KR100395445B1

KR100395445B1 - 환원성 전분당으로부터 비환원성 당질을 생성하는 재조합 열안정성 효소

Info

Publication number: KR100395445B1
Application number: KR1019950021519A
Authority: KR
Inventors: 마루다가즈히꼬; 구보라미찌오; 스기모도도시유끼
Original assignee: 가부시끼가이샤 하야시바라 세이부쓰 가가꾸 겐꾸조
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 2003-12-31
Also published as: DK0709461T3; ATE171727T1; TW432112B; EP0709461B1; CA2154307A1; US5976856A; JPH0884586A; CA2154307C; US20020102696A1; DE69505084D1; DE69505084T2; US5922578A; AU2713295A; JP3557288B2; IL114637A0; AU690698B2; EP0709461A1

Abstract

글루코오스 중합도 3 이상인 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 분자량 약 69,000~79,000 달톤이고 등전점 (pI) 이 약 5.4∼6.4 인 재조합 열안정성 효소를 제공한다. 이 효소는 열안정성이 만족스러울 정도로 높은데, 즉 수용액 (pH 7.0) 중에서 85℃ 에서 60 분간 유지하더라도 실질적으로 실활하지 않으므로 트레할로오스의 공업적인 규모의 고수율의 제조가 가능하도록 한다.

Description

환원성 전분당으로 부터 비환원성 당질을 생성하는 재조합 열안정성 효소{RECOMBINANT THERMOSTABLE ENZYME WHICH FORMS NON-REDUCING SACCHARIDE FROM REDUCING AMYLACEOUS SACCHARIDE}

본 발명은 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 재조합 효소에 관한 것이다.

트레할로오스는 환원성 그룹이 함께 결합되어 있는 글루코오스 두 분자로 구성된 이당 (disaccharide) 으로서 진균, 해조류, 곤충 등에 극히 소량 존재하고 있다. 트레할로오스는 분자내에 환원성 그룹이 없어서 아미노산 등의 존재하에 가열하더라도 불필요한 갈변반응을 일으키지 않으므로 불필요한 착색이나 열화 (劣化) 를 일으킬 우려가 없이 음식물의 감미 부여에 유리하게 사용할 수 있다. 그러나, 트레할로오스는 종래의 제조 방법으로 필요한 양으로 쉽사리 제조할 수 없기 때문에 음식물의 감미 부여에 사용하기가 극히 어려웠다.

종래의 제조 방법은 두가지로 대별되는데, 즉 그 한가지는 미생물의 균체를 이용하는 방법이고, 다른 한가지는 몇가지 효소를 당질에 작용시키는 복합 효소계를 이용하는 방법이다. 전자의 방법은 일본국 특허 공개 제 154,485/75 호에 개시되어 있는 것으로서 박테리아, 효모 등의 미생물을 영양 배지에서 생육시켜 주로 증식된 균체로 부터 트레할로오스를 채취하는 방법이다. 후자의 방법은 일본국 특허 공개 제 216,685/83 호에 개시되어 있는 것으로서 기질인 말토오스를 만들어 이 말토오스에 말토오스-포스포릴라아제와 트레할로오스-포스포릴라아제를 사용하는 복합 효소계를 작용시켜 생성된 트레할로오스를 반응계로 부터 회수하는 방법이다. 전자의 방법은 미생물은 생육이 용이하나 미생물중의 함량이 고형물 기준 (d.s.b.) 으로 많아야 15 w/w % 라는 결점이 있다. 후자의 방법은 트레할로오스를 용이하게 분리할 수 있으나 효소반응 그 자체가 두가지 상이한 종류의 효소 사이의 평형반응이고 그 평형점도 항시 글루코오스 포스페이트 생성쪽으로 치우쳐 있기 때문에 이러한 효소를 기질에 작용시켜 트레할로오스 수율을 증대시키는 것이 이론적으로 곤난하다.

이러한 사정을 고려하여 본 발명자들은 글루코오스 중합도가 3 이상인 전분당으로 부터 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 효소를 예의 검색하여 온 결과, 리즈븀속 (Rhizobium屬) 과 아르드로박터속 (Arthrobacter屬) 에 속하는 미생물이 이러한 환원성 전분당으로 부터 이러한 비환원성 당질을 생성하는 아주 신규한 효소들 생성한다는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 이 효소를 일본국 특히 출원 제 349,216/93 호에 개시한 바 있다. 또한, 본 발명가들은 글루코아밀라아제 또는 α-글루코시다아제들 이들에게 작용시키면 이러한 비환원성 당질로 부터 트레할로오스를 쉽사리 생성한다는 것도 발견하였다.

위에 나은 미생물로 부터 생산된 효소는 최적 온도가 약 40℃ 이고 실제로 트레할로오스 제조에 사용했을 경우 열적 안정성에 있어서 몇가지 난점이 있음이 확인되었다. 이 기술분야에서 인식되어 있는 점으로서는 미생물의 오염이 55℃ 이하에서 일어나고 반응 혼합물의 pH 를 저하시키며 사용된 효소를 실활시키고, 따라서, 비교적 다량의 기질이 미반응체로 잔존하게 되기 때문에 전분 또는 전분당의 당화 온도는 50℃ 이상이 되야 한다는 것이다. 열안정성이 불량한 효소를 사용하더라도 pH 조절에 세심한 주의를 해야하고, pH를 극히 낮은 수준까지 저하하면 반응 혼합물에 알칼리를 첨가하여 pH 수준을 될 수 있는 한 신속히 증가시켜야 한다.

이러한 사정을 고려하여 본 발명자들은 이러한 신규의 효소 활성을 가진 열안정성 효소를 검색한 결과, 술폴로부스 아시도칼다리우스 (Sulfolobus acidocaldarius)(ATCC 33909) 를 비롯한 술폴로부스속 (屬) 에 속하는 미생물로 부터 생산된 효소는 55℃ 이상의 온도에서 배양하더라도 실질적으로 실활되지 않고, 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 이러한 비환원성 당질을 효율적으로 생성한다는 것을 발견하였다. 그러나, 이들 미생물은 효소 생산성이 불충분하므로 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 공업적으로 생산하기 위해서는 비교적 대량으로 배양할 필요가 있다.

근래, 재조합 DNA 기술은 현저한 발전을 하고 있다. 현재, 총 아미노산 배열이 확인되지 아니한 효소이더라도 효소를 코우드하는 유전자를 분리하여 그 염기 배열을 해독할 수 있다면 이 효소를 코우드하는 DNA 를 함유한 재조합 DNA 를 제조하여 이것을 미생물 또는 동식물의 세포속에 도입하고, 수득한 형질 전환체를 배양함으로써 쉽사리 제조할 수 있다. 이러한 상황하에서 열안정성 효소를 코우드하는 유전자를 발견하여 그 염기 배열을 해독하는 것이 급선무이다.

본 발명의 한가지 목적은 재조합 DNA 기술을 이용하여 글루코오스 중합도가 3 이상인 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 재조합 열안정성 효소를 제공함에 있다.

본 발명의 또 한가지 목적은 재조합 열안정성 효소를 코우드하는 DNA 를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 DNA 를 함유하는 복제 가능한 재조합 DNA 를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 재조합 DNA 를 도입한 형질 전환체를 제공함에 있다.

본 발명의 추가적인 다른 목적은 형질 전환체를 사용하여 재조합 열안정성 효소를 제조하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 글루코오스 중합도가 3 이상인 환원성 전분당을 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질로 변환시키는 변환 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 첫번째 목적은 아래의 물리화학적 성질을 가진 재조합 열안정성 효소에 의해 달성된다.

(1) 작용

글루코오스 중합도가 3 이상인 환원성 당질로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성함.

(2) 분자량

소디움 도데실 술페이트 폴리아크릴아미드 겔 전기 영동법 (SDS-PAGE) 으로 약 69,000~79,000 달톤

(3) 등전점 (pI)

등전점 전기 영동법으로 약 5.4∼6.4

(4) 열 안정성

수용액 (pH 7.0) 중에서 85℃ 에서 60 분간 유지하더라도 실질절으로 실활하지 않음.

본 발명의 두번째 목적은 재조합 열안정성 효소를 코우드하는 DNA 에 의해 달성된다.

본 발명의 세번째 목적은 재조합 열안정성 효소와 자체 복제 가능한 벡터를 함유하는 복제 가능한 재조합 DNA 에 의해 달성된다.

본 발명의 네번째 목적은 복제 가능한 재조합 DNA 를 적당한 숙주에 도입하여 제조되는 형질 전환체에 의해 달성된다.

본 발명의 다섯번째 목적은 영양 배지에서 형질 전환체를 배양하고, 생성된 재조합 열안정성 효소를 배양물로 부터 채취하는 재조합 열안정성 효소의 제조 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 여섯번째 목적은 글루코오스 중합도가 3 이상인 환원성 전분당에 재조합 열안정성 효소를 작용시켜 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성시키는 단계를 포함하는 환원성 전분당의 효소적 변환 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 재조합 열안정성 효소는 55℃ 를 초과하는 온도에서 반응시키더라도 실활됨이 없이 글루코오스 중합도가 3 이상인 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성한다.

본 발명의 DNA는, DNA 를 적당한 자체 복제 가능한 벡터에 도입하여 복제 가능한 재조합 DNA 를 생성시키고, 복제 가능한 재조합 DNA 를, 본 발명의 효소를 자체 생산한지는 않으나 용이하게 증식할 수 있는 적당한 숙주에 도입함으로써 본 발명의 효소의 생산을 발현한다.

본 발명의 재조합 DNA 는, 본 발명의 효소를 생산하지는 않으나 용이하게 증식할 수 있는 적당한 숙주에 이것을 도입함으로써 본 발명의 효소의 생산을 발현한다.

본 발명의 형질 전환체는 배양시 본 발명의 효소를 생산한다.

본 발명의 방법에 의해 형질 전환체를 배향하면 소요량의 본 발명의 효소를 용이하게 생산한다.

본 발명의 변환 방법에 의하여 글루코오스 중합도가 3 이상인 환원성 전분당을 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질로 용이하게 변환시킨다.

본 발명은 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 신규의 효소의 발견에 근거하여 완성된 것이다. 이러한 효소는 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 종 (種) 의 미생물의 배양물로 부터 얻는다. 본 발명자들은 칼럼 크로마토그래피를 주로 한 각종 정제 방법을 병용하여 이 효소를 분리하여 그 성질과 성상에 대해 조사한 결과, 그 실체는 아래의 물리화학적 성질을 가진 폴리펩티드라는 것이 판명되었다.

(1) 작용

(2) 분자량

소디움 도데실 술페이드 폴리아크릴아미드 겔 전기 영동법 (SDS-PAGE) 으로 약 69,000~79,000 달톤.

(3) 등전점 (pI)

등전점 전기 영동법으로 약 5.4~6.4

(4) 최적 온도

pH 5.5 에서 60 분간 유지할 경우 약 75℃ 의 최적 온도를 나타냄.

(5) 최적 pH

60℃ 에서 60 분간 유지할 경우 약 5.0~5.5 의 최적 pH 를 나타냄.

(6) 열안정성

pH 7.0 에서 60 분간 유지하더라도 약 85℃ 까지 안정함.

(7) pH 안정성

4℃ 에서 24 시간 동안 유지할 경우 pH 약 4.0∼9.5 까지 안정함.

술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 유래의 열안정성 효소의 물리 화학적 성질을 구명하기 위한 아래의 실험에 대해 설명한다.

실험 1 : 정제 효소의 제조

500 ㎖ 용량의 플라스크에 폴리펩톤 0.1 w/v %, 효모 엑스 0.1 w/v %, 황산암모늄 0.2 w/v %, 인산 2 수소 칼륨 0.05 w/v %, 황산 마그네슘 7 수화물 0.02 w/v %, 염화 칼륨 0.02 w/v % 및 물로 된 액체 배지를 100 ㎖ 씩 넣고 120℃에서 20분간 오토클레이브하여 멸균하였다. 플라스크를 냉각한 후 플라스크내의 각 액체 배지에 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 의 종배양액을 접종한 다음 130rpm 의 회전 진탕 조건하에 75℃ 에서 24 시간 배양하여 1 차 종배양액을 얻었다. 동일한 액체 배지 약 5리터를 10리터 용량의 퍼어멘터(fermenter) 에 넣고 위와 마찬가지로 멸균하여 75℃ 로 냉각한 다음 pH 3.0 으로 조정한 후 퍼어멘터내의 멸균된 액체 배지에다 1차 종배양액을 1 v/v % 접종하고 500 ㎖/분의 통기 조건하에 75℃ 에서 24 시간 미생물을 배양하였다. 이어서, 300 리터 용량의 퍼어멘터에 동일한 액체배지 약 250 리터를 넣고 위와 마찬가지로 멸균하고 75℃ 로 냉각하여 pH 3.0 으로 조정한 다음 멸균된 액체 배지에 2차 종배양액 1 v/v % 을 접종하고 100 리터/분의 통기 조건하에 75℃ 에서 42 시간 미생물을 배양하였다.

수득한 배양액 약 170 리터를 SF 멤브레인으로 여과하고, 여액을 원심분리하여 습균체를 얻었다. 습균체 약 258 g을 10 mM 인산 완충액 (pH 7.0) 300 ㎖ 중에 현탁하고 균체를 초음파 파쇄하였다. 이렇게 하여 수득한 균체 파쇄물을 10,000 rpm 에서 30 분간 원심분리하절 약 300 ㎖ 의 상청액을 얻어 포화도 70 w/v % 가 되도록 황산 암모늄을 혼합한 다음 4℃ 에서 24 시간 방치한 후 10,000 rpm 에서 30 분간 원심분리하였다. 침전물을 채취하고 적당량의 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 8.5) 에 용해한 후 동일한 완충액에 대해 24 시간 투석하였다. 이어서, 투석액을 10,000 rpm에서 30 분간 원심분리하여 효소 활성을 가진 상청액 약 600 ㎖ 을 얻었다.

이 상청액을 두 부분으로 균등하게 나누어 " DEAE-TOYOPEARL " (일본국의 Tosoh 사제의 이온 교환 칼럼 크로마토그래피용 겔) 약 360 ㎖ 이 충전된 칼럼에 공급하고 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 8.5) 중에서의 0 M로 부터 0.3 M 범위의 선형기울기의 완충액을 공급하였다. 약 0.1 M 염화 나트륨 농도에서 용출한 효소 활성 획분을 회수하여 1 M 황산 암모늄을 함유하는 10 mM Tris-HCl 완충액 (p8 8.5) 에 대해 10 시간 투석하였다. 투석액을 10,000 rpm 에서 30 분간 원심분리하여 불용물을 제거하고 1 M 황산 암모늄을 함유하는 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 8.5) 으로 미리 평형화시켜 둔 " BUTYL-TOYOPEARL 650 " (일본국 Tosoh 사 판매의 소수 크로마토그래피용 겔) 350 ㎖ 충전 칼럼을 통과시키고 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 8.5) 중에서의 황산 암모늄 1 M 로 부터 0 M 까지의 범위의 선형 기울기의 완충액을 통과시켰다.

약 0.8 M 황산 암모늄에서 용출한 효소 활성 획분을 채취하여 0.2 M 염화나트륨을 함유하는 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 8.5) 에 대해 16 시간 투석하고 원심분리하여 불용물을 제거하였다. 수득한 상청액을 0.2 M 염화 나트륨을 함유하는 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 8.5) 으로 미리 평형화시켜 둔 " ULTROGELAcA " (미합중국 Sepracor 사 판매의 겔 크로마토그래피용 겔) 350 ㎖ 충전 칼럼을 통과시켰다. 용출액으로 부터 효소 활성 획분을 채취하여 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 8.5) 에 대해 16 시간 투석하였다. 투석액을 10,000 rpm 에서 30 분간 원심분리하여 불용물을 제거하고 상청액을 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 8.5) 으로 미리 평형화시켜 둔 " MONO Q " (스웨덴국의 Pharmacia LKB 사 판매의 이온 교환 크로마토그래피용 겔) 약 10 ㎖ 충전된 칼럼을 통과시켜 10 mM Tris-HCl 완충액중에서 0 M 내지 0.2 M 범위의 염화 나트륨 농도의 선형 기울기 완충액으로 용출시켰다. 약 0.1 M 염화 나트륨에서 용출된 효소 활성 획분을 채취하여 다음의 실험에 사용하였다. 이렇게 하여수득한 정제 효소의 비활성은 약 81 단위/mg 단백질이었고 그 수득량은 배양액 1 리터당 약 0.24 단위이었다.

정제 효소를 통상의 방법으로 7.5 w/v % 폴리아크릴아미드 겔로 전기 영동 처리했을 때 효소 활성을 가진 실질적으로 단일의 밴드가 겔위에서 관찰되었는데, 이것은 이 정제 효소가 극히 고순도라는 것을 나타내는 것이다.

명세서를 통하여 효소의 활성을 다음의 시험으로 측정한 값으로 나타낸다. 즉, 말토펜타오스를 1.25 w/v % 를 함유하는 20 mM 아세트산 완충액 (pH 5.5) 4 ㎖ 을 시험관에 넣고 여기에 적당히 희석된 효소액 1 ㎖ 을 가하여 60℃ 에서 60 분간 유지함으로써 효소반응시켰다. 이어서, 반응액을 100℃에서 30 분간 가열하여 효소반응을 정지시킨 다음 수득한 반응액 1 ㎖를 탈염수로 10 배로 희석하여 소모기-넬슨법 (Somogyi-Nelson method) 으로 환원력을 측정한다. 대조로서 100℃ 에서 30 분간 가열하여 효소를 실활시킨 효소액을 사용하는 계를 만들어 위와 마찬가지로 처리하였다. 호소의 활성 1단위는 위에 나온 바와 동일한 조건하에 1 분당 말토펜타오스 1 μmol의 환원력을 감소시키는 효소의 양으로 정의한다.

실험 2 : 열안정성 효소의 물리화학적 성질

실험 2-1 : 작용

기질로서 글루코오스, 말토오스, 말토트리오스, 말토테트라오스, 말토펜타오스, 말토헥사오스 또는 말토헵타오스를 10 w/v % 함유하는 수용액을 제조하고 여기에 실험 1 에서 제조한 정제 효소를 기질 고형물 1 g 당 2 단위 (d.s.b) 가하고 이 혼합물을 60℃ 및 pH 5.5 에서 48 시간 동안 효소반응시켰다. 반응 혼합물을 통상의 방법으로 탈염하여 얻은 용액을 "WAKOBEAD WB-T-330 " 칼럼 (일본국의 和光純藥공업 주식회사 판매의 HPLC 용 칼럼) 을 사용한 고속 액체 크로마토그래피 (HPLC) 로 당조성을 분석하였다. HPLC 는 주위 온도에서 실시하였고 물을 용리제로 사용하여 " MODEL RI-8012 " [일본국의 Tosoh 사 판매의 시차 (示差) 굴절계] 로 용출액을 모니터링하면서 칼럼에 0.5 ㎖/분의 유속으로 공급하였다. 그 결과는 표 1 에 나와 있다.

표 1

표 1 의 결과로 부터 정제 효소는 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당, 예컨대 말토트리오스, 말토테트라오스, 말토펜타오스, 말토헥사오스 및 말토헵타오스에 작용하여 α-글루코실트레할로오스, α-말토실트레할로오스, α-말토트리오실트레할로오스, α-말토테트라오실트레할로오스 및 α-말토펜타오실트레할로오스 등의 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성함을 알 수 있다. 이들 비환원성 당질과 미반응의 기질외에도 기질의 가수분해물로 추정되는 저분자량의 말토올리고당과 글루코오스가 반응 혼합물 중에서 검출되었는데, 이것은 정제 효소가 가수분해 활성이 있음을 나타내는 것이다.

기질로 부터의 비환원성 당질과 가수분해물의 수율은 각각 말토트리오스의 경우 30.2 % 및 27.6 %, 말토테트라오스의 경우 65.4 % 및 18.4 %, 그리고 말토펜타오스, 말토헥사오스 및 말토헵타오스의 경우에는 약 74~75 % 및 약 2∼3 % 이었다. 정제 효소는 글루코오스 중합도 5 이상의 말토올리고당으로 부터 비환원성 당질을 만족한 수율로 생성하였고 기질을 거의 가수분해하지 않았으나 글루코오스와말토오스로 부터 새로이 당질을 생성하지는 않았다.

실험 2-2 : 분자량

문헌 [U. K. Laemmli in Nature, Vol.227, pp.680∼685 (1970)] 에 보고된 방법에 따라 실험 1 에서의 정제 효소를 SDS-PAGE 로 전기 영동하여 약 69,000∼79,000 달톤에 상응한 위치에서 효소 활성을 가질 단일의 단백질 밴드를 얻었다. 이 실험에 사용된 마아커 (marker) 단백질은 미오신 (MW=200,000 달톤), β-갈락토시다아제 (MW=116,250 달톤), 포스포릴라아제 B (MW=97,400 달톤), 혈청 알부민 (MW=66,200 달톤) 및 오브알부민 (MW=45,000 달톤) 이었다.

실험 2-3 : 등전점

실험 1 에서의 정제 효소를 2 w/v % 앰폴라인 (ampholine) 함유 폴리아크릴아미드 겔에서 등전점 전기 영동 처리했을 때 등전점은 약 5.4~6.4 이었다.

실험 2-4 : 최적 온도

제 1 도에 있는 바와 같이 실험 1 의 정제 효소의 최적 온도는 통상적인 방법으로 20 mM 아세트산 완충액 (pH 5.5) 중에서 상이한 온도에서 60 분간 유지했을 때 약 75℃ 이었다.

실험 2-5 : 최적 pH

제 2 도에 있는 바와 같이 실험 1 의 정제 효소의 최적 pH 는 통상적인 방법으로 각기 상이한 pH 의 매킬베인 (Mcllvaine) 완충액 중에서 60℃ 에서 60 분간 유지했을 때 약 5.0~5.5 이었다.

실험 2-6 : 열적 안정성

제 3 도에 있는 바와 같이 실험 1 의 정제 효소는 통상적인 방법으로 10 mM 인산 완충액 (pH 7.0) 중에서 60 분간 유지했을 때 약 85℃ 까지 안정하였다.

실험 2-7 : pH 안정성

제 4 도에 있는 바와 같이 실험 1 의 정제 효소는 통상적인 방법으로 pH 가 각기 상이한 50 mM 탄산 나트륨/탄산 수소 나트륨 또는 매킬베인 완충액중에서 25℃ 에서 16 시간 유지했을 때 약 4.5~9.5 범위의 pH 에서 안정하였다.

실험 2-8 : N 말단 아미노산 배열

실험 1 의 정제 효소의 N 말단 아미노산 배열을 기상 (gas-phase) 단백질 시퀀서인 " MODEL 473A " (미합중국의 Perkin-Elmer 사 판매) 로 분석한 결과 배열표 (SEQ ID NO:3) 의 아미노산 배열을 가지고 있음이 확인되었다.

실험 2-9 :부분 아미노산 배열

실험 1 의 정제 효소 적당량을 담아 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 9.0) 에 대해 4℃ 에서 18 시간 투석하고, 여기에 10 mM Tris-HCl 완충액 (pH 9.0) 을 가하여 효소 농도 약 1mg/㎖ 로 하였다. 이 용액 1 ㎖ 을 용기에 넣고 리실 엔도펩티다아제 10 ㎍ 을 혼합하여 30℃ 에서 48 시간 배양하여 효소를 부분 가수분해하였다. 수득한 가수분해물을 아세토니트릴 수용액을 16 v/v % 함유하는 트리플루포로아세테이트 0.1 v/v % 으로 미리 평형화시켜 둔 " BONDAPAK C18 " (일본국의 Japan Millipore 사 판매의 HPLC 용 칼럼) 에 가한 다음 아세토니트릴 수용액의 농도를 16 v/v %로 부터 48 v/v % 까지 증가시키면서 0.9 ㎖/분의 유속으로 트리플루오로아세테이트 0.1 v/v % 을 칼럼에 가하고, 통액 개시후 약 11 분에서 용출한 펩티드단편을 함유한 획분을 회수하였다. 이들 획분을 모아 진공 건조하고 아세토니트릴수용액 50 v/v % 을 함유하는 트리플루오로 아세테이트 0.1 v/v % 에 용해하였다. 실험 2-8 과 마찬가지로 펩티드 단편을 분석한 결과, 배열표 (SEQ ID NO:4) 은 아미노산 배열을 가지고 있음이 확인되었다. 이들 물리화학적 성질을 가진 효소는 알려진 바 없는 신규 효소이다.

배열표 (SEQ ID NO:3 및 4) 에 있는 부분 아미노산 배열에 근거하여 화학적으로 합성한 올리고뉴클레오티드를 프로우브 (probe) 로 사용하여 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 의 염색체 DNA 를 스크리닝한 결과, 배열표 (SEQ ID NO:2) 의 5' 말단으로 부터의 염기 배열을 가진 약 2,200 염기쌍으로 구성된 DNA 단편을 얻었다. 열안정성 효소의 염기 배열을 해독한 결과, 배열표 (SEQ ID NO:1) 의 N 말단으로 부터 720 아미노산으로 된 부분 아미노산 배열을 가지고 있음이 확인되었다.

배열표 (SEQ ID NO:1 및 2) 의 아미노산 배열과 염기 배열을 확인하는데 사용될 실험 순서를 요약하면 아래와 같다.

(1) 공여체 미생물의 배양물로 부터 열안정성 효소를 분리하여 고도로 정제한 다음 그 N-말단 아미노산 배열을 결정하였다. 정제 효소를 프로테아제로 부분 가수분해하고 펩티드 단편을 분리하여 아미노산 배열을 결정하였다.

(2) 공여체 미생물로 부터 염색체 DNA 를 분리하고 정제하여 제한 효소로 부분 소화하여 약 2,000∼6,000 염기쌍으로 된 DNA 단편을 얻었다. 이 DNA 단편을 제한 효소로 미리 절단시켜 둔 플라스미드 벡터에 DNA 리가아제로 연결하여 재조합DNA 를 얻었다.

(3) 수득한 재조합 DNA 를 대장균 (Escherichia coli) 에 도입하여 형질 전환체를 얻어, 이 형질 전환체로 부터 목적의 효소를 코우드하는 DNA 를 함유한 목적의 형질 전환체를, 위에 나온 부분 아미노산 배열에 근거하여 화학적으로 합성한 올리고뉴클레오티드를 프로우브로 하여 콜로니 하이브리다이제이션법으로 선택하였다.

(4) 재조합 DNA 를 형질 전환체로 부터 회수하여 프라이머로 어니일링한 다음 DNA 폴리머라아제를 작용시켜 프라이머를 확장 후 디데옥시 체인 터미네이션법으로 상보쇄 (complementary chain) DNA 의 염기 배열을 결정하였다. 염기 배열로 부터 추정되는 아미노산 배열과 위에 나온 아미노산 배열을 비교한 결과, 염기 배열은 효소를 코우드하고 있음이 확인되었다.

다음의 실험 3 및 4 는 위의 단계 (2)∼(4) 를 구체적으로 설명하는 것이다. 여기에 사용된 방법은 공지된 것인데, 예컨대 문헌 [J. Sumbruck et al. in " Molecular Cloning A Laboratory Manual ", 2nd edition, published by Cold Spring Harbor Laboratory Press, USA (1989)] 에 기재된 방법이다.

실험 3 : 열안정성 효소를 코우드하는 DNA 함유의 재조합 DNA 의 제조 및 이로 부터 제조한 형질 전환체

실험 3-1 : 염색체 DNA 제조

500 ㎖ 용량의 플라스크에 폴리펩톤 0.1 w/v %, 효모 엑스 0.1 w/v %, 황산암모늄 0.2 w/v %, 인산 2 수소 칼륨 0.05 w/v %, 황산 마그네슘 7 수화물 0.02w/v %, 염화 칼륨 0.02 w/v % 및 물로 된 액체 배지를 100 ㎖ 씩 넣고 120℃ 에서 20 분간 오토클레이브하여 멸균하였다. 플라스크를 냉각한 후 황산을 가해 pH 3.0 으로 조정하였다. 각 플라스크에 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 의 종배양액을 접종한 다음 130 rpm 의 회전 진탕 조건하에 75℃ 에서 24 시간 배양하여 종배양액을 얻었다. 동일한 액체 영양 배지 약 5 리터를 10 리터 용량의 퍼어멘터에 넣고 위와 마찬가지로 멸균하여 75℃ 로 냉각한 다음 pH 3.0 으로 조종한 후 종배양액을 1 v/v % 접종하고 500 ㎖/분의 통기 조건하에 75℃ 에서 24 시간 배양하였다.

수득한 균체를 원심분리하여 회수하고 TES 완충액 (pH 8.0) 에 현탁하고, 여기에 리소자임 0.05 w/v % 을 가하여 37℃ 에서 30 분간 배양하였다. 수득물을 -80℃ 에서 1 시간 동결하고 여기에 TES 완충액 (pH 9.0) 을 가하고 60℃ 로 가열한 후 TES 완충액과 페놀의 혼합액을 가하여 얼음으로 급냉한 다음 원심분리하여 상청액을 얻었다. 이 상청액에 2 배 체적의 냉 (冷) 에탄올을 가하여 조 (粗) 염색체 DNA 를 침전시킨 후 회수하여 SSC 완충액 (pH 7.1) 에 용해하고 리보뉴클레아제 7.5 ㎍ 과 프로테아제 125 ㎍을 가하여 37℃ 에서 1 시간 배양하였다. 이어서, 클로로포름과 이소아밀 알코올의 혼합액을 반응액에 가하여 목적의 염색체 DNA 를 추출하였다. 수득한 추출물을 냉에탄올과 혼합한 다음 석출한 염색체 DNA 함유 침전물을 회수하였다. 이렇게 정제된 염색체 DNA 를 SSC 완충액 (pH 7.1) 에 용해하여 농도 약 1 mg/㎖ 로 한 후, 이 용액을 -80℃ 에서 동결하였다.

실험 3-2 : 재조합 DNA pST35 및 형질 전환체 ST35 의 제조

실험 3-1 의 정제 염색체 DNA 1 ㎖ 을 용기에 넣고 제한 효소 Sau 3AI 약 35 단위를 가하고 37℃ 에서 20 분간 효소반응시켜 염색체 DNA 를 부분 소화한 다음 수크로오스 밀도-기울기 초원심 분리법으로 약 2,000~6,000 염기쌍으로 된 DNA 단편을 회수하였다. Bluescript II SK(+) (플라스미드 벡터) 1 ㎍ 을 제한 효소 Bam HI 로 처리하여 플라스미드 벡터를 완전히 분해한 다음 DNA 단편 10 ㎍ 과 T4 DNA 리가아제 2 단위를 가하였다. 이 혼합물을 4℃에서 하룻밤 방치하여 DNA 단편을 플라스미드 벡터에 연결하였다. 수득한 재조합 DNA 에 " Epicurian coli XLI-Blue " (일본국의 Toyobo 사 판매의 컴피턴트 셀) 30 ㎕ 을 가하고 얼음 냉각하에 30 분간 방치한 후 42℃ 로 가열하고 SOC 브로스 (broth)를 가하여 혼합한 다음 37℃ 에서 1 시간 배양하여 재조합 DNA 를 대장균에 도입하였다.

수득한 형질 전환체를 5-브로모-4-클로로-3-인돌릴-1-β-갈락토시드 50 ㎍/㎖ 을 함유한 한천판 (pH 7.0) 에 접종하고 37℃ 에서 18 시간 배양한 다음 나일론막을 한천평 판위에 놓고 한천판위에 형성된 약 5,000 콜로니를 나일론막위에 고정하였다. 배열표 (SEQ ID NO:3) 의 아미노산 배열중 Asn-Leu-Trp-Tyr-Phe-Lys-Asp 아미노산 배열에 근거하여 5' -AAYYTNTGGTAYTTYAARGA-3' 의 염기 배열로 나타내어지는 프로우브 1 을 화학적으로 합성하여³²P 로 표지한 후 나일론막위에 고정된 형질 전환체의 콜로니로 하이브리다이즈한 다음 강력하게 하이브리다이즈된 형질 전환체 15 종류를 선택하였다.

목적으로하는 재조합 DNA 를 15 종류의 형질 전환체로 부터 통상의 방법으로선택하여 배열표 (SEQ ID NO:4) 의 아미노산 배열의 Glu-Glu-Trp-His-Ser-Ile-Ile 로 나타내어지는 배열에 따라 5'-GARGARTGGCAYWSNATHAT-3' 로 나타내어지는 염기배열의 프로우브 2 를 화학합성하고, 동위체³²P로 표지한 다음 문헌 [E. M. Southern in Journal of Molecular Biology, Vol.98, pp.503∼517 (1975)]에 기재된 방법에 준하여 상기 재조합 DNA를 하이브리다이즈시켜 강력하게 하이브리다이즈된 재조합 DNA 를 선택 하였다. 이렇게 수득한 재조합 DNA 와 형질 전환체를 각각 " pST35 " 및 "ST35 " 로 명명하였다.

형질 전환체 ST35 을 앰피실린 100 ㎍/㎖ 을 함유하는 L-육즙 (pH 7.0) 에 접종하고 회전 진탕기에서 37℃ 에서 24 시간 배양하였다. 배양완료루 원심분리하여 배양물로 부터 균체를 채취하고 일반적인 알칼리법으로 처리하여 세포 외에서 재조합 DNA 를 추출하였다. 수득한 추출물을 통상의 방법으로 정제하고 분석하여 재조합 DNA pST35 는 약 6,200 개 염기쌍으로 구성되어 있고, 이 효소를 코우드 하는 약 2,200 염기쌍으로 되어 있는 DNA 를 제한효소 Eco RV 의 분열부위의 하류에 연결하고 있음을 확인하였다.

실험 3-3 : 형질 전환체 ST35 에 의한 재조합 열안정성 효소의 제조

폴리펩톤 0.1 w/v %, 효모 엑스 0.1 w/v %, 황산 암모늄 0.2 w/v %, 인산 2 수소 칼륨 0.05 w/v %, 황산 마그네슘 7 수화물 0.02 w/v %, 염화 칼륨 0.02 w/v % 및 물로 된 액체 배지 (pH 7.0) 약 100 ㎖ 씩을 500 ㎖ 용량의 플라스크에 넣고 120℃ 에서 20 분간 오토클레이브하여 각각 플라스크를 멸균하여 냉각한 후, 여기에 앰피실린 50 ㎍/㎖ 을 가하고 실험 3-2 의 형질 전환체 ST35 의 종배양액을 접종한 다음 130 rpm 의 회전 진탕 조건하에 형질 전환체를 37℃ 에서 24 시간 배양하여 종배양액을 얻었다. 10 리터 용량의 퍼어멘터에 동일한 액체 배지 약 5 리터를 넣고 위와 마찬가지로 멸균하여 37℃ 로 냉각하고, 여기에 앰피실린 50 ㎍/㎖ 을 가하여 종배약액 1 v/v % 을 접종한 다음 500 ㎖/분의 통기 조건하에 37℃ 에서 24 시간 배양하였다.

수득한 배양물을 통상의 방법으로 초음파 처리하여 균체를 파쇄하고 수득한 상청액을 원심분리하여 불용물을 제거하였다. 수득한 상청액에 황산 암모늄을 혼합하여 포화도 70 w/v % 로 한 다음 4℃ 에서 24 시간 방치한 후 원심분리하여 침전물을 얻어, 이것을 소량의 10 mM 인산 완충액 (pH 8.5) 에 용해하였다. 수득한 용액을 동일한 완충액에 대해 10 시간 투석하고, 수득한 투석액에 대해 효소 활성을 측정한 결과, 배양물 1 리터중에는 약 8.0 단위의 재조합 열안정성 효소를 함유하고 있었다.

대조로서 대장균 XLI-Blue 균주 또는 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 의 종배양물을 앰피실린 무함유의 동일한 액체 배지에 접종하였다. 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 의 배양에 있어서 영양 배지의 초기 pH와 배양 온도를 각각 3.0 및 75℃ 로 한 것 외에는 위와 마찬가지로 배양하여 처리하였다. 효소 활성의 분석에서 약 1 리터의 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 의 배양물로 부터 약 1.8 단위의 열안정성 효소를 얻었는데, 이 수율은 형질 전환체 ST35 의 경우보다 현저히 낮았다. 숙주로 사용된 대장균 XLI-Blue 균주는 열안정성 효소를 생성하지 않았다.

이어서, 형질 전환체 ST35 에 의해 생성된 재조합 열안정성 효소를 실험 1 및 2 와 마찬가지로 정제하여 성질과 성상을 조사한 결과, 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 유래의 열안정성 효소와 실질적으로 동일한 물리화학적 성질을 가지고 있음이 판명되었는데, 그 이유는 (가) 재조합 열안정성 효소는 SDS-PAGE 에 의한 분자량이 약 69,000~79,000 달톤이고, 등전점 전기영동에 의한 등전점이 약 5.4~6.4 이며 (나) 수용액 (pH 7.0) 중에서 85℃ 에서 60 분간 유지할 경우라도 실질적으로 실활되지 않기 때문이다.

이들 결과로 부터 본 발명의 열안정성 효소는 재조합 DNA 기술에 의해 현저히 향상된 수율로 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.

실험 4 : 상보쇄 DNA 제조 및 염기 배열과 아미노산 배열의 결정

실험 3-2 의 재조합 DNA pST35 2 ㎍ 을 2 M 수산화 나트륨 수용액을 가하여 변성시키고, 여기에 적당량의 냉에탄올을 가한 다음 템플레이트 DNA 를 함유한 침강물을 채취하여 진공 건조시켰다. 이 템플레이트 DNA 에 염기 배열 5'-GTAAAACGACGGCCAGT-3' 를 가진 화학적으로 합성한 프라이머 50 pmole/㎖ 및 20 mM 염화 마그네슘과 염화 나트륨을 함유한 40 mM Tris-HCl 완충액 (pH 7.5) 10 ㎕ 을 가하고 65℃ 에서 2분간 유지하여 어니일링시켰다. 수득한 혼합물을 dATP, dGTP 및 dTTP를 각각 7.1 μM, 함유하는 수용액 2㎕와, [α-³²P]dCTP (2 mCi/㎖) 를 0.5 ㎕, 0.1 M 디티오트레이톨 1 ㎕ 및 1.5 단위/㎖ T7 DNA 폴리머라아제 2 ㎕ 을 혼합한다음 25℃ 에서 5 분간 배양하여 5' 말단으로 부터 3' 말단까지 프라이머를 연장시킴으로써 상보쇄 DNA 를 얻었다. 상보쇄 DNA 를 함유한 반응 생성물을 4 등분하여 각각에 dNTP 80 μM ddATP, ddCTP, ddGTP 또는 ddTTP 8 μM 을 함유한 50 mM 염화 나트륨 수용액 2.5 ㎕ 을 가하고 37℃ 에서 5 분간 유지한 다음 20 mM EDTA, 0.05 w/v % 브로모페놀 블루우 및 0.05 w/v % 크실렌 시아놀 함유의 98 v/v % 포름아미드 수용액 4 ㎕ 을 가하여 반응을 정지시켰다.

반응액을 용기에 넣고 비등수욕중에서 3 분간 가열한 다음 폴리아크릴아미드 6 w/v % 을 함유하는 겔 위에 가하고 약 2,000 볼트의 정전압으로 겔을 활성화시켜 전기 영동함으로써 DNA 단편을 분리한 후 통상의 방법으로 겔을 고정하고 건조하여 오토라디오그래피 처리하였다. 라디오그램에서 분리된 DNA 단편을 분석한 결과, 상보쇄 DNA 는 배열표 (SEQ ID NO:5) 의 약 2,200 염기쌍으로 구성된 염기 배열을 가지고 있음이 확인되었다. 염기 배열로 부터 추정할 수 있는 아미노산 배열은 배열표 (SEQ ID NO:5) 에 나와 있는데, 이것을 부분 아미노산 배열 (배열표 SEQ ID NO:3 및 4) 과 비교한 결과, 배열표 (SEQ ID NO:3) 의 부분 아미노산 배열은 배열표 (SEQ ID NO:5) 의 1∼30 에 절치한 배열에 상응하며, 배열표 (SEQ ID NO:4) 의 배열은 배열표 (SEQ ID NO:5) 의 468~478 에 위치한 배열에 상응함에 확인하였다. 이들 결과로 부터 본 발명의 재조합 열안정성 효소는 배열표 (SEQ ID NO:1) 의 N 말단으로 부터의 아미노산 배열을 가지며, 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 유래의 DNA 의 경우 아미노산 배열을 배열표 (SEQ ID NO:2) 의 5' 말단으로 부터의 염기 배열에 의해 코우드됨을 알 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 열안정성 효소는 장기간에 걸친 본 발명자들의 연구 결과 발견된 것이다. 열안정성 효소는 기타의 공지의 효소와는 다른 물리화학적 성질을 가지고 있다. 본 발명은 재조합 DNA 기술을 이용하여 열안정성 효소를 제조하는 것이다. 본 발명의 재조합 열안정성 효소와 그 제조 방법 및 용도에 대해서는 아래에 나오는 실시예를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 언급되는 재조합 열안정성 효소는 재조합 DNA 기술로 제조되며 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성할 수 있는 일반적인 열안정성 효소를 뜻한다. 일반적으로 본 발명은 재조합 열안정성 효소는 확인된 아미노산 배열을 가지며, 예컨대 배열표 (SEQ ID NO:1) 에 있는 N 말단으로 부터의 아미노산 배열 및 이것과 상동적인 배열을 들 수 있다. 배열표 (SEQ ID NO:1) 의 아미노산 배열과 상동적인 아미노산 배열을 가진 변이체는 고유의 물리화학적 성질을 바꾸지 않고 배열표 (SEQ ID NO:1) 의 아미노산 배열의 아미노산 하나 이상을 다른 아미노산으로 치환함으로써 얻을 수 있다. 동일한 DNA 를 사용하고 DNA 가 도입되는 숙주에 따라 달라진다.

하더라도 형질 전환체 배양용 영양 배지의 성분과 배양 온도 및 pH 에 따라 배열표 (SEQ ID NO:1) 의 아미노산 하나 이상이 결실되어 있지만 고유의 물리화학적 성질을 가진 변형된 효소를 제조할 수도 있고, 또는 숙주의 세포내 효소의 변형의 결과로 해서 DNA 발현후 N 말단에 새로 아미노산 하나 이상이 부가된 것을 제조할 수도 있다. 이러한 변이체는 소요의 물리화학적 성질을 가진 것이면 본 발명에서 사용할 수 있다.

재조합 열안정성 효소는 특정의 DNA 를 함유한 형질 전환체의 배양물로 부터 얻을 수 있다. 본 발명에서 사용되는 이러한 형질 전환체의 예는 배열표 (SEQ ID NO:2) 의 5' 말단으로 부터의 염기 배열이나 이것과 상동적인 염기 배열 또는 이들에 대해 상보적인 염기 배열을 가진 DNA 를 숙주에 도입하여 제조할 수 있다. 이들 염기 배열은 이들에 의해 코우드되는 아미노산 배열을 바꾸지 않고서도 유전 코우드의 축중에 의해 이들의 염기 하나 이상을 치환함으로써 변형시킬 수 있다. 물론, 재조합 열안정성 효소 또는 이들의 변이체를 치환하여 DNA 가 숙주속에서 목적의 열안정성 효소를 발현하도록 할 수가 있다.

본 발명에서 사용하는 DNA 로서는 위에 나온 염기 배열을 가진 것이면 천연에서 유래하는 것들과 인공적으로 합성한 것들을 사용할 수 있다. 본 발명의 DNA 의 천연 공급원의 예로서는 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 등의 술폴로부스속에 속하는 미생물이 있는데, 이들로 부터 본 발명의 DNA 를 함유한 유전자를 얻을 수 있다. 위에 나온 미생물을 영양 배지에 접종하고 호기적 조건에서 1∼3 일 정도 배양하여 배양물로 부터 균체를 채취한 다음 초음파 처리하거나 리소자임 또는 β-글루카나아제 등의 세포벽 용해 효소로 처리하여 본 발명의 DNA 를 함유한 유전자를 추출한다. 이 경우에 있어서 프로테아제 등의 단백질 분해 효소를 세포벽 용해 효소와 함께 사용할 수 있고, 초음파 파쇄 장치로 균체를 처리할 경우 소디움도데실 술페이트 (SDS) 등의 계면 활성제 존재하에 처리하거나 동결 융해법으로 처리한다. 목적의 DNA는 수득물을 페놀 추출법, 알코올 침전법, 원심분리법, 프로테아제 처리 및/또는 리보뉴클레아제 처리 등, 이 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 처리하여 얻을 수 있다. 본 발명의 DNA를 인공적으로 합성하자면 배열표 (SEQ ID NO:2)의 염기 배열을 이용하여 화학적으로 합성하거나 배열표 (SEQ ID NO:1) 의 아미노산 배열을 코우드하는 DNA 를 적당한 자체 복제 기능한 벡터에 삽입하여 재조합 DNA 를 얻어 이것을 적당한 숙주에 도입하여 형질 전환체를 얻은 다음, 이 형질 전환체를 배양하여 배양물로 부터 증식된 균체를 분리한 후 균체로 부터 목적의 DNA 를 함유한 플라스미드를 채취함으로써 플라스미드 형태로 얻을 수 있다.

일반적으로 DNA 를 제조한 DNA 형태로 숙주속에 도입한다. 일반적으로 재조합 DNA 에는 위에 나온 DNA 와 자체 복제 가능한 벡터를 가지고 있는데, 원료인 DNA 를 입수할 수 있으면 일반적인 재조합 DNA 기술에 의해 비교적 용이하게 제조할 수 있다. 이러한 벡터의 예로서는 pBR322, pUC18, Bluescript II SK(+), pKK223-3, pUB110, pTZ4, pC194, pHV14, TRp7, TEp7, pBS7 등의 플라스미드 벡터와, λgt·λC, λgt·λB, ρ11, ø1, ø105 등의 파아지 벡터가 있다. 이들 플라스미드 벡터와 파아지 벡터 중에서 pBR322, pUC18, Bluescript II SK(+), pKK223-3, λgt·λC, 및 λgt·λB 는 본 발명의 DNA 를 대장균에서 발현시킬 경우 만족스럽게 사용되는 반면 pUB110, pTZ4, pC194, ρ11, ø1 및 ø105 는 바실루스속 미생물에서 발현시킬 때 만족스럽게 사용된다. 플라스미드 벡터 pHV14,TRp7, TEp7 및 pBS7 은 재조합 DNA 를 두가지 이상의 숙주속에식 생장시킬 때 유리하게 사용된다.

본 발명에서 본 발명의 DNA 를 이러한 벡터에 삽입하는데 사용되는 방법은 이 기술분야에서 보통 사용 되고 있는 것들이어도 좋다. 본 발명의 DNA 를 함유하는 유전자와 자체 복제 가능한 벡터를 먼저 제한 효소 및/또는 초음파로 분해한 다음 수득한 DNA 단편과 벡터 단편을 연결한다. DNA와 벡터를 분해하자면 뉴클레오티드에 특이적으로 작용하는 제한 효소, 특히 타입 II 제한 효소, 보다 구체적으로는 Sau 3AI, Eco RI, Hind III, Bam HI, Sal I. Xba I, Sac I, Pst I, Ban III, Spe I 등에 의해 DNA 단편과 벡터단편을 용이하게 연결할 수 있다. 벡터 단편으로 DNA 단편을 연결하자면 필요한 경우 이들을 어니일링 한후 생체내 또는 시험외내에서 DNA 리가아제를 작용시킨다. 수득한 재조합 DNA 는 적당한 숙주속에 도입하여 형질 전환체를 생성시키고 이것을 배양함으로써 실질적은 제한없이 복제 가능하다.

수득한 재조합 DNA 를 대장균을 비롯한 바실루스속 미생물 및 악티노마이세스, 효모 등의 적당한 숙주 미생물에 도입할 수 있다. 대장균을 숙주로 사용할 경우 재조합 DNA 와 칼슘 이온 존재하에 숙주를 배양함으로써 DNA 를 도입할 수 있고, 바실루스속 미생물을 숙주로 사용할 경우에는 컴피턴트 셀법과 콜로니 하이브리다이제이션법을 사용할 수 있다. 콜리니 하이브리다이제이션법에 의하거나 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당을 함유하는 영양 배지에서 형질 전환체를 배양하고, 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 목적의 형질 전환체를 선택함으로써 소요의 형질 전환체를클로닝 할 수 있다.

세포내 또는 세포외에서 수득한 형질 전환체는 영양 배지에서 배양하면 목적의 효소를 생성한다. 일반적으로 탄소원, 질소원 및 미네랄, 필요에 따라 소량의 아미노산, 비타민이 보충된 액체 배지를 본 발명에서 사용한다. 탄소원의 예는 미가공 전분, 전분 가수분해물, 글루코오스, 프룩토오스, 수크로오스 및 트레할로오스 등의 당질이 있다. 질소원의 예는 암모니아 및 그 염, 우레아, 질산염, 펩톤, 효모 엑스, 탈지 대두, 코온 스티프리커 및 육 (肉) 엑스 등의 질소 함유 무기물 및 유기물이 있다. 목적의 효소를 함유한 배양물은 형질 전환체를 영양 배지에 접종하여 20∼65℃ 및 pH 2∼9 에서 약 1∼6 일 동안 통기 교반 방법으로 호기적 조건하에 배양함으로써 제조할 수 있다. 이 배양물을 그대로 조효소로 사용할 수 있으나 통상적으로 사용하기 전에 배양물 중의 균체를 초음파 및/또는 세포벽 용해 효소로 파쇄한 후 균체로 부터 열안정성효소를 여과 및/또는 원심분리법으로 분리하여 효소를 정제한다. 효소 정제 방법은 일반적으로 공지의 방법을 포함한다. 배양물로 부터 잔존 균체와 균체 파쇄물을 제거하고 농축, 염석, 투석, 분리 침강, 겔 여과 크로마토그래피, 이온 교환 크로마토그래피, 소수 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 겔 전기 영동법 및 등전점 전기 영동법 등의 방법중에서 한가지 이상의 방법으로 처리한다.

위에 나온 바와 같이 본 발명의 재조합 열안정성 효소는 55℃ 이상의 온도에서 작용시키더라도 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 특징을 가지고 있다. 수득한 비환원성 당질은 만족스럽고 온화한 고품질의 감미와 적당한 점도 및 보습성을 가지고 있고 분지내에 환원성 잔기가 없으므로 불필요한 착색이나 열화의 우려도 없이 음식물의 감미 부여에 사용할 수 있다. 이러한 특징으로 해서 환원성으로 인해 쓸모없었던 각종 전분당을 취급이 용이하고 유용하며 환원성이 없거나 극히 감소된 환원성을 가진 당질로 변환시킬 수 있다.

변환 방법에 대해 상세히 설명한다. 전분, 아밀로펙틴, 아밀로오스 등의 전분당을 산 및/또는 아밀라아제로 부분 가수분해하여 제조되는 환원성 전분 가수분해물을 통상적으로 본 발명의 재조합 열안정성 효소의 기질로 사용할 수 있다. 이러한 환원성 전분 가수분해물은 이 기술분야에서 통상적으로 사용되는 공지의 방법으로 제조할 수 있으며, 그 예로서는 글루코오스 중합도 3 이상의 말토올리고당, 예컨대 말토트리오스, 말토테트라오스, 말토펜타오스, 말토헥사오스 및 말토헵타오스 중에서 한가지 이상을 포함한다. 문헌 [" Handbook of Amylases and Related Enzymes ", 1st edition (1988), edited by The Amylases Research Society of Japan, published by Pergamon Press plc, Oxford, England] 에 기재된 바와 같이 α-아밀라아제, 말토테트라오스 생성 아밀라아제, 말토펜타오스생성 아밀라아제 및 말토헥사오스 생성 아밀라아제는 본 발명에서 사용되는 환원성 전분당 제조에 특히 유용하며, 이들 아밀라아제 중에서 어느 한가지를 사용하면 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당 고함유의 전분당의 혼합물을 고수율로 용이하게 제조할 수 있다. 필요하다면 풀룰라나아제와 이소아밀라이제 등의 전분 지절 효소와 아밀라아제의 병용에 의해 본 발명의 재조합 열안정성 효소의 기질로 사용되는 환원성 전분당의 수율을 높일 수 있다.

본 발명의 의한 효소적 변환 방법에 있어서 본 발명의 재조합 열안정성 효소를 기질인 위에 나온 환원성 전분당 한가지 이상을 함유하는 수용액중에 공존시킨 다음 소요량의 목적의 환원성 전분당이 생성될 때까지 일정 온도와 pH 에서 효소반응시킨다. 효소반응은 기질 농도 단 0.1 w/w % (d.s.b.) 이하에서도 진행하지만 공업적 규모의 생산에서 본 발명의 변환 방법을 사용할 경우 2 w/w % 이상, 바람직하게는 5∼50 w/w % 의 농도를 만족하게 사용할 수 있다. 효소 반응의 온도와 pH 는 재조합 열안정성 효소틀 실활하지 않고 효소가 기질에 효과적으로 작용할 수 있는 범위내, 즉 55℃ 이상 ∼ 85℃ 이하, 바람직하게는 약 56∼70℃의 범위와 pH 4~7, 바람직하게는 약 5~6의 범위내로 설정한다. 본 발명의 재조합 열안정성 효소에 적합한 양과 반응 시간은 효소반응 조건에 따라 선택한다. 따라서, 본 발명의 재조합 열안정성 효소는 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당을 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질로 변환시키는데, 예컨대 변환율은 말토펜타오스에 작용시킬 경우 약 74 % 까지 증가한다.

본 발명의 변환 반응으로 수득한 반응 혼합물을 그대로 사용할 수 있으나, 통상적으로 이들을 정제하여 사용한다. 즉, 반응 혼합물로 부터 불용물을 여과 및 원심분리에 의해 제거하고 수득한 용액을 활성탄으로 탈색하여 이온 교환 수지로 탈염, 정제한 후 농축하여 시럽상 제품을 얻는다. 용도에 따라 시럽상 제품을 진공 건조하여 분무 건조함으로써 고상물을 얻는다. 실질적으로 비환원성 당질로 구성된 제품을 얻자면 시럽상 제품을 당질 분리를 위해 이온 교환 수지, 활성탄 및 실리카겔 등을 사용하는 크로마토그래피, 알코올 및/또는 아세톤을 사용하는 분별 침강, 막 여과, 효모에 의한 발효 및 알칼리에 의한 환원당의 제거, 분해 등의 방법중 한가지 이상의 방법으로 처리한다. 비교적 대량의 반응 혼합물을 처리하는 방법으로서는, 예컨대 일본국 특허 공개 제 23,799/83 호 공보 및 제 72,598/83 호 공보에 개시되어 있는 고정상 또는 의사 (擬似) 이동상 이온 교환 크로마토그래피가 있는데, 이러한 방법에 의해 공업적 규모로 고수율로 비환원성 당질 고함유 제폼을 제조한다.

이렇게 하여 제조된 비환원성 당질은 당질 감미료의 환원성에 의해 쉽사리 손상되는 각종 제품에 널리 적용된다. 예컨대 이들은 감미료, 정미 (呈味) 개량제, 품질 개량제, 안정제, 증량제, 부형제, 보조제 등으로서 음식물, 화장품, 의약품 등에 유리하게 사용할 수도 있다. 비환원성 당질은 일본국 특허 출원 제 79,291/94 호에 개시된 바와 같이 효소반응시키거나 트레할로오스 유리 효소를 작용시키면 거의 정량적으로 트레할로오스를 생성하므로 이제까지 쉽사리 제조할 수 없었던 트레할로오스 제조를 위한 중간체로 사용할 수 있다.

다음의 실시예에서 본 발명의 재조합 열안정성 효소의 제조 방법 및 환원성 전분당의 효소적 변환 방법을 상세히 설명한다.

실시예 A-1 : 재조합 열안정성 효소의 제조

500 ㎖ 용량의 플라스크에 폴리펩톤 1 w/v %, 효모 엑스 0.5 w/v %, 염화 나트륨 0.5 w/v % 및 물로 된 액체 배지 (pH 7.0) 를 약 100 ㎖ 씩 넣고 각각의 플라스크에 대해 120℃ 에서 20 분간 오토클레이브하여 멸균한 후, 여기에 앰피실린 50㎍/㎖ 을 가한 다음 냉각하여 실험 3-2 의 방법으로 제조한 형질 전환체 ST35 을 접종하고, 형질 전환체 배양율을 37℃ 에서 24 시간 동안 회전 진탕 조건 (130 rpm) 하에 배양하여 종배양액을 얻었다. 30 리터 용량의 퍼어멘터에 동일한 액체 배지 약 18 리터를 가하고 위와 마찬가지로 멸균한 후 37℃ 로 냉각하고, 여기에 앰피실린 50 ㎍/㎖ 을 첨가하여 혼합하고 종배양액 1 v/v % 을 접종한 다음 통기 교반 조건하에 37℃ 에서 24 시간 배양하였다.

배양물을 초음파 처리하여 균체를 파쇄하고 수득한 현탁액을 원심분리하여 불용물을 제거한 다음 상청액의 효소 활성을 측정한 결과, 배양액 1 리터에는 본 발명의 재조합 열안정성 효소 약 75 단위를 함유하고 있었다. 배양 상청액을 실험 1 의 방법으로 정제하여 비활성이 약 80 단위/mg 단백질인 본 발명의 재조합 열안정성 효소를 약 57 단위/㎖ 함유한 수용액을 약 10 ㎖ 얻었다.

실시예 A-2 : 재조합 열안정성 효소 제조

실시예 A-2 (가) : 형질 전환체 제조

종래의 방법으로 화학 합성한 아래와 같이 나타내어지는 염기 배열을 가진10 가지 올리고뉴클레오티드를 적당한 비율로 혼합하고,

및 100℃, 65℃, 37℃ 및 20℃ 에서 각각 20 분 동안 연속적으로 인큐베이트하여 이들을 어니일링하였다. 배열표 (SEQ ID NO:6) 의 염기 배열을 가진 수득한 이중 가닥 DNA 에 대한 효소 Bam HI 과 Hind III 로 분해시켜 둔 " pKK223-3 " (스웨덴국 Pharmacia LKB Biotechnology 판매의 플라스미드 벡터) 을 가하고 T4 DNA 리가아제 존재하에 4℃ 에서 하룻밤 방치하여 연결시킴으로써 배열표 (SEQ ID NO:2) 의 염기 1∼59 및 염기 2,149∼2,160 의 염기 배열을 가진 1차 재조합 DNA 를 생성시켰다. 이 1 차 재조합 DNA 는 첫번째 염기 " G (구아닌) " 을 " A (아데닌) " 으로 치환시킨 배열표 (SEQ ID NO:2) 의 염기 배열에 대응한 것이다.

실험 3-2 의 방법으로 얻은 재조합 DNA pST35 를 제한 효소 Ban III 과 Spe I 으로 분해하여 배열표 (SEQ ID NO:2) 의 염기 60∼2,148 의 염기 배열을 가진 약 2,090 염기쌍으로 된 DNA 단편을 얻었다. 위에서와 마찬가지로 DNA 단편을 제한 효소 Ban III 과 Spe I 으로 분해시켜 둔 1 차 재조합 DNA 에 연결하여 배열표 (SEQ ID NO:1) 의 아미노산 배열을 바꾸지 않고서도 첫번째 염기 " G (구아닌) " 을 " A (아데닌) " 으로 치환시킨 배열표 (SEQ ID NO:2) 의 염기 배열에 대응하는 2,160 염기쌍을 가진 본 발명의 재조합 DNA pST36 을 제조하였다.

실험 3-2 의 방법에 따라 재조합 DNA pST36 을 " BMH71-18 " (일본국의 Takara Shuzo 사 판매의 컴피턴트 셀) 에 도입하여 본 발명의 재조합 열안정성 효소를 코우드하는 DNA 를 가진 형질 전환체 ST36 을 얻었다. 형질 전환체 ST36 을 실험 3-2 의 방법으로 배양하고 증식된 균체를 배양물로 부터 회수하였다.

균체로 부터 재조합 DNA 를 용출시켜 분석한 결과, 이것은 약 6,700 염기쌍으로 되어 있고, 제 6 도에 있는 바와 같이 제한 효소 Eco RV 의 분해부위 아래쪽에 위치한 DNA 를 가지고 있다.

실시예 A-2 (나) : 형질 전환체로 부터 재조합 열안정성 효소의 제조

말토오스 2 w/v %, N-Z-SOY PEPTONE (미합중국의 Sigma Chemicals 사 판매) 4 w/v %, 효모 엑스 2 w/v %, 인산 2 수소 나트륨 0.5 w/v %, 앰피실린 200 ㎍/㎖ 및 물로 된 액체 영양 배지 (pH 7.0) 를 사용한 것 외에는 실시예 A-1 의 방법과 마찬가지로 형질 전환체 ST36 을 배양하였다. 수득한 배양물을 초음파 처리하여 균체를 파쇄하고 균체 현탁액을 원심분리하여 불용성 물질을 제거한 다음 상청액중의재조합 열안정성 효소의 활성을 분석한 결과, 배양액 1 리터중에는 약 120,000 단위의 목적의 재조합 열안정성 효소를 함유하고 있었다. 상청액을 실험 1 의 방법으로 정제하여 비활성이 약 80 단위/mg 단백질인 재조합 열안정성 효소 약 230 단위/㎖ 를 함유한 수용액을 약 4,040 ㎖ 얻었다.

정제 효소의 성질과 성상을 실험 2 의 방법으로 분석한 결과, SDS-PAGE 에 의한 분자량은 약 69,000∼79,000 달톤이었고 등전점 전기 영동법에 의한 등전점 (pI) 은 약 5.4~6.4 이었으며 수용액 (pH 7.0) 중에서 85℃ 에서 60 분간 유지하더라도 실질적으로 실활되지 않았음이 판명되었다. 이들 물리화학적인 성질은 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 의 공여체 미생물 유래의 열안정성 효소와 실질적으로 동일하였다.

실시예 B-1 : 비환원성 당질 함유 시럽상 제품으로의 변환

감자 전분 현탁액 6 w/w % (d.s.b.) 을 가열하여 호화하고 pH 4.5 및 50℃ 로 조정하여 여기에 이소아밀라아제 (일본국의 林原생물화학 연구소 판매) 를 전분 고형물 1 g 당 2,500 단위 가하여 혼합하고 20 시간 효소반응시켰다. 반응액을 pH 6.5 로 조정하고 120℃ 에서 10 분간 오토클레이브하여 잔존 효소를 실활한 후 40℃ 로 급냉하고, 여기에 전분 고형물 1 g 당 " TERMAMYL 60L " (덴마크국의 Novo Nordisk Bioindustri A/S 판매의 α-아밀라아제) 을 150 단위 가하고 20 시간 효소반응시켰다. 반응액을 120℃ 에서 20 분간 오토클레이브하여 잔존 효소를 실활하고 60℃ 로 냉각 후 pH 5.5 로 조정하고 전분 고형물 1 g 당 실시예 A-1 의 방법으로 얻은 재조합 열안정성 효소 1 단위를 가하여 혼합한 다음 96 시간 동안 효소반응시켰다. 수득한 반응액을 97℃ 에서 30 분간 가열하여 잔존 효소를 실활하고, 냉각하여 여과한 후 여액을 통상의 방법으로 활성탄으로 탈색하고 이온 교환 수지로 탈염하여 정제한 다음 농축하된 농도 약 70 w/w % (d.s.b.) 의 시럽을 원료 전분에 대해 고형물 기준으로 약 90 % 의 수율로 얻었다.

이 시럽은 DE (dextrose equivalent) 가 24.5 로서 낮고 α-글루코실트레할로오스 12.1 w/w %, α-말토실트레할로오스 5.4 w/w %, α-말토트리오실트레할로오스 30.0 w/w %, α-말토테트라오실트레할로오스 1.4 w/w % 및 α-말토펜타오실트레할로오스 2.0 w/w % 을 함유하고 있었다. 이 제품은 온화한 중간 정도의 감미와 적당한 점성 및 보습성을 가지고 있어서 음식물, 화장품, 의약품 등의 일반 조성물에 감미료, 정미 개량제, 품질 개량제, 안정제, 증량제, 부형제, 보조제 등으로 유리하게 사용할 수 있다.

실시예 B-2 : 비환원성 당질 함유 분말상 제품으로의 변환

실시예 B-1 의 방법으로 얻은 비환원성 당질을 함유하는 시럽상 제품을 강산성 양이온 교환 수지를 사용한 칼럼 크로마토그래피 처리하여 비환원성 당질 함량을 증가시켰다. 그 공정은 다음과 같다. 즉, 자켓부 스테인레스강 칼럼 (직경 5.4 cm, 길이 5 m) 4개를 미리 물속에 현탁시켜 둔 " XT-1016 (Na⁺형) " (일본국의 Tokyo Organic Chmical Industries 사 판매의 강산성 양이온 교환 수지) 로 균일히 충전하고 직렬로 연결하여 칼럼 총 길이를 20 m 로 하였다. 수지에 대해 약 5 v/v % 의 체적으로 물로 적당히 희석한 시럽상 제품을 칼럼 내부 온도 55℃ 에서 칼럼에 공급한 다음 55℃ 의 온수를 SV (공간 속도) 0.13 으로 하여 공급함으로써 당질 성분을 용출하였다. 비환원성 당질 고함유 획분을 회수하여 농축하고 진공 건조한 후 분쇄하여 비환원성 당질 고함유 분말상 제품을 원료 고형물당 약 64 % 의 수율로 얻었다.

이 제품은 DE가 4.8 로서 낮고 α-글루코실트레할로오스 12.8 w/w %, α-말토실트레할로오스 11.5 w/w %, α-말토트리오실트레할로오스 46.6 w/w %, α-말토테트라오실트레할로오스 2.3 w/w % 및 α-말토펜타오실트레할로오스 3.4 w/w % 을 함유하고 있었다. 실시예 B-1 의 제품과 마찬가지로 이 제품은 온화하고 중간 정도의 감미를 가지고 적당한 점성과 보습성이 있으므로 음식물, 화장품, 의약품 등의 일반 조성물에 있어서 감미료, 정미 개량제, 품질 개량제, 안정제, 증량제, 부형제, 보조제로서 유리하게 사용할 수 있다.

실시예 B-3 : 비환원성 당질 함유 시럽상 제품으로의 변환

33 w/w % 의 옥수수 전분 현탁액에 탄산 칼슘을 가하여 최종 농도 0.1 w/w % 로 하고 pH 6.5 로 조정한 후 여기에 전분 고형물 1 g 당 " TERMAMYL 60L " (덴마크국의 Novo Nordisk Bioindustri A/S 판매의 α-아밀라아제) 을 0.2 단위 가하고 95℃ 에서 15 분간 효소반응시켜 전분을 액화하였다. 반응액을 120℃ 에서 10 분간 오토클레이브하여 잔존 효소를 실활하고 55℃ 로 냉각하여 말토테트라오스생성 효소 (일본국의 林原생물화학 연구소 판매) 를 전분 고형물 1 g 당 5 단위 혼합하고 16 시간 효소반응시켰다. 반응액에 " α-아밀라아제 2A " (일본국의 Ueda Chemical 사 판매의 α-아밀라아제) 를 전분 고형물 1 g 당 30 단위 가하고 65℃ 에서 4 시간 효소반응시킨 다음 120℃ 에서 10 분간 오토클레이브하여 잔존 효소를 실활한 후 65℃ 로 냉각하고 pH 5.5 로 조정하여 여기에 실시예 A-1 의 방법으로 얻은 재조합 열안정성 효소를 전분 1 g 당 2 단위를 가하여 혼합한 다음 46 시간 동안 효소반응시켰다. 수득한 반응액을 97℃에서 30 분간 가열하여 잔존 효소를 실활하고, 냉각하여 여과한 후 통상의 방법으로 활성탄으로 탈색하고 이온 교환 수지로 탈염하여 정제한 다음 농축하여 농도 약 70 w/w % 의 시럽상 제품을 원료 전분에 대해 건조 고형물 기준으로 약 90 % 의 수율로 얻었다.

이 제품은 DE (dextrose equivalent) 가 17.1 로서 낮고 α-글루코실트레할로오스 8.9 w/w %, α-말토실트레할로오스 29.3 w/w %, α-말토트리오실트레할로오스 0.8 w/w %, α-말토테트라오실트레할로오스 0.7 w/w % 및 α-말토펜타오실트레할로오스 0.7 w/w % 을 함유하고 있었다. 이 제품은 온화한 중간 정도의 감미와 적당한 점성 및 보습성을 가지고 있어서 음식물, 화장품, 의약품 등의 일반 조성물에 감미료, 정미 개량제, 품질 개량제, 안정제, 증량제, 부형제, 보조제 등으로 유리하게 사용할 수 있다.

실시예 B-4 : 비환원성 당질 함유 분말상 제품으로의 변환

고순도 말토펜타오스 (일본국 林原생물화학 연구소 판매) 를 함유하는 20 w/w % 수용액에다 실시예 A-1 의 방법으로 얻은 재조합 열안정성 효소를 말토펜타오스 고형물 1 g 당 1.0 단위 가하고 70℃ 에서 48 시간 효소반응시켰다. 약 72 % 의 말토펜타오스가 α-말토트리오실트레할로오스로 변환된 반응액을 97℃ 에서 30 분간 가열하여 잔존 효소를 실활하고 통상의 방법으로 냉각, 여과, 탈색, 이온 교환 수지에 의한 탈염 및 정제 후 농축하였다.

농축물을 실시예 B-1 에서와 동일하게 칼럼 크로마토그래피 분획하여 α-말토트리오실 고함유 획분을 채취하고 통상의 방법으로 정제, 농축 및 분무 건조하여 비환원성 당질 고함유 분말상 제품을 원료 고형물당 약 26 w/w % 의 수율로 얻었다.

이 제품은 DE가 0.2 미만으로서 극히 낮고 α-말토트리오실트레할로오스 함량은 99.0 w/w % 이며 감미가 비교적 낮아서 음식물, 화장품, 의약품 등의 조성물에 정미 개량제, 품질 개량제, 안정제, 증량제, 부형제, 보조제로서 유리하게 사용할 수 있다.

실시예 B-5 : 결정질 트레할로오스 함유 분말상 제품으로의 변환

" PINE-DEX#4 " (일본국의 Matsutani Chemical Ind. 사제의 환원성 전분당) 40 중량부를 물 60 중량부에 가열 용해하고 이 용액을 65℃ 및 pH 5.5 로 조정하여 여기에 실시예 A-1 의 방법으로 얻은 재조합 열안정성 효소를 환원성 전분당 1 g 당 (d.s.b.) 1 단위를 혼합한 다음 96 시간 효소반응시킨 후 농도 약 20 w/w %, d.s b. 되게 희석하고, 여기에 " GLUCOZYME " (일본국의 Nagase Biochemicals 사 판매의 글루코아밀라아제) 을 환원성 전분당 1 g 당(d.s.b.) 10 단위 혼합하고 40 시간 효소반응시켰다. 이어서, 반응액을 가열하여 잔존 효소를 실활하고 통상의 방법으로 냉각, 여과, 활성탄에 의한 탈색, 이온 교환 수지에 의한 탈염 및 정제 후 약 60 w/w % 의 농도로 농축하였다. 트레할로오스 함량이 30.1 w/w %, d.s.b. 인 이 농축물을 " CG6000 " (일본국의 Japan Organo 사 판매의 강산성 양이온 교환 수지, Na⁺형) 을 사용한 것 외에는 실시예 B-2 와 마찬가지로 칼럼 크로마토그래피 분획하여 트레할로오스를 약 97 w/w % (d.s.b.) 함유하는 획분을 얻었다.

이 획분을 농도 약 75 w/w %, d.s.b. 까지 농축한 다음 결정화기에 넣어 교반하면서 서서히 냉각하여 결정화율 약 45 w/w %, d.s.b. 의 매스키트를 얻었다. 이 매스키트를 분무탑 상부의 노즐로 부터 약 150 kg/㎠ 은 압력으로 아래쪽으로 분무하면서 약 85℃ 의 열풍을 분무탑 상부로 부터 아래쪽으로 송풍하였다. 수득한 결정질 분말을 건조탑 저부의 금망식 컨베이어위에 포집하여 컨베이어 아래에서 약 45℃ 의 열풍을 보내면서 서서히 건조탑 밖으로 배출시켰다. 수득한 결정질 분말을 숙성탑에 옮겨 열풍 기류 중에서 10 시간 숙성하여 결정화의 건조를 완료함으로써 트레할로오스 함수 결정 분말을 원료 고형물당 약 90 w/w % 의 수율로 얻었다.

이 제품은 실질적으로 흡습성이 없고 취급이 용이하므로 음식물, 화장품, 의약품 등의 일반 조성물에서 감미료, 정미 개량제, 품질 개량제, 안정제, 증량제, 부형제, 보조제 등으로 유리하게 사용할 수 있다.

실시예 B-6 : 비환원성 당질 함유 시럽상 제품으로의 변환

고순도 맡테트라오스 (일본국의 林原생물화학 연구소 판매) 를 물에 용해하여 40 w/w % 수용액으로 한 다음, 여기에 실시예 A-2 의 방법으로 얻은 재조합 열안정성 효소를 말토테트라오스 1 g 당 2.0 단위 혼합하고 60℃ 에서 72 시간 효소반응시켜 고형물당 α-말토실트레할로오스 약 57 w/w % 와 α-글루코실트레할로오스 약 9 w/w % 를 함유하는 반응액을 얻었다. 이 반응액을 97℃ 에서 30 분간 유지하여 잔존 효소를 실활시키고 통상의 방법으로 냉각, 여과, 활성탄에 의한 탈색, 이온 교환 수지에 의한 탈염 및 정제후 농축하였다.

수득한 농축물을 실시예 B-2 의 칼럼을 통과시켜 α-말토실트레할로오스 고함유 획분을 회수하고 통상의 방법으로 정제하고 농축하여 농도 약 70 w/w % 의 시럽상 제품을 원료 말토테트라오스에 대해 약 90 % (d.s.b) 의 수율로 얻었다.

이 제품은 DE가 3.7 로서 낮고 α-말토실트레할로오스 84 w/w % 와 α-글루코실트레할로오스 4.0 w/w % 를 함유하며 온화한 고품위 감미와 적당한 점성 및 보습성을 가지고 있어서 음식물, 화장품, 의약품 등 각종 조성물에 감미료, 정미 개량제, 품질 개량제, 안정제, 증량제, 부형제 및 희석제로서 유리하게 사용할 수 있다.

위에 설명한 바와 같이 본 발명은 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성하는 신규의 열안정성 효소의 발견에 근거한 것이다. 본 발명은 재조합 DNA 기술에 의하여 열안정성 효소를 공업적 규모로 비교적 고수율로 제조할 수 있는 길을 개척하는 것이다. 재조합 열안정성 효소를 사용하는 본 발명의 변환 방법에 의해 글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당을 미생물의 감염의 우려없이 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질로 쉽사리 변환시킨다. 비환원성 당질은 온화하고 고품질의 감미를 가지고 있고 분자내에 환원성 잔기가 없으므로 음식물, 화장품, 의약품 등의 일반 조성물에 착색이나 열화의 우려도 없이 첨가하여 유리하게 사용할 수 있다.

본 발명의 재조합 열안정성 효소는 확인된 아미노산 배열을 가지고 있는 것이어서 음식물과 의약품에서의 사용을 전제로 하는 말단 단위로서 트레할로오스 구조들 가진 비환원성 당질의 제조시에 마음데로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 위에 나온 만족스러운 효과를 발휘하는 의의가 있는 발명이어서 이 기술분야에 대해 크게 기여하게 된다.

제 1 도는 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 유래의 열안정성 효소의 최적 온도를 나타내는 그래프.

제 2 도는 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 유래의 열안정성 효소의 최적 pH 를 나타내는 그래프.

제 3 도는 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 유래의 열안정성 효소의 열안정성을 나타내는 그래프.

제 4 도는 술폴로부스 아시도칼다리우스 (ATCC 33909) 유래의 열안정성 효소의 pH 안정성을 나타내는 그래프.

제 5 도는 본 발명의 재조합 DNA pSU18 의 제한도.

제 6 도는 본 발명의 재조합 DNA pST36 의 제한도.

Claims

아래의 물리화학적 성질 (1)∼(5)을 가진 재조합 열안정성 효소.

(1) 작용

글루코오스 중합도가 3 이상인 환원성 전분당으로 부터 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성함.

(2) 열안정성

수용액 (pH 7.0) 중에서 85℃ 에서 60분간 유지하더라도 실질적으로 실활하지 않음.

(3) 술폴로부스속(Sulfolobus屬)에 속하는 미생물에서 유래하는 SEQ ID NO:1의 아미노산 배열을 가짐.

(4) 분자량

소디움 도데실 술페이트 폴리아크릴아미드 겔 전기 영동법(SDS-PAGE) 으로 69,000∼ 79,000 달톤

(5) 등전점 (pI)

등전점 전기 영동법으로 5.4∼6.4
제1항 기재의 재조합 열안정성 효소를 코우드하고, 술폴로부스속에 속하는 미생물에서 유래하는 SEQ ID NO:2와, 이 염기배열에 대해 상동적인 염기배열 및 상보적인 염기배열로 된 군으로부터 선택되는 뉴클레오티드 배열을 가진 DNA.
제2항 기재의 DNA와 자체 복제가능한 벡터를 함유하는 복제가능한 재조합 DNA.
제3항에 있어서, 자체 복제 가능한 벡터가 플라스미드 벡터 Bluescript II SK(+) 또는 pKK223-3 인 복제 가능한 재조합 DNA.
자체 복제가능한 벡터와 제2항 기재의 DNA를 함유한 복제가능한 재조합 DNA를 박테리아에 도입하여 수득되는 형질 전환체.
제5항에 있어서, 자체 복제 가능한 벡터가 플라스미드 벡터 Bluescript II SK(+) 또는 pKK223-3 인 형질 전환체.
제5항에 있어서, 박테리아가 대장균종, 바실루스속 또는 악티노마이세스속에 속하는 형질 전환체.
제5항 기재의 형질 전환체를 배양하여 제1항 기재의 재조합 열안정성 효소를 생성시키고, 생성된 상기 재조합 열안정성 효소를 배양물로부터 회수함을 포함하는, 제1항 기재의 재조합 열안정성 효소의 제조방법.
제8항에 있어서, 제조된 재조합 열안정성 효소는 원심분리, 여과, 농축, 염석, 투석, 분별 침강, 이온 교환 크로마토그래피, 겔 여과 크로마토그래피, 소수 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피, 겔 전기 영동 및 등전점 전기 영동으로 된 군으로 부터 선택되는 한가지 이상의 방법으로 회수되는 제조 방법.
글루코오스 중합도 3 이상의 환원성 전분당에 제1항의 재조합 열안정성 효소를 작용시켜 말단 단위로서 트레할로오스 구조를 가진 비환원성 당질을 생성시키는 단계를 포함하는 환원성 전분당의 효소적 변환 방법.
제10항에 있어서, 환원성 전분당은 전분 또는 전분 물질을 산, 아밀라아제 또는 이들의 혼합물로써 가수분해하여 제조되는 것을 특징으로 하는 환원성 전분당의 효소적 변환 방법.
제10항에 있어서, 환원성 전분당은 말토트리오스, 말토테트라오스, 말토펜타오스, 말토헥사오스, 말토헵타오스 및 이들의 혼합물로 된 군으로부터 선택 되는 1 종인 환원성 전분당의 효소적 변환 방법.
제10항에 있어서, 건조 고형물 기준으로 상기 환원성 전분당을 50 w/w % 이하 함유하는 수용액중에 상기 재조합 열안정성 효소를 공존시켜 이환원성 전분당에 55℃를 초과하는 온도에서 작용시키는 단계를 포함하는 환원성 전분당의 효소적 변환 방법.
제10항에 있어서, 비환원성 당질은 α-글루코실트레할로오스, α-말토실 트레할로오스, α-말토트리오실트레할로오스, α-말토테트라오실트레할로오스, α-말토펜타오실트레할로오스 및 이들의 혼합물로 된 군으로 부터 선택되는 1 종인 환원성 전분당의 효소적 변환 방법.