR용 반응 혼합물(pH 8.8인 Tris-HCl 67mM, 16.6mM 암모늄 설페이트, 6.7mM MgCl2, 10mM 2-머캅토에탄올, 0.05mM dATP, 0.05mM dTTP, 0.05mM dGTP, 0.05mM dCTP, 1μM 돌연변이 생성 프라이머, 1μM 역방향 프라이머)100μℓ에 분해하고, Tth DNA 폴리머라제 1단위를 가했다. 용액의 액면을 미네랄 오일 1적으로 덮었다. 93℃에서 1분간 변성, 45에서 1분간 어닐링, 72℃에서 45초간 신전하는 과정을 30번 반복했다. 반응후, 수층을 회수하여 페놀로 추출하고 에탄올로 침전시켜 증폭된 DNA(D150N-N227H(실시예 4A), D150H-N227H(실시예 4B))를 회수했다.1 ng of plasmid pUBTZ2 (N227H) was added to the reaction mixture for PCR (pH 8.8 Tris-HCl 67 mM, 16.6 mM ammonium sulfate, 6.7 mM MgCl 2 , 10 mM 2-mercaptoethanol, 0.05 mM dATP, 0.05 mM dTTP, 0.05 mM dGTP, 0.05 100 μL of mM dCTP, 1 μM mutagenesis primer, and 1 μM reverse primer) were digested and 1 unit of Tth DNA polymerase was added. The liquid level of the solution was covered with 1 mineral oil. The procedure of denaturation at 93 ° C. for 1 minute, annealing at 45 ° C. for 1 minute, and extension at 72 ° C. for 45 seconds was repeated 30 times. After the reaction, the aqueous layer was recovered, extracted with phenol and precipitated with ethanol to recover amplified DNA (D150N-N227H (Example 4A) and D150H-N227H (Example 4B)).

DNA량의 1/2량을 포함하는 반응 혼합물 (pH 7.5인 Tris-HCl 50mM, 10mM MgCl2100mM NaCl, 1mM DTT) 20㎕를 Sph I와 Art I 각각 5단위로 37℃에서 2시간 소화시키고 70℃에서 5분 처리했다. 돌연변이화된 Sph I-Aat I 단편을 다카라 슈조 DNA결찰 장치를 사용하여 pUBTZ2(L144S)의 7.6kb Sph I-Aat I 단편에 결찰하고, 이 결찰 혼합물은 통상의 방법으로 E. Coli JM 103을 형질전환시키는데 사용하여 형질전환체 JM 103/pUBTZ2(돌연변이체)를 얻었다. 치환된 아미노산이 이들 플라스미드의 뉴클레오티드 씨퀀스 결정에 의해 확인된다.20 μl of the reaction mixture containing half the amount of DNA (50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 10 mM MgCl 2 100 mM NaCl, 1 mM DTT) was digested in 5 units of Sph I and Art I for 2 hours at 37 ° C. for 70 hours. Treatment was carried out at 5 ° C. The mutated Sph I-Aat I fragment was ligated to 7.6 kb Sph I-Aat I fragment of pUBTZ2 (L144S) using a Takara Shuzo DNA Ligation Apparatus, and the ligation mixture was transfected with E. Coli JM 103 by conventional methods. The transformant was used to obtain transformant JM 103 / pUBTZ2 (mutant). Substituted amino acids are identified by nucleotide sequence determination of these plasmids.

형질전환체 Bacillus subtilis MT-2/pUBTZ2(돌연변이체)의 단일 콜로니를 카나마이신(5㎍/㎖))을 함유하는 LB배지 5㎖에서 37℃에서 밤새 배양하였다. 배양액을 카나마이신(5㎍/㎖)을 함유하는 2L 배지(2% 박토 트립톤, 1% 효모 추출액, 0.5% NaCl) 500㎖에 옮겨 37℃에서 20시간 배양하였다. 박테리아를 제거하기 위해 배양액 브로쓰를 8000rpm에서 30분간 원심분리하고, 암모념 설페이트를 상징액에 가하여 60% 포화액을 얻고, 이 혼합물을 4℃에서 밤새 교반하였다.A single colony of transformant Bacillus subtilis MT-2 / pUBTZ2 (mutant) was incubated overnight at 37 ° C. in 5 ml of LB medium containing kanamycin (5 μg / ml). The culture was transferred to 500 ml of 2 L medium (2% bacto tryptone, 1% yeast extract, 0.5% NaCl) containing kanamycin (5 µg / ml) and incubated at 37 ° C for 20 hours. The broth broth was centrifuged at 8000 rpm for 30 minutes to remove bacteria, ammonium sulfate was added to the supernatant to give 60% saturated solution, and the mixture was stirred at 4 ° C. overnight.

원심분리하여 침전물을 회수하고, 완충액(pH 9.0인 Tris-HCl 20mM, 10mM CaCl2) 10㎖에 용해했다. 용액을 20㎖ 부틸-토요펄에 넣고 같은 완충액으로 흐름속도 1.5㎖/min에서 용출했다. 활성부분이 결합되고 60% 포화된 암모늄 설페이트로 염석했다. 15,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 침전물을 모으고 완충액(pH 7.5인 Tris-HCl 20mM, 10mM CaCl2) 5㎖에 용해했다. 효소 용액을 겔-여과 칼럼(TSK 셀 G2000 SW 21.5×600mm) 에 여과하고 같은 완충액으로 흐름속도 1㎖/min에서 용출시켰다. 활성부분이 결합되어 각 정제된 효소[L144S-D150N-N227H(실시예 4A), L144S-D150H-N227H(실시예 5B))를 얻었다.The precipitate was recovered by centrifugation and dissolved in 10 ml of buffer (20 mM Tris-HCl, pH 10 CaM 2 ), pH 9.0. The solution was placed in 20 mL butyl-toyopearl and eluted with the same buffer at a flow rate of 1.5 mL / min. The active moiety was combined and salted with 60% saturated ammonium sulfate. The precipitate was collected by centrifugation at 15,000 rpm for 30 minutes and dissolved in 5 ml of buffer (Tris-HCl 20 mM, 10 mM CaCl 2 , pH 7.5). The enzyme solution was filtered through a gel-filtration column (TSK Cell G2000 SW 21.5 x 600 mm) and eluted with the same buffer at a flow rate of 1 ml / min. The active moieties were combined to obtain each purified enzyme [L144S-D150N-N227H (Example 4A), L144S-D150H-N227H (Example 5B)].

본 발명에 따른 변형된 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제를 발현하는 두 재조합 Bacillus subtilis 균주, 이른바 144번째 로이신 잔기가 세린으로 치환되고, 150번째 아스파트산 잔기가 히스티딘으로, 227번째 아스파라긴 잔기가 히스티딘으로 각각 치환된 Bacillus subtilis MT-2/pUBTZ2(TZ-1)과, 1441번째 로이신 잔기가 세린으로, 150번째 아스파트산 잔기가 아스파라긴으로, 227번째, 아스파라긴 잔기가 히스티딘으로 치환된 Bacillus subtilis MT-2/pUBTZ2(TZ-2)는 각각 기탁번호 Nos. FERM BP-4112와 FERM BP-4113으로 일본국 이바라킨켄 츠쿠바시 히가시 1초메 1-3에 있는 Fermentation Research Research Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology, Ministry of International Trade and Industry에 기탁되어 있다.Two recombinant Bacillus subtilis strains expressing a modified thermolysine-like neutral metallo-protease according to the present invention, the 144th leucine residue is substituted with serine, the 150th aspartic acid residue is histidine, and the 227th asparagine residue is Bacillus subtilis MT-2 / pUBTZ2 (TZ-1) substituted with histidine, Bacillus subtilis MT with 1441 leucine residues serine, 150th aspartic acid residues asparagine, 227th, and asparagine residues histidine -2 / pUBTZ2 (TZ-2) are each a deposit number Nos. FERM BP-4112 and FERM BP-4113 have been deposited with Fermentation Research Research Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology, Ministry of International Trade and Industry, 1-3, Higashi 1-chome, Ibarakinken, Japan.

제9도는 재조합 플라스미드 pUBTZ2(돌연변이체)(L144S-D150N-N227H 또는 L144S-D150H-N227H)를 제조하는데 사용되는 도식을 나타낸다.Figure 9 shows the scheme used to prepare recombinant plasmid pUBTZ2 (mutants) (L144S-D150N-N227H or L144S-D150H-N227H).

[실시예 5]Example 5

카제인 소화 및 Z-APM 소화에 대한 측정]Measurement of Casein Digestion and Z-APM Digestion]

다양하게 변형된 효소는 카제인 소화 및 Z-APM 소화 활성을 측정하기 위해 사용하였으며,이들 효소는 하기와 같다:Various modified enzymes were used to measure casein digestion and Z-APM digestion activity, which are as follows:

227번째 아미노산 잔기(본래 아스파라긴)위치에 히스티딘을 포함하는 효소인 N227H,N227H, an enzyme containing histidine at the 227th amino acid residue (originally asparagine),

227번째 아미노산 잔기(본래 아스파라긴)위치에 라이신을 포함하는 효소인 N227K,N227K, an enzyme containing lysine at the 227th amino acid residue (originally asparagine),

227번째 아미노산 잔기(본래 아스파라긴)위치에 아르기닌을 포함하는 효소인 N227R,N227R, an enzyme containing arginine at the 227th amino acid residue (originally asparagine),

114번째 아미노산 잔기(본래 로이신)위치에 세린을 포함하는 표소인 L144S,L144S, a marker containing serine at the 114th amino acid residue (original leucine),

187번째 아미노산 잔기(본래 글루탐산)위치에 글루타민을 포함하는 효소인 E187Q,E187Q, an enzyme containing glutamine at the 187th amino acid residue (original glutamic acid),

150번째 아미노산 잔기(본래 아스파트산)위치에 아스파라긴을 포함하는 효소인 D150N,D150N, an enzyme containing asparagine at the 150th amino acid residue (originally aspartic acid),

150번째 아미노산 잔기(본래 아스파트산)위치에 히스티딘을 포함하는 효소인 D150H,D150H, an enzyme containing histidine at the 150th amino acid residue (originally aspartic acid),

144번째 잔기 (본래 로이신)위치에 세린, 150번째 잔기 (본래 아스파트산)위치에 아스파라긴, 227번째 아미노산 잔기(본래 아스파라긴)위치에 히드티딘을 포함하는 효소인 L144S-D150N-N227H,L144S-D150N-N227H, an enzyme comprising serine at the 144th residue (original leucine), asparagine at the 150th residue (original aspartic acid), and hydridine at the 227th amino acid residue (original asparagine),

144번째 잔기 (본래 로이신)위치에 세린, 150번째 잔기 (본래 아스파트산)위치에 히스티딘, 227번째 아미노산 잔기(본래 아스파라긴)위치에 히드티딘을 포함하는 효소인 L144S-D150H-N227H.L144S-D150H-N227H, an enzyme comprising serine at the 144th residue (original leucine), histidine at the 150th residue (original aspartic acid), and thytidine at the 227th amino acid residue (original asparagine).

카제인 소화방법으로는, 각 정제된 효소용액(pH 8.0인 붕산염 완충액 10mM, 칼슘 설페이트 2mM에 효소를 용해하여 조제) 1㎖를 기질용액(1% 카제인 1/15M. pH 7.2인 인산염 완충액)1㎖에 넣었다. 이 혼합물을 35℃에서 10분간 배양한 후 정지 용액(0.1M TCA, 0.2M 나트륨 아세테이트, 0.3M 아세트산)2.0㎖를 가하고 35℃에서 폴리용제 1㎖)페놀 용제를 증류수에 5회 희석시킴)를 여액 1㎖에 가하고 35℃에서 20분 배양했다. 혼합물의 흡광도를 660nm에서 측정했다. 35℃, pH 7.2에서 반응동안 초기단계에서 1분당 티로신 1㎍과 같은 폴리칼라(660nm에서 흡광도의 증가로 결정한)를 낼 수 있는 소화물량인 우유 카제인으로부터 효소 1단위(PU)를 유리한다. 비활성(PU/mg)이 야생형 효소와 비교되고 비교치를 표1에 나타냈다.As a casein digestion method, 1 ml of each purified enzyme solution (prepared by dissolving the enzyme in a borate buffer of pH 8.0 and 10 mM of calcium sulfate) 1 ml of substrate solution (1% casein 1 / 15M, phosphate buffer of pH 7.2) Put in. After incubating the mixture for 10 minutes at 35 ° C., 2.0 ml of a stop solution (0.1 M TCA, 0.2 M sodium acetate, 0.3 M acetic acid) was added, and 1 ml of a poly solvent) was diluted 5 times with distilled water at 35 ° C.). It was added to 1 ml of the filtrate and incubated for 20 minutes at 35 degreeC. The absorbance of the mixture was measured at 660 nm. One unit (PU) of enzyme is derived from milk casein, a digestible amount capable of producing a polycolor (determined by an increase in absorbance at 660 nm), such as 1 μg of tyrosine per minute, at an initial stage during the reaction at 35 ° C., pH 7.2. Inactivity (PU / mg) was compared with wild type enzyme and the comparison is shown in Table 1.

Z-APM 소화방법으로는 각 정제된 효소 용액(pH 8.0인 Tris-말레산 완충액 10mM, 10mM CaC2, 10mM Z-APM) 0.5㎖에 가했다. 이 혼합물을 37℃에서 20분 배양한 후, 정지용액(0.1M 아세트산) 0.5㎖를 가하고, 닌히드린 용액 1㎖를 더 가했다.Z-APM digestion was added to 0.5 ml of each purified enzyme solution (10 mM of Tris-maleic acid buffer, pH 8.0, 10 mM CaC 2 , 10 mM Z-APM). After incubating the mixture at 37 ° C. for 20 minutes, 0.5 ml of a stop solution (0.1 M acetic acid) was added, and 1 ml of ninhydrin solution was further added.

100℃에서 15분간 처리한 후, 50% 에탄올 2㎖를 가하고 570nm에서 흡광도를 측정했다. 효소 1mg당 흡광도 변화로 정의한 비활성을 야생형 요소의 경우와 비교한 비교치로 나타내고, 표 1에 기재하였다.After 15 minutes of treatment at 100 ° C, 2 ml of 50% ethanol was added and the absorbance was measured at 570 nm. Inactivation, defined as the change in absorbance per mg of enzyme, is shown as a comparison compared with that of wild-type urea and is shown in Table 1.

[실시예 6]Example 6

[Z-APM 합성에 대한 활성][Activity for Z-APM Synthesis]

다양하게 변형된 효소가 Z-APM 합성 활성을 결정하기 위해 사용되었으며,이들 효소는 하기와 같다:Various modified enzymes were used to determine Z-APM synthesis activity, these enzymes are as follows:

227번째 아미노산 잔기(본래 아스파라긴)위치에 히스티딘을 포함하는 효소인 N227H,N227H, an enzyme containing histidine at the 227th amino acid residue (originally asparagine),

144번째 아미노산 잔기(본래 로이신)위치에 세린을 포함하는 효소인 L144S,L144S, an enzyme containing serine at the 144th amino acid residue (original leucine),

150번째 아미노산 잔기(본래 아스파트산)위치에 아스파라긴을 포함하는 효소인 150N,150N, an enzyme containing asparagine at the 150th amino acid residue (originally aspartic acid),

150번째 아미노산 잔기(본래 아스파트산)위치에 히스티딘을 포함하는 효소인 D150H,D150H, an enzyme containing histidine at the 150th amino acid residue (originally aspartic acid),

144번째 잔기(본래 로이신)위치에 세린, 150번째 잔기(본래 아스파트산)위치에 아스파라긴, 227번째 아미노산 잔기(본래 아스파라긴)위치에 히스티딘을 포함하는 효소인 L144S-D150N-N227H,L144S-D150N-N227H, an enzyme comprising serine at the 144th residue (original leucine), asparagine at the 150th residue (original aspartic acid), and histidine at the 227th amino acid residue (original asparagine),

144번째 잔기(본래 로이신)위치에 세린, 150번째 잔기(본래 아스파트산)위치에 히스티딘, 227번째 아미노산 잔기(본래 아스파라긴)위치에 히스티딘을 포함하는 효소인 L144S-D150H-N227H.L144S-D150H-N227H, an enzyme comprising serine at the 144th residue (original leucine), histidine at the 150th residue (original aspartic acid), and histidine at the 227th amino acid residue (original asparagine).

각 정제된 효소 용액(1mg/㎖) 0.1㎖를 기질용액(0.1M 벤질옥시카보닐-알파-L-아스파트산, 0.1ML-페닐알라닌 메틸 에스테르 히드로클로라이드, pH 7.0인 0.2M Tris-마레산 완충액)1㎖에 가하고, 혼합한 후 효소반응을 37℃(수욕)에서 실시했다. 10분, 20분, 30분 후에 각각 반응 혼합물 10㎕를 샘플로 취해서 역상 칼럼에서 HPLC로 분석했다. Z-APM 의 표준 샘플을 스탠다드로 하여 효소반응에 의해 생성된 Z-APM 의 향을 계산하고, 효소 1mg당 비활성을 야생형 효소 경우와 비교한 비교치로 나타나고 표 2에 기재했다.0.1 ml of each purified enzyme solution (1 mg / ml) was added to the substrate solution (0.1 M benzyloxycarbonyl-alpha-L-aspartic acid, 0.1 ml-phenylalanine methyl ester hydrochloride, 0.2 M Tris-maric acid buffer at pH 7.0). 1 ml, and the mixture was mixed and then subjected to an enzyme reaction at 37 ° C (water bath). After 10 minutes, 20 minutes and 30 minutes each 10 μl of the reaction mixture was taken as a sample and analyzed by HPLC on a reversed phase column. Using the standard sample of Z-APM as standard, the aroma of Z-APM produced by the enzymatic reaction was calculated, and the inactivation per mg of enzyme was shown as a comparison comparing with the wild type enzyme case and is shown in Table 2.

[실시예 7]Example 7

[돌연변이 효소의 Z-APM 합성에 대한 pH의 영향][Influence of pH on Z-APM Synthesis of Mutant Enzyme]

Z-APM의 합성에 대한 pH의 영향을 돌연변이체 효소(L144S-D150H-N227H(TZ-1), L144S-D150H-N227H(TZ-2))와 야생형 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제 둘다 에 대해 측정하였다. Tris-말레산 완충액의 pH(pH5.0~8.0)를 제외하면 실시예 6과 동일하게 측정하였고, 그 결과를 표3에 나타내었다. 활성은 pH 7.0에 야생형 효소에 대한 비교값으로 나타내었다. Z-APM 합성활성은 반응 혼합물의 pH에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.The effect of pH on the synthesis of Z-APM was influenced by both mutant enzymes (L144S-D150H-N227H (TZ-1), L144S-D150H-N227H (TZ-2)) and wild type thermolysine-like neutral metallo-protease. Was measured. Except for pH (pH5.0 ~ 8.0) of Tris-maleic acid buffer solution was measured in the same manner as in Example 6, the results are shown in Table 3. Activity is shown as a comparison for wild type enzyme at pH 7.0. Z-APM synthesis activity was shown to be significantly affected by the pH of the reaction mixture.

낮은 pH에서 기질의 메틸 에스테르의 가수분해가 덜 일어나기 때문에, pH가 낮을수록 Z-APM 합성이 잘된다. 본 발명은 그 최적 pH에서 야생형 효소보다 더 낮은 pH에서 높은 효소 활성을 나타낸다. pH 6.0에서 L144S-D150H-N227H(TZ-1)과 L144S-D150H-N227H(TZ-2)의 활성은 pH 7.0에서 야생형 효소의 활성보다도 훨씬 크다.Because lower hydrolysis of the methyl ester of the substrate occurs at lower pH, lower pH results in better Z-APM synthesis. The present invention exhibits high enzymatic activity at lower pH than wild type enzyme at its optimum pH. The activity of L144S-D150H-N227H (TZ-1) and L144S-D150H-N227H (TZ-2) at pH 6.0 is much greater than that of wild type enzyme at pH 7.0.

본 발명은 특정 실시예를 참조하여 실시하였지만, 본 발명에 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신 및 영역에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변화시킬 수 있다.Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, those skilled in the art can make various changes without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (6)

SEQ ID NO:1인 아미노산 씨퀀스를 갖는 써모라이신-유사 중성 메탈로-프로테아제의 변형된 프로테아제에 있어서, 아래의 아미노산 잔기들의 치환방법중 어느 하나만이 실행되는, 즉 144번째 로이신 잔기가 세린 잔기로 치환되거나, 150번째 아스파트산 잔기가 사스파라긴 잔기 또는 히스티딘 잔기로 치환되거나, 187번째 글루탐산 잔기가 글루타민 잔기로 치환되거나, 227번째 아스파라긴 잔기가 히스티딘 잔기 또는 아르기닌 잔기로 치환되는 것을 특징으로 하는 변형된 프로테아제.In a modified protease of thermolysine-like neutral metallo-protease having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, only one of the following methods for substituting amino acid residues is performed, i.e., the 144th leucine residue is substituted with a serine residue. Or the 150th aspartic acid residue is substituted with a sasparagine residue or a histidine residue, the 187th glutamic acid residue is replaced with a glutamine residue, or the 227th asparagine residue is replaced with a histidine residue or an arginine residue. Protease. 제1항에 있어서, 아래의 아미노산 잔기들의 두 자리 치환방법중 어느 하나만이 실행되는, 즉 144번째 로이신 잔기가 세린으로 치환되고 그리고 150번째 아스파트산 잔기가 아스파라긴 잔기 또는 히스티딘 잔기로 치환되거나, 144번째내 로이신 잔기가 세린 잔기로 치환되고 그리고 227번째 아스파라긴 잔기가 히드티딘으로 치환되는 것을 특징으로 하는 변형된 프로테아제.The method of claim 1, wherein only one of the following two-digit substitution methods of the amino acid residues is performed, that is, the 144th leucine residue is substituted with serine and the 150th aspartic acid residue is substituted with an asparagine residue or histidine residue, or 144 A modified protease, wherein the second leucine residue is substituted with a serine residue and the 227th asparagine residue is substituted with hydridine. 제1항에 있어서, 아래 두 가지의 아미노산 잔기들의 두 자리 치환방법 중 어느 하나만이 실행되는, 즉 227번째 아스파라긴 잔기가 히스티딘 잔기로 치환되고 그리고 150번째 아스파트산 잔기가 아스파라긴, 히스티딘 잔기로 치환되어 있는 것을 특징으로 하는 변형된 프로테아제.2. The method of claim 1, wherein only one of the following two-digit substitutions of the two amino acid residues is performed, i.e., the 227th asparagine residue is replaced with a histidine residue and the 150th aspartic acid residue is substituted with an asparagine or histidine residue. A modified protease, characterized in that. 제2항에 있어서, 아래의 아미노산 잔기들의 세 자리 치환방법 중 아느 하나만이 실행되는, 즉 144번째 로이신 잔기는 세린 잔기로 치환되고 그리고 150번째 아스파트산 잔기는 히스티딘 잔기로 치환되고 그리고 227번째 아스파라긴 잔기는 히스티딘 잔기로 각각 치환되거나, 또는 144번째 로이신 잔기는 세린 잔기로 치환되고 그리고 150번째 아스파트산 잔기는 아스파라긴 잔기로 치환되고 그리고 227번째 아스파라긴 잔기는 히스티딘 잔기로 각각 치환 되는 것을 특징으로 하는 변형된 프로테아제.3. The method of claim 2, wherein only one of the following three-digit substitutions of amino acid residues is performed: the 144th leucine residue is substituted with a serine residue and the 150th aspartic acid residue is substituted with a histidine residue and the 227th asparagine The residues are each substituted with a histidine residue, or the 144th leucine residue is substituted with a serine residue, the 150th aspartic acid residue is replaced with an asparagine residue and the 227th asparagine residue is substituted with a histidine residue, respectively. Protease. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 따른 변형된 프로테아제를 벤질옥시카보닐-알파-L-아스파트산과 L-또는 D,L-페닐알라닌 메틸 에스테르를 함유하는 기질 용액과 접촉시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 벤질옥시카보닐-알파-L-아스파틸-L-페닐알라닌 메틸 에스테르의 합성방법.Consisting of contacting the modified protease according to any one of claims 1 to 4 with a substrate solution containing benzyloxycarbonyl-alpha-L-aspartic acid and L- or D, L-phenylalanine methyl ester. A method for synthesizing benzyloxycarbonyl-alpha-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 변형된 프로테아제를 벤질옥시카모닐-알파-L-아스파틸-L-페닐알라닌 메틸 에스테르를 함유하는 기질 용액과 접촉시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 벤질옥시카보닐-알파-L-아스파틸-L-페닐알라닌 메틸 에스테르를 소화하는 방법.Benzyl, characterized in that it comprises contacting the modified protease according to any one of claims 1 to 4 with a substrate solution containing benzyloxycamonyl-alpha-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester. A method of digesting oxycarbonyl-alpha-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester.
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