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JP4236949B2 - Method for selecting β-fructofuranosidase used for producing crystalline 1-kestose - Google Patents
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JP4236949B2 - Method for selecting β-fructofuranosidase used for producing crystalline 1-kestose - Google Patents

Method for selecting β-fructofuranosidase used for producing crystalline 1-kestose Download PDF

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Description

【0001】
【発明の背景】
発明の分野
本発明は、反応特性が改変されたβ−フルクトフラノシダーゼの選抜方法に関する。
【0002】
背景技術
フラクトオリゴ糖は、スクロースに1個以上のフルクトースが連鎖的に付加したオリゴ糖類であり、その結合様式は、スクロースのフルクトース部分における1位の炭素に、付加するフルクトースの2位の炭素がβ型で結合し(β2→1結合)、これが繰り返されるというものである。フラクトオリゴ糖の結合様式を模式的に示すと、(Fru)β2−{1(Fru)β2−}nα1(Glc)(ここで、FruはD−フルクトース残基、GlcはD−グルコース残基、nはスクロースに付加するフルクトース残基の数を表す)となる。フラクトオリゴ糖は難う蝕性や、ビフィズス菌増殖促進作用、コレステロールなどの脂質の代謝改善作用、免疫調節作用など様々な生理機能を有することが明らかになっており、機能性食品素材として産業上極めて有用である。フラクトオリゴ糖は、自然界では広く植物に分布しており、例えばアスパラガス、タマネギ、キクイモ、蜂蜜などに含まれていることが知られている。
【0003】
近年、微生物由来のβ−フルクトフラノシダーゼの転移反応を利用してスクロースからフラクトオリゴ糖を大量に製造する技術が確立され、フラクトオリゴ糖は工業的に生産されている。この工業的生産に使用されているカビ由来のβ−フルクトフラノシダーゼは、転移活性が高いこと、および異性体の生成が少ないことが特徴であるが、その一方で、1−ケストースしか生成しない植物由来のシュークロース:シュークロースフルクトシルトランスフェラーゼ(SST)ほどオリゴ糖の生成選択性は高くなく、重合度2〜6のオリゴ糖類の混合物しか製造できない。このため、フラクトオリゴ糖は、液体(シロップ)あるいは粉末として利用されており、これらは非結晶性の混合物であるため、砂糖(スクロース)等の結晶性の食品材料と比較すると、吸湿性が高く、加工適性が悪いなどの問題点があった。
【0004】
一方で、カラムクロマトグラフィーや晶析等を組み合わせることにより、単一オリゴ糖成分を主成分とする結晶性フラクトオリゴ糖、例えば1−ケストース(3糖類;GF)、ニストース(4糖類;GF)等を得ることができる。特に、結晶1−ケストースは、フラクトオリゴ糖の生理機能を保持したまま優れた物性および加工適性を有している(特許文献1:特開平9−65829号公報、特許文献2:特開平6−31160号公報)。しかし、フラクトオリゴ糖の製造に用いられている酵素の1−ケストース(3糖類;GF)への最大変換率は約42%であり、さらには反応生成物中には副生成物のニストース(4糖類;GF)が約12%、基質であるスクロースが約23%含まれるため、より高純度の1−ケストースを工業的に効率よく得ることができるβ−フルクトフラノシダーゼが依然として求められている。すなわち、1−ケストースの生成選択性が高く、転移反応生成物であるオリゴ糖の組成が改善された結晶性フラクトオリゴ糖の製造に適したβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の取得が望まれているといえる。
【0005】
国際公開第97/34004号パンフレット(特許文献3)には、1−ケストースを選択的に生成するβ−フルクトフラノシダーゼ変異体が開示されている。一方、1−ケストースを選択的に生成するβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体を効率よく選抜する方法については、本発明者らが知る限り、これまでに報告されていない。
【0006】
【特許文献1】
特開平9−65829号公報
【特許文献2】
特開平6−31160号公報
【特許文献3】
国際公開第97/34004号パンフレット
【0007】
【発明の概要】
低吸湿性の結晶性フラクトオリゴ糖を製造するためには、酵素反応液のクロマト分画の負荷軽減と結晶母液の再利用を可能とするために、β−フルクトフラノシダーゼによる1−ケストース(GF)への変換率が高いこと、および副生成物であるニストース(GF)等の他のフラクトオリゴ糖の生成量が低いことが好ましいと考えられる。
【0008】
本発明者らは、候補となるβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の遺伝子を宿主細胞に導入し、その形質転換体を、スクロースを唯一の炭素源とする培地と1−ケストースを唯一の炭素源とする培地とで別々に培養し、前者での生育速度が後者での生育速度よりも速い場合には前記β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が上記の条件を充足することを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。
【0009】
従って、本発明によれば、β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が1−ケストースの製造に有利か否かを判定する方法、ならびに1−ケストースの製造に有利なβ−フルクトフラノシダーゼ変異体およびこれをコードする遺伝子の製造方法が提供される。
【0010】
そして、本発明による判定方法は、β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が1−ケストースの製造に有利か否かを判定する方法であって、以下の工程:
(a)β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体をコードする遺伝子を発現可能な形で含むベクターを用いて宿主細胞を形質転換する工程;
(b)工程(a)により得られた形質転換体を、炭素源としてスクロースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;
(c)工程(a)により得られた形質転換体を、炭素源として1−ケストースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;および(d)炭素源として1−ケストースのみを含む培地での生育速度が、炭素源としてスクロースのみを含む培地での生育速度よりも小さい値を示す場合に、その形質転換体により生産されるβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体を、1−ケストースの製造に有利なものと判定する工程、
を含んでなるものである。
【0011】
また、本発明によるβ−フルクトフラノシダーゼ変異体の製造方法は、1−ケストースの製造に有利なβ−フルクトフラノシダーゼ変異体を製造する方法であって、以下の工程:
(a)β−フルクトフラノシダーゼ遺伝子に変異を導入し、β−フルクトフラノシダーゼ変異体をコードする遺伝子を調製する工程;
(b)工程(a)により得られた遺伝子を発現可能な形で含むベクターを用いて宿主細胞を形質転換する工程;
(c)工程(b)により得られた形質転換体を、炭素源としてスクロースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;
(d)工程(b)により得られた形質転換体を、炭素源として1−ケストースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;および(e)炭素源として1−ケストースのみを含む培地での生育速度が、炭素源としてスクロースのみを含む培地での生育速度よりも小さい値を示す形質転換体により生産されるβ−フルクトフラノシダーゼ変異体を選択する工程、
を含んでなるものである。
【0012】
さらに、本発明によるβ−フルクトフラノシダーゼ変異体遺伝子の製造方法は、1−ケストースの製造に有利なβ−フルクトフラノシダーゼ変異体遺伝子を製造する方法であって、以下の工程:
(a)β−フルクトフラノシダーゼ遺伝子に変異を導入し、β−フルクトフラノシダーゼ変異体をコードする遺伝子を調製する工程;
(b)工程(a)により得られた遺伝子を発現可能な形で含むベクターを用いて宿主細胞を形質転換する工程;
(c)工程(b)により得られた形質転換体を、炭素源としてスクロースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;
(d)工程(b)により得られた形質転換体を、炭素源として1−ケストースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;および(e)炭素源として1−ケストースのみを含む培地での生育速度が、炭素源としてスクロースのみを含む培地での生育速度よりも小さい値を示す形質転換体に含まれるβ−フルクトフラノシダーゼ変異体遺伝子を選択する工程、
を含んでなるものである。
【0013】
本発明により取得されるβ−フルクトフラノシダーゼおよびその変異体は、1−ケストースを選択的に生成させ、他のオリゴ糖の生成量が低いという反応特性を有する。このようなβ−フルクトフラノシダーゼを利用することにより、1−ケストース含有量の高いフラクトオリゴ糖が得られるため、結晶1−ケストースを容易に製造することが可能となる。
【0014】
【発明の具体的説明】
本明細書において、「β−フルクトフラノシダーゼ」とは、β−D−フルクトフラノシドを加水分解してフルクトースを遊離させる能力、およびβ−フルクトフラノシル基を他の糖に転移させる能力を有する、EC3.2.1.26に分類される酵素であって、天然の生物から得られるものをいう。さらに、「β−フルクトフラノシダーゼ」は、人工的な変異導入によることなく、自然に発生したβ−フルクトフラノシダーゼ変異体をも含む。また、本明細書において、β−フルクトフラノシダーゼについて用いられる「変異体」という用語は、β−フルクトフラノシダーゼに対して人工的にアミノ酸変異を導入したものを意味する。
【0015】
1.β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の遺伝子の用意
本発明による方法においては、まず、候補となるβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の遺伝子を用意する。
【0016】
β−フルクトフラノシダーゼは、天然の生物に由来するいずれのものであってもよい。例えば、既に知られているβ−フルクトフラノシダーゼを用いてもよいし、または、新たに発見されたものを用いてもよい。このようなβ−フルクトフラノシダーゼの遺伝子は、当業者に公知の方法により取得することができる。
【0017】
β−フルクトフラノシダーゼ変異体は、β−フルクトフラノシダーゼに対して人工的にアミノ酸変異を導入したものであり、その遺伝子は、β−フルクトフラノシダーゼ遺伝子への変異の導入により取得することができる。変異導入の対象とするβ−フルクトフラノシダーゼ遺伝子は、いかなる生物を起源とするものであってもよいが、好ましくは真菌類由来のβ−フルクトフラノシダーゼ遺伝子、より好ましくはアスペルギルス属、ペニシリウム属、スコプラリオプシス属、フザリウム属、またはオーレオバシジウム属に属する真菌に由来するβ−フルクトフラノシダーゼ遺伝子、さらに好ましくはアスペルギルス属に属する真菌に由来するβ−フルクトフラノシダーゼ遺伝子とされる。
【0018】
上記のような変異は、予め指定された変異であってもよいし、不作為(ランダム)な変異であってもよい。予め指定された変異は、当業者に公知の方法、例えば、Gapped duplex法(Methods in Enzymology, 154, 350, 1987)、Kunkel法(Methods in Enzymology, 154, 367, 1987)等により導入することができる。
【0019】
本発明の好ましい実施態様によれば、上記の変異はランダム変異とされる。β−フルクトフラノシダーゼ遺伝子へのランダム変異の導入は、当業者に公知の方法、例えば、変異原物質、放射線、PCR法等を利用する方法により行うことができる。
【0020】
変異原物質を利用するランダム変異の導入は、例えば、目的のβ−フルクトフラノシダーゼ遺伝子を保有する微生物を、5−ブロモウラシル、5−クロロウラシル等の塩基類似物質、亜硝酸等の塩基の酸化的脱アミノ誘発剤、シトシン・グアニンと反応するヒドロキシアミン、N−メチル−N'−ニトロ−N−ニトロソグアニジン等のアルキル化試薬などの化学物質に暴露させることによって行うことができる。
【0021】
PCR法を利用するランダム変異の導入は、例えば、目的のβ−フルクトフラノシダーゼ遺伝子を含むDNA断片を鋳型とする該遺伝子の増幅反応において、DNAポリメラーゼの複製反応の忠実性を低減させる条件下でPCRを行い、増幅したDNA配列中に複製エラーを起こすことにより行なうことができる。このような方法は、一般に、エラープローン(error-prone)PCR法として知られている。DNAポリメラーゼの複製反応の忠実性を低減させるための条件としては、高pH、高マグネシウムイオン濃度、基質となる4種類のデオキシリボ核酸(dNTP)の各濃度の変更が挙げられ、あるいは、複製反応の忠実性が低いDNAポリメラーゼを用いてもよい。
【0022】
2.β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が1−ケストースの製造に有利か否かの判定
用意されたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体をコードする遺伝子を発現可能な形で含むベクターを用いて宿主細胞を形質転換し、得られた形質転換体を、炭素源としてスクロースのみを含む培地(以下「スクロース培地」という)および炭素源として1−ケストースのみを含む培地(以下「1−ケストース培地」という)においてそれぞれ別個に培養して該形質転換体の生育速度を測定し、これらの生育速度を比較することにより、そのβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が1−ケストースの製造に有利なものか否かを判定することができる。
【0023】
生育速度の比較においては、上記1−ケストース培地での生育速度が上記スクロース培地での生育速度よりも小さい値を示す形質転換体により生産されるβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が、1−ケストースの製造に有利なものと判定される。また、上記の反応速度の差は大きい方が好ましい。従って、本発明の好ましい実施態様によれば、上記スクロース培地での生育速度が上記1−ケストース培地での生育速度の1.5倍以上、より好ましくは2倍以上、さらに好ましくは2.5倍以上の値を示す形質転換体により生産されるβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が、1−ケストースの製造に有利なものと判定される。
【0024】
形質転換体の生育速度は、当業者に公知の方法、例えば、コロニーの大きさの測定、培養液の濁度測定、菌体体積測定、菌体成分の定量等によって測定することができる。本発明の好ましい実施態様によれば、形質転換体の生育速度は、培養液の濁度を指標として測定される。濁度は、例えば、培養液の595nmでの吸光度として測定することができる。また、比較される生育速度は、両培地について同時に測定したものであればよいが、好ましくは培養開始後一定の期間における平均生育速度(以下「初期平均生育速度」という)とされる。初期平均生育速度は、培養開始後一定の時間経過後における各種測定値をその時間で除した値であり、よって、初期平均生育速度の比較は、当該測定値そのものを比較することにより行なうことができる。初期平均生育速度を測定するための培養開始後の経過時間は、形質転換に用いられる宿主細胞の種類によって異なり、培養物の状態をモニタリングしながら当業者が適宜決定しうるが、好ましくは5〜72時間、より好ましくは10〜30時間、さらに好ましくは約20時間とされる。
【0025】
形質転換に用いられる宿主細胞は、D−グルコースおよび/またはD−フルクトースを資化することができ、かつ外来遺伝子の発現を可能とするものであればよく、特に制限されないが、好ましくは微生物、より好ましくは酵母、カビなどの真菌類とされる。また、特に好ましい宿主細胞は、スクロースを資化しないもの、すなわちスクロース非資化性の宿主細胞である。スクロース非資化性宿主細胞は、形質転換により導入されたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体以外にスクロースを基質とする酵素を生産しないため、上述の生育速度の比較が容易かつ明確となる。このようなスクロース非資化性宿主細胞としては、当業者に公知のもの、例えば、国際公開第97/34004号パンフレットに記載の糸状菌、トリコデルマ属に属する数種の菌類や特定の酵母(Oda, Y. and Ouchi, K., Appl. Environ. Microbiol., 55, 1742-1747, 1989)を利用することができる。
【0026】
形質転換に用いられるベクターは、上記のような宿主細胞において、組み込まれたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の遺伝子を発現しうるように作製される。このようなベクターは、使用される宿主細胞の種類に応じて、ウイルスベクター、プラスミドベクター、コスミドベクターなどを適宜用いることができ、例えば、宿主が大腸菌である場合にはλファージ系のバクテリオファージ、pBR、pUC系のプラスミドなどを用い、宿主が枯草菌である場合にはpUB系のプラスミドを用い、宿主が酵母である場合にはYEp系、YRp系、YCp系などのプラスミドベクターを用いることができる。
【0027】
上記のベクターは、β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の遺伝子を効率的に発現させるためのDNA配列、例えば、プロモーター、転写開始シグナル、リボゾーム結合部位、翻訳停止シグナル、転写終結シグナル等の、転写調節シグナル、翻訳調節シグナルなどを、機能しうる形で含むことが好ましい。このようなDNA配列は、当業者であれば適宜選択し、使用することができる。
【0028】
上記のベクターは、形質転換体を選択するための選択マーカーを含んでいてもよい。選択マーカーとしては、薬剤耐性マーカー遺伝子や栄養要求マーカー遺伝子などを適宜用いることができ、例えば、宿主が細菌である場合にはアンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子等、宿主が酵母である場合にはトリプトファン合成遺伝子(例えばTRP1)、ウラシル合成遺伝子(例えばURA3)、ロイシン合成遺伝子(例えばLEU2)等、宿主がカビである場合にはハイグロマイシン耐性遺伝子(Hyg)、ビアラホス耐性遺伝子(Bar)、硝酸還元酵素遺伝子(niaD)等を用いることができる。
【0029】
上記のような宿主細胞とベクターとの組合せとして適切なものが多数知られており、当業者は適宜選択して利用することができる。特に好ましい宿主細胞とベクターとの組合せとして、例えば、Biosci. Biotechnol. Biochem., 65(4), 766-773, 2001に記載されている、スクロース非資化性の酵母S. cerevisiae MS-161株およびそのための発現ベクターが挙げられる。
【0030】
形質転換体の培養に用いる培地は、平板培地のような固体培地および液体培地のいずれであってもよい。ただし、生育速度の測定法に応じて適切な培地を選択することが好ましく、例えば、コロニーの大きさにより生育速度を測定する場合には固体培地が適切であり、培養液の濁度により生育速度を測定する場合には液体培地が適切である。また、炭素源以外の培地の具体的な組成は、当業者により適宜決定される。スクロース培地中の炭素源はスクロースのみとされ、その含有量は培地の全重量に対して、好ましくは0.5〜5重量%、より好ましくは1.5〜3重量%、最も好ましくは約2重量%とされる。また、1−ケストース培地中の炭素源は1−ケストースのみとされ、その含有量は、スクロース培地中のスクロースの濃度と同一とされる。
【0031】
さらに、形質転換体の他の培養条件は、使用する宿主細胞の種類等に応じて当業者により適宜決定されるため、特に制限されないが、好ましい温度条件は25〜37℃、より好ましくは約30℃である。
【0032】
以上のようにして、β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が1−ケストースの製造に有利か否かを判定することができるが、上記の判定法に先立ち、形質転換体の予備的な選択を行なってもよい。例えば、形質転換に用いられるベクターが上記の選択マーカーを含んでいる場合には、その選択マーカーを利用して該ベクターを含む宿主細胞(すなわち形質転換体)を選択することができる。また、宿主細胞としてスクロース非資化性のものを用いる場合には、炭素源としてスクロースのみを含む培地上で培養することにより、導入されたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が発現している形質転換体のみを選択することができ、同時に、導入されたβ−フルクトフラノシダーゼ変異体がβ−フルクトフラノシダーゼ活性を有することをも確認することができる。このような予備的な選択は、候補となるβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の数が多い場合などに、労力を軽減する上で有利である。
【0033】
3.1−ケストースの製造に有利なものと判定されたβ−フルクトフラノシダーゼもしくはその変異体またはその遺伝子の回収
上記の方法により1−ケストースの製造に有利なものと判定されたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体は、次のようにして回収することができる。まず、上記の形質転換体を適切な条件下で培養し、得られた培養物から公知の方法、例えば遠心分離により培養上清または菌体を得る。菌体を取得した場合には、これを適切な緩衝液中に懸濁し、凍結融解、超音波処理、磨砕等により菌体を破砕し、遠心分離または濾過により上記β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体を含む菌体抽出物を得る。培養上清または菌体抽出物からの酵素の精製は、当業者に公知の分離・精製法を適宜組み合わせて実施することができる。このような分離・精製法としては、例えば、熱処理のような耐熱性の差を利用する方法、塩沈澱および溶媒沈澱のような溶解性の差を利用する方法、透析、限外濾過、ゲル濾過およびSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動のような分子量の差を利用する方法、イオン交換クロマトグラフィーのような電荷の差を利用する方法、アフィニティークロマトグラフィーのような特異的親和性を利用する方法、疎水クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィーのような疎水性の差を利用する方法、等電点電気泳動のような等電点の差を利用する方法などが挙げられる。
【0034】
また、上記の方法により1−ケストースの製造に有利なものと判定されたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の遺伝子は、当該遺伝子を含む形質転換体中のベクターから、当業者に公知の方法により回収することができる。
【0035】
4.1−ケストースの製造に有利なものと判定されたβ−フルクトフラノシダーゼもしくはその変異体またはその遺伝子の利用
上記の方法により1−ケストースの製造に有利なものと判定されたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体は、スクロースを原料物質とする1−ケストースの製造に利用することができる。この場合の酵素反応の条件は、当該β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の酵素特性、例えば、酵素反応時の生成物中の糖組成、比活性、基質特異性、至適pH、至適温度、pH安定性、熱安定性等に応じて、当業者により適切に設定される。これらの酵素特性は、当業者に公知の方法よって確認することができる。上記β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体は、粗酵素のまま用いてもよいし、精製酵素として用いてもよい。また、上記β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体は、適切な担体に固定化された状態で用いてもよい。
【0036】
上記の方法により1−ケストースの製造に有利なものと判定されたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の遺伝子は、適当な宿主−ベクター系を用いて当該遺伝子による形質転換体を作製することにより、β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体の製造に利用することができる。形質転換体の作製については、上述した通りである。特に、宿主細胞としてスクロース非資化性のものを用いると、形質転換により導入されたβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体以外にスクロースを基質とする酵素を生産しないため、酵素を精製することなく、粗酵素の状態で1−ケストースの製造に利用することが可能となる。
【0037】
【実施例】
以下に本発明の具体的な実施例を示すが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【0038】
例1:β−フルクトフラノシダーゼ( FFase )遺伝子へのランダム変異の導入
フラクトオリゴ糖製造に用いられているアスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)ATCC20611株由来のβ−フルクトフラノシダーゼ(以下「FFase」という)の遺伝子中にランダム変異を導入した。このランダム変異の導入は、以下のように、市販のPCR mutagenesis kit(Gene Morph, Stratagene社)を用いて行った。
【0039】
PCR反応液(50μl)の組成は、FFase遺伝子を含む鋳型DNA(1μl)、dNTP(40mM、1μl)、10倍濃度の緩衝液(5μl)、フォワードプライマー:5'-GCGAATTCATGAAGCTCACCACTACCA-3'(配列番号1)およびリバースプライマー:5'-GCGGATCCCGGTCAATTTCTCT-3'(配列番号2)(それぞれ、250ng/ml、0.5μl)、Mutazyme(2.5U/μl、1μl)、DMSO(5μl)、ならびに滅菌水(36μl)とした。反応条件は、94℃で2分間の前処理を行なった後、94℃で1分間(変性ステップ)、50℃で2分間(アニーリングステップ)、および72℃で2.5分間(伸長ステップ)のインキュベーションを30サイクルとした。最後に72℃で3分間のインキュベーションを行なった。得られた反応液から反応産物をフェノール/クロロホルム/イソアミルアルコール(25:24:1)で抽出し、その抽出液にエタノールを添加することにより沈殿させた。沈殿物をTE緩衝液に溶解後、アガロース電気泳動を行い、特異的に増幅された1.9kbpのバンドを常法に従って切り出してDNA断片を回収した。1.9kbpのEcoRI−BamHI断片をBiosci. Biotechnol. Biochem., 65(4), 766-773, 2001に記載されている酵母での発現ベクターのEcoRI−BamHI部位に挿入したプラスミドを、スクロース非資化性の酵母S. cerevisiae MS-161株(Biosci. Biotechnol. Biochem., 65(4), 766-773, 2001に記載)に酢酸リチウム法によって導入し、形質転換体を得た。個々の形質転換体を、SD−GF寒天培地(0.67% yeast nitrogen base (w/o amino acids)、2% sucrose、2% agar、50μg/ml L-Uracil)にレプリカし、30℃で3日間の培養により良好に生育する形質転換体をFFase活性を保持している株として選択し、ランダム変異ライブラリーを作製した。
【0040】
例2:改質 FFase のスクリーニング
実施例1で作製したランダム変異ライブラリーから、反応特性が改変されたFFaseを以下のように選抜した。すなわち、個々の株を、96穴マイクロプレートを用いて、150μlのSD培地(0.67% yeast nitrogen base (w/o amino acids)、2% glucose、50μg/ml L-Uracil)中、30℃で一晩前培養した。
【0041】
次に、この前培養液を、SD−GF培地(0.67% yeast nitrogen base (w/o amino acids)、2% sucrose、50μg/ml L-Uracil)とSD−GF培地(0.67% yeast nitrogen base (w/o amino acids)、2% 1-kestose、50μg/ml L-Uracil)の2種類の液体培地各150μlに4.5μlずつ植菌し、30℃で培養した。20時間後の培養液の濁度(595nmの吸光度)を測定し、(SD−GF培地での培養液の濁度)/(SD−GF培地での培養液の濁度)の比を算出した結果を表1に示す。
【0042】
【表1】

Figure 0004236949
【0043】
さらに、これらの株の培養上清をFFase粗酵素液として、FFase活性測定とスクロースを基質とした酵素反応を行い、反応液の糖組成をHPLC(カラム:リクロスフェア100NH、溶離液:72%アセトニトリル、流速:1ml/分、検出器:示差屈折計)で分析した。FFase活性は、Agric. Biol. Chem., 53, 667-673 (1989)に記載の方法に従って測定した。また、酵素反応は、培養上清中に48重量%のスクロースを添加し、この反応液を、40℃、pH7でインキュベートすることにより行なった。
【0044】
上記表1に記載の株はいずれも、FFase活性を有していることが確認された。さらに、スクロースを基質とした酵素反応により得られる反応液中の糖組成を下記の表2に示す。ここで、各株についてのデータは、それぞれ1−ケストース(GF)の量が最大となる時点での反応液の糖組成を示す。
【0045】
【表2】
Figure 0004236949
【0046】
1−ケストースの製造に用いるFFaseは、1−ケストースの含有量が多く、他の糖類、特にニストースおよびフラクトシルニストースの含有量が少ない酵素反応産物を与えるものであることが好ましいと考えられる。このような観点から表1および表2に記載のFFaseを評価すると、(21-36)株、(22-95)株および(64-60)株では、上記両培地における濁度の比が野生型よりも大きく、1−ケストースの含有量が多く、ニストースの生成が抑制されている。すなわち、これらの株により生産されるFFaseは、1−ケストースの製造に有利な反応特性を有するといえる。
【0047】
一方で、(M-2)株、(64-81)株および(51-24)株では、上記両培地における濁度の比が野生型と同程度で、1−ケストースおよびニストースの含有量に変化は見られない。
【0048】
【配列表】
Figure 0004236949
Figure 0004236949
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
Field of Invention
The present invention relates to a method for selecting β-fructofuranosidase with modified reaction characteristics.
[0002]
Background art
Fructooligosaccharides are oligosaccharides in which one or more fructose is added to sucrose in a chain, and the binding mode is β-type for the carbon at the 1st position in the fructose part of sucrose and the carbon at the 2nd position of the fructose to be added. Bond (β2 → 1 bond), and this is repeated. Schematic representation of the fructooligosaccharide binding mode is as follows: (Fru) β2- {1 (Fru) β2-} nα1 (Glc) (where Fru is a D-fructose residue, Glc is a D-glucose residue, n Represents the number of fructose residues added to sucrose). Fructooligosaccharides have been shown to have various physiological functions such as difficult caries, growth promotion of bifidobacteria, metabolism improvement of lipids such as cholesterol, and immunoregulation, and are extremely useful industrially as functional food materials. It is. Fructooligosaccharides are widely distributed in plants in nature, and are known to be contained in, for example, asparagus, onion, juniper and honey.
[0003]
In recent years, a technique for producing a large amount of fructooligosaccharides from sucrose using a transfer reaction of β-fructofuranosidase derived from microorganisms has been established, and fructooligosaccharides are industrially produced. The fungal β-fructofuranosidase used in this industrial production is characterized by high transfer activity and low isomer formation, while only producing 1-kestose. Plant-derived sucrose: Sucrose fructosyltransferase (SST) is not as high in oligosaccharide production selectivity and can only produce a mixture of oligosaccharides with a degree of polymerization of 2-6. For this reason, fructooligosaccharides are used as liquids (syrups) or powders, and since these are non-crystalline mixtures, they are highly hygroscopic compared to crystalline food materials such as sugar (sucrose). There were problems such as poor processability.
[0004]
On the other hand, by combining column chromatography, crystallization, and the like, a crystalline fructooligosaccharide having a single oligosaccharide component as a main component, such as 1-kestose (trisaccharide; GF2), Nystose (tetrasaccharide; GF3) Etc. can be obtained. In particular, crystalline 1-kestose has excellent physical properties and processability while retaining the physiological function of fructooligosaccharide (Patent Document 1: JP-A-9-65829, Patent Document 2: JP-A-6-31160). Issue gazette). However, the enzyme 1-kestose (trisaccharide; GF) used in the production of fructooligosaccharides2) Is about 42%, and in the reaction product, the by-product nystose (tetrasaccharide; GF)3) Is about 12% and the substrate sucrose is about 23%. Therefore, there is still a demand for β-fructofuranosidase capable of industrially and efficiently obtaining higher purity 1-kestose. That is, it is desired to obtain β-fructofuranosidase or a variant thereof suitable for production of crystalline fructo-oligosaccharide having high 1-kestose production selectivity and improved composition of oligosaccharide as a transfer reaction product. It can be said that.
[0005]
International Publication No. 97/34004 (Patent Document 3) discloses a β-fructofuranosidase mutant that selectively produces 1-kestose. On the other hand, as far as the present inventors know, a method for efficiently selecting β-fructofuranosidase or its mutant that selectively produces 1-kestose has not been reported.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-65829
[Patent Document 2]
JP-A-6-31160
[Patent Document 3]
WO 97/34004 Pamphlet
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION
In order to produce a low hygroscopic crystalline fructooligosaccharide, 1-kestose (GF) by β-fructofuranosidase is used to reduce the chromatographic fraction of the enzyme reaction solution and to recycle the crystal mother liquor.2) And the by-product nystose (GF)3It is considered preferable that the amount of other fructooligosaccharides produced is low.
[0008]
The present inventors introduced a candidate β-fructofuranosidase or a mutant gene thereof into a host cell, and transformed the transformant into a medium containing sucrose as the sole carbon source and 1-kestose as the sole. It is found that the β-fructofuranosidase or a variant thereof satisfies the above conditions when the growth rate in the former is higher than the growth rate in the latter when cultured separately in a carbon source medium. It was. The present invention is based on such knowledge.
[0009]
Therefore, according to the present invention, a method for determining whether or not β-fructofuranosidase or a variant thereof is advantageous for the production of 1-kestose, as well as a β-fructofuranosidase mutation advantageous for the production of 1-kestose. And a method for producing a gene encoding the same.
[0010]
And the determination method by this invention is a method of determining whether (beta) -fructofuranosidase or its variant is advantageous for manufacture of 1-kestose, Comprising:
(A) transforming a host cell with a vector containing a gene encoding β-fructofuranosidase or a variant thereof in an expressible form;
(B) a step of culturing the transformant obtained in step (a) in a medium containing only sucrose as a carbon source, and measuring the growth rate of the transformant;
(C) a step of culturing the transformant obtained in step (a) in a medium containing only 1-kestose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant; and (d) 1 as a carbon source. -Β-fructofuranosidase produced by the transformant or a mutation thereof when the growth rate in a medium containing only kestose is smaller than the growth rate in a medium containing only sucrose as a carbon source Determining the body as advantageous for the production of 1-kestose,
Is included.
[0011]
In addition, the method for producing a β-fructofuranosidase variant according to the present invention is a method for producing a β-fructofuranosidase variant advantageous for producing 1-kestose, which comprises the following steps:
(A) introducing a mutation into the β-fructofuranosidase gene and preparing a gene encoding a β-fructofuranosidase mutant;
(B) transforming a host cell with a vector containing the gene obtained in step (a) in an expressible form;
(C) a step of culturing the transformant obtained in step (b) in a medium containing only sucrose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant;
(D) a step of culturing the transformant obtained in step (b) in a medium containing only 1-kestose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant; and (e) 1 as a carbon source. A step of selecting a β-fructofuranosidase mutant produced by a transformant having a growth rate in a medium containing only kestose, which is smaller than a growth rate in a medium containing only sucrose as a carbon source;
Is included.
[0012]
Furthermore, the method for producing a β-fructofuranosidase mutant gene according to the present invention is a method for producing a β-fructofuranosidase mutant gene advantageous for the production of 1-kestose, which comprises the following steps:
(A) introducing a mutation into the β-fructofuranosidase gene and preparing a gene encoding a β-fructofuranosidase mutant;
(B) transforming a host cell with a vector containing the gene obtained in step (a) in an expressible form;
(C) a step of culturing the transformant obtained in step (b) in a medium containing only sucrose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant;
(D) a step of culturing the transformant obtained in step (b) in a medium containing only 1-kestose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant; and (e) 1 as a carbon source. A step of selecting a β-fructofuranosidase mutant gene contained in a transformant showing a growth rate in a medium containing only kestose, which is smaller than a growth rate in a medium containing only sucrose as a carbon source;
Is included.
[0013]
The β-fructofuranosidase obtained by the present invention and variants thereof have a reaction characteristic that 1-kestose is selectively produced and the amount of other oligosaccharides produced is low. By using such β-fructofuranosidase, a fructooligosaccharide having a high 1-kestose content can be obtained, so that crystalline 1-kestose can be easily produced.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As used herein, “β-fructofuranosidase” refers to the ability to hydrolyze β-D-fructofuranoside to release fructose and transfer the β-fructofuranosyl group to other sugars. An enzyme classified as EC 3.2.1.26 that has the ability, and is obtained from a natural organism. Furthermore, “β-fructofuranosidase” includes naturally occurring β-fructofuranosidase mutants without artificial mutagenesis. In the present specification, the term “mutant” used for β-fructofuranosidase means an amino acid mutation artificially introduced into β-fructofuranosidase.
[0015]
1. Preparation of genes for β-fructofuranosidase or its variants
In the method according to the present invention, a candidate β-fructofuranosidase or a mutant gene thereof is first prepared.
[0016]
β-fructofuranosidase may be any derived from a natural organism. For example, a known β-fructofuranosidase may be used, or a newly discovered one may be used. Such a β-fructofuranosidase gene can be obtained by methods known to those skilled in the art.
[0017]
The β-fructofuranosidase mutant is obtained by artificially introducing an amino acid mutation into β-fructofuranosidase, and the gene is obtained by introducing the mutation into the β-fructofuranosidase gene. be able to. The β-fructofuranosidase gene to be mutated may be derived from any organism, but is preferably a fungal β-fructofuranosidase gene, more preferably Aspergillus spp., Penicillium Β-fructofuranosidase gene derived from a fungus belonging to the genus, scoprariopsis, fusarium, or aureobasidium, more preferably a β-fructofuranosidase gene derived from a fungus belonging to the genus Aspergillus .
[0018]
The mutation as described above may be a mutation designated in advance or may be a random (random) mutation. Predesignated mutations can be introduced by methods known to those skilled in the art, such as the Gapped duplex method (Methods in Enzymology, 154, 350, 1987), the Kunkel method (Methods in Enzymology, 154, 367, 1987), and the like. it can.
[0019]
According to a preferred embodiment of the present invention, the mutation is a random mutation. Introduction of random mutations into the β-fructofuranosidase gene can be performed by methods known to those skilled in the art, for example, methods using mutagens, radiation, PCR methods and the like.
[0020]
For example, random mutagenesis using a mutagen can be performed by, for example, transferring a target microorganism having a β-fructofuranosidase gene to a base analog such as 5-bromouracil or 5-chlorouracil, or a base such as nitrous acid. This can be done by exposure to chemicals such as oxidative deamination inducers, hydroxyamines that react with cytosine guanine, alkylating reagents such as N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine.
[0021]
The introduction of random mutation using the PCR method is, for example, under conditions that reduce fidelity of the DNA polymerase replication reaction in the amplification reaction of the gene using the DNA fragment containing the target β-fructofuranosidase gene as a template. PCR can be carried out by causing a replication error in the amplified DNA sequence. Such a method is generally known as an error-prone PCR method. Conditions for reducing the fidelity of the DNA polymerase replication reaction include high pH, high magnesium ion concentration, changes in each concentration of the four types of deoxyribonucleic acid (dNTP) serving as a substrate, or A DNA polymerase with low fidelity may be used.
[0022]
2. Determination of whether β-fructofuranosidase or a variant thereof is advantageous for the production of 1-kestose
A host cell is transformed with a prepared vector containing a gene encoding β-fructofuranosidase or a variant thereof, and the resulting transformant contains only sucrose as a carbon source. The growth rate of the transformant was measured by separately culturing in a medium (hereinafter referred to as “sucrose medium”) and a medium containing only 1-kestose as a carbon source (hereinafter referred to as “1-kestose medium”). By comparing the growth rate, it can be determined whether the β-fructofuranosidase or a variant thereof is advantageous for producing 1-kestose.
[0023]
In the comparison of the growth rate, β-fructofuranosidase produced by a transformant having a growth rate in the 1-kestose medium lower than that in the sucrose medium or a mutant thereof is 1 -Determined to be advantageous for the production of kestose. Moreover, the one where the difference of said reaction rate is larger is preferable. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the growth rate on the sucrose medium is 1.5 times or more, more preferably 2 times or more, more preferably 2.5 times the growth rate on the 1-kestose medium. It is determined that β-fructofuranosidase produced by a transformant showing the above values or a variant thereof is advantageous for producing 1-kestose.
[0024]
The growth rate of the transformant can be measured by methods known to those skilled in the art, for example, colony size measurement, culture solution turbidity measurement, cell volume measurement, and cell component quantification. According to a preferred embodiment of the present invention, the growth rate of the transformant is measured using the turbidity of the culture solution as an index. Turbidity can be measured, for example, as the absorbance of the culture at 595 nm. The growth rates to be compared may be those measured simultaneously for both culture media, but preferably the average growth rate in a certain period after the start of culture (hereinafter referred to as “initial average growth rate”). The initial average growth rate is a value obtained by dividing various measured values after a certain period of time after the start of the culture by the time. Therefore, the comparison of the initial average growth rate can be performed by comparing the measured values themselves. it can. The elapsed time after the start of culture for measuring the initial average growth rate varies depending on the type of host cell used for transformation, and can be appropriately determined by those skilled in the art while monitoring the state of the culture. 72 hours, more preferably 10 to 30 hours, still more preferably about 20 hours.
[0025]
The host cell used for transformation is not particularly limited as long as it can assimilate D-glucose and / or D-fructose and allows expression of a foreign gene. More preferred are fungi such as yeast and mold. Particularly preferred host cells are those that do not assimilate sucrose, ie, sucrose non-assimilable host cells. Since the sucrose non-assimilating host cell does not produce an enzyme using sucrose as a substrate other than β-fructofuranosidase introduced by transformation or a mutant thereof, the above growth rates can be easily and clearly compared. . Examples of such sucrose non-assimilating host cells include those known to those skilled in the art, such as filamentous fungi described in WO 97/34004, several fungi belonging to the genus Trichoderma, and specific yeasts (Oda , Y. and Ouchi, K., Appl. Environ. Microbiol., 55, 1742-1747, 1989).
[0026]
The vector used for transformation is prepared so that the gene of the incorporated β-fructofuranosidase or a mutant thereof can be expressed in the host cell as described above. As such a vector, a viral vector, a plasmid vector, a cosmid vector or the like can be appropriately used depending on the type of host cell used. For example, when the host is Escherichia coli, a λ phage bacteriophage, pBR, pUC-type plasmids, etc. are used. When the host is Bacillus subtilis, a pUB-type plasmid is used. When the host is yeast, a plasmid vector such as YEp-type, YRp-type, YCp-type is used. it can.
[0027]
The above vector is a DNA sequence for efficiently expressing a gene of β-fructofuranosidase or a mutant thereof, such as a promoter, a transcription initiation signal, a ribosome binding site, a translation termination signal, a transcription termination signal, etc. It is preferable that a transcriptional control signal, a translational control signal, etc. are included in a functional form. Such DNA sequences can be appropriately selected and used by those skilled in the art.
[0028]
Said vector may contain the selection marker for selecting a transformant. As the selection marker, a drug resistance marker gene, an auxotrophic marker gene, or the like can be used as appropriate. For example, when the host is a bacterium, an ampicillin resistance gene, a kanamycin resistance gene, a tetracycline resistance gene, or the like is used as the host. In some cases, tryptophan synthesis gene (eg, TRP1), uracil synthesis gene (eg, URA3), leucine synthesis gene (eg, LEU2), etc. When the host is mold, hygromycin resistance gene (Hyg), bialaphos resistance gene (Bar) Nitrate reductase gene (niaD) etc. can be used.
[0029]
Many suitable combinations of host cells and vectors as described above are known, and those skilled in the art can appropriately select and use them. As a particularly preferred host cell and vector combination, for example, the sucrose non-assimilating yeast strain S. cerevisiae MS-161 described in Biosci. Biotechnol. Biochem., 65 (4), 766-773, 2001 is used. And expression vectors therefor.
[0030]
The medium used for culturing the transformant may be either a solid medium such as a plate medium or a liquid medium. However, it is preferable to select an appropriate medium according to the method for measuring the growth rate. For example, when measuring the growth rate by the size of the colony, a solid medium is appropriate, and the growth rate is determined by the turbidity of the culture solution. A liquid medium is suitable for measuring. The specific composition of the medium other than the carbon source is appropriately determined by those skilled in the art. The carbon source in the sucrose medium is only sucrose, and the content thereof is preferably 0.5 to 5% by weight, more preferably 1.5 to 3% by weight, and most preferably about 2%, based on the total weight of the medium. % By weight. Further, the carbon source in the 1-kestose medium is only 1-kestose, and the content thereof is the same as the sucrose concentration in the sucrose medium.
[0031]
Furthermore, other culture conditions for the transformant are appropriately determined by those skilled in the art depending on the type of host cell to be used and the like, and are not particularly limited. Preferred temperature conditions are 25 to 37 ° C., more preferably about 30. ° C.
[0032]
As described above, it can be determined whether or not β-fructofuranosidase or a mutant thereof is advantageous for the production of 1-kestose. Prior to the above-described determination method, preliminary selection of transformants is possible. May be performed. For example, when the vector used for transformation contains the above selection marker, a host cell (that is, a transformant) containing the vector can be selected using the selection marker. In addition, when sucrose-non-assimilating cells are used as host cells, the introduced β-fructofuranosidase or a variant thereof is expressed by culturing on a medium containing only sucrose as a carbon source. Can be selected, and at the same time, it can be confirmed that the introduced β-fructofuranosidase mutant has β-fructofuranosidase activity. Such preliminary selection is advantageous in reducing labor, for example, when the number of candidate β-fructofuranosidases or variants thereof is large.
[0033]
3.1 Recovery of β-fructofuranosidase or its variant or its gene determined to be advantageous for the production of kestose
Β-fructofuranosidase or a variant thereof determined to be advantageous for the production of 1-kestose by the above method can be recovered as follows. First, the above transformant is cultured under appropriate conditions, and a culture supernatant or cells are obtained from the obtained culture by a known method such as centrifugation. When the cells are obtained, suspend them in an appropriate buffer, crush the cells by freeze-thawing, sonication, grinding, etc., and centrifuge or filter the β-fructofuranosidase or A bacterial cell extract containing the mutant is obtained. Purification of the enzyme from the culture supernatant or bacterial cell extract can be performed by appropriately combining separation and purification methods known to those skilled in the art. Such separation / purification methods include, for example, a method utilizing a difference in heat resistance such as heat treatment, a method utilizing a difference in solubility such as salt precipitation and solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, and gel filtration. And methods utilizing molecular weight differences such as SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, methods utilizing difference in charges such as ion exchange chromatography, methods utilizing specific affinity such as affinity chromatography, hydrophobicity Examples thereof include a method utilizing a difference in hydrophobicity such as chromatography and reverse phase chromatography, and a method utilizing a difference in isoelectric point such as isoelectric focusing.
[0034]
Moreover, the gene of β-fructofuranosidase or its variant determined to be advantageous for the production of 1-kestose by the above method is known to those skilled in the art from the vector in the transformant containing the gene. It can be recovered by the method.
[0035]
4.1 Utilization of β-fructofuranosidase or its variant or its gene determined to be advantageous for the production of 1-kestose
The β-fructofuranosidase determined to be advantageous for the production of 1-kestose by the above method or a variant thereof can be used for the production of 1-kestose using sucrose as a raw material. The enzyme reaction conditions in this case are the enzyme characteristics of the β-fructofuranosidase or its mutant, for example, sugar composition, specific activity, substrate specificity, optimum pH, optimum pH in the product during the enzyme reaction. It is appropriately set by those skilled in the art depending on temperature, pH stability, thermal stability, and the like. These enzyme characteristics can be confirmed by methods known to those skilled in the art. The β-fructofuranosidase or a mutant thereof may be used as a crude enzyme or as a purified enzyme. Moreover, you may use the said (beta) -fructofuranosidase or its variant fix | immobilized in the suitable support | carrier.
[0036]
For the β-fructofuranosidase gene or its mutant gene determined to be advantageous for the production of 1-kestose by the above method, a transformant using the gene should be prepared using an appropriate host-vector system. Can be used for the production of β-fructofuranosidase or a variant thereof. The production of the transformant is as described above. In particular, if sucrose non-assimilating cells are used as host cells, enzymes that produce sucrose as a substrate other than β-fructofuranosidase introduced by transformation or a variant thereof are not produced. In the state of crude enzyme, it can be used for the production of 1-kestose.
[0037]
【Example】
Specific examples of the present invention are shown below, but the scope of the present invention is not limited thereto.
[0038]
Example 1: β-fructofuranosidase ( FFase ) Introduction of random mutations into genes
Aspergillus niger used in fructooligosaccharide production (Aspergillus niger) A random mutation was introduced into the gene of β-fructofuranosidase (hereinafter referred to as “FFase”) derived from the ATCC20611 strain. This random mutation was introduced using a commercially available PCR mutagenesis kit (Gene Morph, Stratagene) as follows.
[0039]
The composition of the PCR reaction solution (50 μl) was as follows: template DNA containing FFase gene (1 μl), dNTP (40 mM, 1 μl), 10-fold concentration buffer (5 μl), forward primer: 5′-GCGAATTCATGAAGCTCACCACTACCA-3 ′ (SEQ ID NO: 1) and reverse primers: 5′-GCGGATCCCGGTCAATTTCTCT-3 ′ (SEQ ID NO: 2) (250 ng / ml, 0.5 μl, respectively), Mutazyme (2.5 U / μl, 1 μl), DMSO (5 μl), and sterile water ( 36 μl). The reaction conditions were as follows: pretreatment at 94 ° C. for 2 minutes, followed by 94 ° C. for 1 minute (denaturation step), 50 ° C. for 2 minutes (annealing step), and 72 ° C. for 2.5 minutes (extension step) Incubation was 30 cycles. Finally, incubation was performed at 72 ° C. for 3 minutes. The reaction product was extracted with phenol / chloroform / isoamyl alcohol (25: 24: 1) from the obtained reaction solution, and ethanol was added to the extract to precipitate. The precipitate was dissolved in TE buffer and then subjected to agarose electrophoresis, and a specifically amplified 1.9 kbp band was excised according to a conventional method to recover a DNA fragment. A plasmid in which a 1.9 kbp EcoRI-BamHI fragment was inserted into the EcoRI-BamHI site of an expression vector in yeast described in Biosci. Biotechnol. Biochem., 65 (4), 766-773, 2001 was used. The transformant was obtained by introducing into the oxidative yeast S. cerevisiae MS-161 strain (described in Biosci. Biotechnol. Biochem., 65 (4), 766-773, 2001) by the lithium acetate method. Individual transformants were replicated on SD-GF agar medium (0.67% yeast nitrogen base (w / o amino acids), 2% sucrose, 2% agar, 50 μg / ml L-Uracil) at 30 ° C. for 3 days. Transformants that grew well in the culture of were selected as strains retaining FFase activity, and a random mutation library was prepared.
[0040]
Example 2: Modification FFase Screening
From the random mutation library prepared in Example 1, FFase with modified reaction characteristics was selected as follows. That is, each strain was cultured at 30 ° C. in a 150 μl SD medium (0.67% yeast nitrogen base (w / o amino acids), 2% glucose, 50 μg / ml L-Uracil) using a 96-well microplate. Cultured overnight.
[0041]
Next, this preculture solution was mixed with SD-GF medium (0.67% yeast nitrogen base (w / o amino acids), 2% sucrose, 50 μg / ml L-Uracil) and SD-GF.24.5 μl of each medium was inoculated into 150 μl of two types of medium (0.67% yeast nitrogen base (w / o amino acids), 2% 1-kestose, 50 μg / ml L-Uracil) and cultured at 30 ° C. . The turbidity (absorbance at 595 nm) of the culture solution after 20 hours was measured, and (turbidity of the culture solution in SD-GF medium) / (SD-GF2Table 1 shows the results of calculating the ratio of the turbidity of the culture solution in the medium.
[0042]
[Table 1]
Figure 0004236949
[0043]
Furthermore, the culture supernatant of these strains was used as a crude FFase enzyme solution, FFase activity measurement and an enzyme reaction using sucrose as a substrate were performed, and the sugar composition of the reaction solution was determined by HPLC (column: recrosssphere 100NH).2, Eluent: 72% acetonitrile, flow rate: 1 ml / min, detector: differential refractometer). FFase activity was measured according to the method described in Agric. Biol. Chem., 53, 667-673 (1989). The enzyme reaction was carried out by adding 48% by weight of sucrose to the culture supernatant and incubating the reaction solution at 40 ° C. and pH 7.
[0044]
All the strains listed in Table 1 above were confirmed to have FFase activity. Furthermore, the sugar composition in the reaction solution obtained by the enzyme reaction using sucrose as a substrate is shown in Table 2 below. Here, the data for each strain is 1-kestose (GF2) Shows the sugar composition of the reaction solution at the time when the amount of) becomes the maximum.
[0045]
[Table 2]
Figure 0004236949
[0046]
It is considered that the FFase used for the production of 1-kestose preferably provides an enzyme reaction product having a high content of 1-kestose and a low content of other saccharides, particularly nystose and fructosyl nystose. From this point of view, when the FFases described in Tables 1 and 2 were evaluated, the turbidity ratios in both media were wild in the (21-36), (22-95) and (64-60) strains. It is larger than the mold, has a high 1-kestose content, and suppresses the production of nystose. That is, FFase produced by these strains can be said to have advantageous reaction characteristics for the production of 1-kestose.
[0047]
On the other hand, in the (M-2) strain, (64-81) strain and (51-24) strain, the ratio of turbidity in the above two media is similar to that of the wild type, and the content of 1-kestose and nystose There is no change.
[0048]
[Sequence Listing]
Figure 0004236949
Figure 0004236949

Claims (9)

β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が1−ケストースの製造に有利か否かを判定する方法であって、以下の工程:
(a)β−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体をコードする遺伝子を発現可能な形で含むベクターを用いて宿主細胞を形質転換する工程;
(b)工程(a)により得られた形質転換体を、炭素源としてスクロースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;
(c)工程(a)により得られた形質転換体を、炭素源として1−ケストースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;および
(d)炭素源として1−ケストースのみを含む培地での生育速度が、炭素源としてスクロースのみを含む培地での生育速度よりも小さい値を示す場合に、その形質転換体により生産されるβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体を、1−ケストースの製造に有利なものと判定する工程、
を含んでなり、前記宿主細胞がスクロース非資化性の酵母である、方法。
A method for determining whether β-fructofuranosidase or a variant thereof is advantageous for the production of 1-kestose, comprising the following steps:
(A) transforming a host cell with a vector containing a gene encoding β-fructofuranosidase or a variant thereof in an expressible form;
(B) a step of culturing the transformant obtained in step (a) in a medium containing only sucrose as a carbon source, and measuring the growth rate of the transformant;
(C) a step of culturing the transformant obtained in step (a) in a medium containing only 1-kestose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant; and (d) 1 as a carbon source. -Β-fructofuranosidase produced by the transformant or a mutation thereof when the growth rate in a medium containing only kestose is smaller than the growth rate in a medium containing only sucrose as a carbon source Determining the body as advantageous for the production of 1-kestose,
And the host cell is a sucrose non-assimilating yeast .
工程(b)および工程(c)において、形質転換体の生育速度が液体培地での培養液の濁度により測定される、請求項1に記載の方法。  The method according to claim 1, wherein in step (b) and step (c), the growth rate of the transformant is measured by the turbidity of the culture solution in a liquid medium. 工程(d)において、炭素源としてスクロースのみを含む培地における培養液の濁度により測定される生育速度が、炭素源として1−ケストースのみを含む培地における培養液の濁度により測定される生育速度の1.5倍以上の値を示す場合に、その形質転換体により生産されるβ−フルクトフラノシダーゼまたはその変異体が、1−ケストースの製造に有利なものと判定する、請求項1に記載の方法。  In the step (d), the growth rate measured by the turbidity of the culture solution in the medium containing only sucrose as the carbon source is the growth rate measured by the turbidity of the culture solution in the medium containing only 1-kestose as the carbon source. The β-fructofuranosidase produced by the transformant or a variant thereof is determined to be advantageous for the production of 1-kestose when the value is 1.5 times or more of The method described. 1−ケストースの製造に有利なβ−フルクトフラノシダーゼ変異体を製造する方法であって、以下の工程:
(a)β−フルクトフラノシダーゼ遺伝子に変異を導入し、β−フルクトフラノシダーゼ変異体をコードする遺伝子を調製する工程;
(b)工程(a)により得られた遺伝子を発現可能な形で含むベクターを用いて宿主細胞を形質転換する工程;
(c)工程(b)により得られた形質転換体を、炭素源としてスクロースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;
(d)工程(b)により得られた形質転換体を、炭素源として1−ケストースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;および
(e)炭素源として1−ケストースのみを含む培地での生育速度が、炭素源としてスクロースのみを含む培地での生育速度よりも小さい値を示す形質転換体により生産されるβ−フルクトフラノシダーゼ変異体を選択する工程、
を含んでなり、前記宿主細胞がスクロース非資化性の酵母である、方法。
A method for producing a β-fructofuranosidase variant advantageous for the production of 1-kestose, comprising the following steps:
(A) introducing a mutation into the β-fructofuranosidase gene and preparing a gene encoding a β-fructofuranosidase mutant;
(B) transforming a host cell with a vector containing the gene obtained in step (a) in an expressible form;
(C) a step of culturing the transformant obtained in step (b) in a medium containing only sucrose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant;
(D) a step of culturing the transformant obtained in step (b) in a medium containing only 1-kestose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant; and (e) 1 as a carbon source. A step of selecting a β-fructofuranosidase mutant produced by a transformant showing a growth rate in a medium containing only kestose, which is smaller than a growth rate in a medium containing only sucrose as a carbon source;
And the host cell is a sucrose non-assimilating yeast .
工程(c)および工程(d)において、形質転換体の生育速度が液体培地での培養液の濁度により測定される、請求項4に記載の方法。  The method according to claim 4, wherein in step (c) and step (d), the growth rate of the transformant is measured by the turbidity of the culture solution in a liquid medium. 工程(e)において、炭素源としてスクロースのみを含む培地における培養液の濁度により測定される生育速度が、炭素源として1−ケストースのみを含む培地における培養液の濁度により測定される生育速度の1.5倍以上の値を示す形質転換体により生産されるβ−フルクトフラノシダーゼ変異体が選択される、請求項4に記載の方法。  In step (e), the growth rate measured by the turbidity of the culture solution in a medium containing only sucrose as a carbon source is measured by the turbidity of the culture solution in a medium containing only 1-kestose as the carbon source. The method according to claim 4, wherein a β-fructofuranosidase mutant produced by a transformant exhibiting a value of 1.5 times or more of is selected. 1−ケストースの製造に有利なβ−フルクトフラノシダーゼ変異体遺伝子を製造する方法であって、以下の工程:
(a)β−フルクトフラノシダーゼ遺伝子に変異を導入し、β−フルクトフラノシダーゼ変異体をコードする遺伝子を調製する工程;
(b)工程(a)により得られた遺伝子を発現可能な形で含むベクターを用いて宿主細胞を形質転換する工程;
(c)工程(b)により得られた形質転換体を、炭素源としてスクロースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;
(d)工程(b)により得られた形質転換体を、炭素源として1−ケストースのみを含む培地において培養し、該形質転換体の生育速度を測定する工程;および
(e)炭素源として1−ケストースのみを含む培地での生育速度が、炭素源としてスクロースのみを含む培地での生育速度よりも小さい値を示す形質転換体に含まれるβ−フルクトフラノシダーゼ変異体遺伝子を選択する工程、
を含んでなり、前記宿主細胞がスクロース非資化性の酵母である、方法。
A method for producing a β-fructofuranosidase mutant gene advantageous for the production of 1-kestose, comprising the following steps:
(A) introducing a mutation into the β-fructofuranosidase gene and preparing a gene encoding a β-fructofuranosidase mutant;
(B) transforming a host cell with a vector containing the gene obtained in step (a) in an expressible form;
(C) a step of culturing the transformant obtained in step (b) in a medium containing only sucrose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant;
(D) a step of culturing the transformant obtained in step (b) in a medium containing only 1-kestose as a carbon source and measuring the growth rate of the transformant; and (e) 1 as a carbon source. A step of selecting a β-fructofuranosidase mutant gene contained in a transformant having a growth rate in a medium containing only kestose, which is smaller than a growth rate in a medium containing only sucrose as a carbon source;
And the host cell is a sucrose non-assimilating yeast .
工程(c)および工程(d)において、形質転換体の生育速度が液体培地での培養液の濁度により測定される、請求項7に記載の方法。  The method according to claim 7, wherein in step (c) and step (d), the growth rate of the transformant is measured by the turbidity of the culture solution in a liquid medium. 工程(e)において、炭素源としてスクロースのみを含む培地における培養液の濁度により測定される生育速度が、炭素源として1−ケストースのみを含む培地における培養液の濁度により測定される生育速度の1.5倍以上の値を示す形質転換体に含まれるβ−フルクトフラノシダーゼ変異体遺伝子が選択される、請求項7に記載の方法。  In step (e), the growth rate measured by the turbidity of the culture solution in a medium containing only sucrose as a carbon source is measured by the turbidity of the culture solution in a medium containing only 1-kestose as the carbon source. The method according to claim 7, wherein a β-fructofuranosidase mutant gene contained in a transformant showing a value of 1.5 times or more is selected.
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