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JP3557271B2 - DNA encoding an enzyme, recombinant DNA containing the same, and transformant - Google Patents
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DNA encoding an enzyme, recombinant DNA containing the same, and transformant Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する酵素をコードする新規なDNAと、そのDNAを含む組換えDNA並びに形質転換体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
トレハロースは、グルコース2分子が還元性基同士結合した二糖類であり、天然には細菌、真菌、藻類、昆虫などに微量存在する。トレハロースは分子中に還元性基を持たないので、アミノ酸類の存在下で加熱しても褐変反応を起こすことがなく、着色や変質の懸念なく飲食物を甘味付けできる利点がある。しかしながら、従来の製造方法では所望量を入手するのが難しく、実際に飲食物の甘味付けに使われることは殆ど無かった。
【0003】
これまでの製造方法は、微生物の菌体を利用する方法と、糖質に複合酵素系を作用させる方法とに大別される。前者の方法は、特開昭50−154485号公報などにも見られるように、細菌、酵母などの微生物を栄養培地で増殖させ、培養物中の菌体からトレハロースを採取するものである。一方、後者の方法は、特開昭58−216695号公報などにも見られるように、基質にマルトースを使用し、これにマルトース・フォスフォリラーゼとトレハロース・フォスフォリラーゼからなる複合酵素系を作用させ、生成したトレハロースを系外に取出すものである。前者の方法は、微生物そのものの増殖は比較的容易なものの、トレハロースを菌体から採取するのに一連の繁雑な工程を要し、しかも、菌体に含まれるトレハロースが15%(w/w)と僅少であるという問題があった。後者の方法は、トレハロースそのものの分離は比較的容易なものの、反応自体が2種類の酵素による平衡反応であり、しかも、その平衡が常時グルコース燐酸側に傾いていることから、基質を高濃度にして反応させ、トレハロースの収量を上げることが原理的に難しかった。
【0004】
斯かる状況に鑑み、本発明者が、澱粉糖からトレハロース構造を有する糖質を生成する酵素につき鋭意検索したところ、リゾビウム・スピーシーズM−11やアルスロバクター・スピーシーズQ36などの微生物が、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成するという、従来未知の全く新規な酵素を産生することが判明した。この知見とあい前後して、この非還元性糖質は、同じくリゾビウム・スピーシーズM−11やアルスロバクター・スピーシーズQ36が産生する別の酵素により、ほぼ定量的にトレハロースとグルコース及び/又はマルトオリゴ糖に加水分解されることが判明した。これら酵素を併用することにより、澱粉を原料に所望量のトレハロースが比較的容易に得られることとなり、トレハロースに係わる前記課題は悉く解決されていくものと期待される。しかしながら、リゾビウム・スピーシーズM−11もアルスロバクター・スピーシーズQ36も当該酵素の産生能が充分でなく、トレハロースや末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を大規模に製造しようとすると、微生物を大量に培養しなければならないという問題がある。
【0005】
一方、昨今の組換えDNA技術の進歩には目覚しいものがある。今日では、全アミノ酸配列が解明されていない酵素であっても、これをコードする遺伝子を単離し、その塩基配列を解明できれば、その酵素をコードするDNAを含む組換えDNAを作製し、これを微生物や動植物の細胞に導入して得られる形質転換体を培養することにより、比較的容易に所望量の酵素が取得できるようになった。斯かる状況に鑑み、両酵素をコードする遺伝子を突き止め、その塩基配列を解明するのが急務となっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する酵素をコードするDNAを提供することにある。
【0007】
この発明の別の目的は、そのDNAと自律複製可能なベクターを含んでなる組換えDNAを提供することにある。
【0008】
この発明のさらに別の目的は、その組換えDNAを適宜宿主に導入してなる形質転換体を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記第一の課題を、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する酵素をコードするDNAにより解決するものである。
【0010】
この発明は、前記第二の課題を、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する酵素をコードするDNAと自律複製可能なベクターを含んでなる複製可能な組換えDNAにより解決するものである。
【0011】
この発明は、前記第三の課題を、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する酵素をコードするDNAと自律複製可能なベクターを含んでなる複製可能な組換えDNAを適宜宿主に導入してなる形質転換体により解決するものである。
【0012】
【作用】
この発明のDNAは、自律複製可能な適宜ベクターに挿入して複製可能な組換えDNAとし、この組換えDNAを、本来、当該酵素を産生しないけれども、比較的容易に増殖させることのできる宿主に導入して形質転換体とすることにより、コードされた当該酵素の産生を発現する。
【0013】
この発明の組換えDNAは、本来、当該酵素を産生しないけれども、比較的容易に増殖させることのできる宿主に導入して形質転換体とし、この形質転換体を培養することにより、コードされた当該酵素の産生を発現する。
【0014】
この発明の形質転換体は、培養すると、当該酵素を産生する。
【0015】
以下、実験例、実施例等に基づきこの発明を説明すると、この発明は、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する、従来未知の全く新規な酵素をコードするDNAに関するものである。斯かる酵素はリゾビウム・スピーシーズM−11やアルスロバクター・スピーシーズQ36の培養物から得ることができ(以下、それぞれ「酵素M−11」又は「酵素Q36」と云う。)、本発明者がカラムクロマトグラフィーを中心とする種々の精製方法を組合せてこの酵素を単離し、その性質・性状を調べたところ、その本質はポリペプチドであり、次のような理化学的性質を有することが判明した。
(1) 作用
グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する。
(2) 分子量
約76,000乃至87,000ダルトン(SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動)
(3) 等電点
約3.6乃至4.6(等電点電気泳動)
(4) 至適温度
pH7.0で60分間インキュベートすると、35乃至40℃付近に至適温度を示す。
(5) 至適pH
40℃で60分間インキュベートすると、pH6.4乃至7.2付近に至適pHを示す。
(6) 熱安定性
pH7.0で60分間インキュベートすると、35乃至40℃付近まで安定である。
(7) pH安定性
25℃で16時間インキュベートすると、pH5.5乃至11.0付近まで安定である。
【0016】
斯かる理化学的性質を有する酵素は未だ知られておらず、新規物質であると判断される。なお、リゾビウム・スピーシーズM−11は岡山県岡山市の土壌から分離され、平成4年12月24日以降、茨城県つくば市東1丁目1番3号にある通商産業省、工業技術院、生命工学工業技術研究所、特許微生物寄託センターに寄託番号『FERM BP−4130』で寄託されている。一方、アルスロバクター・スピーシーズQ36は岡山県総社市の土壌から分離されたものであり、平成5年6月3日以降、同センターに寄託番号『FERM BP−4316』で寄託されている。同じ出願人による特開平7−143876号公報(特願平5−349216号明細書には、当該酵素の性質・性状とともに、両微生物の菌学的性質が詳細に開示されている。
【0017】
本発明者が、高度に精製した酵素M−11の部分アミノ酸配列を調べ、その部分アミノ酸配列に基づき化学合成したオリゴヌクレオチドをプローブにしてリゾビウム・スピーシーズM−11の染色体DNAを鋭意検索した結果、配列表における配列番号3に示す塩基配列を有する2,316塩基対からなるDNA断片が得られた。そして、その塩基配列を解読したところ、酵素M−11は、配列表における配列番号1に示すように、772個のアミノ酸により構成されていることが判明した。
【0018】
一方、酵素Q36の部分アミノ酸配列に基づき化学合成したオリゴヌクレオチドをプローブにし、アルスロバクター・スピーシーズQ36の染色体DNAを同様に検索したところ、配列表における配列番号4に示す塩基配列を有する2,325塩基対からなるDNA断片が得られた。この塩基配列を解読したところ、酵素Q36は775個のアミノ酸からなり、配列表における配列番号2に示すアミノ酸配列を有していることが判明した。
【0019】
配列表における配列番号1乃至4に示す塩基配列及びアミノ酸配列を解明するに到った一連の工程を要約すると、次のようになる。
(1) 供与体微生物の培養物から当該酵素を分離し、高度に精製した。精製酵素をプロテアーゼにより部分加水分解後、加水分解物から2種類のペプチド断片を単離し、そのアミノ酸配列を決定した。
(2) 別途、供与体微生物の菌体より染色体DNAを分離し、精製後、制限酵素により部分的に切断して約3,000乃至7,000塩基対からなるDNA断片を採取した。DNAリガーゼにより、このDNA断片を予め制限酵素で切断しておいたプラスミドベクターに連結し、組換えDNAを作製した。
(3) 大腸菌に組換えDNAを導入して形質転換体を作製し、前記部分アミノ酸配列に基づき化学合成したオリゴヌクレオチドをプローブとするコロニーハイブリダイゼーションにより当該酵素をコードするDNAを含む形質転換体を選択した。
(4) 形質転換体から組換えDNAを採取し、プライマーとともにアニーリング後、DNAポリメラーゼを作用させてプライマーを伸長し、得られた相補鎖DNAをジデオキシ・チェーン・ターミネータ法により分析して塩基配列を決定した。そして、その塩基配列から推定されるアミノ酸配列と前記部分アミノ酸配列とを比較し、その塩基配列が当該酵素をコードしていることを確認した。
【0020】
供与体微生物の遺伝子がコードするアミノ酸配列は配列表における配列番号1又は2に示すとおりであるが、この発明のDNAは、配列表における配列番号1又は2に示すとおりのアミノ酸配列をコードするものは無論のこと、これと相同的なアミノ酸配列を有するものをも包含するものとする。すなわち、組換えDNA技術の進歩により、斯界においては、酵素の作用を実質的に変えることなく、比較的容易にその構成アミノ酸の1個又は2個以上を他のアミノ酸で置換できるようになった。また、同じDNAであっても、それを導入する宿主や、そのDNAを含む形質転換体の培養に使用する栄養培地の成分・組成、培養温度・pHなどに依っては、宿主内酵素によるDNA発現後の修飾などにより、所期の酵素作用は保持しているものの、配列表における配列番号1又は2のアミノ酸配列におけるN末端付近のアミノ酸の1個又は2個以上以上が欠失したり、N末端に1個又は2個以上のアミノ酸が新たに付加した変異体の産生することがある。斯かる技術水準に鑑み、この発明でいう酵素とは、配列表における配列番号1又は2に示すアミノ酸配列をそのまま具備するものは言うに及ばず、そのアミノ酸配列におけるアミノ酸の1個又は2個以上が他のアミノ酸に置き換わるか、欠失若しくは付加した変異体であっても、それがグルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成するかぎり包含するものとする。
【0021】
さらに、斯界においては、遺伝子コードの縮重により、コードするアミノ酸配列を変えることなく、DNAにおける塩基の1個又は2個以上を他の塩基で置換することができる。これにより、この発明のDNAは、配列表における配列番号3又は4に示す塩基配列をそのまま有するもののみならず、それが配列表における配列番号1又は2に示すアミノ酸配列を有する酵素若しくはその相同変異体をコードするものであるかぎり、遺伝子コードの縮重に基づき、塩基の1個又は2個以上が他の塩基に置き換わったものをも包含するものとする。
【0022】
また、現在の組換えDNA技術に依るときには、一般に、5′末端からの塩基配列が決まれば、これに相補的な塩基配列は一義的に定まる。したがって、この発明のDNAは、上記いずれかの塩基配列に相補的な塩基配列を有するものも包含するものとする。なお、この発明のDNAが宿主中で実際に当該酵素の産生を発現するために、当該酵素又はその相同変異体をコードする塩基配列における塩基の1個又は2個以上を他の塩基で適宜置換し得ることはいうまでもない。
【0023】
この発明のDNAは上記のごときものであるが、この発明のDNAは、それが前記のごとき配列を有するかぎり、それが天然に由来するものか人為的に合成されたものであるかは問わない。天然の給源としては、例えば、リゾビウム・スピーシーズM−11(FERM BP−4130)、アルスロバクター・スピーシーズQ36(FERM BP−4316)、ブレビバクテリウム・ヘロボルム(ATCC11822)、フラボバクテリウム・アクアチレ(IFO3772)、ミクロコッカス・ルテウス(IFO3064)、ミクロコッカス・ロゼウス(ATCC186)、クルトバクテリウム・シトレウム(IFO15231)、マイコバクテリウム・スメグマチス(ATCC19420)及びテラバクター・ツメスセンス(IFO12960)を含むリゾビウム属、アルスロバクター属、ブレビバクテリウム属、フラボバクテリウム属、ミクロコッカス属、クルトバクテリウム属、マイコバクテリウム属、テラバクター属の微生物が挙げられ、これら微生物の菌体からはこの発明のDNAを含む遺伝子が得られる。すなわち、斯かる微生物を栄養培地に植菌し、好気的条件下で約1乃至3日間培養後、培養物から菌体を採取し、リゾチームやβ−グルカナーゼなどの細胞壁溶解酵素や超音波で処理することにより、当該DNAを含む遺伝子を菌体外に溶出させる。このとき、細胞壁溶解酵素にプロテアーゼなどの蛋白質加水分解酵素を併用したり、菌体を超音波処理する際、SDSなどの界面活性剤を共存させたり凍結融解してもよい。斯くして得られる処理物に、例えば、フェノール抽出、アルコール沈澱、遠心分離、プロテアーゼ処理、リボヌクレアーゼ処理などの斯界における通常一般の方法を適用すれば目的のDNAが得られる。
【0024】
一方、この発明のDNAを人為的に合成するには、例えば、配列表における配列番号3又は4に示す塩基配列に基づいて化学合成するか、配列表における配列番号1又は2に示すアミノ酸配列をコードするDNAを自律複製可能な適宜ベクターに挿入して組換えDNAとし、これを適宜宿主に導入して得られる形質転換体を培養し、培養物から菌体を分離し、その菌体から当該DNAを含むプラスミドを採取すればよい。
【0025】
さて、この発明は、本来、当該酵素を産生しないけれども、比較的容易に増殖させることのできる微生物や動植物の細胞に導入すると当該酵素の産生を発現する複製可能な組換えDNAに係わるものでもある。斯かる組換えDNAは、通常、前述のごときDNAと自律複製可能なベクターを含んでなり、DNAが入手できれば、通常一般の組換えDNA技術により比較的容易に調製することができる。斯かるベクターの例としては、pBR322、pUC18、Bluescript II SK(+)、pUB110、pTZ4、pC194、pHV14、TRp7、YEp7、pBS7などのプラスミドベクターやλgt・λC、λgt・λB、ρ11、φ1、φ105などのファージベクターが挙げられ、このうち、この発明のDNAを大腸菌で発現させるにはpBR322、pUC18、Bluescript II SK(+)、λgt・λC及びλgt・λBが好適であり、一方、枯草菌で発現させるにはpUB110、pTZ4、pC194、ρ11、φ1及びφ105が好適である。pHV14、TRp7、YEp7及びpBS7は、組換えDNAを2種以上の宿主内で増殖させる場合に有用である。
【0026】
斯かるベクターにこの発明のDNAを挿入するには、斯界において通常一般の方法が採用される。具体的には、先ず、この発明のDNAを含む遺伝子と自律複製可能なベクターとを制限酵素及び/又は超音波により切断し、次に、生成したDNA断片とベクター断片とを連結する。遺伝子及びベクターの切断にヌクレオチドに特異的に作用する制限酵素、とりわけ、II型の制限酵素、詳細には、Sau 3AI、Eco RI、Hind III、Bam HI、Sal I、Xba I、Sac I、Pst Iなどを使用すれば、DNA断片とベクター断片を連結するのが容易となる。DNA断片とベクター断片を連結するには、必要に応じて、両者をアニーリングした後、生体内又は生体外でDNAリガーゼを作用させればよい。斯くして得られる組換えDNAは、適宜宿主に導入して形質転換体とし、これを培養することにより無限に複製可能である。
【0027】
この発明による組換えDNAは、大腸菌、枯草菌、放線菌、酵母を始めとする適宜の宿主微生物に導入することができる。宿主が大腸菌の場合には、宿主を組換えDNAとカルシウムイオンの存在下で培養すればよく、一方、宿主が枯草菌の場合には、コンピテントセル法やプロトプラスト法を適用すればよい。形質転換体をクローニングするには、コロニーハイブリダイゼーション法を適用するか、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖を含む栄養培地で培養し、該澱粉糖より末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成するものを選択すればよい。
【0028】
斯くして得られる形質転換体は、栄養培地で培養すると、菌体内外に当該酵素を産生する。栄養培地には、通常、炭素源、窒素源、ミネラル、さらには、必要に応じて、アミノ酸やビタミンなどの微量栄養素を補足した通常一般の液体培地が使用され、個々の炭素源としては、例えば、澱粉、澱粉加水分解物、グルコース、果糖、蔗糖などの糖質が、また、窒素源としては、例えば、アンモニア若しくはアンモニウム塩、尿素、硝酸塩、ペプトン、酵母エキス、脱脂大豆、コーンスティープリカー、肉エキスなどの含窒素無機乃至有機物が挙げられる。形質転換体を斯かる栄養培地に植菌し、栄養培地を温度25乃至65℃、pH2乃至8に保ちつつ、通気撹拌などによる好気的条件下で約1乃至6日間培養すれば、当該酵素を含む培養物が得られる。この培養物は酵素剤としてそのまま使用可能ではあるが、通常は使用に先立ち、必要に応じて、超音波や細胞壁溶解酵素により菌体を破砕した後、濾過、遠心分離などにより酵素を菌体又は菌体破砕物から分離し、精製する。精製には酵素を精製するための通常一般の方法が採用でき、例えば、菌体又は菌体破砕物を除去した培養物に濃縮、塩析、透析、分別沈澱、ゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、ゲル電気泳動、等電点電気泳動などの1種若しくは2種以上を適宜組合せて適用すればよい。
【0029】
前述のとおり、当該酵素は、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成するという、従来の酵素に見られない顕著な作用を有する。したがって、この発明の形質転換体が産生する酵素は、澱粉又はアミロペクチン、アミロースなどの澱粉質を酸及び/又はアミラーゼで処理して得られるマルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキサオースを始めとする、グルコース重合度3以上の一連のマルトオリゴ糖を含む澱粉加水分解物に作用させることにより、末端にトレハロース構造を有するα−グルコシルトレハロース、α−マルトシルトレハロース、α−マルトトリオシルトレハロース、α−マルトテトラオシルトレハロースなどの対応する非還元性糖質を収量良く、効率的に生成する。そして、これら非還元性糖質は、特開平7−213283号公報(特願平5−340343号に開示されているトレハロース遊離酵素を作用させると、ほぼ定量的にトレハロースを生成する。
【0030】
次に、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する酵素の理化学的性質を解明すべく行なった一連の実験について説明する。
【0031】
【実験例1 精製酵素の調製】
【0032】
【実験例1−1 酵素M−11の精製】
500ml容三角フラスコにマルトース2.0%(w/v)、ペプトン0.5%(w/v)、酵母エキス0.1%(w/v)、燐酸水素二ナトリウム0.1%(w/v)及び燐酸二水素カリウム0.1%(w/v)を含む液体培地(pH7.0)を100mlずつとり、120℃で20分間オートクレーブして滅菌した。冷却後、三角フラスコ内の液体培地にリゾビウム・スピーシーズM−11を植菌し、回転振盪下、27℃で24時間種培養した。別途、30l容ジャーファーメンタに上記と同組成の液体培地を20lとり、滅菌後、上記で得た種培養液を1%(v/v)接種し、液体培地をpH6乃至8に保ちつつ、30℃で24時間通気撹拌培養した。
【0033】
次に、上記で得た培養物約18lを超高圧菌体破砕装置にとり、菌体を破砕後、遠心分離により採取した上清約16lに硫酸アンモニウムを20%飽和になるように加え、4℃で1時間静置後、遠心分離により沈澱部を除去した。得られた上清に60%飽和になるように硫酸アンモニウムを加え、4℃で24時間静置後、沈澱部を遠心分離により採取し、最少量の10mM燐酸緩衝液(pH7.0)に溶解し、10mM燐酸緩衝液(pH7.0)に対して24時間透析後、遠心分離により不溶物を除去した。得られた上清を予め10mM燐酸緩衝液(pH7.0)により平衡化させておいた東ソー製イオン交換クロマトグラフィー用カラム『DEAE−トヨパール』に負荷し、0Mから0.5Mに上昇する塩化ナトリウムの濃度勾配下、カラムに10mM燐酸緩衝液(pH7.0)を通液した。溶出液より酵素を含む画分を採取し、2M硫酸アンモニウムを含む50mM燐酸緩衝液(pH7.0)に対して10時間透析後、遠心分離により不溶物を除去した。その後、上清を予め2M硫酸アンモニウムを含む50mM燐酸緩衝液(pH7.0)により平衡化させておいた東ソー製疎水クロマトグラフィー用カラム『ブチルトヨパール』に負荷し、2Mから0Mに低下する硫酸アンモニウムの濃度勾配下、カラムに50mM燐酸緩衝液(pH7.0)を通液した。溶出液から酵素を含む画分を採取し、予め50mM燐酸緩衝液(pH7.0)により平衡化させておいた東ソー製ゲル濾過カラムクロマトグラフィー用カラム『トヨパールHW−55』に負荷し、カラムに50mM燐酸緩衝液(pH7.0)を通液し、溶出液から酵素を含む画分を採取した。このようにして精製した酵素M−11の比活性は約195単位/mg蛋白質であり、収量は培養物1l当たり約220単位であった。
【0034】
なお、この発明を通じて、酵素の活性は次の方法により測定した活性値(単位)で表示する。すなわち、マルトペンタオースを1.25%(w/v)含む50mM燐酸緩衝液(pH7.0)を4mlとり、これに酵素液を1ml加え、40℃で60分間インキュベートして反応させた後、反応液を100℃で10分間加熱して反応を停止させる。反応液を蒸留水で10倍希釈した後、ソモギ・ネルソン法により還元力を測定する。当該酵素の1単位とは、上記条件下において、1分間にマルトペンタオース1μmolに相当する還元力を低下させる酵素の量と定義する。
【0035】
【実験例1−2 酵素Q36の精製】
実験例1−1と同様にアルスロバクター・スピーシーズQ36を培養し、培養物を処理したところ、比活性約200単位/mg蛋白質の精製酵素Q36が、培養物1l当たり、約295単位の収量で得られた。
【0036】
【実験例2 酵素の理化学的性質】
本実験例では、実験例1で得た精製酵素を試料に使い、当該酵素の理化学的性質を調べる。
【0037】
【実験例2−1 作用】
基質としてグルコース、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキサオース又はマルトヘプタオースを20%(w/v)含む50mM燐酸緩衝液(pH7.0)に実験例1で得た精製酵素M−11又は精製酵素Q36を基質1g当たり2単位加え、40℃で48時間反応させた。常法により反応物を脱塩した後、和光純薬製高速液体クロマトグラフィー用カラム『WB−T−330』に負荷し、溶出液の糖濃度を東ソー製示差屈折計『RI−8012型』でモニターしながら、室温下にてカラムに蒸留水を0.5ml/分の流速で通液することにより、反応物に含まれる糖質を分離した。表1及び表2に、それぞれ、酵素M−11及び酵素Q36を加えた場合の糖組成を示す。なお、表中の糖質P1乃至P5は、反応により生成した糖質をグルコース重合度の小さい順に命名したものである。
【0038】
【表1】

Figure 0003557271
【0039】
【表2】
Figure 0003557271
【0040】
表1及び表2の結果から明らかなように、酵素M−11及び酵素Q36は、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキサオース及びマルトヘプタオースなどのグルコース重合度が3以上の還元性澱粉糖からは新たな糖質を生成するけれども、グルコース重合度が3を下回るグルコースやマルトースからは新たな糖質を生成しない。また、反応により生成した糖質はそれぞれ糖質P1乃至P5のみであり、糖質P2乃至P5の含量は固形分当たり85%以上と著しく高かった。
【0041】
次に、糖質P1乃至P5を分離すべく、東京有機化学工業製強酸性カチオン交換樹脂『XT−1016(Na型)』を内径2.0cm、長さ1mのジャケッ ト付きステンレス製カラム3本に充填し、これらカラムを直列に連結した。そして、カラム内の温度を55℃に保ちつつ、カラムに糖質P1乃至P5のいずれかを含む前記反応物を別々に負荷した後、カラムに55℃の蒸留水をSV0.13の流速で通液した。溶出液の糖組成を調べ、糖質P1乃至P5のいずれかを固形分で97%以上含む画分を採取し、真空乾燥により粉末化した。このようにして精製した糖質P1乃至P5の還元力をソモギ・ネルソン法により調べたところ、いずれの糖質にも実質的な還元力は認められなかった。
【0042】
さらに、糖質P1乃至P5を同定すべく、これら糖質のいずれかを50mgとり、50mM酢酸緩衝液(pH4.5)1mlに溶解後、グルコアミラーゼを1単位加え、40℃で6時間インキュベートした。表1及び表2に示す反応物の糖組成を高速液体クロマトグラフィーにより分析したところ、それぞれ表3及び表4に示すように、全ての反応物からグルコースとトレハロースが検出された。同様にして、糖質P1乃至P5にβ−アミラーゼを作用させたところ、糖質P1及びP2がβ−アミラーゼの作用を受けなかったのに対して、糖質P3は1分子のマルトースと糖質P1を、糖質P4は1分子のマルトースと糖質P2を、また、糖質P5は2分子のマルトースと糖質P1を与えた。
【0043】
【表3】
Figure 0003557271
【0044】
【表4】
Figure 0003557271
【0045】
表3及び表4の結果は、糖質P1乃至P5が1分子のトレハロースと1乃至5分子のグルコースにより構成されることを強く示唆している。また、グルコアミラーゼがマルトオリゴ糖におけるα−1,4結合及びα−1,6結合に特異的に切断することと、β−アミラーゼがマルトオリゴ糖におけるα−1,4結合をその末端よりマルトース単位で切断することから、糖質P1乃至P5は、グルコース又はグルコース重合度が2乃至5のマルトオリゴ糖の末端にトレハロース残基が1個結合した構造を有していると推定される。
【0046】
以上の結果を総合的に判断すると、糖質P1乃至P5は、それぞれ、α−グルコシルトレハロース、α−マルトシルトレハロース、α−マルトトリオシルトレハロース、α−マルトテトラオシルトレハロース又はα−マルトペンタオシルトレハロースと同定され、このことは、当該酵素にグルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する作用のあることを裏付けている。
【0047】
【実験例2−2 分子量】
ユー・ケー・レムリが『ネーチャー』、第227巻、第680〜685頁(1970年)に報告している方法に準じて精製酵素をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動したところ、酵素M−11、酵素Q36とも、分子量約76,000乃至87,000ダルトンに相当する位置に単一バンドが観察された。なお、このときの分子量マーカは、ミオシン(200,000ダルトン)、β−ガラクトシダーゼ(116,250ダルトン)、フォスフォリラーゼB(97,400ダルトン)、血清アルブミン(66,200ダルトン)及びオボアルブミン(45,000ダルトン)であった。
【0048】
【実験例2−3 等電点】
等電点電気泳動法により測定したところ、酵素M−11、酵素Q36とも、約3.6乃至4.6に等電点を示した。
【0049】
【実験例2−4 至適温度】
常法により、50mM燐酸緩衝液(pH7.0)中で60分間インキュベートする条件で試験したところ、図1又は図2に示すように、酵素M−11、酵素Q36とも、35乃至40℃付近に至適温度を示した。
【0050】
【実験例2−5 至適pH】
常法により、pHの相違する50mM酢酸緩衝液、燐酸緩衝液又は炭酸ナトリウム−炭酸水素ナトリウム緩衝液中、40℃で60分間インキュベートする条件で試験したところ、図3又は図4に示すように、酵素M−11、酵素Q36とも、pH6.4乃至7.2付近に至適pHを示した。
【0051】
【実験例2−6 熱安定性】
常法により、50mM燐酸緩衝液(pH7.0)中で60分間インキュベートする条件で試験したところ、図5又は図6に示すように、酵素M−11、酵素Q36とも、35乃至40℃付近まで安定であった。
【0052】
【実験例2−7 pH安定性】
常法により、pHの相違する50mM酢酸緩衝液、燐酸緩衝液又は炭酸ナトリウム−炭酸水素ナトリウム緩衝液中、25℃で16時間インキュベートする条件で試験したところ、図7又は図8に示すように、酵素M−11、酵素Q36とも、pH5.5乃至11.0付近まで安定であった。
【0053】
【実験例2−8 N末端アミノ酸配列】
常法により、アプライッド・バイオシステム製気相プロテイン・シーケンサ『470A型』を使用して分析したところ、酵素M−11は、N末端に配列表における配列番号7に示すアミノ酸配列を有していることが判明した。
【0054】
同様に分析したところ、酵素Q36は、N末端に配列表における配列番号8に示すアミノ酸配列を有していることが判明した。
【0055】
【実験例2−9 部分アミノ酸配列】
実験例1−1で得た精製酵素M−11を適量とり、10mMトリス−塩酸緩衝液(pH9.0)に対して4℃で18時間透析後、10mMトリス−塩酸緩衝液(pH9.0)を加えて酵素濃度を約1mg/mlとした。この溶液を約1mlとり、リジルエンドペプチダーゼを10μg加え、30℃で22時間インキュベートして酵素を部分加水分解した。加水分解物を、予め16%(v/v)水性アセトニトリルを含む0.1%(v/v)トリフルオロ酢酸により平衡化させておいた資生堂製逆相高速液体クロマトグラフィー用カラム『カプセルパックC18』に負荷し、次いで、16%(v/v)から64%(v/v)に上昇するアセトニトリルの濃度勾配下、カラムに0.1%(v/v)トリフルオロ酢酸を0.9ml/分の流速で通液した。そして、通液開始から約28分後又は約40分後に溶出したペプチド断片(以下、それぞれ「ペプチド断片A」又は「ペプチド断片B」と云う。)を含む画分を別々に採取し、真空乾燥後、50%(v/v)水性アセトニトリルを含む0.1%(v/v)トリフルオロ酢酸に溶解した。以後、実験例2−8と同様に分析したところ、ペプチド断片A及びBは、配列表における配列番号9及び10に示すアミノ酸配列を有していることが判明した。
【0056】
別途、実験例1−2で得た精製酵素Q36を上記と同様にして部分加水分解し、予め24%(v/v)水性アセトニトリルを含む0.1%(v/v)トリフルオロ酢酸により平衡化させておいた日本ミリポア・リミテッド製逆相高速液体クロマトグラフィー用カラム『マイクロボンダパックC18』に負荷し、24%(v/v)から44%(v/v)に上昇する水性アセトニトリルの濃度勾配下、カラムに0.1%(v/v)トリフルオロ酢酸を0.9ml/分の流速で通液した。そして、通液開始から約22分後又は約40分後に溶出したペプチド断片(以下、それぞれ「ペプチド断片C」又は「ペプチド断片D」と云う。)を含む画分を採取し、真空乾燥後、50%(v/v)水性アセトニトリルを含む0.1%(v/v)トリフルオロ酢酸に溶解した。以後、上記と同様に分析したところ、ペプチド断片C及びDは、配列表における配列番号11及び12に示すアミノ酸配列を有していることが判明した。
【0057】
酵素M−11と酵素Q36の理化学的性質は以上のとおりであるが、以下の実施例では、これら理化学的性質に基づき、この発明による複製可能な組換えDNAと形質転換体を調製するとともに、そこに含まれている当該酵素をコードするDNAを採取し、その塩基配列とアミノ酸配列を決定する。なお、これら実施例で用いる手法自体は斯界において公知のものであり、例えば、ジェー・サムブルック等『モレキュラー・クローニング・ア・ラボラトリー・マニュアル』、第2版、1989年、コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス発行などにも詳述されている。
【0058】
【実施例1 リゾビウム・スピーシーズM−11に由来するDNAを含む組換えDNAと形質転換体の調製】
【0059】
【実施例1−1 染色体DNAの調製】
リゾビウム・スピーシーズM−11をバクト・ニュートリエント・ブロス培地(pH7.0)に植菌し、27℃で24時間回転振盪培養した。遠心分離により培養物から菌体を分離し、TES緩衝液(pH8.0)に浮遊させ、リゾチームを0.05%(w/v)加えた後、37℃で30分間インキュベートした。処理物を−80℃で1時間凍結後、TSS緩衝液(pH9.0)を加えて60℃に加温し、TES緩衝液/フェノール混液を加え、氷冷後、遠心分離により上清を採取した。この上清に2倍容の冷エタノールを加え、沈澱した粗染色体DNAを採取し、SSC緩衝液(pH7.1)に溶解後、リボヌクレアーゼとプロテアーゼをそれぞれ7.5μg又は125μg加え、37℃で1時間インキュベートして反応させた。その後、反応物にクロロフォルム/イソアミルアルコール混液を加えて染色体DNAを抽出し、冷エタノールを加え、生成した染色体DNAを含む沈澱を採取した。このようにして得た精製染色体DNAを濃度約1mg/mlになるようにSSC緩衝液(pH7.1)に溶解し、溶液を−80℃で凍結した。
【0060】
【実施例1−2 組換えDNA pBMT7と形質転換体BMT7の調製】実施例1−1で得た精製染色体DNA溶液を約1mlとり、これに制限酵素Sau 3AIを約35単位加え、37℃で約20分間反応させて染色体DNAを部分切断した後、蔗糖密度勾配超遠心法により約3,000乃至7,000塩基対からなるDNA断片を採取した。別途、プラスミドベクターBluescript II SK(+)を1μgとり、常法により制限酵素Bam HIを作用させて完全に切断した後、上記で得たDNA断片10μgとT4 DNAリガーゼを2単位加え、4℃で一夜静置することによりDNA断片をベクター断片に連結した。そして、得られた組換えDNAに東洋紡績製コンピテントセル『Epicurian Coli XLI−Blue』を30μl加え、氷冷下に30分間静置後、42℃に加温し、SOCブロスを加えて37℃で1時間インキュベートすることにより、組換えDNAを大腸菌に導入した。
【0061】
次に、上記で得た形質転換体を5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−ガラクトシド50μg/mlを含む寒天平板培地(pH7.0)に植菌し、37℃で18時間培養後、培地上にナイロン膜を載置し、培地上に形成された約4,400個のコロニーをナイロン膜に固定した。別途、常法により、配列表における配列番号9に示すアミノ酸配列における第17乃至21番目のPro−Glu−Trp−Glu−Lysで表される配列に基づき5′−CCNGARTGGGARAA−3′で表される塩基配列のプローブ1を化学合成し、同位体32Pで標識後、前記ナイロン膜上に固定した形質転換体のコロニーにハイブリダイズさせ、顕著な会合が認められた9種類の形質転換体を選択した。
【0062】
常法により、これら9種類の形質転換体から組換えDNAを採取し、配列表における配列番号10に示すアミノ酸配列における第16乃至20番目のThr−Glu−Phe−Trp−Aspで表される配列に基づき化学合成した5′−ACNGARTTYTGGGA−3′で表される塩基配列のプローブ2をイー・エム・サザーン『ジャーナル・オブ・モレキュラー・バイオロジー』、第98巻、第503〜517頁(1975年)に記載されている方法に準じてハイブリダイズさせ、プローブ2と顕著な会合を示した組換えDNAを選択した。以上のようにして選択した組換えDNAと形質転換体を、それぞれ、『pBMT7』又は『BMT7』と命名した。
【0063】
上記で得た形質転換体BMT7をアンピシリン100μg/mlを含むL−ブロス培地(pH7.0)に植菌し、37℃で24時間回転振盪培養した。培養終了後、遠心分離により培養物から菌体を採取し、通常一般のアルカリ法により組換えDNAを菌体外に溶出させた。処理物を常法により精製し、分析したところ、組換えDNA pBMT7は約9,300塩基対からなり、図9に示す制限酵素地図で表される構造を有していた。図9に示すように、酵素M−11をコードする2,316塩基対からなるDNAは、制限酵素Pst Iによる切断部位付近の下流に位置していることが判明した。
【0064】
【実施例1−3 形質転換体BMT7による酵素の産生】
マルトース2.0%(w/v)、ペプトン0.5%(w/v)、酵母エキス0.1%(w/v)、燐酸水素二ナトリウム0.1%(w/v)、燐酸二水素カリウム0.1%(w/v)を含む液体培地をpH7.0に調整し、アンピシリンを50μg/ml加え、120℃で20分間加熱滅菌し、冷却後、実施例1−2で得た形質転換体BMT7を植菌し、37℃で24時間回転振盪培養した。培養物を超音波処理して菌体を破砕し、遠心分離により不溶物を除去後、上清中の酵素活性を測定したところ、培養物1l当たりに換算して、約3,000単位の酵素が産生していた。
【0065】
別途、対照として、大腸菌XLI−Blue株及びリゾビウム・スピーシーズM−11をアンピシリン無含有の同じ液体培地に植菌し、リゾビウム・スピーシーズM−11の場合、培養温度を30℃に設定した以外は上記と同様に培養・処理した。処理物の活性を測定したところ、リゾビウム・スピーシーズM−11による酵素の産生は培養物1l当たり約1,500単位と、形質転換体BMT7と比較して有意に低いものであった。なお、宿主に使用した大腸菌XLI−Blue株は、当該酵素を全く産生しなかった。
【0066】
その後、形質転換体BMT7が産生した酵素を実験例1−1と同様に精製し、その性質・性状を調べたところ、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動で分子量値約76,000乃至87,000ダルトンを、また、等電点電気泳動で約3.6乃至4.6に等電点を示すなど、実験例2で得られた酵素M−11のものと同様の理化学的性質を有することが判明した。このことは、組換えDNA技術によっても当該酵素を製造でき、且つ、酵素の生産性も有意に向上することを示唆している。
【0067】
【実施例2 リゾビウム・スピーシーズM−11に由来する相補鎖DNAの調製とその塩基配列、アミノ酸配列の決定】
実施例1−2で得た組換えDNA pBMT7を、常法に従って、各種制限酵素で分解し、Bluescript II SK(+)にサブクローニングして、塩基配列決定用DNAとした。これら塩基配列決定用DNAを2μgとり、これに2M水酸化ナトリウム水溶液を加えて変性させた後、適量の冷エタノールを加え、生成したテンプレートDNAを含む沈澱を採取し、真空乾燥した。このテンプレートDNAに化学合成した5′−GTAAAACGACGGCCAGT−3′で表される塩基配列のプライマー1を50pmol/mlと、20mM塩化マグネシウムと50mM塩化ナトリウムを含む40mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.5)を10μl加え、65℃で2分間インキュベートしてアニーリングした後、dATP、dGTP及びdTTPをそれぞれ7.5μM含む水溶液を2μlと、[α−32P]dCTP(2mCi/ml)を0.5μlと、0.1Mジチオスレイトールを1μlと、1.5単位/mlのT7 DNAポリメラーゼを2μl加え、25℃で5分間インキュベートすることによりプライマー1を5′末端から3′末端に向かって伸長させ、相補鎖DNAを生成させた。
【0068】
次に、上記で得た相補鎖DNAを含む反応物を四等分し、それぞれにddATP、ddCTP、ddGTP及びddTTPのいずれかを8μMと80μM dNTPを含む50mM塩化ナトリウム水溶液を2.5μl加え、37℃で5分間インキュベートして反応させた後、20mM EDTA、0.05%(w/v)ブロムフェノールブルー及び0.05%(w/v)キシレンシアノールを含む95%(v/v)水性ホルムアミド溶液を4μl加えて反応を停止させた。反応物を沸騰水浴中で3分間加熱後、6%(w/v)ポリアクリルアミドゲル上にとり、約2,000Vの定電圧を印加しながら電気泳動してDNA断片を分離し、次いで、常法によりゲルを固定し、乾燥させた後、オートラジオグラフィーした。
【0069】
ラジオグラム上に分離したDNA断片を解析した結果、相補鎖DNAは配列表における配列番号5に示す2,936塩基対からなる塩基配列を含んでいることが判明した。この塩基配列から推定されるアミノ酸配列は配列表における配列番号5に併記したとおりであり、このアミノ酸配列と配列表における配列番号7、9又は10に示す酵素M−11のN末端アミノ酸配列、部分アミノ酸配列を比較したところ、配列番号7のN末端アミノ酸配列は配列表における配列番号5における第1乃至20番目の配列に、また、配列番号9又は10の部分アミノ酸配列は配列表における配列番号5における第486乃至506番目又は第606乃至626番目の配列に一致した。これは、酵素M−11が配列表における配列番号1に示すアミノ酸配列を有するものであり、リゾビウム・スピーシーズM−11においては、酵素M−11が配列表における配列番号3に示す塩基配列のDNAによりコードされていることを示している。
【0070】
【実施例3 アルスロバクター・スピーシーズQ36に由来するDNAを含む組換えDNAと形質転換体の調製】
【0071】
【実施例3−1 染色体DNAの調製】
実施例1−1と同様にしてアルスロバクター・スピーシーズQ36から染色体DNAを分離・精製し、濃度約1mg/mlになるようにSSC緩衝液(pH7.1)に溶解し、−80℃で凍結した。
【0072】
【実施例3−2 組換えDNA pBQT13と形質転換体BQT13の調製】
実施例3−1で得た精製染色体DNA溶液を実施例1−2と同様に部分切断した後、蔗糖密度勾配超遠心法により約3,000乃至6,000塩基対からなるDNA断片を採取した。その後、T4 DNAリガーゼを使用し、このDNA断片を実施例1−2と同様に制限酵素Bam HIによるベクターBluescript II SK(+)の消化物に連結し、得られた組換えDNAを大腸菌XLI−Blue株に導入した。得られた形質転換体を実施例1−2と同様に5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−ガラクトシドを含む寒天平板培地で培養し、生成した約4,500個のコロニーをナイロン膜上に固定する一方、配列表における配列番号12に示すアミノ酸配列における第11乃至16番目のPhe−Asp−Val−Asp−Trp−Aspで表される配列に基づき5′−TTYGAYGTNGAYTGGGA−3′で表される塩基配列のプローブ3を化学合成し、同位体32Pで標識後、前記ナイロン膜上に固定した形質転換体のコロニーにハイブリダイズさせ、顕著な会合が認められた8種類の形質転換体を選択した。
【0073】
実施例1−2と同様にして、これら8種類の形質転換体から組換えDNAを採取し、配列表における配列番号11に示すアミノ酸配列における第16乃至20番目のThr−Glu−Phe−Trp−Aspで表される配列に基づき化学合成した5′−ACNGARTTYTGGGA−3′で表される塩基配列のプローブ4をハイブリダイズさせ、顕著な会合を示した組換えDNAを選択した。以上のようにして選択した組換えDNAと形質転換体を、それぞれ、『pBQT13』又は『BQT13』と命名した。
【0074】
その後、この形質転換体BQT13をアンピシリンを含むL−ブロス培地で実施例1−2と同様に培養し、培養物より採取した菌体から組換えDNAを溶出させ、精製し、分析したところ、組換えDNA pBQT13は約7,200残基対からなり、図10に示す制限酵素地図で表される構造を有していた。図10に示すように、酵素Q36をコードする2,325塩基対からなるDNAは、制限酵素Xmn Iによる切断部位付近の下流に位置していることが判明した。
【0075】
【実施例3−3 形質転換体BQT13による酵素の産生】
マルトース2.0%(w/v)、ペプトン0.5%(w/v)、酵母エキス0.1%(w/v)、燐酸水素二ナトリウム0.1%(w/v)、燐酸二水素カリウム0.1%(w/v)を含む液体培地をpH7.0に調整し、アンピシリンを50μg/ml加え、120℃で20分間加熱滅菌し、冷却後、実施例3−2で得た形質転換体BQT13を植菌し、37℃で24時間回転振盪培養した。培養物を超音波処理して菌体を破砕し、遠心分離により不溶物を除去後、上清中の酵素活性を測定したところ、培養物1l当たりに換算して、約2,450単位の酵素が産生していた。
【0076】
別途、対照として、大腸菌XLI−Blue株及びアルスロバクター・スピーシーズQ36をアンピシリン無含有の同じ組成の液体培地に植菌し、アルスロバクター・スピーシーズQ36の場合、培養温度を30℃に設定した以外は上記と同様に培養・処理した。処理物の活性を測定したところ、アルスロバクター・スピーシーズQ36による酵素の産生は培養物1l当たり約1,200単位と、形質転換体BQT13と比較して有意に低いものであった。なお、宿主に使用した大腸菌XLI−Blue株は、当該酵素を産生しなかった。
【0077】
その後、形質転換体BQT13が産生した酵素を実験例1−1と同様に精製し、その性質・性状を調べたところ、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動で分子量約76,000乃至87,000ダルトンを、また、等電点電気泳動で約3.6乃至4.6に等電点を示すなど、実験例2で得られた酵素Q36のものと同様の理化学的性質を有することが判明した。このことは、組換えDNA技術によっても当該酵素を製造でき、且つ、酵素の生産性も有意に向上することを示唆している。
【0078】
【実施例4 アルスロバクター・スピーシーズQ36に由来する相補鎖DNAの調製とその塩基配列、アミノ酸配列の決定】
実施例3−2で得た組換えDNA pBQT13を実施例2と同様に処理してテンプレートDNAとし、これをプライマー1とともにアニーリング後、T7 DNAポリメラーゼを作用させてプライマー1を5′末端から3′末端に向かって伸長させ、相補鎖DNAを生成させた。実施例2と同様に、この相補鎖DNAにジデオキシ・チェーン・ターミネータ法を適用し、ラジオグラム上に分離したDNA断片を解析した結果、相補鎖DNAは配列表における配列番号6に示す3,073塩基対からなる塩基配列を含んでいることが判明した。この塩基配列から推定されるアミノ酸配列は配列表における配列番号6に併記したとおりであり、このアミノ酸配列と配列表における配列番号8、11又は12に示すN末端アミノ酸配列、部分アミノ酸配列を比較したところ、配列番号8に示すN末端アミノ酸配列は配列表における配列番号6における第1乃至20番目の配列に、また、配列番号11又は12の部分アミノ酸配列は配列表における配列番号6における第606乃至625番目又は第110乃至129番目の配列に一致した。これは、酵素Q36が配列表における配列番号2に示すアミノ酸配列を有するものであり、アルスロバクター・スピーシーズQ36においては、酵素Q36が配列表における配列番号4に示す塩基配列のDNAによりコードされていることを示している。
【0079】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する、従来未知の全く新規な酵素の発見に基づくものである。この発明は、組換えDNA技術により斯かる酵素を大規模且つ効率的に生産する道を拓くものである。しかも、この発明による形質転換体が産生する酵素は、全アミノ酸配列までが明らかにされた酵素であり、食品等への配合使用を前提とするトレハロースや末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質の製造に安心して使用し得るものである。
【0080】
この発明は斯くも顕著な作用効果を奏する意義のある発明であり、斯界に貢献すること誠に多大な発明であると言える。
【0081】
【配列表】
Figure 0003557271
Figure 0003557271
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【0082】
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【0083】
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【0084】
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【0085】
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【0086】
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【0087】
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【0088】
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【0089】
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【0090】
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【0091】
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【0092】
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【図面の簡単な説明】
【図1】酵素M−11の至適温度を示す図である。
【図2】酵素Q36の至適温度を示す図である。
【図3】酵素M−11の至適pHを示す図である。
【図4】酵素Q36の至適pHを示す図である。
【図5】酵素M−11の熱安定性を示す図である。
【図6】酵素Q36の熱安定性を示す図である。
【図7】酵素M−11のpH安定性を示す図である。
【図8】酵素Q36のpH安定性を示す図である。
【図9】この発明による組換えDNAであるpBMT7の制限酵素地図である。なお、図中、太線表示部は、酵素M−11をコードするDNAを示す。
【図10】この発明による組換えDNAであるpBQT13の制限酵素地図である。なお、図中、太線表示部は、酵素Q36をコードするDNAを示す。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a novel DNA encoding an enzyme for producing a non-reducing carbohydrate having a trehalose structure at a terminal from a reducing starch sugar having a glucose polymerization degree of 3 or more, a recombinant DNA containing the DNA, and a transformant. Things.
[0002]
[Prior art]
Trehalose is a disaccharide in which two glucose molecules are bonded to each other with a reducing group, and is naturally present in trace amounts in bacteria, fungi, algae, insects and the like. Since trehalose does not have a reducing group in the molecule, it has the advantage that it does not cause a browning reaction even when heated in the presence of amino acids, and can sweeten foods without fear of coloration or deterioration. However, it is difficult to obtain a desired amount by the conventional production method, and it is hardly used for sweetening foods and drinks.
[0003]
Conventional production methods are broadly classified into a method using microbial cells and a method in which a complex enzyme system acts on saccharide. The former method involves growing microorganisms such as bacteria and yeast in a nutrient medium and collecting trehalose from the cells in the culture, as described in JP-A-50-154485. On the other hand, the latter method uses maltose as a substrate and acts with a complex enzyme system composed of maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase as described in JP-A-58-216695. The resulting trehalose is taken out of the system. In the former method, although the growth of the microorganism itself is relatively easy, a series of complicated steps are required to collect trehalose from the cells, and the trehalose contained in the cells is 15% (w / w). There was a problem that it was negligible. In the latter method, although the separation of trehalose itself is relatively easy, the reaction itself is an equilibrium reaction by two kinds of enzymes, and the equilibrium is always inclined toward the glucose phosphate side. And increasing the yield of trehalose in principle.
[0004]
In view of such a situation, the present inventor has conducted an intensive search for an enzyme that produces a saccharide having a trehalose structure from starch sugar, and found that microorganisms such as Rhizobium sp. M-11 and Arthrobacter sp. It has been found that a completely novel enzyme, which is a conventionally unknown enzyme, that produces a non-reducing sugar having a trehalose structure at the terminal from a reducing starch sugar having a degree of 3 or more. Before and after this finding, this non-reducing saccharide can be almost quantitatively converted to trehalose and glucose and / or maltooligosaccharide by another enzyme also produced by Rhizobium species M-11 or Arthrobacter species Q36. Was found to be hydrolyzed. By using these enzymes in combination, a desired amount of trehalose can be obtained relatively easily using starch as a raw material, and it is expected that the above problems relating to trehalose will be completely solved. However, neither Rhizobium species M-11 nor Arthrobacter species Q36 have sufficient production ability of the enzyme, and when trying to produce trehalose or a non-reducing saccharide having a trehalose structure at a terminal on a large scale, microorganisms are produced. There is a problem that a large amount of culture is required.
[0005]
On the other hand, recent advances in recombinant DNA technology have been remarkable. Nowadays, even for an enzyme whose entire amino acid sequence has not been elucidated, a gene encoding the enzyme has been isolated, and if its base sequence can be elucidated, a recombinant DNA containing the DNA encoding the enzyme has been produced. By culturing a transformant obtained by introducing it into a cell of a microorganism or animal or plant, a desired amount of enzyme can be obtained relatively easily. In view of such a situation, it is urgently necessary to identify genes encoding both enzymes and elucidate their base sequences.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a DNA encoding an enzyme that produces a non-reducing carbohydrate having a trehalose structure at a terminal from a reducing starch sugar having a glucose polymerization degree of 3 or more.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a recombinant DNA comprising the DNA and an autonomously replicable vector.
[0008]
Still another object of the present invention is to provide a transformant obtained by appropriately introducing the recombinant DNA into a host.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the first problem with a DNA encoding an enzyme that produces a non-reducing saccharide having a trehalose structure at a terminal from a reducing starch saccharide having a glucose polymerization degree of 3 or more.
[0010]
The second object of the present invention is to provide a DNA encoding an enzyme that produces a non-reducing saccharide having a trehalose structure at a terminal from a reducing starch sugar having a degree of glucose polymerization of 3 or more, and a vector capable of autonomously replicating. The problem is to be solved by using a replicable recombinant DNA.
[0011]
The third object of the present invention is to provide a DNA encoding an enzyme that produces a non-reducing carbohydrate having a trehalose structure at a terminal from a reducing starch sugar having a glucose polymerization degree of 3 or more, and a vector capable of autonomous replication. This problem is solved by a transformant obtained by appropriately introducing a replicable recombinant DNA into a host.
[0012]
[Action]
The DNA of the present invention is inserted into an appropriate autonomously replicable vector to obtain a replicable recombinant DNA, and this recombinant DNA is used in a host that does not originally produce the enzyme but can be relatively easily propagated. By introducing the transformant, the production of the encoded enzyme is expressed.
[0013]
The recombinant DNA of the present invention, which does not naturally produce the enzyme, is transformed into a transformant by introducing it into a host that can be grown relatively easily. Express the production of the enzyme.
[0014]
The transformant of the present invention produces the enzyme when cultured.
[0015]
Hereinafter, the present invention will be described based on experimental examples, examples, and the like. The present invention relates to a method for producing a non-reducing saccharide having a trehalose structure at a terminal from a reducing starch sugar having a glucose polymerization degree of 3 or more. The present invention relates to a DNA encoding a novel enzyme. Such an enzyme can be obtained from a culture of Rhizobium species M-11 or Arthrobacter sp. Q36 (hereinafter referred to as "enzyme M-11" or "enzyme Q36", respectively), and the present inventors have made columns. The enzyme was isolated by a combination of various purification methods such as chromatography, and its properties and properties were examined. As a result, it was found that the enzyme was a polypeptide and had the following physicochemical properties.
(1) Action
A non-reducing saccharide having a trehalose structure at a terminal is produced from a reducing starch saccharide having a glucose polymerization degree of 3 or more.
(2) Molecular weight
Approximately 76,000 to 87,000 daltons (SDS-polyacrylamide gel electrophoresis)
(3) Isoelectric point
Approximately 3.6 to 4.6 (isoelectric focusing)
(4) Optimal temperature
Incubation at pH 7.0 for 60 minutes shows an optimum temperature around 35-40 ° C.
(5) Optimum pH
Incubation at 40 ° C. for 60 minutes shows an optimum pH around pH 6.4 to 7.2.
(6) Thermal stability
Incubation at pH 7.0 for 60 minutes is stable up to around 35-40 ° C.
(7) pH stability
When incubated at 25 ° C. for 16 hours, the pH is stable up to about 5.5 to 11.0.
[0016]
Enzymes having such physicochemical properties are not yet known and are considered to be novel substances. In addition, Rhizobium species M-11 was separated from the soil of Okayama city, Okayama prefecture, and from December 24, 1992, 1-3-1 Higashi, Tsukuba city, Ibaraki prefecture. Deposited with the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, the Patent Microorganisms Depositary under the deposit number "FERM BP-4130". On the other hand, Arthrobacter species Q36 was isolated from the soil of Soka City, Okayama Prefecture, and has been deposited with the center under the deposit number "FERM BP-4316" since June 3, 1993. By the same applicant JP-A-7-143876 ( Japanese Patent Application No. 5-349216 ) Discloses in detail the properties and properties of the enzyme, as well as the mycological properties of both microorganisms.
[0017]
The present inventor examined the partial amino acid sequence of the highly purified enzyme M-11, and as a result of intensively searching the chromosomal DNA of Rhizobium sp. M-11 using an oligonucleotide chemically synthesized based on the partial amino acid sequence as a probe, A DNA fragment consisting of 2,316 base pairs having the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing was obtained. When the base sequence was decoded, it was found that the enzyme M-11 was composed of 772 amino acids as shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
[0018]
On the other hand, using the oligonucleotide chemically synthesized based on the partial amino acid sequence of the enzyme Q36 as a probe, the chromosomal DNA of Arthrobacter sp. Q36 was similarly searched, and it was found that 2,325 having the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing was obtained. A DNA fragment consisting of base pairs was obtained. Decoding this base sequence revealed that the enzyme Q36 was composed of 775 amino acids and had the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing.
[0019]
A series of steps leading to elucidation of the base sequence and amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 1 to 4 in the sequence listing are summarized as follows.
(1) The enzyme was isolated from the culture of the donor microorganism and highly purified. After partial hydrolysis of the purified enzyme with a protease, two types of peptide fragments were isolated from the hydrolyzate, and their amino acid sequences were determined.
(2) Separately, chromosomal DNA was separated from the cells of the donor microorganism, purified, and partially cut with a restriction enzyme to collect a DNA fragment consisting of about 3,000 to 7,000 base pairs. This DNA fragment was ligated with a DNA ligase to a plasmid vector that had been cut with a restriction enzyme in advance to prepare a recombinant DNA.
(3) A transformant is prepared by introducing a recombinant DNA into Escherichia coli, and a transformant containing a DNA encoding the enzyme is obtained by colony hybridization using an oligonucleotide chemically synthesized based on the partial amino acid sequence as a probe. Selected.
(4) Recombinant DNA is collected from the transformant, annealed together with the primer, and then the DNA polymerase is used to extend the primer. The obtained complementary DNA is analyzed by the dideoxy chain terminator method to determine the nucleotide sequence. Were determined. Then, the amino acid sequence deduced from the base sequence was compared with the partial amino acid sequence, and it was confirmed that the base sequence encoded the enzyme.
[0020]
The amino acid sequence encoded by the gene of the donor microorganism is as shown in SEQ ID NO: 1 or 2 in the Sequence Listing. The DNA of the present invention encodes the amino acid sequence as shown in SEQ ID NO: 1 or 2 in the Sequence Listing. Needless to say, those having an amino acid sequence homologous thereto are also included. That is, advances in recombinant DNA technology have made it possible in the art to relatively easily replace one or more of its constituent amino acids with another amino acid without substantially altering the action of the enzyme. . Even if the same DNA is used, depending on the host into which the DNA is introduced, the components and composition of the nutrient medium used for culturing the transformant containing the DNA, the culture temperature and pH, etc. Due to modification after expression, etc., the desired enzymatic action is maintained, but one or more amino acids near the N-terminal in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 in the sequence listing are deleted, Mutants may be produced in which one or more amino acids are newly added at the N-terminus. In view of such a state of the art, the enzyme referred to in the present invention is not limited to an enzyme having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 in the sequence listing as it is, but one or more amino acids in the amino acid sequence. Is substituted or deleted or added to another amino acid as long as it forms a non-reducing sugar having a trehalose structure at the terminal from a reducing starch sugar having a glucose polymerization degree of 3 or more. Shall be.
[0021]
Furthermore, in the art, one or more bases in DNA can be replaced by other bases without changing the amino acid sequence to be encoded due to the degeneracy of the genetic code. Thus, the DNA of the present invention is not limited to the DNA having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4 as it is in the sequence listing, but also the enzyme having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 in the sequence listing or a homologous mutation thereof. As long as it encodes a body, it also includes one in which one or more bases are replaced with other bases based on the degeneracy of the genetic code.
[0022]
In addition, when the current recombinant DNA technology is used, generally, if a base sequence from the 5 'end is determined, a base sequence complementary thereto is uniquely determined. Therefore, the DNA of the present invention includes those having a base sequence complementary to any of the above base sequences. In order for the DNA of the present invention to actually express the production of the enzyme in a host, one or more bases in the base sequence encoding the enzyme or a homologous mutant thereof are appropriately substituted with another base. It goes without saying that it can be done.
[0023]
Although the DNA of the present invention is as described above, the DNA of the present invention does not matter whether it is naturally derived or artificially synthesized, as long as it has the sequence as described above. . Examples of natural sources include, for example, Rhizobium species M-11 (FERM BP-4130), Arthrobacter species Q36 (FERM BP-4316), Brevibacterium herovolum (ATCC 11822), and Flavobacterium aquatile (IFO3772). ), Micrococcus luteus (IFO 3064), Micrococcus roseus (ATCC 186), Curtobacterium citreum (IFO 15231), Mycobacterium smegmatis (ATCC 19420) and Rhizobium spp. Genus, Brevibacterium, Flavobacterium, Micrococcus, Curtobacterium, Mycobacterium, Terabactor Goods and the like, from the cells of these microorganisms gene comprising DNA of the invention is obtained. That is, such a microorganism is inoculated into a nutrient medium, cultured under aerobic conditions for about 1 to 3 days, and then the cells are collected from the culture and subjected to lysozyme, β-glucanase or other cell wall lysing enzymes or ultrasonic waves. By performing the treatment, the gene containing the DNA is eluted out of the cells. At this time, a protein hydrolase such as protease may be used in combination with the cell wall lysing enzyme, or a surfactant such as SDS may be coexistent or freeze-thawed when the cells are subjected to ultrasonic treatment. A target DNA can be obtained by applying a general method in the art such as phenol extraction, alcohol precipitation, centrifugation, protease treatment, ribonuclease treatment and the like to the thus-treated product.
[0024]
On the other hand, in order to artificially synthesize the DNA of the present invention, for example, chemical synthesis is performed based on the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4 in the sequence listing, or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 in the sequence listing is obtained. The encoding DNA is inserted into an appropriate vector capable of autonomous replication to obtain a recombinant DNA, and a transformant obtained by introducing this into an appropriate host is cultured, cells are separated from the culture, and the cells are isolated from the cells. A plasmid containing DNA may be collected.
[0025]
By the way, the present invention also relates to a replicable recombinant DNA which expresses the production of the enzyme when introduced into a cell of a microorganism or animal or plant which does not originally produce the enzyme but can be relatively easily proliferated. . Such a recombinant DNA usually comprises a DNA as described above and a vector capable of autonomous replication, and if the DNA is available, it can be prepared relatively easily by ordinary recombinant DNA techniques. Examples of such vectors include plasmid vectors such as pBR322, pUC18, Bluescript II SK (+), pUB110, pTZ4, pC194, pHV14, TRp7, YEp7, pBS7, and λgt · λC, λgt · λB, ρ11, φ1, φ105. Among them, pBR322, pUC18, Bluescript II SK (+), λgt.λC and λgt.λB are preferable for expressing the DNA of the present invention in Escherichia coli. For expression, pUB110, pTZ4, pC194, ρ11, φ1, and φ105 are suitable. pHV14, TRp7, YEp7 and pBS7 are useful when growing recombinant DNA in more than one host.
[0026]
In order to insert the DNA of the present invention into such a vector, a method generally used in the art is employed. Specifically, first, the gene containing the DNA of the present invention and an autonomously replicable vector are cut with a restriction enzyme and / or ultrasonic waves, and then the generated DNA fragment and the vector fragment are ligated. Restriction enzymes that specifically act on nucleotides for the cleavage of genes and vectors, especially type II restriction enzymes, specifically Sau 3AI, Eco RI, Hind III, Bam HI, Sal I, Xba I, Sac I, Pst Use of I or the like facilitates ligation of the DNA fragment and the vector fragment. In order to ligate the DNA fragment and the vector fragment, they may be annealed, if necessary, and then subjected to DNA ligase in vivo or in vitro. The recombinant DNA thus obtained can be replicated indefinitely by appropriately introducing it into a host to form a transformant and culturing the transformant.
[0027]
The recombinant DNA according to the present invention can be introduced into an appropriate host microorganism such as Escherichia coli, Bacillus subtilis, actinomycetes, and yeast. When the host is Escherichia coli, the host may be cultured in the presence of recombinant DNA and calcium ions. On the other hand, when the host is Bacillus subtilis, the competent cell method or the protoplast method may be applied. To clone a transformant, a colony hybridization method is applied, or the transformant is cultured in a nutrient medium containing a reducing starch sugar having a glucose polymerization degree of 3 or more, and a non-reducing sugar having a trehalose structure at a terminal from the starch sugar. Whatever produces quality can be selected.
[0028]
When the transformant thus obtained is cultured in a nutrient medium, the enzyme is produced inside and outside the cells. As the nutrient medium, a carbon source, a nitrogen source, minerals, and, if necessary, a general liquid medium supplemented with trace nutrients such as amino acids and vitamins are used, and as individual carbon sources, for example, Carbohydrates such as starch, starch hydrolysate, glucose, fructose, and sucrose; and nitrogen sources such as ammonia or ammonium salts, urea, nitrate, peptone, yeast extract, defatted soybean, corn steep liquor, and meat. Examples include nitrogen-containing inorganic or organic substances such as extracts. When the transformant is inoculated into the nutrient medium and cultured for about 1 to 6 days under aerobic conditions such as aeration and stirring while maintaining the nutrient medium at a temperature of 25 to 65 ° C. and a pH of 2 to 8, the enzyme Is obtained. This culture can be used as it is as an enzymatic agent, but usually, prior to use, if necessary, disrupt the cells with ultrasonic waves or cell wall lysing enzymes, and then filter or centrifuge the cells to remove the enzymes. It is separated from the crushed cells and purified. For the purification, a general method for purifying an enzyme can be employed.For example, concentration, salting out, dialysis, fractional precipitation, gel filtration chromatography, ion exchange chromatography One or a combination of two or more of chromatography, hydrophobic chromatography, affinity chromatography, gel electrophoresis, and isoelectric focusing may be applied as appropriate.
[0029]
As described above, the enzyme has a remarkable action not found in the conventional enzyme, that is, non-reducing saccharide having a trehalose structure at a terminal is produced from reducing starch sugar having a glucose polymerization degree of 3 or more. Therefore, the enzyme produced by the transformant of the present invention is maltotriose, maltotetraose, maltopentaose, maltohexaose obtained by treating starch or starchy substances such as amylopectin and amylose with an acid and / or amylase. And the like, by acting on a starch hydrolyzate containing a series of maltooligosaccharides having a glucose polymerization degree of 3 or more, α-glucosyltrehalose, α-maltosyltrehalose, α-maltotriosyltrehalose having a trehalose structure at the terminal , And corresponding non-reducing saccharides such as α-maltotetraosyltrehalose can be efficiently produced with good yield. And these non-reducing carbohydrates JP-A-7-213283 ( Japanese Patent Application No. 5-340343 ) Trehalose is produced almost quantitatively by the action of the trehalose-releasing enzyme disclosed in US Pat.
[0030]
Next, a series of experiments performed to elucidate the physicochemical properties of an enzyme for producing a non-reducing saccharide having a trehalose structure at the terminal from a reducing starch saccharide having a glucose polymerization degree of 3 or more will be described.
[0031]
[Experimental example 1 Preparation of purified enzyme]
[0032]
Experimental Example 1-1 Purification of Enzyme M-11
In a 500 ml Erlenmeyer flask, maltose 2.0% (w / v), peptone 0.5% (w / v), yeast extract 0.1% (w / v), disodium hydrogen phosphate 0.1% (w / v) 100 ml of a liquid medium (pH 7.0) containing v) and potassium dihydrogen phosphate 0.1% (w / v) was taken, and sterilized by autoclaving at 120 ° C. for 20 minutes. After cooling, Rhizobium species M-11 was inoculated into the liquid medium in the Erlenmeyer flask, and seed-cultured at 27 ° C. for 24 hours under rotary shaking. Separately, 20 l of a liquid medium having the same composition as above is placed in a 30-liter jar fermenter, and after sterilization, 1% (v / v) of the seed culture obtained above is inoculated, while maintaining the liquid medium at pH 6 to 8, Incubation with aeration and stirring was performed at 30 ° C. for 24 hours.
[0033]
Next, about 18 l of the culture obtained above was placed in an ultrahigh-pressure cell disruption apparatus, and after disrupting the cells, ammonium sulfate was added to about 16 l of the supernatant collected by centrifugation so that the concentration became 20% saturated. After standing for 1 hour, the precipitate was removed by centrifugation. Ammonium sulfate was added to the obtained supernatant so as to be 60% saturated, and the mixture was allowed to stand at 4 ° C. for 24 hours. The precipitate was collected by centrifugation and dissolved in a minimum amount of 10 mM phosphate buffer (pH 7.0). After dialysis against 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) for 24 hours, insoluble materials were removed by centrifugation. The obtained supernatant was loaded on a column for ion exchange chromatography "DEAE-Toyopearl" manufactured by Tosoh, which had been equilibrated with 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) in advance, and sodium chloride rising from 0 M to 0.5 M was used. 10 mM phosphate buffer (pH 7.0) was passed through the column under a concentration gradient of 1. A fraction containing the enzyme was collected from the eluate, dialyzed against 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 2 M ammonium sulfate for 10 hours, and centrifuged to remove insolubles. Thereafter, the supernatant was loaded on a column “butyl toyopearl” for hydrophobic chromatography manufactured by Tosoh, which had been equilibrated with a 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 2 M ammonium sulfate in advance, and ammonium sulfate was reduced from 2 M to 0 M. Under a concentration gradient, 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) was passed through the column. A fraction containing an enzyme was collected from the eluate, loaded onto a column for gel filtration column chromatography “Toyopearl HW-55” manufactured by Tosoh, which had been equilibrated with 50 mM phosphate buffer (pH 7.0), and loaded onto the column. After passing through a 50 mM phosphate buffer (pH 7.0), a fraction containing the enzyme was collected from the eluate. The specific activity of the thus purified enzyme M-11 was about 195 units / mg protein, and the yield was about 220 units per liter of culture.
[0034]
Throughout the present invention, the activity of an enzyme is represented by an activity value (unit) measured by the following method. That is, 4 ml of 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 1.25% (w / v) maltopentaose, 1 ml of the enzyme solution was added thereto, and the mixture was incubated at 40 ° C. for 60 minutes to react. The reaction is heated at 100 ° C. for 10 minutes to stop the reaction. After diluting the reaction solution 10 times with distilled water, the reducing power is measured by the Somogi-Nelson method. One unit of the enzyme is defined as the amount of the enzyme that reduces the reducing power corresponding to 1 μmol of maltopentaose per minute under the above conditions.
[0035]
[Experimental example 1-2 Purification of enzyme Q36]
When Arthrobacter sp. Q36 was cultured and the culture was treated in the same manner as in Experimental Example 1-1, the purified enzyme Q36 having a specific activity of about 200 units / mg protein was obtained at a yield of about 295 units per liter of culture. Obtained.
[0036]
[Experimental example 2 Physicochemical properties of enzyme]
In this experimental example, using the purified enzyme obtained in Experimental Example 1 as a sample, the physicochemical properties of the enzyme are examined.
[0037]
[Experimental example 2-1 Action]
It was obtained in Experimental Example 1 in a 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) containing 20% (w / v) of glucose, maltose, maltotriose, maltotetraose, maltopentaose, maltohexaose or maltoheptaose as a substrate. Purified enzyme M-11 or purified enzyme Q36 was added at 2 units per 1 g of the substrate, and reacted at 40 ° C. for 48 hours. After desalting the reaction product by a conventional method, the reaction product was loaded on a high-performance liquid chromatography column “WB-T-330” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, and the sugar concentration of the eluate was measured using a differential refractometer “RI-8012 type” manufactured by Tosoh. While monitoring, carbohydrate contained in the reaction product was separated by passing distilled water through the column at a flow rate of 0.5 ml / min at room temperature. Tables 1 and 2 show the sugar compositions when the enzymes M-11 and Q36 were added, respectively. The sugars P1 to P5 in the table are obtained by naming the sugars produced by the reaction in ascending order of glucose polymerization degree.
[0038]
[Table 1]
Figure 0003557271
[0039]
[Table 2]
Figure 0003557271
[0040]
As is clear from the results of Tables 1 and 2, the enzymes M-11 and Q36 have a degree of polymerization of glucose of 3 or more, such as maltotriose, maltotetraose, maltopentaose, maltohexaose and maltoheptaose. Reducing starch sugars produce new carbohydrates, but do not produce new carbohydrates from glucose or maltose with a degree of glucose polymerization of less than 3. The carbohydrates produced by the reaction were only carbohydrates P1 to P5, respectively, and the content of carbohydrates P2 to P5 was remarkably high at 85% or more per solid.
[0041]
Next, in order to separate the carbohydrates P1 to P5, a strongly acidic cation exchange resin "XT-1016 (Na + Was packed in three stainless steel columns with a jacket having an inner diameter of 2.0 cm and a length of 1 m, and these columns were connected in series. Then, while maintaining the temperature in the column at 55 ° C, the reactants containing any of the carbohydrates P1 to P5 were separately loaded onto the column, and then distilled water at 55 ° C was passed through the column at a flow rate of SV 0.13. Liquid. The sugar composition of the eluate was examined, and a fraction containing 97% or more of any of the carbohydrates P1 to P5 in solid content was collected and powdered by vacuum drying. When the reducing power of the carbohydrates P1 to P5 thus purified was examined by the Somogi-Nelson method, no substantial reducing power was observed for any of the carbohydrates.
[0042]
Further, in order to identify carbohydrates P1 to P5, 50 mg of any of these carbohydrates was taken, dissolved in 1 ml of 50 mM acetate buffer (pH 4.5), 1 unit of glucoamylase was added, and the mixture was incubated at 40 ° C. for 6 hours. . When the sugar compositions of the reactants shown in Tables 1 and 2 were analyzed by high performance liquid chromatography, glucose and trehalose were detected from all the reactants as shown in Tables 3 and 4, respectively. Similarly, when β-amylase was allowed to act on carbohydrates P1 to P5, carbohydrates P1 and P2 were not affected by β-amylase, whereas carbohydrate P3 contained one molecule of maltose and carbohydrate. Carbohydrate P4 provided one molecule of maltose and carbohydrate P2, and carbohydrate P5 provided two molecules of maltose and carbohydrate P1.
[0043]
[Table 3]
Figure 0003557271
[0044]
[Table 4]
Figure 0003557271
[0045]
The results in Tables 3 and 4 strongly suggest that carbohydrates P1 to P5 are composed of one molecule of trehalose and one to five molecules of glucose. Further, glucoamylase specifically cleaves at α-1,4 bond and α-1,6 bond in maltooligosaccharide, and β-amylase converts α-1,4 bond in maltooligosaccharide in maltose units from the terminal. From the cleavage, it is presumed that the carbohydrates P1 to P5 have a structure in which one trehalose residue is bonded to the terminal of glucose or a maltooligosaccharide having a glucose polymerization degree of 2 to 5.
[0046]
Comprehensively judging the above results, the carbohydrates P1 to P5 were respectively α-glucosyltrehalose, α-maltosyltrehalose, α-maltotriosyltrehalose, α-maltotetraosyltrehalose or α-maltopentaoate. It was identified as siltrehalose, which supports that the enzyme has an action of producing a non-reducing sugar having a trehalose structure at the terminal from a reducing starch sugar having a glucose polymerization degree of 3 or more.
[0047]
[Experimental example 2-2 Molecular weight]
Purified enzyme was subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis according to the method reported by U.K.Remli in "Nature", Vol. 227, pp. 680-685 (1970). For the enzyme Q36, a single band was observed at a position corresponding to a molecular weight of about 76,000 to 87,000 daltons. The molecular weight markers at this time were myosin (200,000 dalton), β-galactosidase (116,250 dalton), phosphorylase B (97,400 dalton), serum albumin (66,200 dalton), and ovalbumin ( 45,000 daltons).
[0048]
[Experimental example 2-3 isoelectric point]
When measured by isoelectric focusing, both the enzyme M-11 and the enzyme Q36 showed an isoelectric point of about 3.6 to 4.6.
[0049]
[Experimental example 2-4 Optimum temperature]
According to a conventional method, the test was performed under the condition of incubating for 60 minutes in a 50 mM phosphate buffer (pH 7.0). As shown in FIG. 1 or FIG. 2, both the enzyme M-11 and the enzyme Q36 were at around 35 to 40 ° C. The optimum temperature was indicated.
[0050]
[Experimental example 2-5 Optimum pH]
According to a conventional method, the test was performed under the conditions of incubation at 40 ° C. for 60 minutes in 50 mM acetate buffer, phosphate buffer or sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer having different pHs. As shown in FIG. 3 or FIG. Both the enzyme M-11 and the enzyme Q36 showed the optimum pH around pH 6.4 to 7.2.
[0051]
[Experimental example 2-6 Thermal stability]
According to a conventional method, the test was performed under the condition of incubating for 60 minutes in a 50 mM phosphate buffer (pH 7.0). As shown in FIG. 5 or FIG. 6, both the enzyme M-11 and the enzyme Q36 were heated to around 35 to 40 ° C. It was stable.
[0052]
[Experimental example 2-7 pH stability]
According to a conventional method, the test was performed under the conditions of incubation at 25 ° C. for 16 hours in 50 mM acetate buffer, phosphate buffer or sodium carbonate-sodium bicarbonate buffer having different pH, and as shown in FIG. 7 or FIG. Both the enzyme M-11 and the enzyme Q36 were stable from pH 5.5 to around 11.0.
[0053]
[Experimental example 2-8 N-terminal amino acid sequence]
Analysis by a conventional method using a gas-phase protein sequencer “470A” manufactured by Applied Biosystems revealed that the enzyme M-11 had the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7 in the sequence listing at the N-terminus. It has been found.
[0054]
Similar analysis revealed that the enzyme Q36 had an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 in the sequence listing at the N-terminus.
[0055]
[Experimental example 2-9 Partial amino acid sequence]
An appropriate amount of the purified enzyme M-11 obtained in Experimental Example 1-1 was taken, dialyzed against 10 mM Tris-HCl buffer (pH 9.0) at 4 ° C for 18 hours, and then 10 mM Tris-HCl buffer (pH 9.0). Was added to adjust the enzyme concentration to about 1 mg / ml. About 1 ml of this solution was added, 10 μg of lysyl endopeptidase was added, and the mixture was incubated at 30 ° C. for 22 hours to partially hydrolyze the enzyme. The column “Capsule Pack C18” for reverse phase high performance liquid chromatography manufactured by Shiseido, in which the hydrolyzate was previously equilibrated with 0.1% (v / v) trifluoroacetic acid containing 16% (v / v) aqueous acetonitrile. Under a gradient of acetonitrile from 16% (v / v) to 64% (v / v) with 0.1% (v / v) trifluoroacetic acid at 0.9 ml / At a flow rate of 1 min. Then, fractions containing peptide fragments (hereinafter, referred to as “peptide fragment A” or “peptide fragment B,” respectively) eluted about 28 minutes or about 40 minutes after the start of the passage are separately collected and dried in vacuo. Afterwards, it was dissolved in 0.1% (v / v) trifluoroacetic acid containing 50% (v / v) aqueous acetonitrile. Thereafter, analysis was performed in the same manner as in Experimental Example 2-8, and it was found that peptide fragments A and B had the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 9 and 10 in the sequence listing.
[0056]
Separately, the purified enzyme Q36 obtained in Experimental Example 1-2 is partially hydrolyzed in the same manner as described above, and equilibrated with 0.1% (v / v) trifluoroacetic acid containing 24% (v / v) aqueous acetonitrile in advance. Of aqueous acetonitrile, which is loaded on the column "Micro Bonder Pack C18" for reversed phase high performance liquid chromatography manufactured by Nippon Millipore Limited and increased from 24% (v / v) to 44% (v / v) Under the gradient, 0.1% (v / v) trifluoroacetic acid was passed through the column at a flow rate of 0.9 ml / min. Then, a fraction containing the peptide fragment (hereinafter, referred to as “peptide fragment C” or “peptide fragment D”) eluted about 22 minutes or about 40 minutes after the start of the liquid passage, is collected, dried in vacuo, Dissolved in 0.1% (v / v) trifluoroacetic acid containing 50% (v / v) aqueous acetonitrile. Thereafter, the same analysis as above revealed that peptide fragments C and D had the amino acid sequences shown in SEQ ID NOS: 11 and 12 in the sequence listing.
[0057]
The physicochemical properties of the enzyme M-11 and the enzyme Q36 are as described above. In the following Examples, based on these physicochemical properties, a replicable recombinant DNA and a transformant according to the present invention were prepared, The DNA encoding the enzyme contained therein is collected, and its base sequence and amino acid sequence are determined. The techniques used in these examples are known in the art. For example, J. Sambrook et al., "Molecular Cloning A Laboratory Manual", 2nd edition, Cold Spring Harbor, 1989. It is also described in detail in the laboratory press.
[0058]
Example 1 Preparation of Recombinant DNA Containing DNA Derived from Rhizobium sp. M-11 and Transformant
[0059]
[Example 1-1 Preparation of chromosomal DNA]
Rhizobium species M-11 was inoculated in a Bacto-nutrient broth medium (pH 7.0), and cultured at 27 ° C. for 24 hours with rotary shaking. Cells were separated from the culture by centrifugation, suspended in TES buffer (pH 8.0), lysozyme was added at 0.05% (w / v), and then incubated at 37 ° C for 30 minutes. After the processed product is frozen at -80 ° C for 1 hour, a TSS buffer (pH 9.0) is added, the mixture is heated to 60 ° C, a TES buffer / phenol mixed solution is added, and after cooling with ice, the supernatant is collected by centrifugation. did. Two volumes of cold ethanol was added to the supernatant, and the precipitated crude chromosomal DNA was collected and dissolved in SSC buffer (pH 7.1). Then, 7.5 μg or 125 μg of ribonuclease and protease were added thereto, and 1 hour at 37 ° C. Incubate for hours to react. Thereafter, a mixed solution of chloroform / isoamyl alcohol was added to the reaction product to extract chromosomal DNA, cold ethanol was added, and a precipitate containing the generated chromosomal DNA was collected. The purified chromosomal DNA thus obtained was dissolved in SSC buffer (pH 7.1) to a concentration of about 1 mg / ml, and the solution was frozen at -80 ° C.
[0060]
Example 1-2 Preparation of Recombinant DNA pBMT7 and Transformant BMT7 About 1 ml of the purified chromosomal DNA solution obtained in Example 1-1 was added, and about 35 units of the restriction enzyme Sau 3AI was added thereto. After allowing a reaction for about 20 minutes to partially cut the chromosomal DNA, a DNA fragment consisting of about 3,000 to 7,000 base pairs was collected by sucrose density gradient ultracentrifugation. Separately, 1 μg of the plasmid vector Bluescript II SK (+) was taken and completely digested with the restriction enzyme BamHI by a conventional method. Then, 10 μg of the DNA fragment obtained above and 2 units of T4 DNA ligase were added, and the mixture was added at 4 ° C. The DNA fragment was ligated to the vector fragment by standing overnight. Then, 30 μl of a competent cell “Epicurian Coli XLI-Blue” manufactured by Toyobo Co., Ltd. was added to the obtained recombinant DNA, the mixture was allowed to stand under ice-cooling for 30 minutes, heated to 42 ° C., and added with SOC broth to 37 ° C. For 1 hour to introduce the recombinant DNA into E. coli.
[0061]
Next, the transformant obtained above was inoculated on an agar plate medium (pH 7.0) containing 50 μg / ml of 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-galactoside, and cultured at 37 ° C. for 18 hours. Thereafter, a nylon membrane was placed on the medium, and about 4,400 colonies formed on the medium were fixed on the nylon membrane. Separately, based on the sequence represented by the 17th to 21st positions of Pro-Glu-Trp-Glu-Lys in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 9 in the sequence listing, it is represented by 5'-CCNGARTGGGGARAA-3 '. Chemical synthesis of probe 1 with base sequence 32 After labeling with P, hybridization was carried out to colonies of the transformants fixed on the nylon membrane, and nine types of transformants in which remarkable association was recognized were selected.
[0062]
Recombinant DNA was collected from these nine transformants by a conventional method, and the sequence represented by Thr-Glu-Phe-Trp-Asp at the 16th to 20th amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 in the sequence listing Probe 2 having a nucleotide sequence represented by 5'-ACNGARTTYTGGGGA-3 'chemically synthesized based on E.M.S.Zern, Journal of Molecular Biology, Vol. 98, pp. 503-517 (1975) ), And a recombinant DNA showing a remarkable association with probe 2 was selected. The recombinant DNA and transformant selected as described above were named "pBMT7" or "BMT7", respectively.
[0063]
The transformant BMT7 obtained above was inoculated into an L-broth medium (pH 7.0) containing 100 μg / ml of ampicillin, and cultured at 37 ° C. for 24 hours with rotation and shaking. After completion of the culture, the cells were collected from the culture by centrifugation, and the recombinant DNA was eluted out of the cells by a general alkali method. The treated product was purified by a conventional method and analyzed. As a result, the recombinant DNA pBMT7 was composed of about 9,300 base pairs and had a structure represented by the restriction enzyme map shown in FIG. As shown in FIG. 9, it was found that the DNA consisting of 2,316 base pairs encoding the enzyme M-11 was located downstream near the site of cleavage by the restriction enzyme PstI.
[0064]
Example 1-3 Production of Enzyme by Transformant BMT7
Maltose 2.0% (w / v), Peptone 0.5% (w / v), Yeast extract 0.1% (w / v), Disodium hydrogen phosphate 0.1% (w / v), Diphosphate A liquid medium containing 0.1% (w / v) of potassium hydrogen was adjusted to pH 7.0, 50 μg / ml of ampicillin was added, and the mixture was sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes, cooled, and then obtained in Example 1-2. The transformant BMT7 was inoculated and cultivated with rotation and shaking at 37 ° C. for 24 hours. The culture was sonicated to disrupt the cells, and the insoluble matter was removed by centrifugation. After measuring the enzyme activity in the supernatant, the enzyme activity was determined to be about 3,000 units per liter of culture. Was produced.
[0065]
Separately, as a control, Escherichia coli XLI-Blue strain and Rhizobium sp. M-11 were inoculated in the same liquid medium containing no ampicillin, and in the case of Rhizobium sp. M-11, the culture temperature was set to 30 ° C. Culture and treatment were carried out in the same manner as described above. When the activity of the treated product was measured, the production of the enzyme by Rhizobium sp. M-11 was about 1,500 units per liter of the culture, which was significantly lower than that of the transformant BMT7. The E. coli XLI-Blue strain used as the host did not produce the enzyme at all.
[0066]
Thereafter, the enzyme produced by the transformant BMT7 was purified in the same manner as in Experimental Example 1-1, and its properties and properties were examined. The molecular weight of the enzyme was about 76,000 to 87,000 daltons by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. Has the same physicochemical properties as that of the enzyme M-11 obtained in Experimental Example 2, such as showing an isoelectric point of about 3.6 to 4.6 by isoelectric focusing. did. This suggests that the enzyme can be produced by recombinant DNA technology, and that the productivity of the enzyme is also significantly improved.
[0067]
Example 2 Preparation of DNA of complementary strand derived from Rhizobium species M-11 and determination of its base sequence and amino acid sequence
The recombinant DNA pBMT7 obtained in Example 1-2 was digested with various restriction enzymes according to a conventional method, and subcloned into Bluescript II SK (+) to obtain a DNA for nucleotide sequence determination. 2 μg of each of these DNAs for nucleotide sequence determination was denatured by adding a 2M aqueous sodium hydroxide solution, and then an appropriate amount of cold ethanol was added. A precipitate containing the generated template DNA was collected and dried in vacuo. Primer 1 having a base sequence represented by 5′-GTAAAACGACGGCCAGT-3 ′ chemically synthesized with the template DNA was added at 50 pmol / ml and a 40 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 20 mM magnesium chloride and 50 mM sodium chloride. After adding 10 µl and incubating at 65 ° C for 2 minutes for annealing, 2 µl of an aqueous solution containing 7.5 µM each of dATP, dGTP and dTTP was added, and [α- 32 P] dCTP (2 mCi / ml), 0.5 μl, 0.1 M dithiothreitol, 1 μl, 1.5 unit / ml T7 DNA polymerase 2 μl, and incubate at 25 ° C. for 5 minutes to primer 1 The DNA was extended from the 5 'end toward the 3' end to generate complementary DNA.
[0068]
Next, the reaction product containing the complementary strand DNA obtained above was divided into four equal parts, and 2.5 μl of a 50 mM sodium chloride aqueous solution containing 8 μM of either ddATP, ddCTP, ddGTP or ddTTP and 80 μM dNTP was added thereto, and 37 After incubation at 5 ° C. for 5 minutes, a 95% (v / v) aqueous solution containing 20 mM EDTA, 0.05% (w / v) bromophenol blue and 0.05% (w / v) xylene cyanol was used. The reaction was stopped by adding 4 μl of a formamide solution. The reaction product was heated in a boiling water bath for 3 minutes, then placed on a 6% (w / v) polyacrylamide gel, and subjected to electrophoresis while applying a constant voltage of about 2,000 V to separate DNA fragments. After the gel was fixed and dried, autoradiography was performed.
[0069]
As a result of analyzing the DNA fragment separated on the radiogram, it was found that the complementary strand DNA contained a base sequence consisting of 2,936 base pairs shown in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing. The amino acid sequence deduced from this nucleotide sequence is as described in SEQ ID NO: 5 in the Sequence Listing, and the N-terminal amino acid sequence and part of the enzyme M-11 shown in SEQ ID NO: 7, 9 or 10 in the Sequence Listing When the amino acid sequences were compared, the N-terminal amino acid sequence of SEQ ID NO: 7 was the first to twentieth sequences of SEQ ID NO: 5 in the sequence listing, and the partial amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 or 10 was the sequence of SEQ ID NO: 5 in the sequence listing. In the 486th to 506th sequences or the 606th to 626th sequences. This means that the enzyme M-11 has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing, and in Rhizobium species M-11, the enzyme M-11 has the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing. Indicates that it is coded.
[0070]
Example 3 Preparation of Recombinant DNA Containing DNA Derived from Arthrobacter sp. Q36 and Transformant
[0071]
Example 3-1 Preparation of chromosomal DNA
Chromosomal DNA was separated and purified from Arthrobacter sp. Q36 in the same manner as in Example 1-1, dissolved in SSC buffer (pH 7.1) to a concentration of about 1 mg / ml, and frozen at -80 ° C. did.
[0072]
Example 3-2 Preparation of recombinant DNA pBQT13 and transformant BQT13
After the purified chromosomal DNA solution obtained in Example 3-1 was partially cut in the same manner as in Example 1-2, a DNA fragment consisting of about 3,000 to 6,000 base pairs was collected by sucrose density gradient ultracentrifugation. . Thereafter, using T4 DNA ligase, this DNA fragment was ligated to the digest of the vector Bluescript II SK (+) digested with the restriction enzyme Bam HI in the same manner as in Example 1-2, and the obtained recombinant DNA was subjected to Escherichia coli XLI- It was introduced into the Blue strain. The obtained transformant was cultured on an agar plate medium containing 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-galactoside in the same manner as in Example 1-2. While immobilized on the membrane, 5′-TTYGAYGTNGAYTGGGGA-3 ′ based on the sequence represented by Phe-Asp-Val-Asp-Trp-Asp at positions 11 to 16 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 12 in the sequence listing. Probe 3 having the nucleotide sequence represented was chemically synthesized and 32 After labeling with P, hybridization was performed with colonies of the transformants fixed on the nylon membrane, and eight types of transformants in which remarkable association was recognized were selected.
[0073]
In the same manner as in Example 1-2, recombinant DNAs were collected from these eight transformants, and Thr-Glu-Phe-Trp- at the 16th to 20th amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing. Probe 4 having a nucleotide sequence represented by 5'-ACNGARTTYTGGGA-3 'chemically synthesized based on the sequence represented by Asp was hybridized, and a recombinant DNA showing a remarkable association was selected. The recombinant DNA and transformant selected as described above were named "pBQT13" or "BQT13", respectively.
[0074]
Thereafter, the transformant BQT13 was cultured in an L-broth medium containing ampicillin in the same manner as in Example 1-2. Recombinant DNA was eluted from the cells collected from the culture, purified, and analyzed. The recombinant DNA pBQT13 consisted of about 7,200 residue pairs and had a structure represented by the restriction map shown in FIG. As shown in FIG. 10, it was found that the DNA consisting of 2,325 base pairs encoding the enzyme Q36 was located downstream near the site of cleavage by the restriction enzyme XmnI.
[0075]
[Example 3-3 Production of enzyme by transformant BQT13]
Maltose 2.0% (w / v), Peptone 0.5% (w / v), Yeast extract 0.1% (w / v), Disodium hydrogen phosphate 0.1% (w / v), Diphosphate A liquid medium containing 0.1% (w / v) of potassium hydrogen was adjusted to pH 7.0, 50 μg / ml of ampicillin was added, and the mixture was sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes, cooled, and then obtained in Example 3-2. The transformant BQT13 was inoculated and cultured at 37 ° C. for 24 hours with rotation and shaking. The culture was sonicated to disrupt the cells, and the insoluble matter was removed by centrifugation. After measuring the enzyme activity in the supernatant, the enzyme activity was determined to be about 2,450 units per liter of culture. Was produced.
[0076]
Separately, as a control, Escherichia coli XLI-Blue strain and Arthrobacter sp. Q36 were inoculated into a liquid medium having the same composition without ampicillin, and in the case of Arthrobacter sp. Q36, the culture temperature was set to 30 ° C. Was cultured and treated in the same manner as described above. When the activity of the treated product was measured, the production of the enzyme by Arthrobacter sp. Q36 was about 1,200 units per liter of the culture, which was significantly lower than that of the transformant BQT13. The E. coli XLI-Blue strain used as the host did not produce the enzyme.
[0077]
Thereafter, the enzyme produced by the transformant BQT13 was purified in the same manner as in Experimental Example 1-1, and its properties and properties were examined. By SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, a molecular weight of about 76,000 to 87,000 daltons was obtained. Further, it was found that the enzyme Q36 had the same physicochemical properties as that of the enzyme Q36 obtained in Experimental Example 2, such as showing an isoelectric point of about 3.6 to 4.6 in isoelectric focusing. This suggests that the enzyme can be produced by recombinant DNA technology, and that the productivity of the enzyme is also significantly improved.
[0078]
Example 4 Preparation of DNA of Complementary Strand Derived from Arthrobacter sp. Q36 and Determination of Its Base Sequence and Amino Acid Sequence
The recombinant DNA pBQT13 obtained in Example 3-2 was treated in the same manner as in Example 2 to obtain a template DNA, which was annealed together with the primer 1 and then reacted with T7 DNA polymerase to place the primer 1 3 ′ from the 5 ′ end. Extension toward the ends produced complementary DNA strands. As in Example 2, the dideoxy chain terminator method was applied to this complementary strand DNA, and the DNA fragment separated on the radiogram was analyzed. As a result, the complementary strand DNA was 3,073 shown in SEQ ID NO: 6 in the sequence listing. It was found to contain a base sequence consisting of base pairs. The amino acid sequence deduced from this nucleotide sequence is as described in SEQ ID NO: 6 in the Sequence Listing, and this amino acid sequence was compared with the N-terminal amino acid sequence and the partial amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8, 11, or 12 in the Sequence Listing. However, the N-terminal amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 is the first to twentieth sequence in SEQ ID NO: 6, and the partial amino acid sequence of SEQ ID NO: 11 or 12 is 606 to 606 in SEQ ID NO: 6 in the sequence listing. The sequence matched the 625th sequence or the 110th to 129th sequences. This is because the enzyme Q36 has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. In Arthrobacter species Q36, the enzyme Q36 is encoded by DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing. It indicates that
[0079]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is based on the discovery of a completely novel enzyme which produces a non-reducing saccharide having a trehalose structure at its terminal from a reducing starch saccharide having a glucose polymerization degree of 3 or more. . The present invention opens the way to produce such enzymes on a large scale and efficiently by recombinant DNA technology. In addition, the enzyme produced by the transformant according to the present invention is an enzyme whose entire amino acid sequence has been clarified, and is a nonreducing saccharide having a trehalose structure at the terminal or trehalose presumed to be used in food or the like. It can be used with confidence in the manufacture of.
[0080]
The present invention is a significant invention having such remarkable functions and effects, and it can be said that it is an invention that greatly contributes to the art.
[0081]
[Sequence list]
Figure 0003557271
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[0084]
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[0085]
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[0086]
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[0087]
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[0088]
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[0089]
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[0090]
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[0091]
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[0092]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the optimum temperature of enzyme M-11.
FIG. 2 is a diagram showing an optimum temperature of enzyme Q36.
FIG. 3 is a graph showing the optimum pH of enzyme M-11.
FIG. 4 is a graph showing the optimum pH of enzyme Q36.
FIG. 5 is a diagram showing the thermal stability of enzyme M-11.
FIG. 6 is a graph showing the thermal stability of enzyme Q36.
FIG. 7 is a graph showing the pH stability of enzyme M-11.
FIG. 8 is a graph showing pH stability of enzyme Q36.
FIG. 9 is a restriction map of pBMT7 which is a recombinant DNA according to the present invention. In addition, in the figure, the thick line display part shows the DNA encoding the enzyme M-11.
FIG. 10 is a restriction map of pBQT13 which is a recombinant DNA according to the present invention. In the figure, the bold line indicates the DNA encoding the enzyme Q36.

Claims (11)

グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成し、配列表における配列番号1又は2に示すアミノ酸配列か、又はその酵素活性を保持する範囲で配列表における配列番号1又は2のアミノ酸配列におけるアミノ酸の1個又は2個以上が他のアミノ酸に置換、欠失、若しくは付加したアミノ酸配列を有する酵素をコードするDNA。The end of glucose polymerization degree of 3 or more reducing starch sugar generates non-reducing saccharides having a trehalose structure, or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 in the sequence listing, or its enzymatic activity in a range that holds DNA encoding an enzyme having an amino acid sequence in which one or more of the amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or 2 in the sequence listing is substituted, deleted, or added to another amino acid. 酵素が下記の理化学的性質を有する請求項1に記載のDNA。
(1)分子量
約76,000乃至87,000ダルトン(SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動)
(2)等電点
約3.6乃至4.6(等電点電気泳動)
The DNA according to claim 1, wherein the enzyme has the following physicochemical properties.
(1) Molecular weight of about 76,000 to 87,000 daltons (SDS-polyacrylamide gel electrophoresis)
(2) Isoelectric point of about 3.6 to 4.6 (isoelectric focusing)
DNAが配列表における配列番号3又は4に示す塩基配列か、コードする酵素の酵素活性を保持する範囲で配列表における配列番号3又は4の塩基配列における塩基の1個又は2個以上が置換、欠失、若しくは付加した塩基配列、又はそれらに相補的な塩基配列を有する請求項1又は2に記載のDNA。DNA Do nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4 in the Sequence Listing, one base in SEQ ID NO: 3 or 4 of the base sequence in the sequence listing the enzymatic activity of an enzyme that encodes the extent that they hold, or two or more substituents The DNA according to claim 1 or 2, which has a base sequence deleted, deleted or added, or a base sequence complementary thereto. 遺伝子コードの縮重に基づき、配列表における配列番号1又は2に示すアミノ酸配列を変えることなく、配列表における配列番号3又は4に示す塩基配列における塩基の1個又は2個以上を他の塩基で置換した請求項1乃至3のいずれかに記載のDNA。Based on the degeneracy of the genetic code, without changing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 in the sequence listing, one or more bases in the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4 in the sequence listing are replaced with other bases The DNA according to any one of claims 1 to 3, wherein the DNA is replaced by: 配列表における配列番号5又は6に示す塩基配列を有する請求項1乃至4のいずれかに記載のDNA。The DNA according to any one of claims 1 to 4, which has the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 or 6 in the sequence listing. リゾビウム属又はアルスロバクター属の微生物に由来する請求項1乃至5のいずれかに記載のDNA。The DNA according to any one of claims 1 to 5, which is derived from a microorganism belonging to the genus Rhizobium or the genus Arthrobacter. 請求項1乃至6のいずれかに記載のDNAと自律複製可能なベクターを含んでなる複製可能な組換えDNA。A replicable recombinant DNA comprising the DNA according to any one of claims 1 to 6 and a vector capable of autonomous replication. 自律複製可能なベクターがプラスミドベクターBluescript II SK(+)である請求項7に記載の複製可能な組換えDNA。The replicable recombinant DNA according to claim 7, wherein the autonomously replicable vector is a plasmid vector Bluescript II SK (+). 請求項7又は8に記載の複製可能な組換えDNAを適宜宿主に導入してなる形質転換体。A transformant obtained by appropriately introducing the replicable recombinant DNA according to claim 7 or 8 into a host. 宿主が大腸菌である請求項9に記載の形質転換体。The transformant according to claim 9, wherein the host is Escherichia coli. グルコース重合度3以上の還元性澱粉糖から末端にトレハロース構造を有する非還元性糖質を生成する酵素をコードする請求項1乃至6のいずれかに記載のDNAを含んでなる、DNA断片。A DNA fragment comprising the DNA according to any one of claims 1 to 6, which encodes an enzyme that generates a non-reducing saccharide having a trehalose structure at a terminal from a reducing starch saccharide having a glucose polymerization degree of 3 or more.
JP05824495A 1994-02-23 1995-02-23 DNA encoding an enzyme, recombinant DNA containing the same, and transformant Expired - Lifetime JP3557271B2 (en)

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