KR20000030134A - Nucleotide sequences and amino acid sequences encoding a thermostable protease - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A gene sequence of subtilisin-like serine protease isolated from the thermopile bacteria(Thermoanaerobacter yonseii), and an amino acid sequence thereof are identified, and are provided to apply such enzyme property, being able to maintain its activity under condition of high temperature and alkali pH, to the field of detergent industry. CONSTITUTION: A genome DNA of Thermoanaerobacter yonseii isolated from the volcanic region is extracted with solvent and is cleaved with a restriction enzyme, so that its DNA library is prepared. A short oligonucleotide primer being able to hybridize with a template strand, which contains a consensus sequence of serine protease, is prepared by PCR method and is used for screening the genome DNA library. After sequencing the screened DNA library, the serine protease gene sequence consisting of 315 amino acids and the amino acid sequence thereof are identified.

Description

신규한 호열성 단백질 분해효소의 DNA 서열 및 그로부터 유래된 단백질 {Nucleotide sequences and amino acid sequences encoding a thermostable protease}DNA sequence of novel thermophilic protease and protein derived therefrom {Nucleotide sequences and amino acid sequences encoding a thermostable protease}

본 발명은 신규한 호열성 단백질 분해효소의 DNA 서열 및 그로부터 유래된 아미노산 서열에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 화산지대에서 채취한 고온 균(thermophile) 서모언에어로박터 연세이(Thermoanaerobacter yonseii KB1; 특허균주 기탁 번호 - (KFCC 11116 : 한국종균협회))로부터 분리한 신규한 서브틸리신 유사 단백질 분해효소(subtilisin-like serine protease)의 DNA 서열 및 그로부터 번역되는 아미노산 서열에 관한 것이다.The present invention relates to DNA sequences of novel thermophilic proteases and amino acid sequences derived therefrom. More specifically, the present invention relates to a novel subtilisin isolated from thermophile thermophile thermoaerobacter Yonsei (Thermoanaerobacter yonseii KB1; patent strain No.-(KFCC 11116: Korean spawn association)). A DNA sequence of a subtilisin-like serine protease and an amino acid sequence translated therefrom.

고온균으로부터의 호열성 단백질 가수분해효소는 높은 온도와 세제·유기용매에 대한 그들의 저항성에 기인하여 많은 관심에 집중되어 왔다. 더욱이 미생물 유래의 알칼라인 단백질 가수분해효소들은 세탁 산업의 세제에 주된 구성효소로서 상업적으로 중요한 효소들 중의 하나이다. 가장 잘 알려진 알칼라인 단백질 가수분해효소로는 Bacillus amyloliquefaciens로부터의 subtilisin BPN'과 Bacillus licheniformis로부터의 subtilisin Carlsberg이다(참조: M. Jacobs, M. Elisson, M. Uhlen, and J.-I. Flock, Nucl. Acids Res., 13, 8913-8926(1985)). 적정 pH가 높은 알칼라인 세린계 단백질 가수분해효소는 호알칼리성 Bacillus(참조: K. Horikoshi, Agric. Biol. Chem., 35, 1407-1414(1971))와 Streptomyces(참조: M. H. J. Zuidweg, C. J. K. Bos, and H. van Welzen, Biotechnol. Bioeng., 16, 685-714(1972))로부터 분리되었다. 호알칼리성 미생물로부터의 세린계 단백질 가수분해효소는 일반적으로 높은 알칼리 환경에서 안정한 반면에 매우 높은 온도에 대해서는 그 저항성이 약하다. 반면에 고온균 유래의 단백질 가수분해효소는 높은 온도에서는 안정하나 높은 pH에서는 불안정하다. 이런 이유로 높은 온도와 높은 알칼리 조건에서 높은 활성과 안정성을 가지는 단백질 가수분해효소는 그들의 생명공학적 응용측면에 있어 흥미 있는 효소이다. 고온균 유래의 호열성 호중성 단백질 가수분해효소, 높은 pH에서 안정한 호알칼리성 미생물 유래의 알칼라인 단백질 가수분해효소 그리고 몇 안 되는 호열성 알칼라인 단백질 가수분해효소에 대해 보고되고 있다(참조: M. J. O'donohue, B. P. Roques, and A. Beaumont, Biochem. J., 300, 599-603(1994)). 이전의 보고된 알칼라인 단백질 가수분해효소의 아미노산 서열은 Bacillus subtilis부터의 알칼라인 세린계 단백질 가수분해효소, subtilisin Carlsberg과 subtilisin BPN'(참조: Koide, Y., A. Nakamura, T. Uozumi, and T. Beppu, J. Bacteriol.,167, 110-116(1986)) 그리고 subtilisin E, subtilisin J, subtilisin DY, Bacillus stearothermophilus 유래의 호열성 호중성 단백질 가수분해효소(참조: Takagi, M., T. Imanaka, and S. Aiba, J. Bacteriol.,163, 824-831(1985)), 그리고 Bacillus licheniformis부터의 keratinase, 케라틴 단백질 분해효소(참조: Lin X, Kelemen DW, Miller ES, Shih JC, Appl. Environ. Microbiol., 61(4), 1469-1474(1995))등이 보고된 바 있다. 이들의 아미노산 서열의 활성부위인 Asp, His, Ser주위는 잘 보존되어있는 것이 알려져 있다.Thermophilic proteolytic enzymes from high temperature bacteria have attracted much attention due to their high temperature and their resistance to detergents and organic solvents. Moreover, microbial alkaline proteolytic enzymes are one of the commercially important enzymes as the major constituents for detergents in the laundry industry. The best known alkaline proteases are subtilisin BPN 'from Bacillus amyloliquefaciens and subtilisin Carlsberg from Bacillus licheniformis (see M. Jacobs, M. Elisson, M. Uhlen, and J.-I. Flock, Nucl. Acids Res., 13, 8913-8926 (1985)). Alkaline serine-based proteolytic enzymes with high titration pH include alkalophilic Bacillus (K. Horikoshi, Agric. Biol. Chem., 35, 1407-1414 (1971)) and Streptomyces (MHJ Zuidweg, CJK Bos, and H. van Welzen, Biotechnol. Bioeng., 16, 685-714 (1972). Serine-based proteolytic enzymes from alkalophilic microorganisms are generally stable in high alkaline environments while weakly resistant to very high temperatures. On the other hand, proteolytic enzymes derived from high temperature bacteria are stable at high temperatures but unstable at high pH. For this reason, proteases with high activity and stability at high temperatures and high alkali conditions are of interest for their biotechnological applications. Thermophilic neutrophil proteolytic enzymes from thermophilic bacteria, alkaline proteolytic enzymes derived from alkalescent microorganisms stable at high pH and few thermophilic alkaline proteolytic enzymes have been reported (see MJ O'donohue). , BP Roques, and A. Beaumont, Biochem. J., 300, 599-603 (1994)). The previously reported amino acid sequences of alkaline proteolytic enzymes are alkaline serine proteolytic enzymes from Bacillus subtilis, subtilisin Carlsberg and subtilisin BPN '(see Koide, Y., A. Nakamura, T. Uozumi, and T. Beppu, J. Bacteriol., 167, 110-116 (1986)) and thermophilic neutrophil proteolytic enzymes from subtilisin E, subtilisin J, subtilisin DY, Bacillus stearothermophilus (see Takagi, M., T. Imanaka, and S. Aiba, J. Bacteriol., 163, 824-831 (1985)), and keratinase from Bacillus licheniformis, keratin proteases (Lin X, Kelemen DW, Miller ES, Shih JC, Appl. Environ. Microbiol., 61 (4), 1469-1474 (1995). It is known that Asp, His, and Ser, which are active sites of these amino acid sequences, are well preserved.

이에, 본 발명의 발명자들은 화산지대로부터 채취한 고온균 서모언에어로박터 연세이의 게놈 DNA 라이브러리로부터 클로닝한 서브틸리신과 유사한 단백질 가수분해효소의 DNA 및 그로부터 번역되는 아미노산 서열이 신규하다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention have found that the DNA of the proteolytic enzyme similar to subtilisin cloned from the genomic DNA library of the thermophilic Thermoaerobacter Yonsei obtained from volcanic regions and the amino acid sequence translated therefrom is novel and the present invention is novel. To complete.

따라서 본 발명은 화산지대에서 채취한 고온균(thermophile) 서모언에어로박터 연세이(Thermoanaerobacter yonseii)로부터 분리한 신규한 호열성 서브틸리신 유사 단백질 분해효소(subtilisin-like serine protease)의 DNA 서열 및 그로부터번역되는 아미노산 서열을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention provides a DNA sequence of a novel subtilisin-like serine protease isolated from a thermophile, Thermophile aerobacter yonseii, and its translation from volcanoes. It is an object to provide an amino acid sequence.

도 1은 화산지대에서 채취한 고온균(thermophile) 서모언에어로박터 연세이(Thermoanaerobacter yonseii)의 게놈 DNA 라이브러리 제조과정을 나타내는 모식도이다.FIG. 1 is a schematic diagram showing a process for preparing genomic DNA library of thermophile thermoaerobacter yonseii taken from a volcanic region.

도 2a는 게놈 DNA로부터 유래한 PCR 산물의 DNA서열 및 그로부터 번역되는 아미노산 서열을 나타낸다.2A shows the DNA sequence of a PCR product derived from genomic DNA and the amino acid sequence translated therefrom.

도 2b는 PCR 산물과 다른 미생물 세린계 단백질 가수분해효소의 아미노산 서열을 비교하여 나타낸 것이다.Figure 2b shows a comparison of the amino acid sequence of the PCR product and other microbial serine protease.

도 3은 게놈 DNA 라이브러리의 스크리닝 결과를 나타낸 사진이다.Figure 3 is a photograph showing the results of screening genomic DNA library.

도 4a는 Thermicin의 DNA서열을 모식적으로 나타낸다.4A schematically shows the DNA sequence of Thermicin.

도 4b는 Thermicin의 DNA서열을 나타낸다.4b shows the DNA sequence of Thermicin.

도 4c는 도 4b에 게시된 Thermicin의 DNA 서열로부터 번역되는 아미노산 서열을 나타낸다.FIG. 4C shows the amino acid sequence translated from the DNA sequence of Thermicin as published in FIG. 4B.

도 5는 Thermicin 및 공지된 미생물 세린계 단백질 가수분해효소들의 아미노산 서열을 비교하여 나타낸 것이다.Figure 5 shows a comparison of the amino acid sequence of Thermicin and known microbial serine proteolytic enzymes.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 세린계 단백질 가수분해효소에 잘 보존되어있는 아미노산 부위에 대한 올리고 뉴클레오티드 프라이머들과 서모언에어로박터 연세이의 게놈 DNA 라이브러리로부터 PCR 산물을 프로브로 사용하여, 2.6kb의 서브틸리신과 유사한 단백질 분해효소를 코딩하는 DNA를 클로닝하였다. 클로닝된 DNA는 413개의 아미노산을 코딩하는 1239 뉴클레오티드의 개방 해독틀을 갖으며, 추정되는 아미노산 서열은 13개 아미노산으로 구성된 시그널 펩타이드, 85개 아미노산으로 구성된 프로 펩타이드와 315개 아미노산으로 구성된 성숙된 효소(mature enzyme)의 세린계 단백질 분해효소(이하, 편의상 'Thermicin'이라 함)로 분리됨이 확인되었다. Thermicin은 아미노산 서열로부터의 추정분자량이 44.4kD이고 성숙된 효소가 되면 32.9kD의 분자량을 가질 것으로 예상되며, 아미노산 성분으로부터 등전점(pI)이 8.51로 추정되었다.In order to achieve the above object, the present invention provides oligonucleotide primers for amino acid sites well preserved in serine-based proteolytic enzymes, and PCR products from the genomic DNA library of Thermoaerobacter Yonsei. DNA encoding a protease similar to the subtilisin of was cloned. The cloned DNA has an open reading frame of 1239 nucleotides encoding 413 amino acids. The estimated amino acid sequence is a signal peptide consisting of 13 amino acids, a prop peptide consisting of 85 amino acids, and a mature enzyme consisting of 315 amino acids. It was confirmed that it is separated into a serine proteolytic enzyme (hereinafter referred to as 'Thermicin') of the mature enzyme. Thermicin has an estimated molecular weight of 44.4 kD from the amino acid sequence and is expected to have a molecular weight of 32.9 kD when it becomes a mature enzyme, and the isoelectric point (pI) is estimated to be 8.51 from the amino acid component.

한편, 단백질의 정보검색 결과로부터, 이 세린계 단백질 분해효소는 공지된 다른 미생물의 서브틸리신 유사 단백질 분해효소들과 61% 내지 51%의 아미노산 서열상의 유사성이 있음이 확인되었다. 아울러, 본 발명의 신규한 단백질은 세린계 단백질 가수분해효소의 활성부위를 구성하는 Asp, His, Ser 및 그 주변의 아미노산 서열이 기존에 알려진 효소들과 같이 잘 보존되어 있음이 확인되었으므로, 본 발명의 신규한 단백질도 서브틸리신과 유사한 단백질 분해활성을 가질 것으로 예상되었다.On the other hand, from the information search results of the protein, it was confirmed that this serine protease has similarity in the amino acid sequence of 61% to 51% with the subtilisin-like proteases of other known microorganisms. In addition, the novel protein of the present invention was confirmed that the amino acid sequence of the Asp, His, Ser and its constituents constituting the active site of the serine protease is well preserved as known enzymes, the present invention It is expected that the novel protein of has similar proteolytic activity to subtilisin.

본 발명의 고온균 서모언에어로박터 연세이로부터 분리한 신규한 서브틸리신 유사 단백질 분해효소(subtilisin-like serine protease)의 DNA 서열은 재조합 대장균, 효모에서 확립된 발현시스템에 의하여 발현될 수 있으며, 이와 같은 방법으로 다량 생산된 서브틸리신 유사 단백질 분해효소는 세제 및 필수적인 아미노산의 생산에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.The DNA sequence of the novel subtilisin-like serine protease isolated from the thermophile thermoaerobacter Yonsei of the present invention can be expressed by an expression system established in recombinant E. coli, yeast, Subtilisin-like proteases produced in large quantities in the same manner may be useful for the production of detergents and essential amino acids.

이하 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 다음의 실시예 및 실험예 들은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the following Examples and Experimental Examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples according to the gist of the present invention to those skilled in the art. Will be self-evident.

실시예 1: 고온균 서모언에어로박터의 게놈 DNA 추출 및 라이브러리 제조Example 1 Genomic DNA Extraction and Library Preparation of Thermophile Thermoaerobacter

고온균 서모언에어로박터 연세이를 2ℓ, 80℃에서 정치 배양하여 이로부터 게놈 DNA를 추출하였다. 20분간 5,000×g로 원심분리하여 수확된 고온균은 Lysozyme과 단백질 가수분해효소 K에 반응시킨 후 동량의 chloroform/isoamyl alcohol (24:1)을 넣어 단백질, 탄수화물 복합체를 추출하고 20분간 13,000×g로 원심분리하고 상등액을 새 튜브에 옮기고, 동량의 phenol/ chloroform/ isoamyl alcohol (25:24:1)을 넣어 재차 추출하여 20분간 원심분리한 후 상등액의 0.7배 부피의 isopropanol과 3M sodium acetate를 넣고 멸균된 파스퇴르 피펫으로 용액 속의 게놈 DNA를 건져내었다. 70% 에탄올로 세척하여 잔존하는 염을 제거하고, cleanbench에서 건조시킨 후 DNA pellet을 1㎖의 TE 완충액으로 현탁시켜 게놈 DNA를 조제하였다. 제조된 게놈 DNA를 Sau3AI 제한효소로 부분 절단하여 람다 ZAP Express(Stratagene, USA)에 삽입하고 실험실적 패키징(in vitro packaging)을 거쳐 라이브러리를 완성하였다. 게놈 DNA 라이브러리는 106개의 독립된 플라크를 포함하는 것으로 검정되었다. 고온균 서모언에어로박터 연세이로부터 게놈 DNA 라이브러리를 제조하는 과정은 도 1에 모식적으로 나타내었다.The thermophilic thermoaerobacter Yonsei was cultured at 2 L at 80 ° C., and genomic DNA was extracted therefrom. The hot bacteria harvested by centrifugation at 5,000 × g for 20 minutes were reacted with Lysozyme and proteolytic enzyme K. Then, the same amount of chloroform / isoamyl alcohol (24: 1) was added to extract protein and carbohydrate complexes. After centrifugation, transfer the supernatant to a new tube, add the same amount of phenol / chloroform / isoamyl alcohol (25: 24: 1), extract it again, centrifuge for 20 minutes, add 0.7 times the volume of isopropanol and 3M sodium acetate. Sterile Pasteur pipettes were used to rescue genomic DNA from solution. The remaining salt was removed by washing with 70% ethanol, dried in a cleanbench and the DNA pellet was suspended in 1 ml of TE buffer to prepare genomic DNA. The prepared genomic DNA was partially digested with Sau3AI restriction enzymes, inserted into lambda ZAP Express (Stratagene, USA), and subjected to laboratory packaging to complete the library. Genomic DNA libraries were assayed to contain 10 6 independent plaques. A process for preparing a genomic DNA library from thermophilic thermoaerobacter Yonsei is shown schematically in FIG. 1.

실시예 2: 프로브의 제조Example 2: Preparation of Probes

실시예 1에서 제조한 게놈 DNA를 이용하여 서브틸리신 유사 단백질 분해효소를 스크리닝하기 위한 프로브를 선정하기 위하여, 미생물의 세린계 단백질 분해효소들에서 잘 보존된 아미노산 부위에 대한 올리고뉴클레오티드 프라이머들을 합성하였다.: 즉,To select probes for screening subtilisin-like proteases using the genomic DNA prepared in Example 1, oligonucleotide primers were synthesized for amino acid sites well conserved in serine-based proteases of microorganisms. .: In other words,

5'-프라이머로는 세린계 단백질 가수분해효소의 활성부위 중의 하나인 히스티딘 주위의 아미노산 서열인 NGHGTH에 근거하여, 5'- AAY GGN CAY GGN CAN CAY - 3' 서열을 보유하는 축퇴 올리고 뉴클레오티드를 사용하였고; 3'-프라이머로는 세린계 단백질 가수분해효소의 활성부위 중의 하나인 세린 주위의 아미노산 서열인 GTSMATP에 근거하여 5'- YGG YGT YGC CAT NGA NGT NCC -3' 서열을 보유하는 축퇴 올리고 뉴클레오티드 프라이머를 사용하였다(상기에서, Y는 C와 T가 혼합된 뉴클레오티드; N은 A, G, C, T의 각 뉴클레오티드를 나타낸다).As a 5'-primer, a degenerate oligonucleotide having a 5'- AAY GGN CAY GGN CAN CAY-3 'sequence based on the amino acid sequence NGHGTH around histidine, one of the active sites of the serine protease, is used. It was done; The 3'-primer is a degenerate oligonucleotide primer having a 5'-YGG YGT YGC CAT NGA NGT NCC -3 'sequence based on the amino acid sequence GTSMATP around serine, one of the active sites of the serine protease. (Wherein Y represents nucleotides in which C and T are mixed; N represents each nucleotide of A, G, C, and T).

실시예 1에서 제조된 게놈 DNA를 주형으로 상기 프라이머들과 Taq DNA중합효소를 이용하여 95℃에서 2분, 45℃에서 30초, 72℃에서 30초씩의 조건으로, 25회의 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction: PCR)을 수행한 결과, 585bp PCR 산물을 수득하였다. 얻어진 PCR 산물을 플라스미드 pGEM T easy(Promega, USA)에 서브클로닝하고 DNA서열을 결정하였다(도 2a).Using the primers and Taq DNA polymerase as a template using the genomic DNA prepared in Example 1, 25 polymerase chain reactions were performed at 95 ° C. for 2 minutes, 45 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 30 seconds. Polymerase chain reaction (PCR) was performed to give a 585 bp PCR product. The obtained PCR product was subcloned into plasmid pGEM T easy (Promega, USA) and the DNA sequence was determined (FIG. 2A).

DNA 서열로부터 유래된 아미노산 서열(PCR 585)은 공지된 세린계 단백질 가수분해효소, 즉 Bacillus subtilis로부터 분리한 알칼라인 세린계 단백질 가수분해효소 및 Streptomyces albogriseolus로부터 분리한 서브틸리신 유사 단백질 가수분해효소과 각각 67%와 56%의 유사성을 보유함이 확인되었다(도 2b). 도 2a 및 도 2b에서 , 밑줄 친 부분은 PCR 프라이머로부터 유래된 DNA 서열이고 박스부분은 다른 단백질 가수분해효소와의 잘 보존된 부분이다.The amino acid sequence derived from the DNA sequence (PCR 585) is a known serine protease, that is, an alkaline serine protease isolated from Bacillus subtilis and a subtilisin like protease isolated from Streptomyces albogriseolus, respectively. It was confirmed to have a similarity of% and 56% (FIG. 2B). 2A and 2B, the underlined portion is a DNA sequence derived from a PCR primer and the box portion is a well conserved portion with other proteolytic enzymes.

따라서 실제 DNA 라이브러리의 스크리닝에는 585bp PCR 산물을 사용하였다.Therefore, 585bp PCR product was used for the screening of the actual DNA library.

실시예 3: 게놈 DNA 라이브러리의 스크리닝Example 3: Screening of Genomic DNA Libraries

실시예 1에서 제조한 게놈 DNA 라이브러리를 E.coli XL-1 Blue에 도입하고 플레이팅하여 전체 1.2×105개의 플라크를 얻었다. 플라크를 니트로 셀룰로오스 막으로 옮긴 다음, 막을 변성용액(0.5N NaOH, 1.5M NaCl)에 2분, 중화용액(0.5M Tris HCl(pH7.4), 1.5M NaCl)에 5분간 처리하고, 2×SSC에서 30초간 세척하였다. 막을 UV crosslinker에서 2분 처리한 다음, 6×SSC, 5×Denhardt 용액, 0.5% SDS , 100㎍/㎖ 연어정액(single strand salmon sperm) DNA를 포함하는 용액에서 65℃, 3시간 전혼성화(prehybridization)하였다. 실시예 2에서 선정한 프로브를 [α-32P]dCTP로 무작위 표지(random- label)하여 1×106cpm/㎖의 농도로 상기의 전혼성화 용액에 첨가한 후, 65℃, 4시간 동안 혼성화하였다. 그런 다음, 막을 2×SSC, 0.1% SDS를 포함하는 용액에서 상온, 15분씩 2회 세척을 하고 1×SSC, 0.1% SDS를 포함하는 용액에서 65℃, 15분씩 2회 세척을 하고 0.1×SSC, 0.1% SDS를 포함하는 용액에서 65℃, 15분씩 2회 세척을 하였다.The genomic DNA library prepared in Example 1 was introduced into E. coli XL-1 Blue and plated to obtain a total of 1.2 × 10 5 plaques. The plaques were transferred to a nitro cellulose membrane, and then the membrane was treated with denatured solution (0.5N NaOH, 1.5M NaCl) for 2 minutes, neutralized solution (0.5M Tris HCl (pH7.4), 1.5M NaCl) for 5 minutes, and 2 × Wash for 30 seconds in SSC. The membranes were treated for 2 minutes in a UV crosslinker and then 65 ° C., 3 hours prehybridization in a solution containing 6 × SSC, 5 × Denhardt solution, 0.5% SDS, 100 μg / ml single strand salmon sperm DNA ) The probe selected in Example 2 was randomly labeled with [α- 32 P] dCTP and added to the prehybridization solution at a concentration of 1 × 10 6 cpm / ml, followed by hybridization at 65 ° C. for 4 hours. It was. The membrane is then washed twice at room temperature for 15 minutes in a solution containing 2 × SSC, 0.1% SDS, twice at 15 ° C. for 15 minutes in a solution containing 1 × SSC, 0.1% SDS, and then at 0.1 × SSC. , In a solution containing 0.1% SDS was washed twice at 15 ° C. for 15 minutes.

막은 증감 스크린(Intensifying screen)하에서 X-ray 필름에 -70℃, 14시간 노출시켰다. 그 결과 X-ray 필름상의 복사물(duplicate)에서, 동일 위치에 스팟(spot)이 형성된 14개의 양성클론(positive clone)을 찾아내었다(도 3).The membrane was exposed to -70 [deg.] C. for 14 hours on an X-ray film under an intensive screen. As a result, in the duplicate on the X-ray film, 14 positive clones in which spots were formed at the same position were found (FIG. 3).

도 3의 사진은 동일한 플레이트로부터 니트로 셀룰로스막으로 옮겨진 파아지 플라크를 혼성화한 다음, X-ray 필름에 노출시킨 결과를 나타낸다. 낮은 희석 배수로 플레이팅하여 2차, 3차 스크리닝을 위와 동일한 방법으로 반복한 결과, 각각 독립된 플라크를 얻었다.The photograph of FIG. 3 shows the result of hybridizing phage plaques transferred from the same plate to the nitro cellulose membrane and then exposing them to an X-ray film. Plated at low dilution multiples to repeat secondary and tertiary screening in the same manner as above, resulting in independent plaques, respectively.

각 클론은 pBK-CMV 벡터(Stratagene, USA)에 서브클로닝하였으며, 제한효소의 처리 결과, 그 삽입체 크기가 1kb에서 2.6kb로 확인되었다. 각 클론의 부분 서열을 결정하여 14개의 클론이 동일한 유전자의 일부를 보유하고 있는 것으로 확인되어, 그 중 가장 긴 2.6kb의 클론 전체의 서열을 결정하였다.Each clone was subcloned into the pBK-CMV vector (Stratagene, USA), and the restriction enzyme treatment resulted in an insert size of 1 kb to 2.6 kb. The partial sequence of each clone was determined to confirm that 14 clones contained a portion of the same gene, which determined the sequence of the entire longest 2.6 kb clone.

실시예 4: DNA 서열의 결정Example 4: Determination of DNA Sequences

2.6kb 클론의 서열의 결정은 전체 삽입체 2.6kb 중, 전체 개방 해독틀을 포함하는 부위에 대하여 중점적으로 수행하였으며(도 4a), 그 결과 2605bp의 서열을 결정하였다. 5'부근의 진한 글자로 된 GTG는 개시코돈을 나타내며, 3'부근의 진한 글자로 된 TAA는 정지코돈을 나타낸다(도 4b).Determination of the sequence of the 2.6 kb clone was carried out with emphasis on the site including the entire open reading frame in the 2.6 kb total insert (FIG. 4A), resulting in a sequence of 2605 bp. The dark GTG near 5 'indicates the initiation codon, and the dark TAA near 3' indicates the stop codon (Figure 4b).

실시예 5: DNA 서열의 분석Example 5: Analysis of DNA Sequences

클로닝된 DNA는 413개의 아미노산을 코딩하는 1239 뉴클레오티드의 개방 해독틀을 갖으며, 추정되는 아미노산 서열은 13개 아미노산으로 구성된 시그널 펩타이드, 85개 아미노산으로 구성된 프로 펩타이드와 315개 아미노산으로 구성된 성숙된 효소(mature enzyme)의 세린계 단백질 분해효소(이하, 편의상 'Thermicin'이라 함)로 분리됨이 확인되었다. Thermicin은 아미노산 서열로부터의 추정분자량이 44.4kD이고 성숙된 효소가 되면 32.9kD의 분자량을 가질 것으로 예상되며, 아미노산 성분으로부터 등전점(pI)이 8.51로 추정되었다.The cloned DNA has an open reading frame of 1239 nucleotides encoding 413 amino acids. The estimated amino acid sequence is a signal peptide consisting of 13 amino acids, a prop peptide consisting of 85 amino acids, and a mature enzyme consisting of 315 amino acids. It was confirmed that it is separated into a serine proteolytic enzyme (hereinafter referred to as 'Thermicin') of the mature enzyme. Thermicin has an estimated molecular weight of 44.4 kD from the amino acid sequence and is expected to have a molecular weight of 32.9 kD when it becomes a mature enzyme, and the isoelectric point (pI) is estimated to be 8.51 from the amino acid component.

이 클론(Thermicin)과 실시예 2에서 얻어진 585bp의 PCR 산물의 DNA 서열(PCR 585) 및 아미노산 서열을 비교한 결과, 잘 보존된 활성부위와 이외의 뉴클레오티드와 그에 따른 아미노산이 동일하다는 것을 발견하였다.The DNA sequence (PCR 585) and amino acid sequence of this clone (Thermicin) and the 585 bp PCR product obtained in Example 2 were found to be identical in amino acids and nucleotides other than well conserved active sites.

한편, Blast를 이용한 단백질의 정보검색 결과로부터, 이 세린계 단백질 가수분해효소는 공지된 다른 미생물의 서브틸리신 유사 단백질 가수분해효소들과 47% 내지 32%의 아미노산 서열상의 동일성이 있고, 51% 내지 61%의 아미노산 서열상의 유사성이 있음이 확인되었다(도 5). 아울러, 본 발명의 신규한 단백질은 세린계 단백질 가수분해효소의 활성부위를 구성하는 Asp, His, Ser(도 5에서 *로 표시됨) 및 그 주변의 아미노산 서열이 기존에 알려진 효소들과 같이 잘 보존되어 있음이 확인되었다. 이 결과로부터 서모언에어로박터 연세이에는 아미노산 서열이 다른 매우 유사한 세린계 단백질 가수분해효소가 존재하리라 예상할 수 있었다. 도 5에서, 박스 표시는 보존된 아미노산을; *표시는 그 중 활성부위를 각각 나타낸다. 따라서, 본 발명의 신규한 단백질도 서브틸리신과 유사한 단백질 활성을 가질 것으로 예상되어,'Thermicin'이라 부르기로 결정하였다.On the other hand, from the results of the information search of the protein using Blast, this serine protease has an identity on the amino acid sequence of 47% to 32% with subtilisin-like proteolytic enzymes of other known microorganisms, and 51% It was confirmed that there is similarity in the amino acid sequence of from 61% (Fig. 5). In addition, the novel protein of the present invention, Asp, His, Ser (indicated by * in FIG. 5) and its surrounding amino acid sequences constituting the active site of the serine-based protease are well preserved as well known enzymes Was confirmed. From these results, it could be expected that there will be very similar serine proteolytic enzymes with different amino acid sequences in Thermoaerobacter Yonsei. In FIG. 5, the box markings indicate conserved amino acids; The asterisk indicates an active site among them. Thus, the novel protein of the present invention was also expected to have similar protein activity as subtilisin, so it was decided to call it 'Thermicin'.

상기와 같이 본 발명은 화산지대에서 채취한 고온균(thermophile) 서모언에어로박터 연세이(Thermoanaerobacter yonseii)로부터 분리한 신규한 호열성 서브틸리신 유사 단백질 분해효소(subtilisin-like serine protease)의 DNA 서열 및 그로부터 번역되는 아미노산 서열을 제공한다. 본 발명의 고온균 서모언에어로박터 연세이로부터 분리한 신규한 서브틸리신 유사 단백질 분해효소(subtilisin-like serine protease)의 DNA 서열은 재조합 대장균, 효모에서 확립된 발현시스템에 의하여 발현될 수 있으며, 이와 같은 방법으로 다량 생산된 서브틸리신 유사 단백질 분해효소는 세제 및 필수적인 아미노산의 생산에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.As described above, the present invention provides a DNA sequence of a novel thermophilic subtilisin-like serine protease isolated from thermophile thermophile aerobacter yonseii collected from a volcanic region. Providing amino acid sequences translated therefrom. The DNA sequence of the novel subtilisin-like serine protease isolated from the thermophile thermoaerobacter Yonsei of the present invention can be expressed by an expression system established in recombinant E. coli, yeast, Subtilisin-like proteases produced in large quantities in the same manner may be useful for the production of detergents and essential amino acids.

Claims (4)

화산지대에서 채취한 고온균(thermophile) 서모언에어로박터 연세이(Thermoanaerobacter yonseii)로부터 분리된 다음과 같은 서열 전체 또는 일부를 가지는 신규한 호열성 서브틸리신 유사 단백질 분해효소(subtilisin-like serine protease)의 DNA 서열:Of a novel subtilisin-like serine protease having all or part of the following sequence isolated from the thermophile Thermophile aerobacter yonseii DNA sequence: 제 1항에 게시된 DNA의 라이브러리 스크리닝에 사용하는 다음과 같은 서열을 가지는 PCR 프라이머와 프로브:PCR primers and probes having the following sequences for use in library screening of DNA as claimed in claim 1: 제 1항에 게시된 DNA로부터 유래한 다음과 같은 서열 전체 또는 일부를 가지는 아미노산 서열Amino acid sequence having all or part of the following sequence derived from DNA as claimed in claim 1 제 3항의 아미노산 서열을 가지는 서모언에어로박터 연세이(Thermoanaerobacter yonseii)로부터 분리된 서브틸리신 유사 단백질 가수분해효소.A subtilisin-like proteinase isolated from the Thermoanaerobacter yonseii having the amino acid sequence of claim 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010079080A (en) * 2001-06-12 2001-08-22 김유삼 Nucleotide sequences and amino acid sequences encoding a DNA polymerase

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