KR20110117166A - Fast reaction kinetics of enzymes having low activity in dry chemistry layers - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분석물 측정 방법 및 이를 위한 적합한 진단 요소에 관한 것이다.The present invention relates to methods for measuring analytes and suitable diagnostic elements therefor.

Description

건식 화학 층에서 낮은 활성을 갖는 효소의 고속 반응 속도 {FAST REACTION KINETICS OF ENZYMES HAVING LOW ACTIVITY IN DRY CHEMISTRY LAYERS}FAST REACTION KINETICS OF ENZYMES HAVING LOW ACTIVITY IN DRY CHEMISTRY LAYERS}

본 발명은 분석물 측정 방법 및 이를 위한 적합한 진단 요소에 관한 것이다.The present invention relates to methods for measuring analytes and suitable diagnostic elements therefor.

진단 요소는 임상적으로 관련된 분석법의 중요한 성분이다. 이와 관련하여, 첫 번째 초점은 예를 들어 분석물에 대해 특이적인 효소의 도움으로 간접적으로 또는 직접적으로 측정하는, 분석물, 예를 들어 대사산물 또는 기질의 측정에 대한 것이다. 이러한 경우, 분석물은 효소-조효소 복합체의 도움으로 전환된 후 정량된다. 이러한 과정에서, 측정될 분석물은 적합한 효소, 조효소 및 임의로는 매개제와 접촉하며 상기 조효소는 효소적 반응에 의해 물리화학적으로 변화하여, 예를 들어 산화 또는 환원된다. 매개제가 추가적으로 사용되는 경우, 상기 매개제는 통상 분석물의 반응 동안 방출된 전자를 환원된 조효소로부터 광학 지시제 또는 전극의 전도성 성분에 전달시켜, 상기 반응은 예를 들어 광도 측정법적 또는 전기화학적으로 측정될 수 있다. 교정으로, 측정값과 측정될 분석물의 농도 사이의 직접적인 관계가 산출된다.Diagnostic elements are an important component of clinically relevant assays. In this regard, the first focus is on the determination of analytes, for example metabolites or substrates, which are measured indirectly or directly, for example with the aid of enzymes specific for the analyte. In this case, the analyte is quantified after conversion with the help of the enzyme-coenzyme complex. In this process, the analyte to be measured is contacted with a suitable enzyme, coenzyme and optionally a mediator and the coenzyme is physicochemically changed, for example, oxidized or reduced by enzymatic reaction. If a mediator is additionally used, the mediator typically transfers the electrons released during the reaction of the analyte from the reduced coenzyme to the optical indicator or conductive component of the electrode, such that the reaction is measured photometrically or electrochemically, for example. Can be. Calibration yields a direct relationship between the measurement and the concentration of the analyte to be measured.

선행 기술로부터 공지되어 있는 진단 요소는 제한된 보관 수명, 및 이러한 보관 수명이 성취되도록 하는 환경에 대한 특정 요구사항 (예를 들어 냉각 또는 건조 보관) 에 의해 특징지어진다. 따라서, 특정 형태의 적용에서, 예를 들어 혈당 자가 모니터링과 같은 최종 사용자 스스로에 의해 실행되는 시험의 경우, 소비자에 의해 거의 인지될 수 없는 측정 시스템의 거짓된, 눈에 띄지 않는 부정확한 보관으로 인해 잘못된 결과가 발생할 수 있으며, 이는 각 질환의 잘못된 치료를 유발할 수 있다. 잘못된 결과는 일차적으로 이러한 진단 요소에서 사용된 효소, 조효소 및 매개제가 일반적으로 수분 및 열에 민감하게 반응하며 시간에 걸쳐 불활성화되기 때문이다.Diagnostic elements known from the prior art are characterized by a limited shelf life and the specific requirements on the environment (eg cold or dry storage) to allow this shelf life to be achieved. Thus, in certain forms of application, for example, tests run by the end user themselves, such as blood sugar self-monitoring, may be misleading due to false, inconspicuous inaccurate storage of the measurement system that is hardly noticeable by the consumer. Outcomes can occur, which can lead to the wrong treatment of each disease. The erroneous result is primarily because the enzymes, coenzymes and mediators used in these diagnostic elements are generally sensitive to moisture and heat and are inactivated over time.

진단 요소의 안정성을 증가시키는데 사용되는 공지된 측정법은 안정한 효소, 예를 들어 호열성 미생물로부터의 효소를 사용하는 것이다. 또한, 효소는 화학적 개질, 특히 가교에 의해 안정화될 수 있다. 또한, 효소 안정화제 예를 들어 트레할로오스, 폴리비닐 피롤릴돈 및 혈청 알부민이 또한 첨가될 수 있거나, 효소는 예를 들어 광중합에 의해 중합체 네트워크 내에서 봉해질 수 있다.A known measure used to increase the stability of diagnostic elements is to use stable enzymes, for example enzymes from thermophilic microorganisms. In addition, enzymes can be stabilized by chemical modification, in particular crosslinking. In addition, enzyme stabilizers such as trehalose, polyvinyl pyrrolidone and serum albumin may also be added, or the enzyme may be sealed in the polymer network, for example by photopolymerization.

효소를 안정화시키는 또다른 방법은 위치-특이적 또는 비 위치-특이적으로 도입되는 돌연변이에 의한 것이다. 이와 관련하여, 효소에 대한 DNA 코딩에서의 표적된 변화에 의해 상응하는 효소의 특성에 특이적으로 영향을 주는 재조합 기술의 사용이 특히 적합한 것으로 증명된 바 있다.Another method of stabilizing enzymes is by mutations that are introduced site-specific or non-site-specifically. In this regard, the use of recombinant techniques, which specifically affect the properties of the corresponding enzyme by targeted changes in the DNA coding for the enzyme, has proved particularly suitable.

Baik 등 (Appl. Environ. Microbiol (2005), 71, 3285) 은 아미노산 치환 E170K, Q252L 또는 E170K/Q252L 을 포함하는 바실러스 메가테리움 (Bacillus megaterium) 으로부터의 글루코오스 탈수소효소의 세 가지 돌연변이체의 단리 및 분석을 기재하고 있다. 돌연변이체 E170K 및 Q252L 은 단지 낮은 염 농도 및 높은 pH 값에서만 낮은 안정성을 가지며, 이중 돌연변이체는 이량체-이량체 경계면에서의 증강된 상호작용으로 인해 시험 조건 하에 유의하게 증가된 안정성을 나타낸다.Baik et al. (Appl. Environ. Microbiol (2005), 71, 3285) isolated and isolated three mutants of glucose dehydrogenase from Bacillus megaterium comprising amino acid substitutions E170K, Q252L or E170K / Q252L. The analysis is described. Mutants E170K and Q252L have low stability only at low salt concentrations and high pH values, and double mutants show significantly increased stability under test conditions due to enhanced interactions at the dimer-dimer interface.

Vazquez-Figueroa 등 (ChemBioChem (2007), 8, 2295) 은 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis), 바실러스 투린지엔시스 (Bacillus thuringiensis) 및 바실러스 리체니포르미스 (Bacillus licheniformis) 로부터의 글루코오스 탈수소효소의 위치 155, 170 및 252 에서 아미노산 치환을 도입하는 것을 포함하는, 열안정성 글루코오스 탈수소효소의 개발을 개시하고 있다. 이와 관련하여, 돌연변이 E170K 및 Q252L 이 개별적으로 뿐 아니라 조합으로, 바실러스 서브틸리스로부터의 글루코오스 탈수소효소의 안정화를 야기한다는 것이 언급된다. Vazquez-Figueroa et al. (ChemBioChem (2007), 8, 2295) describe the location of glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis and Bacillus licheniformis. The development of thermostable glucose dehydrogenases, including introducing amino acid substitutions at 170 and 252, is disclosed. In this connection, it is mentioned that the mutations E170K and Q252L, individually as well as in combination, result in the stabilization of glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis.

그러나, 야생형 변이체에 비해 유전적으로 변형된 안정화 효소가 사용되는 경우, 이들이 상응하는 야생형 효소보다 통상 꽤 낮은 활성을 가지므로 시간 단위 당 더 낮은 기질 전향 (turnover) 값을 갖는다는 문제점이 발생한다. 높은 특이적 활성을 갖는 효소가 임상 및 진단 화학 예컨대 혈당 측정에 바람직하게 사용된다는 사실을 고려한다면, 안정화 효소의 사용은 종종 자연적 효소의 사용에 대한 허용가능하지 않은 대체물이다.However, when genetically modified stabilizing enzymes are used compared to wild type variants, there is a problem that they have lower substrate turnover values per unit of time since they typically have considerably lower activity than the corresponding wild type enzymes. Given the fact that enzymes with high specific activity are preferably used for clinical and diagnostic chemistry such as blood glucose measurements, the use of stabilizing enzymes is often an unacceptable substitute for the use of natural enzymes.

또다른 어려움은, 시간 단위 당 높은 기질 전향과 상호연관되는 높은 효소 활성이 통상, 각각의 경우에서 각 자연적 조효소로만 단지 달성된다는 것이다. 인공 조효소가 자연적 조효소 대신 사용되는 경우, 효소 활성은 통상 크게 감소하며 기질로의 전향 속도도 따라서 감소한다.Another difficulty is that high enzymatic activity, which correlates with high substrate turnover per unit of time, is usually only achieved with each natural coenzyme in each case. When artificial coenzymes are used in place of natural coenzymes, enzyme activity usually decreases significantly and the rate of conversion to the substrate also decreases.

따라서, 본 발명의 기반인 목적은 선행 기술의 불리한 점을 일부 이상 제거한, 특히 글루코오스를 측정하기 위한 안정한 진단 요소를 제공하는 것이다. 특히, 진단 요소는 기질의 높은 전향 속도를 확보하면서 동시에 효소 뿐 아니라 조효소의 높은 안정성을 확보해야 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a stable diagnostic element which eliminates some or more of the disadvantages of the prior art, in particular for measuring glucose. In particular, the diagnostic element should ensure high stability of the substrate as well as the high stability of the coenzyme as well as the high conversion rate of the substrate.

이러한 목적은, 하기 단계를 포함하는 분석물 측정 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다:This object is achieved according to the invention by an analyte measurement method comprising the following steps:

(a) 분석물을 함유하는 샘플을 하기를 함유하는 건식 시약층을 포함하는 진단 요소와 접촉시키는 단계:(a) contacting a sample containing the analyte with a diagnostic element comprising a dry reagent layer containing:

(i) 분석물에 대해 특이적인 돌연변이화된 탈수소효소 및(i) mutated dehydrogenase specific for the analyte and

(ii) 인공 조효소, 및(ii) artificial coenzymes, and

(b) 분석물의 존재 및/또는 양을 측정하는 단계.(b) determining the presence and / or amount of the analyte.

놀랍게도, 큐벳 시험에서 인공 조효소의 존재 하에 극도로 낮은 활성을 갖는 돌연변이화된 탈수소효소가 시험 스트립에서와 같은 건식 시약층을 갖는 진단 요소에서 보다 신속한 반응 속도를 나타내며, 적어도 자연적 조효소 (야생형 조효소) 의 존재 하에서만큼 많은 전향을 산출한다는 것이 본 발명의 범주 내에서 발견되었다. 이의 이유는 추측컨대 성분의 높은 농도에서 효소 활성 외의 다른 요소가 전향 속도에 결정적으로 영향을 주기 때문이며, 이와 관련하여 효소, 조효소, 환원된 조효소, 분석물 및 산화된 분석물 사이의 복합체 형성 상태가 특히 결정적인 것으로 나타난다.Surprisingly, mutated dehydrogenases with extremely low activity in the presence of artificial coenzymes in cuvette tests show a faster reaction rate in diagnostic elements with a dry reagent layer as in test strips, and at least of natural coenzyme (wild type coenzyme) It has been found within the scope of the present invention to yield as many turns as there are in the presence. This is presumably due to the fact that at high concentrations of the component, other factors besides the enzyme activity influence the rate of deflection decisively, in which the complex formation between enzymes, coenzymes, reduced coenzymes, analytes and oxidized analytes is affected. It appears particularly decisive.

이 점에 있어서, 본 발명에 따른 방법은 바람직한 구현예에서, 본원에 기재된 진단 요소에서의 분석물의 전향 속도가 인공 조효소 대신 상응하는 야생형 조효소를 포함하는 상응하는 진단 요소에서의 분석물의 전향 속도와 동일하거나 더 크다는 것을 제공한다. 본 발명에 따라 사용된 진단 요소에서의 분석물의 전향 속도는 야생형 조효소를 포함하는 진단 요소에서의 분석물의 전향 속도에 비해 바람직하게는 20% 이상, 보다 바람직하게는 50% 이상, 가장 바람직하게는 100% 이상, 예를 들어 100% 내지 200% 증가한다.In this regard, the method according to the invention, in a preferred embodiment, the rate of conversion of the analyte in the diagnostic elements described herein is equal to the rate of conversion of the analyte in the corresponding diagnostic element comprising the corresponding wild type coenzyme instead of the artificial coenzyme. Or larger. The rate of conversion of the analyte in the diagnostic element used according to the invention is preferably at least 20%, more preferably at least 50%, most preferably 100 compared to the rate of analyte in the diagnostic element comprising wild type coenzymes. Increase by at least%, for example from 100% to 200%.

본 출원에서 사용되는 바와 같은 용어 "돌연변이화된 탈수소효소" 또는 "탈수소효소 돌연변이체" 는 야생형 탈수소효소에 비해 변형된 아미노산 서열을 가지면서 동일한 수의 아미노산, 즉 야생형 탈수소효소로부터 하나 이상의 아미노산이 상이한 아미노산을 갖는 자연적 탈수소효소 (야생형 탈수소효소) 의 유전적으로 변형된 변이체를 의미한다.As used herein, the term “mutated dehydrogenase” or “dehydrogenase mutant” has a modified amino acid sequence compared to wild type dehydrogenase and differs from one or more amino acids from the same number of amino acids, ie wild type dehydrogenase. By genetically modified variant of natural dehydrogenase (wild type dehydrogenase) with amino acids.

돌연변이화된 탈수소효소는 임의의 생물학적 공급원에서 유래한 야생형 탈수소효소로부터의 돌연변이에 의해 수득될 수 있으며, 본 발명의 의미에 있어서 상기 용어 "생물학적 공급원" 은 원핵생물 예컨대 세균 뿐 아니라 진핵 생물 예컨대 포유류 및 기타 동물을 포함한다. 돌연변이(들) 의 도입은 당업계에 공지된 재조합 방법을 사용하여 위치-특이적 또는 비 위치-특이적으로, 바람직하게는 위치-특이적으로 발생할 수 있어, 각각의 필요사항 및 조건에 따라 자연적 탈수소효소의 아미노산 서열 내에 하나 이상의 아미노산 치환을 야기한다.Mutated dehydrogenases can be obtained by mutations from wild-type dehydrogenases derived from any biological source, and in the sense of the present invention the term "biological source" refers to prokaryotes such as bacteria as well as eukaryotes such as mammals and Other animals. The introduction of the mutation (s) can occur position-specifically or non-position-specifically, preferably position-specifically, using recombinant methods known in the art, so that it is natural for each requirement and condition. One or more amino acid substitutions occur within the amino acid sequence of the dehydrogenase.

이러한 방식으로 수득되며 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 탈수소효소 돌연변이체는 바람직하게는, 상응하는 야생형 탈수소효소에 비해 증가된 열 및/또는 가수분해 안정성을 갖는다. 이러한 돌연변이체의 예는 그 중에서도 Baik (Appl. Environ. Microbiol. (2005), 71, 3285), Vazquez-Figueroa (ChemBioChem (2007), 8, 2295) 뿐 아니라 WO 2005/045016 A2 에 기재되어 있으며, 이들 개시물은 본원에 명백하게 참고로 포함된다.The dehydrogenase mutants obtained in this way and used in the method according to the invention preferably have increased thermal and / or hydrolytic stability compared to the corresponding wild type dehydrogenase. Examples of such mutants are described, among others, in Baik (Appl. Environ. Microbiol. (2005), 71, 3285), Vazquez-Figueroa (ChemBioChem (2007), 8, 2295) as well as WO 2005/045016 A2. These disclosures are expressly incorporated herein by reference.

본 발명의 의미에 있어서의 돌연변이화된 탈수소효소는 특히 바람직하게는 상응하는 야생형 탈수소효소에 비해 감소된 특이적 효소 활성을 갖는다. 본 출원에서 사용된 바와 같은 용어 "특이적 효소 활성" (U/mg 효소로서 나타냄) 은 효소의 1 mg 당 및 1 분 당 사전한정된 조건 하에 전환되는 기질의 양을 의미한다. 한편, 용어 "동결건조물 활성" 은 보조 물질과 조합으로 효소를 포함하는 동결건조물의 1 mg 당 및 1 분 당 사전결정된 조건 하에 전환되는 기질의 양을 의미한다.Mutated dehydrogenases in the sense of the present invention particularly preferably have reduced specific enzymatic activity compared to the corresponding wild type dehydrogenase. The term “specific enzyme activity” (represented as U / mg enzyme) as used in this application means the amount of substrate that is converted under predefined conditions per 1 mg of enzyme and per minute. On the other hand, the term “lyophilisate activity” refers to the amount of substrate which is converted under predetermined conditions per 1 mg and per minute of lyophilisate comprising an enzyme in combination with an auxiliary substance.

본 발명에 따른 방법에서 사용되는 돌연변이화된 탈수소효소는 바람직하게는 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (NAD/NADH)-의존적 또는 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP/NADPH)-의존적 돌연변이화된 탈수소효소이며 이는 바람직하게는 돌연변이화된 알코올 탈수소효소 (EC 1.1.1.1; EC 1.1.1.2), 돌연변이화된 L-아미노산 탈수소효소 (1.4.1.5), 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소 (EC 1.1.1.47), 돌연변이화된 글루코오스-6-포스페이트 탈수소효소 (EC 1.1.1.49), 돌연변이화된 글리세롤 탈수소효소 (EC 1.1.1.6), 돌연변이화된 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 (EC 1.1.1.30), 돌연변이화된 락테이트 탈수소효소 (EC 1.1.1.27; EC1.1.1.28), 돌연변이화된 말레이트 탈수소효소 (EC 1.1.1.37) 및 돌연변이화된 소르비톨 탈수소효소에서 선택된다. 돌연변이화된 탈수소효소는 특히 바람직하게는 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소 (EC 1.1.1.47) 이다.The mutated dehydrogenase used in the method according to the invention is preferably nicotinamide adenine dinucleotide (NAD / NADH) -dependent or nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP / NADPH) -dependent mutated dehydrogenase, which is Preferably mutated alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.1; EC 1.1.1.2), mutated L-amino acid dehydrogenase (1.4.1.5), mutated glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.47), mutation Glucose-6-phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.49), mutated glycerol dehydrogenase (EC 1.1.1.6), mutated 3-hydroxybutyrate dehydrogenase (EC 1.1.1.30), mutated lactate Dehydrogenase (EC 1.1.1.27; EC1.1.1.28), mutated maleate dehydrogenase (EC 1.1.1.37), and mutated sorbitol dehydrogenase. Mutated dehydrogenases are particularly preferably mutated glucose dehydrogenases (EC 1.1.1.47).

돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소가 본 발명의 범주 내에서 사용되는 경우, 이는 상응하는 야생형 글루코오스 탈수소효소에 비교하여, 기본적으로 이의 아미노산 서열에서의 임의의 위치에서 변형된 아미노산(들) 을 포함할 수 있다. 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소는 바람직하게는 야생형 글루코오스 탈수소효소의 아미노산 서열의 위치 170 및 252 중 하나 이상에서 돌연변이를 포함하는데, 위치 170 및 위치 252 에서 돌연변이를 갖는 돌연변이체가 특히 바람직하다. 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소가 이들 돌연변이에 더하여 추가적인 돌연변이를 포함하지 않는 경우가 유리하다는 것이 증명된 바 있다.When a mutated glucose dehydrogenase is used within the scope of the present invention, it may comprise amino acid (s) modified at any position in its amino acid sequence, as compared to the corresponding wild type glucose dehydrogenase. . The mutated glucose dehydrogenase preferably comprises a mutation at one or more of positions 170 and 252 of the amino acid sequence of the wild type glucose dehydrogenase, with mutants having mutations at positions 170 and 252 particularly preferred. It has been proven that mutated glucose dehydrogenases do not contain additional mutations in addition to these mutations.

위치 170 및/또는 252 에서의 돌연변이는 안정화, 예를 들어 야생형 탈수소효소의 열 및/또는 가수분해 안정성에 있어서의 증가를 일으키는 임의의 아미노산 치환을 기본적으로 포함할 수 있다. 위치 170 에서의 돌연변이는 바람직하게는 아르기닌 또는 리신의 글루탐산으로의 아미노산 치환, 특히 리신의 글루탐산으로의 아미노산 치환을 포함하는 한편, 위치 252 에 관해서는 류신의 리신으로의 아미노산 치환이 바람직하다.The mutations at positions 170 and / or 252 can basically comprise any amino acid substitution that results in an increase in stabilization, eg, thermal and / or hydrolytic stability of the wild type dehydrogenase. Mutations at position 170 preferably include amino acid substitutions of arginine or lysine to glutamic acid, in particular amino acid substitutions of lysine to glutamic acid, while amino acid substitutions of leucine to lysine for position 252 are preferred.

상술한 글루코오스 탈수소효소의 돌연변이체를 제조하는데 사용되는 야생형 글루코오스 탈수소효소는 바람직하게는 세균에서 유래하며, 바실러스 메가테리움, 바실러스 서브틸리스 또는 바실러스 투린지엔시스, 특히 바실러스 서브틸리스로부터의 글루코오스 탈수소효소가 특히 바람직하게 사용된다. 가장 바람직한 구현예에서, 바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소의 돌연변이에 의해 수득된 SEQ ID NO:1 에서 나타내는 아미노산 서열을 갖는 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소 GlucDH_E170K_K252L 이 본 발명에 따른 방법의 범주 내에서 사용된다.The wild type glucose dehydrogenase used to prepare the mutants of the above-mentioned glucose dehydrogenase is preferably derived from bacteria and glucose dehydrogenation from Bacillus megaterium, Bacillus subtilis or Bacillus thuringiensis, in particular Bacillus subtilis. Enzymes are particularly preferably used. In the most preferred embodiment, the mutated glucose dehydrogenase GlucDH_E170K_K252L having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 obtained by mutation of wild type glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis is within the scope of the method according to the invention. Used.

본 발명에 따라서, 본원에 기재된 진단 요소는 분석물에 특이적인 돌연변이화된 탈수소효소에 추가로 인공 조효소를 또한 포함한다. 본 발명의 의미 내의 인공 조효소는 자연적 조효소에 비해 화학적으로 개질되며 자연적 조효소에 비해 대기압에서 수분, 특히 0℃ 내지 50℃ 범위의 온도, 특히 pH 4 내지 pH 10 범위의 산 및 염기 및/또는 친핵체 (nucleophile) 예컨대 알코올 또는 아민에 대한 높은 안정성을 가지므로, 동일한 환경 조건 하에 자연적 조효소보다 더 긴 기간에 걸쳐 이의 활성을 나타낼 수 있는 조효소이다. According to the invention, the diagnostic elements described herein also include artificial coenzymes in addition to the mutated dehydrogenase specific for the analyte. Artificial coenzymes within the meaning of the present invention are chemically modified relative to natural coenzymes and at atmospheric pressure compared to natural coenzymes, in particular at temperatures ranging from 0 ° C. to 50 ° C., especially acids and bases and / or nucleophiles (pH 4 to pH 10) nucleophile) is a coenzyme that has high stability against alcohols or amines and therefore can exhibit its activity over longer periods of time than natural coenzymes under the same environmental conditions.

인공 조효소는 바람직하게는 자연적 조효소에 비해 높은 가수분해 안정성을 가지며, 시험 조건 하 가수분해에 대해 완전한 저항성을 갖는 것이 특히 바람직하다. 인공 조효소는 자연적 조효소에 비해 탈수소효소에 대한 감소된 결합 상수를 가질 수 있으며, 예를 들어 결합 상수는 2 배 이상으로 감소된다.Artificial coenzymes preferably have a high hydrolytic stability over natural coenzymes and are particularly preferably completely resistant to hydrolysis under test conditions. Artificial coenzymes may have reduced binding constants for dehydrogenases compared to natural coenzymes, for example the binding constant is reduced by more than two times.

본 발명에 따른 방법의 범주 내에서 사용될 수 있는 인공 조효소의 바람직한 예는 인공 NAD(P)/NAD(P)H 화합물, 즉 자연적 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (NAD/NADH) 또는 자연적 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP/NADPH) 의 화학 유도체 또는 하기 화학식 (I) 의 화합물이다:Preferred examples of artificial coenzymes that can be used within the scope of the method according to the invention are artificial NAD (P) / NAD (P) H compounds, ie natural nicotinamide adenine dinucleotide (NAD / NADH) or natural nicotinamide adenine dinucleotide Is a chemical derivative of phosphate (NADP / NADPH) or a compound of formula (I)

Figure pct00001
Figure pct00001

인공 조효소가 인공 NAD(P)/NAD(P)H 화합물인 경우, 인공 NAD(P)/NAD(P)H 화합물은 바람직하게는, 선형 또는 시클릭 유기 잔기, 특히 시클릭 유기 잔기를 통해 인-함유 잔기 예를 들어 포스페이트 잔기에 글리코시드 결합 없이 연결되는 3-피리딘 카르보닐 또는 3-피리딘 티오카르보닐 잔기를 포함한다.If the artificial coenzyme is an artificial NAD (P) / NAD (P) H compound, the artificial NAD (P) / NAD (P) H compound is preferably phosphorus through a linear or cyclic organic moiety, in particular a cyclic organic moiety. -Containing moieties include, for example, 3-pyridine carbonyl or 3-pyridine thiocarbonyl moieties linked to phosphate moieties without glycosidic linkages.

인공 조효소는 특히 바람직하게는 하기 화학식 (II) 의 화합물 또는 이의 염 또는 임의로는 이의 환원 형태에서 선택된다:Artificial coenzymes are particularly preferably selected from compounds of the formula (II) or salts thereof or optionally reduced forms thereof:

Figure pct00002
Figure pct00002

[식 중,[In the meal,

A = 아데닌 또는 이의 유사체이고,A = adenine or an analog thereof,

T = 각각의 경우 독립적으로 O, S 를 나타내고,T = each occurrence independently represents O, S,

U = 각각의 경우 독립적으로 OH, SH, BH3 -, BCNH2 - 를 나타내고,U = in each case independently OH, SH, BH 3 -, BCNH 2 - represents,

V = 각각의 경우 독립적으로 OH 또는 포스페이트기, 또는 시클릭 포스페이트기를 형성하는 2 개의 기를 나타내고,V = in each case independently represents two groups forming an OH or phosphate group, or a cyclic phosphate group,

W = COOR, CON(R)2, COR, CSN(R)2 이고, 여기서 R 은 각각의 경우 독립적으로 H 또는 C1-C2 알킬을 나타내고,W = COOR, CON (R) 2 , COR, CSN (R) 2 , where R independently in each occurrence represents H or C 1 -C 2 alkyl,

X1,X2 = 각각의 경우 독립적으로 O, CH2, CHCH3, C(CH3)2, NH, NCH3 을 나타내고,X 1 , X 2 Each occurrence independently represents O, CH 2 , CHCH 3 , C (CH 3 ) 2 , NH, NCH 3 ,

Y = NH, S, O, CH2 이고,Y = NH, S, O, CH 2 ,

Z = 선형 또는 시클릭 유기 잔기이며,Z = linear or cyclic organic residue,

단, Z 및 피리딘 잔기는 글리코시드 결합에 의해 연결되지 않음].Provided that Z and pyridine residues are not linked by glycosidic bonds.

화학식 (II) 의 화합물에서, Z 는 바람직하게는, 1 또는 2 개의 탄소 원자가 임의로는 O, S 및 N 에서 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 대체된 탄소수 4-6, 바람직하게는 탄소수 4 의 선형 잔기이거나, O, S 및 N 에서 선택되는 헤테로원자, 및 임의로는 하나 이상의 치환기를 임의로 함유하는 탄소수 5 또는 6 의 시클릭기를 포함하는 잔기, 및 시클릭기 및 X2 에 결합하는 잔기 CR4 2 (식 중 R4 는 각각의 경우 독립적으로 H, F, Cl, CH3 임) 이다.In the compound of formula (II), Z is preferably a linear residue of 4-6, preferably 4 carbon atoms, in which one or two carbon atoms are optionally replaced with one or more heteroatoms selected from O, S and N , A residue comprising a heteroatom selected from O, S and N, and optionally a cyclic group having 5 or 6 carbon atoms optionally containing one or more substituents, and a residue CR 4 2 which binds to the cyclic group and X 2 R 4 in each occurrence is independently H, F, Cl, CH 3 ).

Z 는 특히 바람직하게는 포화 또는 불포화 카르보시클릭 또는 헤테로시클릭 5-원 고리, 특히 하기 화학식 (III) 의 화합물이다:Z is particularly preferably a saturated or unsaturated carbocyclic or heterocyclic 5-membered ring, in particular a compound of formula (III)

Figure pct00003
Figure pct00003

[식 중,[In the meal,

단일 또는 이중 결합이 R5' 와 R5 " 사이에 존재할 수 있으며,A single or double bond may be present between R 5 ′ and R 5 ,

R4 = 각각의 경우 독립적으로 H, F, Cl, CH3 을 나타내고, R 4 = Independently in each occurrence represent H, F, Cl, CH 3 ,

R5 = CR4 2 이고,R 5 = CR 4 2 ,

단일 결합이 R5' 와 R5 " 사이에 존재하는 경우, R5' = O, S, NH, NC1-C2 알킬, CR42, CHOH, CHOCH3 이고, R5 " = CR4 2, CHOH, CHOCH3 이고, "When present between and R 5", R 5 'is a single bond R 5 = O, S, NH, NC 1 -C 2 alkyl, CR4 2 , CHOH, CHOCH 3 , R 5 " = CR 4 2 , CHOH, CHOCH 3 ,

이중 결합이 R5' 와 R5 " 사이에 존재하는 경우, R5' = R5 " = CR4 이고,When a double bond is present between R 5 ' and R 5 " , then R 5' = R 5 " = CR 4

R6, R6' = 각각의 경우 독립적으로 CH 또는 CCH3 을 나타냄].R 6 , R 6 ' = Each occurrence independently represents CH or CCH 3 ].

바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 화합물은 아데닌 또는 아데닌 유사체 예를 들어 C8-치환 및 N6-치환 아데닌, 데아자 변이체 예컨대 7-데아자, 아자 변이체 예컨대 8-아자 또는 조합물 예컨대 8-데아자 또는 7-아자 또는 카르보시클릭 유사체 예컨대 포르마이신을 포함하며, 상기 7-데아자 변이체는 할로겐, C1 -6 알키닐, C1 -6 알케닐 또는 C1 -6 알킬에 의해 7 위치에서 치환될 수 있다.In a preferred embodiment, the compounds according to the invention comprise adenine or adenine analogs such as C 8 -substituted and N 6 -substituted adenine, deaza variants such as 7-deaza, aza variants such as 8-aza or combinations such as 8- to aza or 7-aza, or carboxamide, and see for example, it includes a click analogs formate azithromycin, having the 7-aza variant is halogen, C 1 -6 alkynyl, C 1 -6 alkenyl or C 1 -6 7 position by alkyl It may be substituted in.

추가적으로 바람직한 구현예에서, 화합물은 예를 들어 2-메톡시데옥시리보오스, 2'-플루오로데옥시리보오스, 헥시톨, 알트리톨 또는 폴리시클릭 유사체 예컨대 비시클릭 당, LNA 당 및 트리시클로 당을 리보오스 대신에 포함하는 아데노신 유사체를 포함한다.In a further preferred embodiment, the compound is a ribose for example 2-methoxydeoxyribose, 2'-fluorodeoxyribose, hexitol, altritol or polycyclic analogs such as bicyclic sugars, LNA sugars and tricyclo sugars Instead, including adenosine analogs.

특히, (이)-포스페이트 산소는 또한 화학식 (II) 의 화합물에서 아이소트론적으로 (isotronically), 예를 들어 S- 또는 BH3 - 에 의해 O- 가, NH, NCH3 또는 CH2 에 의해 O 가, =S 에 의해 =O 가 대체될 수 있다. 본 발명에 따른 화학식 (II) 의 화합물에서, W 는 바람직하게는 CONH2 또는 COCH3 이다.In particular, (a) a phosphate oxygen is also a child sorted theoretical in a compound of formula (II) (isotronically), for example S - or BH 3 - O - by that, by NH, NCH 3, or CH 2 O = O can be replaced by = S. In the compounds of the formula (II) according to the invention, W is preferably CONH 2 or COCH 3 .

R5 는 바람직하게는 화학식 (III) 의 기에서 CH2 이다. 또한, R5' 가 CH2, CHOH 및 NH 에서 선택되는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 구현예에서, R5' 및 R5" 는 각각의 경우 CHOH 이다. 추가적으로 바람직한 구현예에서, R5' 는 NH 이고 R5 " 는 CH2 이다. R4 = H, R5 = CH2, R5' = R5 " = CHOH 이고 R6 = R6' = CH 인 화학식 (III) 의 화합물이 가장 강력하게 바람직하다.R 5 is preferably CH 2 in the group of formula (III). It is also preferred that R 5 ' is selected from CH 2 , CHOH and NH. In a particularly preferred embodiment, R 5 ′ and R 5 ″ are in each case CHOH. In a further preferred embodiment, R 5 ′ is NH and R 5 is CH 2 . R 4 = H, R 5 = CH 2 , R 5 ' = R 5 " = CHOH and R 6 = R 6' Most strongly preferred are compounds of formula (III), wherein = CH.

가장 강력하게 바람직한 구현예에서, 인공 조효소는 문헌으로부터 공지되어 있는 화합물 carbaNAD 이다 (J.T. Slama, Biochemistry (1988), 27, 183 및 Biochemistry (1989), 28, 7688). 본 발명에 따라 사용될 수 있는 다른 안정한 조효소는 WO 98/33936, WO 01/49247, WO 2007/012494, US 5,801,006, US11/460,366 및 Blackburn 등 (Chem. Comm. (1996), 2765) 에 의한 발행물에서 기재되어 있으며, 이의 개시물은 본원에 명백히 참고로 포함된다.In the most strongly preferred embodiment, the artificial coenzyme is the compound carbaNAD known from the literature (J.T. Slama, Biochemistry (1988), 27, 183 and Biochemistry (1989), 28, 7688). Other stable coenzymes that can be used according to the invention are in the publications of WO 98/33936, WO 01/49247, WO 2007/012494, US 5,801,006, US 11 / 460,366 and Blackburn et al. (Chem. Comm. (1996), 2765). The disclosures of which are expressly incorporated herein by reference.

본 발명에 따른 방법에 사용되는 진단 요소는 돌연변이화된 탈수소효소 및 인공 조효소를 함유하는 건식 시약층을 포함하며 분석물 함유 샘플에 의해 습윤될 수 있는 임의의 진단 요소일 수 있다. 돌연변이화된 탈수소효소 및 인공 조효소에 추가로, 시약층은 예를 들어 적합한 매개제 뿐 아니라 적합한 보조 물질 및/또는 첨가제와 같은, 분석물의 정성 검출 또는 정량 측정에 사용되는 추가적인 시약을 임의로 함유할 수 있다.The diagnostic element used in the method according to the invention can be any diagnostic element which comprises a dry reagent layer containing mutated dehydrogenase and artificial coenzyme and can be wetted by the analyte containing sample. In addition to mutated dehydrogenases and artificial coenzymes, the reagent layer may optionally contain additional reagents used for qualitative detection or quantitative determination of analytes, such as, for example, suitable mediators and / or suitable auxiliaries and / or additives. have.

분석물을 수용액 또는 비-수용액의 형태로 적용할 수 있는 진단 요소는 바람직하게는 본 발명의 범주 내에서 사용된다. 본 발명의 특히 바람직한 구현예에서, 진단 요소는 시험용 테이프, 시험용 디스크, 시험용 패드, 시험용 스트립, 시험용 스트립 드럼, 또는 본원에서 명백히 참고되는 WO 2005/084530 A2 에서 언급된 진단 요소이다. 본 출원에서 기재되는 진단 요소는 각각의 경우, 분석물 함유 샘플과 접촉될 수 있으며 적합한 수단을 사용하여 분석물의 정성 및/또는 정량 측정이 가능한 하나 이상의 시험 부위를 포함한다.Diagnostic elements to which the analyte can be applied in the form of aqueous or non-aqueous solutions are preferably used within the scope of the present invention. In a particularly preferred embodiment of the invention, the diagnostic element is a test tape, a test disc, a test pad, a test strip, a test strip drum, or a diagnostic element mentioned in WO 2005/084530 A2, which is expressly referenced herein. The diagnostic element described in this application includes in each case one or more test sites that can be contacted with an analyte containing sample and capable of qualitative and / or quantitative determination of the analyte using suitable means.

본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "시험용 테이프" 는 하나 초과의 개별적인 시험 부위, 바람직하게는 10 개 이상의 개별적인 시험 부위, 보다 바람직하게는 25 개 이상의 개별적인 시험 부위, 가장 바람직하게는 50 개 이상의 개별적인 시험 부위를 통상 포함하는 테이프형 진단 요소를 의미한다. 개별적인 시험 부위는 바람직하게는 각각 수 mm 내지 수 cm 의 거리에서, 예를 들어 서로 2.5 cm 미만의 거리에서 배열되며, 시험용 테이프는 테이프 이동 동안 이동한 거리를 기록하고/하거나 교정을 위해 연속 시험 부위 사이에 마커 부위를 임의로 포함할 수 있다. 이러한 시험용 테이프는 예를 들어 EP 1739 432 A1 에 기재되며, 이의 개시물은 명백히 참고로 포함된다.The term "test tape" as used herein refers to more than one individual test site, preferably at least 10 individual test sites, more preferably at least 25 individual test sites, most preferably at least 50 individual test sites. Means a tape-shaped diagnostic element usually containing. The individual test sites are preferably arranged at a distance of several mm to several cm each, for example less than 2.5 cm from each other, and the test tape records the distance traveled during tape movement and / or for continuous test sites for calibration. The marker site may optionally be included in between. Such test tapes are for example described in EP 1739 432 A1, the disclosure of which is expressly incorporated by reference.

본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "시험용 디스크" 는 하나 이상의 개별적인 시험 부위, 예를 들어 10 개 이상의 개별적인 시험 부위를 포함할 수 있는 디스크형 진단 요소를 의미한다. 한 구현예에서, 시험용 디스크는 그 위에 분석물 샘플을 적용함으로써 샘플의 부피에 따라 더 크거나 더 작은 크기의 시험용 디스크 부위가 샘플에 의해 습윤될 수 있으며 분석물 측정에 사용될 수 있는 시험 화학의 박층, 예를 들어 약 20 ㎛ 의 두께를 갖는 층으로 코팅된다. 시험 화학층을 통한 수분의 통과로 인해 부분적으로 또는 완전히 습윤될 수 있는 시험용 디스크의 비-습윤 부위는 이후 분석물의 추가적 측정에 이용가능하다.As used herein, the term "test disk" means a disk-shaped diagnostic element that may include one or more individual test sites, eg, 10 or more individual test sites. In one embodiment, the test disc is a thin layer of test chemistry that may be wetted by the sample and may be used for analyte measurement by applying an analyte sample thereon, whereby a larger or smaller size of the test disc site may be wetted by the sample. For example, with a layer having a thickness of about 20 μm. Non-wet areas of the test disc that can be partially or fully wetted due to the passage of moisture through the test chemical layer are then available for further measurement of the analyte.

본 발명에 따른 방법은 광화학적 또는 전기화학적으로 검출될 수 있는 임의의 생물학적 또는 화학적 물질을 측정하는데 사용될 수 있다. 분석물은 바람직하게는 말산, 알코올, 암모늄, 아스코르브산, 콜레스테롤, 시스테인, 글루코오스, 글루코오스-6-포스페이트, 글루타티온, 글리세롤, 우레아, 3-히드록시부티레이트, 락트산, 5'-뉴클레오티다아제, 펩티드, 피루베이트, 살리실레이트 및 트리글리세라이드로 이루어지는 군에서 선택되며, 글루코오스가 특히 바람직하다. 이와 관련하여, 분석물은 임의의 공급원에서 기원할 수 있으나 바람직하게는 전혈, 혈장, 혈청, 림프액, 담즙, 뇌척수액, 세포외 조직액, 소변 뿐 아니라 선 분비물 예컨대 침 또는 땀을 비제한적으로 포함하는 체액에 포함된다. 전혈, 혈장, 혈청 또는 세포외 조직액으로부터의 샘플 내 분석물의 존재 및/또는 양은 바람직하게는 본원에 기재되는 진단 요소에 의해 측정된다.The method according to the invention can be used to determine any biological or chemical substance that can be detected photochemically or electrochemically. The analyte is preferably malic acid, alcohol, ammonium, ascorbic acid, cholesterol, cysteine, glucose, glucose-6-phosphate, glutathione, glycerol, urea, 3-hydroxybutyrate, lactic acid, 5'-nucleotidase, peptide , Pyruvate, salicylate and triglyceride, and glucose is particularly preferred. In this regard, the analyte may originate from any source, but preferably includes, but is not limited to, whole blood, plasma, serum, lymph, bile, cerebrospinal fluid, extracellular tissue fluid, urine as well as glandular secretions such as saliva or sweat Included in The presence and / or amount of the analyte in the sample from whole blood, plasma, serum or extracellular tissue fluid is preferably determined by the diagnostic elements described herein.

분석물의 정성 및/또는 정량 측정은 임의의 방식으로 발생할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 선행 기술에 공지되어 있으며 분석할 수 있거나 수동적으로 또는 적합한 수단을 사용하여 판독할 수 있는 측정가능한 신호를 생성해내는 효소적 반응을 검출하기 위한 모든 방법이 기본적으로 사용될 수 있다. 본 발명의 범주 내에서, 예를 들어 흡광, 형광, 원편광 이색 (CD), 광학 회전 분산 (ORD), 굴절률 등의 측정을 포함하는 광학 측정법 뿐 아니라 전기화학적 기술이 바람직하게 사용된다. 분석물의 존재 및/또는 양은 특히 바람직하게는 광도 측정법적 또는 형광 측정법적으로 측정되며, 예를 들어 인공 조효소의 형광 측정법적으로 측정가능한 변화에 의해 간접적으로 측정된다.Qualitative and / or quantitative determination of analytes may occur in any manner. For this purpose, any method for detecting enzymatic reactions which produce measurable signals which are known in the prior art and which can be analyzed or which can be read manually or using suitable means can be used basically. Within the scope of the present invention, electrochemical techniques are preferably used, as well as optical measurement methods including, for example, measurements of absorption, fluorescence, circular polarization dichroism (CD), optical rotational dispersion (ORD), refractive index, and the like. The presence and / or amount of the analyte is particularly preferably determined photometrically or by fluorometry, for example by indirectly by a fluorometrically measurable change of the artificial coenzyme.

추가적인 양상에서, 본 발명은 하기를 함유하는 건식 시약층을 포함하는 분석물 측정용 진단 요소에 관한 것이다:In a further aspect, the present invention relates to a diagnostic element for measuring an analyte comprising a dry reagent layer containing:

(a) 분석물에 특이적인 돌연변이화된 탈수소효소, 및(a) mutated dehydrogenase specific for the analyte, and

(b) 인공 조효소.(b) artificial coenzymes.

진단 요소 뿐 아니라 이에 포함되는 돌연변이화된 탈수소효소 또는 이에 포함되는 인공 조효소의 바람직한 구현예에 관해서, 본 발명의 방법의 상세한 설명에 관련된 구현예가 참고된다.With regard to preferred embodiments of diagnostic elements as well as mutated dehydrogenases or artificial coenzymes contained therein, reference is made to embodiments related to the detailed description of the methods of the invention.

본 발명을 하기의 도면 및 실시예에 의해 추가로 설명한다:The invention is further illustrated by the following figures and examples:

1: 0.0 mg/dl, 35.2 mg/dl, 54.2 mg/dl, 146.6 mg/dl, 249.0 mg/dl, 338.6 mg/dl 및 553.6 mg/dl (위에서 아래로 표시) 의 글루코오스 농도에서 조효소로서 NAD/NADH 의 존재 하에 바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소의 반응 속도.
1A: 효소 활성 1556.2 kU/100 g 질량.
1B: 효소 활성 1004.0 kU/100 g 질량.
1C: 효소 활성 502.0 kU/100 g 질량.
1D: 효소 활성 251.0 kU/100 g 질량.
1E: 효소 활성 25.10 kU/100 g 질량.
2: 0.0 mg/dl, 34.4 mg/dl, 141.2 mg/dl, 236.6 mg/dl, 333.8 mg/dl 및 525.8 mg/dl (위에서 아래로 표시) 의 글루코오스 농도에서 조효소로서 carbaNAD/carbaNADH 의 존재 하에 바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소의 돌연변이화에 의해 수득된 글루코오스 탈수소효소 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 의 반응 속도. 효소 활성: 4.60 kU/100 g 질량.
3: 글루코노락톤으로의 적정 전 및 후 복합체 글루코오스 탈수소효소 (GlucDH)/NADH 의 형광 스펙트럼.
4: 글루코오스로의 적정 전 및 후의 복합체 글루코오스 탈수소효소 (GlucDH)/NADH 의 형광 스펙트럼.
5: 다양한 글루코오스 농도에서의 야생형 글루코오스 탈수소효소 및 NADH 의 존재 하 글루코오스 전환의 반응 속도.
도 5A: 77.0 mg/dl, 207.0 mg/dl, 300.0 mg/dl 및 505.0 mg/dl (위에서 아래로 표시) 의 글루코오스 농도에서의 추가적으로 첨가된 글루코노락톤의 부재 하 반응 속도.
도 5B: 96.2 mg/dl, 274.0 mg/dl, 399.0 mg/dl 및 600.0 mg/dl (위에서 아래로 표시) 의 글루코오스 농도에서의 추가적으로 첨가된 글루코노락톤의 존재 하 반응 속도.
6: 글루코오스 탈수소효소 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 의 아미노산 서열의 표시.
Figure 1: 0.0 mg / dl, 35.2 mg / dl, 54.2 mg / dl, 146.6 mg / dl, 249.0 mg / dl, 338.6 mg / dl and 553.6 mg / dl as a coenzyme in a glucose concentration of (displayed from top to bottom) NAD Kinetics of wild type glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis in the presence of / NADH.
Figure 1A: enzyme activity 1556.2 kU / 100 g by weight.
Figure 1B: enzyme activity 1004.0 kU / 100 g by weight.
Figure 1C: enzymatic activity 502.0 kU / 100 g by weight.
Figure 1D: enzymatic activity 251.0 kU / 100 g by weight.
Figure 1E: Enzymes 25.10 kU / 100 g by weight.
Figure 2: In the presence of carbaNAD / carbaNADH as a coenzyme at glucose concentrations of 0.0 mg / dl, 34.4 mg / dl, 141.2 mg / dl, 236.6 mg / dl, 333.8 mg / dl and 525.8 mg / dl (shown from top to bottom). Reaction rate of glucose dehydrogenase double mutant GlucDH_E170K_K252L obtained by mutation of wild type glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis. Enzyme activity: 4.60 kU / 100 g mass.
Figure 3: Fluorescence spectra of complex glucose dehydrogenase (GlucDH) / NADH before and after titration with gluconolactone.
Figure 4: Fluorescence spectra of complex glucose dehydrogenase (GlucDH) / NADH before and after titration with glucose.
Figure 5: the wild-type glucose dehydrogenase, and the presence of the reaction rate of glucose conversion of NADH at various glucose concentrations.
Figure 5A: Reaction rate in the absence of additional added gluconolactone at glucose concentrations of 77.0 mg / dl, 207.0 mg / dl, 300.0 mg / dl and 505.0 mg / dl (shown from top to bottom).
Figure 5B: Reaction rate in the presence of additionally added gluconolactone at glucose concentrations of 96.2 mg / dl, 274.0 mg / dl, 399.0 mg / dl and 600.0 mg / dl (shown from top to bottom).
Figure 6: Representation of the amino acid sequence of glucose dehydrogenase double mutant GlucDH_E170K_K252L.

실시예Example

실시예 1: 아미노산 치환 E170K 및 K252L 을 갖는 바실러스 서브틸리스로부터의 글루코오스 탈수소효소의 이중 돌연변이체 (GlucDH_E170K_K252L) 의 제조 Example 1 Preparation of a Double Mutant of Glucose Dehydrogenase (GlucDH_E170K_K252L) from Bacillus subtilis with Amino Acid Substitutions E170K and K252L

자연적 탈수소효소에 비해 안정화된 효소를 생성시키기 위해서, 바실러스 서브틸리스로부터의 글루코오스 탈수소효소의 핵산 서열을 플라스미드 pKK177 에서 도입하였다 (EcoRI 및 HindIII 를 통해 클로닝됨). 돌연변이 E170K 및 K252L 을 야생형 글루코오스 탈수소효소의 아미노산 서열의 위치 170 에서 첫 번째로 위치-특이적 돌연변이유발, 이후 상기 서열의 위치 252 에서 위치-특이적 돌연변이유발에 의해 도입하였다. 각각의 돌연변이유발 단계를 PCR 반응의 일부로서 특이적으로 설계된 프라이머를 사용하여 실행하였다.In order to produce a stabilized enzyme compared to natural dehydrogenase, the nucleic acid sequence of glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis was introduced in plasmid pKK177 (cloned via EcoRI and HindIII). Mutations E170K and K252L were introduced by position-specific mutagenesis first at position 170 of the amino acid sequence of wild type glucose dehydrogenase, followed by position-specific mutagenesis at position 252 of the sequence. Each mutagenesis step was performed using primers specifically designed as part of a PCR reaction.

수득한 PCR 생성물을 에스케리키아 콜리 (Escherichia coli) XL1blue MRF' 내에 형질전환하였다. 세포를 플레이팅하고, 플라스미드 함유 클론을 밤새 배양하고, 효소 활성을 온도 스트레스 (스트레스 시험: 50℃ 에서 30 분) 전 및 후에 측정하였다. 결과를 표 1 에 나타내었다. The obtained PCR product was transformed into Escherichia coli XL1blue MRF ′. Cells were plated, plasmid containing clones were incubated overnight and enzyme activity was measured before and after temperature stress (stress test: 30 min at 50 ° C.). The results are shown in Table 1.

스트레스 후 바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소 및 돌연변이체 GlucDH_E170K 및 GlucDH_E170K_K252L 의 잔류 활성 (에스케리키아 콜리 XL1blue MRF' 에서 시험)Residual activity of wild type glucose dehydrogenase and mutants GlucDH_E170K and GlucDH_E170K_K252L from Bacillus subtilis after stress (tested on Escherichia coli XL1blue MRF ') 스트레스 후 잔류 활성 (%)Residual Activity After Stress (%) 야생형 글루코오스 탈수소효소 Wild-type Glucose Dehydrogenase 2323 돌연변이체 GlucDH_E170KMutant GlucDH_E170K 8080 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252LMutant GlucDH_E170K_K252L 130130

서열분석 전에 양성 클론을 추가 2 회 시험하였다. 이러한 방식으로 수득한 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 을 제조 균주 에스케리키아 콜리 NM522 내에 헬퍼 플라스미드로서 pUBS-520 을 사용하여 형질전환하였다.Positive clones were tested two additional times prior to sequencing. The double mutant GlucDH_E170K_K252L obtained in this manner was transformed into p.S. 520 as a helper plasmid in the preparation strain Escherichia coli NM522.

실시예 2: 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 의 정제 Example 2: Purification of Double Mutant GlucDH_E170K_K252L

10 g 바이오매스 각각을 30 mM 인산칼륨 완충액 pH 6.5 50 ㎖ 중에서 취하고 약 800 bar 에서 분쇄하였다. 세포 잔해물의 분리 후, 컬럼 부피 1 ㎖ 당 < 40 mg 단백질의 적재에서, 완충액 A (30 mM 인산칼륨 완충액 pH 6.5) 에서 완충액 B (완충액 A + 500 mM NaCl) 의 선형 구배를 사용하여 DEAE 세파로오스 (GE Healthcare Company) 상에서 크로마토그래피를 실행하였다. 글루코오스 탈수소효소 활성을 나타낸 분획물을 조합하고 황화암모늄 (Aldrich Company) 으로 전도도 230 mS/cm 로 조정하였다. Each 10 g biomass was taken up in 50 mL 30 mM potassium phosphate buffer pH 6.5 and ground at about 800 bar. After separation of cell debris, at a load of <40 mg protein per ml of column volume, DEAE Sepharo using a linear gradient of buffer B (buffer A + 500 mM NaCl) in buffer A (30 mM potassium phosphate buffer pH 6.5) Chromatography was performed on GE Healthcare Company. Fractions showing glucose dehydrogenase activity were combined and adjusted to conductivity 230 mS / cm with ammonium sulfide (Aldrich Company).

원심분리 후, 맑은 상청액을 컬럼 부피 1 ㎖ 당 10 mg 단백질의 최대 적재에서 페닐 세파로오스 FF (GE Healthcare Company) 상에서 크로마토그래피적으로 분리하였다. 황화암모늄으로 전도도 230 mS/cm 로 조정한 완충액 A 에서 순수 완충액 A 의 선형 구배를 사용하여 용리를 실행하였다. 분획물을 이의 효소 활성에 대해 시험하고, 조합하고, 60 mM 인산칼륨 완충액 pH 6.5 중 약 50 mg/㎖ 의 농도로 재완충하고, 농축하고 동결건조하였다.After centrifugation, the clear supernatant was chromatographically separated on phenyl Sepharose FF (GE Healthcare Company) at a maximum load of 10 mg protein per ml of column volume. Elution was carried out using a linear gradient of pure buffer A in buffer A adjusted to conductivity 230 μmS / cm with ammonium sulfide. Fractions were tested for their enzymatic activity, combined, rebuffered to a concentration of about 50 mg / ml in 60 mM potassium phosphate buffer pH 6.5, concentrated and lyophilized.

실시예 3: 바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소 및 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 의 큐벳 시험에서의 활성 측정 Example 3: Determination of activity in cuvette test of wild type glucose dehydrogenase and double mutant GlucDH_E170K_K252L from Bacillus subtilis

바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소 뿐 아니라 실시예 1 에서 생성된 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 의 NAD/NADH 또는 carbaNAD/carbaNADH 의 존재 하 특이적 활성 또는 동결건조물 활성을 검사하기 위해서, 두 효소 모두에 대해 글루코오스 탈수소효소 활성 시험을 실행하였다.Both enzymes were tested for specific or lyophilic activity in the presence of NAD / NADH or carbaNAD / carbaNADH of the double mutant GlucDH_E170K_K252L generated in Example 1 as well as wild type glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis. Glucose dehydrogenase activity test was performed.

시약 용액의 제조Preparation of Reagent Solutions

Tris 완충액 (0.1 M, pH 8.5; 0.2 M NaCl)Tris buffer (0.1 M, pH 8.5; 0.2 M NaCl)

11.68 g NaCl (Sigma-Aldrich Company) 및 12.11 g Tris (Sigma-Aldrich Company) 를 약 900 ㎖ 이차 증류수에 용해하고, 1 N HCl 로 pH 8.5 로 조정하고 이차 증류수로 1000 ㎖ 까지 채웠다.11.68 g NaCl (Sigma-Aldrich Company) and 12.11 g Tris (Sigma-Aldrich Company) were dissolved in about 900 mL secondary distilled water, adjusted to pH 8.5 with 1 N HCl and charged up to 1000 mL with secondary distilled water.

희석 완충액 (3.8 mM NAD; 0.1 M Tris, pH 8.5; 0.2 M NaCl)Dilution buffer (3.8 mM NAD; 0.1 M Tris, pH 8.5; 0.2 M NaCl)

250 mg NAD (Roche Company) 를 100 ㎖ Tris 완충액 (0.1 M, pH 8.5; 0.2 M NaCl) 에 용해하였다.250 mg NAD (Roche Company) was dissolved in 100 ml Tris buffer (0.1 M, pH 8.5; 0.2 M NaCl).

글루코오스 용액Glucose solution

2 g D(+) 글루코오스 모노히드레이트 (Sigma-Aldrich Company) 를 10 ㎖ 이차 증류수에 용해하였다. 실온에서 2 시간의 정치 시간 및 변성광 (mutarotation) 평형의 조정 후, 용액은 사용 준비되었다. 2 g D (+) glucose monohydrate (Sigma-Aldrich Company) was dissolved in 10 mL secondary distilled water. After adjusting for 2 hours at room temperature and adjusting the mutarotation equilibrium, the solution was ready for use.

NAD 용액 (15 mM)NAD solution (15 mM)

10 mg NAD (Roche Company) 를 1 ㎖ 이차 증류수에 용해하였다.10 mg NAD (Roche Company) was dissolved in 1 ml secondary distilled water.

carbaNAD 용액 (15 mM)carbaNAD solution (15 mM)

10 mg carbaNAD (Roche Company) 를 1 ㎖ 이차 증류수에 용해하였다.10 mg carbaNAD (Roche Company) was dissolved in 1 ml secondary distilled water.

샘플 제조Sample manufacturing

측정용으로 제조하기 위해서, 검사할 10 mg 의 효소를 1 ㎖ 희석 완충액에 용해하고 실온에서 60 분 동안 유지시켜 재구성이 가능하게 하였다. 이후, 이를 희석 완충액으로 0.12 내지 0.23 U/㎖ 로 희석하였다.To prepare for the measurement, 10 mg of the enzyme to be tested was dissolved in 1 ml dilution buffer and kept at room temperature for 60 minutes to allow for reconstitution. This was then diluted to 0.12-0.23 U / ml with dilution buffer.

측정 절차Measurement procedure

측정을 실행하기 위해 1.35 ㎖ Tris 완충액, 0.1 ㎖ 글루코오스 용액 및 0.05 ㎖ NAD 용액 또는 0.05 ㎖ carbaNAD 용액 (각각 25℃ 로 인큐베이션함) 을 플라스틱 큐벳에 피펫팅하고, 함께 혼합하고 큐벳 캐리지에서 25℃ 로 인큐베이션하였다.To perform the measurements, pipette 1.35 ml Tris buffer, 0.1 ml glucose solution and 0.05 ml NAD solution or 0.05 ml carbaNAD solution (incubated at 25 ° C., respectively) into a plastic cuvette, mix together and incubate at 25 ° C. in a cuvette carriage It was.

용액의 흡광도가 더 이상 변화하지 않은 후 (블랭크 값), 0.025 ㎖ 샘플을 큐벳에 도입하여 반응을 시작시키고, 샘플의 흡광도를 5 분의 기간 동안 모니터링하였다.After the absorbance of the solution no longer changed (blank value), 0.025 mL sample was introduced into the cuvette to initiate the reaction and the absorbance of the sample was monitored for a period of 5 minutes.

측정 파장: 340 nmMeasuring wavelength: 340 nm

시험 부피: 1.525 ㎖Test volume: 1.525 ml

진로 (path) 길이: 1 cmPath length: 1 cm

온도: 25℃Temperature: 25 ℃

평가 범위: 1 - 5 분Rating range: 1-5 minutes

평가evaluation

하기 식을 사용하여, 각각의 효소의 수용액에서의 활성을 평가하였다:The following formula was used to assess the activity in aqueous solutions of each enzyme:

활성 = (1.525 x △A/분 x 희석 인자) / (ε340 x 0.025 x 1) U/㎖Activity = (1.525 x ΔA / min x dilution factor) / (ε 340 x 0.025 x 1) U / mL

[식 중,[In the meal,

△A = At - A0 = 시간에 걸친 흡광도에서의 변화 기울기ΔA = A t -A 0 = slope of change in absorbance over time

ε340 = 6.3 [1 x mmol-1 x cm-1].ε 340 = 6.3 [1 x mmol -1 x cm -1 ].

측정 결과를 표 2 에 나타내었다.The measurement results are shown in Table 2.

바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소 (WT-GlucDH) 및 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 의 활성Activity of Wild-type Glucose Dehydrogenase (WT-GlucDH) and Double Mutant GlucDH_E170K_K252L from Bacillus subtilis WT-GlucDHWT-GlucDH GlucDH_E170K_K252LGlucDH_E170K_K252L NADNAD U/mg 동결건조물U / mg lyophilizate 203203 167167 U/mg 효소U / mg Enzyme 484484 270270 Km mMKm mM 0.080.08 0.070.07 V최대 (U/mg 동결건조물)V max (U / mg lyophilisate) 122122 144144 carbaNADcarbaNAD U/mg 동결건조물U / mg lyophilizate 3.43.4 2.32.3 U/mg 효소U / mg Enzyme 8.28.2 3.73.7 NAD 에 대한 % U/mg 동결건조물% U / mg Lyophilized for NAD 1.7 %1.7% 1.4 %1.4% Km mMKm mM 0.30.3 1.41.4 V최대 (U/mg 동결건조물)V max (U / mg lyophilisate) 33 1313

표 2 에서 나타낸 바와 같이, 큐벳에서의 표준화 조건 하의 시스템 WT-glucDH/carbaNAD 의 활성 (8.2 U/mg 효소) 은 시스템 WT-GlucDH/NAD 의 활성 (484 U/mg 효소) 보다 두 자릿수 더 낮았다. 마찬가지로, 인공 조효소 carbaNAD 의 존재 하 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 의 활성이 자연적 조효소 NAD 의 존재 하 (270 U/mg 효소) 에서보다 약 두 자릿수 더 낮다 (3.7 U/mg 효소) 는 것이 발견되었다.As shown in Table 2, the activity of the system WT-glucDH / carbaNAD (8.2 U / mg enzyme) under standardized conditions in the cuvette was two orders of magnitude lower than the activity of the system WT-GlucDH / NAD (484 U / mg enzyme). Likewise, it was found that the activity of the double mutant GlucDH_E170K_K252L in the presence of artificial coenzyme carbaNAD is about two orders of magnitude lower (3.7 U / mg enzyme) than in the presence of natural coenzyme NAD (270 U / mg enzyme).

실시예 4: 바실러스 서브틸리스 (WT-GlucDH) 로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소 및 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 의 건식 시약층에서의 반응 속도 측정 Example 4: Determination of reaction rate in dry reagent layer of wild type glucose dehydrogenase and double mutant GlucDH_E170K_K252L from Bacillus subtilis (WT-GlucDH)

바실러스 서브틸리스 (WT-GlucDH) 로부터의 자연적 글루코오스 탈수소효소 또는 실시예 1 에서 제조된 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 과 조효소로서 NAD/NADH 또는 carbaNAD/carbaNADH 를 함께 포함하는 다양한 시험용 스트립을 제조하여 효소의 반응 속도를 측정하였다.A variety of test strips were prepared comprising the natural glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis (WT-GlucDH) or the double mutant GlucDH_E170K_K252L prepared in Example 1 together with NAD / NADH or carbaNAD / carbaNADH as coenzymes to speed up the reaction of the enzyme. Was measured.

구체적으로, 18.4 g 1 M 포스페이트 완충액 pH 7.0, 1.4 g Gantrez S97 (International Specialty Products Company), 2.94 g 16% NaOH 용액, 0.34 g Mega 8 (Sigma-Aldrich Company), 0.039 g Geropon T77 (Rhone-Poulenc Company) 및 1.90 g 폴리비닐 피롤리돈 25000 (Fluka Company) 으로 이루어지는 부분 용액 1 을 상기 목적을 위해 먼저 제조하였다.Specifically, 18.4 g 1 M phosphate buffer pH 7.0, 1.4 g Gantrez S97 (International Specialty Products Company), 2.94 g 16% NaOH solution, 0.34 g Mega 8 (Sigma-Aldrich Company), 0.039 g Geropon T77 (Rhone-Poulenc Company ) And 1.90 g polyvinyl pyrrolidone 25000 (Fluka Company) were prepared first for this purpose.

상기 부분 용액을 이후 0.50 g 염화나트륨, 21.3 g 이차 증류수, 4.43 g Transpafill (Evonik Company) 및 2.95 g Propiofan (BASF Company) 으로 이루어지는 부분 용액 2 뿐 아니라 냉장고에서 밤새 보관한 부분 용액 3 (17.4 g 1 M 포스페이트 완충액 pH 7.0, 0.5 g 염화나트륨, 14.35 g 2 M 인산수소이칼륨으로 이루어짐) 과 혼합하였으며, 탈수소효소, 조효소 및 임의로는 소 혈청 알부민 (BSA; Roche Company) 의 각 량은 각각의 경우 하기 표 3 에 표시하였다. 시험용 스트립의 매트릭스 특성을 가능한 한 일정하게 유지시키기 위해 감소량의 자연적 탈수소효소를 사용하는 경우, 효소적으로 불활성인 소 혈청 알부민을 제형에 첨가하였다. The partial solution was then stored in the refrigerator overnight as a partial solution 2 consisting of 0.50 g sodium chloride, 21.3 g secondary distilled water, 4.43 g Transpafill (Evonik Company) and 2.95 g Propiofan (BASF Company) (17.4 g 1 M phosphate) Buffer pH 7.0, 0.5 g sodium chloride, 14.35 g 2 M dipotassium hydrogen phosphate), and the respective amounts of dehydrogenase, coenzyme and optionally bovine serum albumin (BSA; Roche Company) are in each case shown in Table 3 below. It was. Enzymatically inactive bovine serum albumin was added to the formulation when a reduced amount of natural dehydrogenase was used to keep the matrix properties of the test strip as constant as possible.

사용된 시험용 스트립에서의 탈수소효소 및 조효소의 함량Dehydrogenase and Coenzyme Contents in Test Strips Used 효소enzyme 효소 질량 (g)Enzyme Mass (g) 동결건조물 활성 (U/mg)Lyophilized Activity (U / mg) 조효소Coenzyme 조효소 질량 (g)Coenzyme Mass (g) BSA 질량 (g)BSA Mass (g) kU/100 g 질량kU / 100 g mass WT-GlucDHWT-GlucDH 6.26.2 251251 NADNAD 7.367.36 00 1556.21556.2 WT-GlucDHWT-GlucDH 4.04.0 251251 NADNAD 7.367.36 2.22.2 1004.01004.0 WT-GlucDHWT-GlucDH 2.02.0 251251 NADNAD 7.367.36 4.24.2 502.0502.0 WT-GlucDHWT-GlucDH 1.01.0 251251 NADNAD 7.367.36 5.25.2 251.0251.0 WT-GlucDHWT-GlucDH 0.10.1 251251 NADNAD 7.367.36 6.16.1 25.1025.10 GlucDH 이중 돌연변이체GlucDH Double Mutant 2.02.0 2.32.3 carbaNADcarbaNAD 2.12.1 00 4.604.60

이러한 방식으로 수득한 시험용 스트립을, 여기 LED (375 nm) 및 통상적 검출기 (BPW34 blue-enhanced) 를 포함하는 실험실 측정 기구 (자체 제작, Roche Company) 에서 측정하였다. 적용한 샘플 물질은 조정된 글루코오스 값을 포함하는 혈액이었다. 측정 결과를 도 1 및 2 에 나타내었다.The test strip obtained in this manner was measured in a laboratory measuring instrument (Roche Company, Inc.), which includes an excitation LED (375 nm) and a conventional detector (BPW34 blue-enhanced). The sample material applied was blood containing adjusted glucose values. The measurement results are shown in FIGS. 1 and 2.

도 1A-1E 에서 나타낸 바와 같이, NAD 의 존재 하 야생형 글루코오스 탈수소효소에 의한 글루코오스 전환의 반응 속도는 시험용 스트립에서의 효소 함량 감소 및 이에 따른 효소 활성 감소와 함께 악화되었다. 따라서, carbaNAD 의 존재 하 이중 돌연변이체 GlucDH_E170K_K252L 에 의한 글루코오스 전환의 반응 속도가, 단지 4.60 kU/100 g 질량의 상당히 낮은 효소 활성으로 인해 심지어 더 불량한 결과를 산출하였다는 것이 예측되었다 (표 3 참조).As shown in FIGS. 1A-1E, the reaction rate of glucose conversion by wild type glucose dehydrogenase in the presence of NAD worsened with decreasing enzyme content and thus enzymatic activity in the test strip. Thus, it was predicted that the reaction rate of glucose conversion by the double mutant GlucDH_E170K_K252L in the presence of carbaNAD yielded even worse results due to the significantly lower enzymatic activity of only 4.60 kU / 100 g mass (see Table 3).

도 2 는 조효소로서 carbaNAD 의 존재 하에 실시예 1 에 따라 수득한 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소의 반응 속도를 나타낸다. 도 2 에서 나타낸 바와 같이, 감소된 효소 활성으로 예측된 반응 속도의 감소는 발생하지 않았다. 오히려, 이중 돌연변이체는 상응하는 야생형 글루코오스 탈수소효소 및 자연적 조효소 NAD 를 포함하는 표 3 에 열거한 모든 제형보다, carbaNAD 의 존재 하에 더 양호한 반응 속도를 나타내었다. 2 shows the reaction rate of the mutated glucose dehydrogenase obtained according to Example 1 in the presence of carbaNAD as coenzyme. As shown in FIG. 2, there was no decrease in the reaction rate predicted by the reduced enzyme activity. Rather, the double mutants showed a better reaction rate in the presence of carbaNAD than all formulations listed in Table 3 including the corresponding wild type glucose dehydrogenase and natural coenzyme NAD.

실시예 3 및 4 에 기재된 결과를 고려하는 경우, 이는 효소의 활성이 아니라, 건식 시약층에서의 글루코오스의 전향 속도에 대해 결정적인 효소, 조효소, 환원 조효소, 글루코오스 및 글루코노락톤 사이의 복합체 형성의 상태인 것으로 나타나며, 복합체 형성의 상태는 자연적 NAD/NADH 를 갖는 야생형 효소의 경우보다 carbaNAD/carbaNADH 를 갖는 실시예 1 에서 제조된 돌연변이체의 경우에서 명백히 더 양호하다.Considering the results described in Examples 3 and 4, this is not the activity of the enzyme, but the state of complex formation between enzymes, coenzymes, reducing coenzymes, glucose and gluconolactone, which are critical for the rate of glucose conversion in the dry reagent layer. The state of complex formation is clearly better in the case of the mutant prepared in Example 1 with carbaNAD / carbaNADH than for the wild type enzyme with native NAD / NADH.

실시예 5: 글루코오스 탈수소효소, NADH 및 글루코오스 또는 글루코노락톤으로 이루어지는 3 중 복합체의 검출 Example 5 Detection of Triple Complexes Composed of Glucose Dehydrogenase, NADH and Glucose or Glunolactone

효소, 환원 조효소 및 글루코오스 또는 글루코노락톤으로 이루어지는 3 중 복합체의 존재를 확인하기 위해서, NADH 의 형광 특성을 기준으로 하는 분석물의 결합에 대한 실험을 큐벳 시험에서 실행하였다.In order to confirm the presence of a triple complex consisting of enzymes, reducing coenzymes and glucose or gluconolactone, experiments on binding of analytes based on the fluorescence properties of NADH were carried out in cuvette tests.

이러한 목적을 위해서, 1 mg NADH (Roche Company) 를 1 ㎖ 포스페이트 완충액에 용해하고 관련 형광 스펙트럼을 기록하였다. 이후, 바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소 (GlucDH) 10 mg 을 첨가하여, 문헌에서 공지되어 있는 복합체 GlucDH-NADH 를 형성시켰으며, 상기 복합체는, NADH 의 상당히 긴 수명 (자유 상태에서의 0.4 ns 에 비해 3 ns 임) 으로 인해 450 nm 에서 이동 발광 최대값을 산출하였다 (도 3 참조). 글루코노락톤으로의 상기 복합체의 적정은 형광을 감소시키면서, 동시에 427 nm 로 발광 최대값을 이동시키며, 이는 3 중 복합체 GlucDH-NADH-글루코노락톤인 신규한 복합체의 존재를 나타낸다 (도 3 참조).For this purpose, 1 mg NADH (Roche Company) was dissolved in 1 ml phosphate buffer and the relevant fluorescence spectra were recorded. Thereafter, 10 mg of wild-type glucose dehydrogenase (GlucDH) from Bacillus subtilis was added to form the complex GlucDH-NADH, which is known from the literature, the complex having a significantly longer lifespan of NADH (0.4 in free state). 3 ns compared to ns), the mobile luminescence maximum value was calculated at 450 nm (see FIG. 3). Titration of the complex with gluconolactone simultaneously shifts the luminescence maximum to 427 nm, reducing fluorescence, indicating the presence of a novel complex that is a triple complex GlucDH-NADH-gluconolactone (see FIG. 3). .

수명 단축에 또한 상응하는 형광 감소는 추측컨대 산화환원 쌍 NADH-글루코노락톤에 의한 신속한 에너지 고갈로 인한 것이다. 2 중 복합체 GlucDH-NADH 를 글루코오스로 적정하는 경우, 비효과적인 3 중 GlucDH-NADH-글루코오스 복합체가 형성되어, 환원가능 종류의 결핍으로 인해 이는 특정 방식으로 에너지를 저하시킬 수 없으므로, 동일한 발광 최대값에서 더 긴 수명 및 더 높은 세기를 나타내는 경향이 있다 (도 4 참조).The decrease in fluorescence, which also corresponds to shortening of life, is presumably due to rapid energy depletion by redox pair NADH-gluconolactone. When titrating the double complex GlucDH-NADH with glucose, an ineffective triple GlucDH-NADH-glucose complex is formed, which, due to the lack of a reducible species, can not lower the energy in a certain way, thus at the same emission maximum There is a tendency to show longer lifetime and higher intensity (see FIG. 4).

3 중 복합체 GlucDH-NADH-글루코노락톤의 절단 및 이에 따른 효소의 재-이용성이 건식 시약층에서의 글루코오스의 글로코노락톤으로의 전환 속도에 결정적이라면, 추가적인 글루코노락톤 (반응에서 형성된 글루코노락토에 추가로) 이 추가적인 효소 복합체를 저해할 것이기 때문에, 글루코노락톤의 첨가는 글루코오스의 전환을 감속시킬 것이다. If the cleavage of the triple complex GlucDH-NADH-gluconolactone and thus the re-availability of the enzyme is critical to the rate of conversion of glucose to gloconolactone in the dry reagent layer, an additional gluconolactone (gluconolacto formed in the reaction) In addition to this, the addition of gluconolactone will slow down the conversion of glucose.

이러한 가정은, 혈액을 글루코노락톤의 부재 (도 5A 참조) 또는 존재 (도 5B 참조) 하에 본 출원의 실시예 4 에 따라 건식 시약층에 적용한 반응 속도 측정에서 확증되었다. 도 5B 는 도 5A 에서 측정한 샘플에 비해 전환의 상당한 감속을 나타내었다.
This assumption was confirmed in the measurement of the reaction rate at which blood was applied to the dry reagent layer according to Example 4 of the present application in the absence or presence of gluconolactone (see FIG. 5A). FIG. 5B shows significant deceleration of conversion compared to the sample measured in FIG. 5A.

<110> F. Hoffmann - La Roche AG Roche Diagnostics GmbH <120> Schnelle Reaktionskinetik von Enzymen mit niedriger Aktivit? in Trockenschichten <130> 44103P WO <150> PCT/EP2009/001206 <151> 2009-02-19 <160> 1 <170> PatentIn version 3.3 <210> 1 <211> 261 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Mutant of glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis <220> <221> MUTAGEN <222> (170) <220> <221> MUTAGEN <222> (252) <400> 1 Met Tyr Pro Asp Leu Lys Gly Lys Val Val Ala Ile Thr Gly Ala Ala 1 5 10 15 Ser Gly Leu Gly Lys Ala Met Ala Ile Arg Phe Gly Lys Glu Gln Ala 20 25 30 Lys Val Val Ile Asn Tyr Tyr Ser Asn Lys Gln Asp Pro Asn Glu Val 35 40 45 Lys Glu Glu Val Ile Lys Ala Gly Gly Glu Ala Val Val Val Gln Gly 50 55 60 Asp Val Thr Lys Glu Glu Asp Val Lys Asn Ile Val Gln Thr Ala Ile 65 70 75 80 Lys Glu Phe Gly Thr Leu Asp Ile Met Ile Asn Asn Ala Gly Leu Glu 85 90 95 Asn Pro Val Pro Ser His Glu Met Pro Leu Lys Asp Trp Asp Lys Val 100 105 110 Ile Gly Thr Asn Leu Thr Gly Ala Phe Leu Gly Ser Arg Glu Ala Ile 115 120 125 Lys Tyr Phe Val Glu Asn Asp Ile Lys Gly Asn Val Ile Asn Met Ser 130 135 140 Ser Val His Glu Val Ile Pro Trp Pro Leu Phe Val His Tyr Ala Ala 145 150 155 160 Ser Lys Gly Gly Ile Lys Leu Met Thr Lys Thr Leu Ala Leu Glu Tyr 165 170 175 Ala Pro Lys Gly Ile Arg Val Asn Asn Ile Gly Pro Gly Ala Ile Asn 180 185 190 Thr Pro Ile Asn Ala Glu Lys Phe Ala Asp Pro Lys Gln Lys Ala Asp 195 200 205 Val Glu Ser Met Ile Pro Met Gly Tyr Ile Gly Glu Pro Glu Glu Ile 210 215 220 Ala Ala Val Ala Val Trp Leu Ala Ser Lys Glu Ser Ser Tyr Val Thr 225 230 235 240 Gly Ile Thr Leu Phe Ala Asp Gly Gly Met Thr Leu Tyr Pro Ser Phe 245 250 255 Gln Ala Gly Arg Gly 260 <110> F. Hoffmann-La Roche AG          Roche Diagnostics GmbH <120> Schnelle Reaktionskinetik von Enzymen mit niedriger Aktivit? in          Trockenschichten <130> 44103P WO <150> PCT / EP2009 / 001206 <151> 2009-02-19 <160> 1 <170> PatentIn version 3.3 <210> 1 <211> 261 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> Mutant of glucose dehydrogenase from Bacillus subtilis <220> <221> MUTAGEN <222> (170) <220> <221> MUTAGEN <222> (252) <400> 1 Met Tyr Pro Asp Leu Lys Gly Lys Val Val Ala Ile Thr Gly Ala Ala   1 5 10 15 Ser Gly Leu Gly Lys Ala Met Ala Ile Arg Phe Gly Lys Glu Gln Ala              20 25 30 Lys Val Val Ile Asn Tyr Tyr Ser Asn Lys Gln Asp Pro Asn Glu Val          35 40 45 Lys Glu Glu Val Ile Lys Ala Gly Gly Glu Ala Val Val Gln Gly      50 55 60 Asp Val Thr Lys Glu Glu Asp Val Lys Asn Ile Val Gln Thr Ala Ile  65 70 75 80 Lys Glu Phe Gly Thr Leu Asp Ile Met Ile Asn Asn Ala Gly Leu Glu                  85 90 95 Asn Pro Val Pro Ser His Glu Met Pro Leu Lys Asp Trp Asp Lys Val             100 105 110 Ile Gly Thr Asn Leu Thr Gly Ala Phe Leu Gly Ser Arg Glu Ala Ile         115 120 125 Lys Tyr Phe Val Glu Asn Asp Ile Lys Gly Asn Val Ile Asn Met Ser     130 135 140 Ser Val His Glu Val Ile Pro Trp Pro Leu Phe Val His Tyr Ala Ala 145 150 155 160 Ser Lys Gly Gly Ile Lys Leu Met Thr Lys Thr Leu Ala Leu Glu Tyr                 165 170 175 Ala Pro Lys Gly Ile Arg Val Asn Asn Ile Gly Pro Gly Ala Ile Asn             180 185 190 Thr Pro Ile Asn Ala Glu Lys Phe Ala Asp Pro Lys Gln Lys Ala Asp         195 200 205 Val Glu Ser Met Ile Pro Met Gly Tyr Ile Gly Glu Pro Glu Glu Ile     210 215 220 Ala Ala Val Ala Val Trp Leu Ala Ser Lys Glu Ser Ser Tyr Val Thr 225 230 235 240 Gly Ile Thr Leu Phe Ala Asp Gly Gly Met Thr Leu Tyr Pro Ser Phe                 245 250 255 Gln Ala Gly Arg Gly             260

Claims (15)

하기 단계를 포함하는 분석물 측정 방법:
(a) 분석물을 함유하는 샘플을 하기를 함유하는 건식 시약층을 포함하는 진단 요소와 접촉시키는 단계:
(i) 분석물에 대해 특이적인 돌연변이화된 탈수소효소 및
(ii) 인공 조효소, 및
(b) 분석물의 존재 및/또는 양을 측정하는 단계.
Analyte measurement method comprising the following steps:
(a) contacting a sample containing the analyte with a diagnostic element comprising a dry reagent layer containing:
(i) mutated dehydrogenase specific for the analyte and
(ii) artificial coenzymes, and
(b) determining the presence and / or amount of the analyte.
제 1 항에 있어서, 진단 요소에서의 분석물의 전향 속도가 인공 조효소 대신 상응하는 야생형 조효소를 포함하는 상응하는 진단 요소에서의 분석물의 전향 속도와 동일하거나 더 높은, 특히 20% 이상 더 높은 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1, characterized in that the rate of analyte conversion in the diagnostic element is equal to or higher than the rate of analyte in the corresponding diagnostic element comprising the corresponding wild type coenzyme instead of artificial coenzyme, in particular at least 20% higher. How to. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상응하는 야생형 탈수소효소에 비해 감소된 특이적 효소 활성을 갖는 돌연변이화된 탈수소효소를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1 or 2, characterized in that a mutated dehydrogenase is used which has reduced specific enzymatic activity compared to the corresponding wild type dehydrogenase. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (NAD/NADH)-의존적 또는 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP/NADPH)-의존적 돌연변이화된 탈수소효소를 돌연변이화된 탈수소효소로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법. The dehydrogenated mutant of claim 1, wherein the nicotinamide adenine dinucleotide (NAD / NADH) -dependent or nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP / NADPH) -dependent mutated dehydrogenase is mutated. It is used as an enzyme. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소 (EC 1.1.1.47) 를 돌연변이화된 탈수소효소로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.5. The method according to claim 1, wherein the mutated glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.47) is used as the mutated dehydrogenase. 6. 제 5 항에 있어서, 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소가 상응하는 야생형 글루코오스 탈수소효소의 아미노산 서열의 위치 170 및/또는 위치 252 에서의 돌연변이, 특히 위치 170 및 위치 252 에서의 돌연변이를 포함하며, 상기 위치 170 에서의 돌연변이가 바람직하게는 아르기닌 또는 리신, 특히 리신의 글루탐산으로의 아미노산 치환을 포함하고/하거나 위치 252 에서의 돌연변이가 바람직하게는 류신의 리신으로의 아미노산 치환을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.6. The method of claim 5, wherein the mutated glucose dehydrogenase comprises a mutation at position 170 and / or position 252 of the amino acid sequence of the corresponding wild type glucose dehydrogenase, in particular at position 170 and position 252, wherein said position 170 Wherein the mutation in preferably comprises an amino acid substitution of arginine or lysine, in particular lysine to glutamic acid, and / or the mutation at position 252 preferably comprises an amino acid substitution of leucine to lysine. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소가 바실러스 메가테리움 (Bacillus megaterium), 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis) 또는 바실러스 투린지엔시스 (Bacillus thuringiensis), 특히 바실러스 서브틸리스로부터의 야생형 글루코오스 탈수소효소의 돌연변이에 의해 수득한 글루코오스 탈수소효소인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 5 or 6, wherein the mutated glucose dehydrogenase is derived from Bacillus megaterium, Bacillus subtilis or Bacillus thuringiensis, in particular Bacillus subtilis. It is characterized in that the glucose dehydrogenase obtained by the mutation of wild type glucose dehydrogenase of. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 돌연변이화된 글루코오스 탈수소효소가 SEQ ID NO:1 에서 나타낸 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.8. The method of any one of claims 5 to 7, wherein the mutated glucose dehydrogenase has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 인공 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (NAD/NADH) 화합물, 인공 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 포스페이트 (NADP/NADPH) 화합물 또는 하기 화학식 (I) 의 화합물을 인공 조효소로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법:
Figure pct00004
.
The artificial nicotinamide adenine dinucleotide (NAD / NADH) compound, the artificial nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP / NADPH) compound or the compound of formula (I) according to any one of claims 1 to 8 Method for use as coenzyme:
Figure pct00004
.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 화학식 (II) 의 화합물 또는 이의 염 또는 임의로는 이의 환원 형태를 인공 조효소로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법:
Figure pct00005

[식 중,
A = 아데닌 또는 이의 유사체이고,
T = 각각의 경우 독립적으로 O, S 를 나타내고,
U = 각각의 경우 독립적으로 OH, SH, BH3 -, BCNH2 - 를 나타내고,
V = 각각의 경우 독립적으로 OH 또는 포스페이트기, 또는 시클릭 포스페이트기를 형성하는 2 개의 기를 나타내고,
W = COOR, CON(R)2, COR, CSN(R)2 이고, 상기 R 은 각각의 경우 독립적으로 H 또는 C1-C2 알킬을 나타내고,
X1,X2 = 각각의 경우 독립적으로 O, CH2, CHCH3, C(CH3)2, NH, NCH3 을 나타내고,
Y = NH, S, O, CH2 이고,
Z = 선형 또는 시클릭 유기 잔기이며,
단, Z 및 피리딘 잔기는 글리코시드 결합에 의해 연결되지 않음].
10. Process according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the compound of formula (II) or a salt thereof or optionally a reduced form thereof is used as artificial coenzyme:
Figure pct00005

[In the meal,
A = adenine or an analog thereof,
T = each occurrence independently represents O, S,
U = in each case independently OH, SH, BH 3 -, BCNH 2 - represents,
V = in each case independently represents two groups forming an OH or phosphate group, or a cyclic phosphate group,
W = COOR, CON (R) 2 , COR, CSN (R) 2 , wherein R independently in each occurrence represents H or C 1 -C 2 alkyl,
X 1 , X 2 Each occurrence independently represents O, CH 2 , CHCH 3 , C (CH 3 ) 2 , NH, NCH 3 ,
Y = NH, S, O, CH 2 ,
Z = linear or cyclic organic residue,
Provided that Z and pyridine residues are not linked by glycosidic bonds.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, carbaNAD 를 인공 조효소로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 10, wherein carbaNAD is used as an artificial coenzyme. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 시험용 테이프, 시험용 디스크, 시험용 패드, 시험용 스트립 또는 시험용 스트립 드럼을 진단 요소로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 11, wherein a test tape, a test disk, a test pad, a test strip or a test strip drum is used as a diagnostic element. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 분석물의 존재 및/또는 양을 광도 측정법적 또는 형광 측정법적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the presence and / or amount of the analyte is determined photometrically or fluorometrically. 하기를 함유하는 건식 시약층을 포함하는 분석물 측정용 진단 요소:
(a) 분석물에 특이적인 돌연변이화된 탈수소효소, 및
(b) 인공 조효소.
Diagnostic element for analyte measurement comprising a dry reagent layer containing:
(a) mutated dehydrogenase specific for the analyte, and
(b) artificial coenzymes.
제 14 항에 있어서, 돌연변이화된 탈수소효소가 SEQ ID NO:1 에서 나타낸 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 진단 요소.

15. The diagnostic element of claim 14, wherein the mutated dehydrogenase has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.

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