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JP4915593B2 - Biodegradable plastic-degrading bacteria and method for producing the degrading enzyme - Google Patents
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Biodegradable plastic-degrading bacteria and method for producing the degrading enzyme Download PDF

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Description

本発明は、生分解性プラスチックを分解する微生物、及びその新規生分解性プラスチック分解酵素製造方法に関する。   The present invention relates to a microorganism that degrades a biodegradable plastic and a method for producing the novel biodegradable plastic degrading enzyme.

農業現場において、プラスチックは必要不可欠な資材としてパイプハウスの被覆やマルチに大量に使用されており、現在、農林業用の使用済プラスチックの排出量は約15万tといわれる。この使用済プラスチックは回収に労力がかかるばかりでなく、燃焼などによりCO2やダイオキシンが発生して地球温暖化などの環境に悪影響を及ぼす。よって、再生可能な資源を用いる観点からも、近年は生分解性プラスチックの研究が進み、実用化され始めている。
現在、農業資材以外の目的に生産されたものも含めて、生分解性プラスチックの国内生産量は10万tを超えたと推測されている。また、これまでに土壌や汚泥、空気等から採取された微生物から生分解性プラスチック分解酵素が単離されている(特許文献1、2、3)。しかしながら、農業資材に必要な強度と生分解性のバランスは難しく、資材に強度を持たせると生分解性が充分に発揮されないといった問題が存在する。また、生分解性プラスチック分解に使用できる酵素を数多く得ることは困難である。
Plastics are used in large quantities in pipehouse coverings and mulch as an indispensable material at agricultural sites, and the amount of used plastic for agricultural and forestry is currently estimated to be about 150,000 tons. This used plastic not only takes effort to collect, but it also has an adverse effect on the environment such as global warming due to the generation of CO 2 and dioxins due to combustion. Therefore, from the viewpoint of using renewable resources, research on biodegradable plastics has progressed in recent years and has begun to be put into practical use.
At present, domestic production of biodegradable plastics, including those produced for purposes other than agricultural materials, is estimated to have exceeded 100,000 tons. In addition, biodegradable plastic-degrading enzymes have been isolated from microorganisms collected from soil, sludge, air, etc. (Patent Documents 1, 2, and 3). However, it is difficult to balance the strength and biodegradability required for agricultural materials, and there is a problem that the biodegradability cannot be sufficiently exhibited if the materials are given strength. In addition, it is difficult to obtain many enzymes that can be used for biodegradable plastic degradation.

特開2004−261102号公報JP 2004-261102 A 特開2004−75905号公報JP 2004-75905 A 特開2005−304388号公報JP-A-2005-304388

したがって、本発明は、簡単で安価に、かつ速やかに生分解性プラスチック分解する微生物、及び該微生物から新規分解酵素を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a microorganism that can be biodegradable plastics quickly and inexpensively, and a method for efficiently producing a novel degrading enzyme from the microorganism.

上記課題を解決すべく、本件出願人は、生分解性プラスチック分解微生物およびその新規分解酵素の製造方法を提供する。植物の葉や果実の表面は固形油脂エステルであるワックスに覆われており、降雨などの気象条件の変化や病原菌の侵入などに対して抵抗している。葉面や果実表皮から分離される微生物には、葉面・果実表皮ワックス資化性を持つ菌株が含まれる可能性が高い。一方、生分解性農業資材の組成は、ポリヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン、およびポリコハク酸ブチレン、ポリ乳酸等のポリエステルであり、ワックスと構造が似ている。
本件出願人は、ワックス分解能力を有し、葉面や果実表皮に生息できる微生物には、生分解性プラスチックを分解する能力を持つものが高密度で存在するとの推測の下研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
In order to solve the above problems, the present applicant provides a biodegradable plastic-degrading microorganism and a method for producing the novel degrading enzyme. Plant leaves and fruits are covered with wax, which is a solid fat ester, and resists changes in weather conditions such as rainfall and invasion of pathogenic bacteria. There is a high possibility that the microorganisms isolated from the leaf surface and the fruit skin will contain a strain having a leaf surface and fruit skin wax assimilating ability. On the other hand, the composition of biodegradable agricultural materials is polyhydroxybutyric acid, polycaprolactone, polyesters such as polybutylene succinate and polylactic acid, and the structure is similar to wax.
As a result of repeated research based on the assumption that the microorganisms that have the ability to decompose wax and can inhabit leaf surfaces and fruit epidermis have a high density of microorganisms capable of degrading biodegradable plastics. The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下の工程を含む、生分解性プラスチック分解酵素の製造方法を提供する。
1)植物の葉の表面に生息できる酵母、糸状菌または細菌から採取されたスクリーニング用サンプルを準備する工程、
2)前記酵母、糸状菌または細菌から、生分解性プラスチックを分解するものをスクリーニングする工程、
3)前記スクリーニングされた酵母、糸状菌または細菌を、生分解性プラスチックを含む培地で培養して生分解性プラスチック分解酵素を培養液に分泌させる工程、
4)培養液から生分解性プラスチック分解酵素を精製する工程。
That is, this invention provides the manufacturing method of a biodegradable plastic degrading enzyme including the following processes.
1) preparing a screening sample collected from yeast, filamentous fungi or bacteria that can inhabit the leaf surface of the plant;
2) screening the biodegradable plastic from the yeast, filamentous fungus or bacteria,
3) A step of culturing the screened yeast, filamentous fungus or bacterium in a medium containing biodegradable plastic to secrete biodegradable plastic degrading enzyme into the culture solution,
4) A step of purifying the biodegradable plastic degrading enzyme from the culture solution.

また、本発明は、前期の方法により得られる生分解性プラスチック分解酵素を提供する。また、本発明は、配列番号1、配列番号2および配列番号3に示されるアミノ酸配列を含み、分子量がSDS電気泳動法で約22〜28kDaであり、ポリブチレンサクシネート(PBS)およびポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)分解活性を有するタンパク質を提供する。   The present invention also provides a biodegradable plastic degrading enzyme obtained by the previous method. The present invention also includes the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3, has a molecular weight of about 22-28 kDa by SDS electrophoresis, and is polybutylene succinate (PBS) and polybutylene succin Provided is a protein having nate adipate (PBSA) degradation activity.

さらに、本発明は、前記生分解性プラスチック分解酵素またはタンパク質と生分解性プラスチックとを接触させることを含む、生分解性プラスチックを分解する方法を提供する。   Furthermore, the present invention provides a method for degrading a biodegradable plastic, comprising contacting the biodegradable plastic degrading enzyme or protein with a biodegradable plastic.

さらに、本発明は、本発明の方法の工程2でスクリーニングされた酵母、糸状菌または細菌を含む、生分解性プラスチック分解製剤を提供する。   Furthermore, the present invention provides a biodegradable plastic degradation formulation comprising yeast, filamentous fungi or bacteria screened in step 2 of the method of the present invention.

さらに、本発明は、配列番号:13の501〜1172位の塩基配列によりコードされるポリペプチドを提供する。   Furthermore, the present invention provides a polypeptide encoded by the nucleotide sequence at positions 501-1172 of SEQ ID NO: 13.

さらに、本発明は、配列番号:14に示されるアミノ酸配列または該配列と少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%、特に好ましくは少なくとも95%の相同性を有するアミノ酸配列を含み、PBSおよびPBSA分解活性を有するタンパク質を提供する。   Furthermore, the present invention comprises the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or an amino acid sequence having at least 80%, more preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% homology with said sequence, and PBS and PBSA degradation Proteins having activity are provided.

さらに、本発明は、配列番号:14に示されるアミノ酸配列または該配列と少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%、特に好ましくは少なくとも95%の相同性を有するアミノ酸配列からなる、PBSおよびPBSA分解活性を有するタンパク質を提供する。   Furthermore, the present invention relates to a PBS and PBSA degradation comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or an amino acid sequence having at least 80%, more preferably at least 90%, particularly preferably at least 95% homology with said sequence. Proteins having activity are provided.

さらに、本発明は、配列番号:14に示されるアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドを提供する。   Furthermore, the present invention provides a polynucleotide encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14.

さらに、本発明は、配列番号:13の501〜1172位の塩基配列により表される、請求項18記載のポリヌクレオチドを提供する。   Furthermore, the present invention provides a polynucleotide according to claim 18, which is represented by the nucleotide sequence at positions 501 to 1172 of SEQ ID NO: 13.

さらに、本発明は、本発明のタンパク質をコードするポリヌクレオチド、または、本発明のポリヌクレオチドを組み込んだベクターを適切な宿主細胞に形質転換する工程、および、前記ポリヌクレオチドを発現させる条件下で前記宿主細胞を培養する工程を含む、生分解性プラスチック分解酵素の製造方法を提供する。   Furthermore, the present invention includes a step of transforming a polynucleotide encoding the protein of the present invention or a vector incorporating the polynucleotide of the present invention into an appropriate host cell, and the conditions under which the polynucleotide is expressed. A method for producing a biodegradable plastic degrading enzyme comprising the step of culturing host cells.

本発明の方法に従って、植物の葉の表面から微生物を採取してスクリーニングすることにより、生分解性プラスチック分解酵素を効率よく得ることが可能となる。   According to the method of the present invention, biodegradable plastic-degrading enzymes can be efficiently obtained by collecting and screening microorganisms from the surface of plant leaves.

本発明の生分解性プラスチック分解酵素の製造方法の第1工程では、植物の葉の表面に生息できる酵母、糸状菌または細菌から採取されたスクリーニング用サンプルが準備される。植物の葉の表面は一般にワックスに覆われているため、植物の種類に特に制限はないが、例えばイネやムギ(コムギ、オオムギ等)、牧草(イタリアンライグラス等)、ソルガム、トウモロコシ、ネギ、アブラガヤ(例えばヒメクロアブラガヤ)などの単子葉植物、キャベツ、トマト、ピーマン、チャ、ツバキ、ビート、ダイズ、カリフラワー等の双子葉植物が挙げられる。複数種の植物の葉から酵母等の微生物を採取してスクリーニング用サンプルを調製してもよい。また、「葉の表面に生息できる」とは、葉の表面のワックス成分、クチクラ層の疎水表面に生息できることを意味する。理論に拘束されることを意図するものではないが、これは当該微生物が典型的にはワックス資化性を有することに基づくと推定される。
植物の葉の表面に生息できる酵母等は当業者が任意の方法で採取することができる。例えば、植物の葉を採集し、10mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)とビーズと共に適当な容器に入れ、冷却しつつ1500rpmで振とうする方法、10mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)とともにフラスコに入れ、180rpmで1時間程度振とうする方法、10mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)とともに乳鉢に入れ、乳棒で完全に摩砕する方法などが挙げられる。このように、葉の表面を適当な緩衝液、水や等張液等で洗浄することにより酵母等を採取することが好ましい。
なお、これらの方法により葉の表面以外に生息する微生物が採取される場合もあるが、葉の表面に生息する酵母等が含まれてくるような条件である限り問題ではなく、それらの他の微生物がスクリーニング用サンプルに混入していてもよい。
In the first step of the method for producing a biodegradable plastic-degrading enzyme of the present invention, a screening sample collected from yeast, filamentous fungi or bacteria that can live on the surface of a plant leaf is prepared. The surface of plant leaves is generally covered with wax, so there are no particular restrictions on the type of plant. For example, rice, wheat (wheat, barley, etc.), pasture (Italian ryegrass, etc.), sorghum, corn, leek, abragaya Monocotyledonous plants such as cabbage, tomato, bell pepper, tea, camellia, beet, soybean, cauliflower and the like. A screening sample may be prepared by collecting microorganisms such as yeast from leaves of a plurality of types of plants. Further, “being able to live on the leaf surface” means being able to live on the wax component on the leaf surface and the hydrophobic surface of the cuticle layer. While not intending to be bound by theory, it is presumed that this microorganism is typically based on the ability to utilize wax.
Those skilled in the art can collect yeast and the like that can inhabit the surface of the leaves of the plant by any method. For example, plant leaves are collected, placed in a suitable container with 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) and beads, and shaken at 1500 rpm while cooling, 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) And a method in which the mixture is placed in a flask and shaken at 180 rpm for about 1 hour, placed in a mortar with 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0), and completely ground with a pestle. As described above, it is preferable to collect yeast or the like by washing the leaf surface with an appropriate buffer solution, water, an isotonic solution or the like.
In addition, microorganisms that inhabit other than the surface of the leaf may be collected by these methods, but this is not a problem as long as the conditions include the yeast that inhabit the surface of the leaf. Microorganisms may be mixed in the screening sample.

植物の葉に生息できる微生物であれば菌類、細菌類を問わず何れでもよく、典型的には酵母、糸状菌、細菌である。
酵母は、一般に葉の表面に生息できる種類として知られる何れのもの、または実際に葉の表面から採取されるものであればいずれのものでもよい。ここで、葉の表面に生息できる酵母の種類としては例えばPseudozyma属(P.antarctica、P.ruglosa、P.parantarctica、P.aphidisなど)やCryptococcus属(Cryptococcus laurenti、Cryptococcus flavusなど)、その他、Rhodotorula glutinis、Rhodotorula mucilaginosa、Sakaguchia dacryoidea、Sporidiobolus pararpseusや、(Allen et al, Can. J. Microbiol. (2004)) Ustilago maydisなどが知られている(Kurtzman and Fell, The Yeasts a taxonomic study (1998)。上記酵母のうち、Pseudozyma属またはCryptococcus属の酵母が好ましい。例えばPseudozyma antarctica JCM3941、Pseudozyma antarctica JCM10317、Pseudozyma antarctica JCM3941、Pseudozyma ruglosaJCM10323およびPseudozyma parantarctica JCM11752の酵母が挙げられ、Pseudozyma antarctica JCM10317およびPseudozyma parantarctica JCM11752が特に好ましい。
Any microorganism can be used as long as it can inhabit the leaves of plants, and it is typically yeast, filamentous fungus, or bacteria.
The yeast may be any kind that is generally known as a kind that can inhabit the leaf surface, or any yeast that is actually collected from the leaf surface. Here, the types of yeast that can inhabit the leaf surface include, for example, Pseudozyma genus (P.antarctica, P.ruglosa, P.parantarctica, P.aphidis, etc.), Cryptococcus genus (Cryptococcus laurenti, Cryptococcus flavus, etc.), and others, Rhodotorula glutinis, Rhodotorula mucilaginosa, Sakaguchia dacryoidea, Sporidiobolus pararpseus and (Allen et al, Can. J. Microbiol. (2004)) Ustilago maydis are known (Kurtzman and Fell, The Yeasts a taxonomic study (1998). Among the yeasts, yeasts belonging to the genus Pseudozyma or Cryptococcus are preferred, such as Pseudozyma antarctica JCM3941, Pseudozyma antarctica JCM10317, Pseudozyma antarctica JCM3941, Pseudozyma ruglosa JCM10323 and Pseudozyma parantarctica Jtic117

糸状菌は、一般に葉の表面に生息できる種類として知られるもの、または実際に葉の表面から採取されるものであればいずれのものでもよい。例えば、Acremonium属、Alternaria属、Arthrinium属、Aspergillus属、Aureobasidium属、Cladosporium属、Epicoccum属、Exophiala属、Fusarium属、Leptosphaeria属、Paecilomyces属、Penicillium属、Phoma属、Trichoderma属、Pseudotaeniolina属、Ulocladium属、Phaeosphaeriopsis属、Galactomyces属の糸状菌が挙げられ、このうち、Cladosporium属、Penicillium属、Leptosphaeria属およびAlternaria属の糸状菌が好ましい。例えば、Alternaria alternata、 Cladosporium cladosporioides、 Cladosporium oxysporum、 Penicillium pinophilum の糸状菌が特に好ましい。   The filamentous fungus may be any one that is generally known as a type that can inhabit the leaf surface, or that is actually collected from the leaf surface. For example, Acremonium genus, Alternaria genus, Arthrinium genus, Aspergillus genus, Aureobasidium genus, Cladosporium genus, Epicocccum genus, Exophiala genus, Fusarium genus, Leptosphaeria genus, Paecilomyces genus, Penicillium genus, Phoma genus, Trichoderma genus, Pseudotaeniolina genus, U Examples include Phaeosphaeriopsis genus and Galactomyces genus fungi, and among these, Cladosporium genus, Penicillium genus, Leptosphaeria genus and Alternaria genus fungi are preferred. For example, Alternaria alternata, Cladosporium cladosporioides, Cladosporium oxysporum, and Penicillium pinophilum filamentous fungi are particularly preferred.

細菌は、一般に葉の表面に生息できる種類として知られるもの、または実際に葉の表面から採取されるものであればいずれのものでもよい。例えば、Bacillus属の細菌が挙げられ、このうち、Bacillus pumilusが好ましい。   The bacteria may be any bacteria that is generally known as a kind that can inhabit the leaf surface, or that is actually collected from the leaf surface. For example, bacteria belonging to the genus Bacillus can be mentioned, and among these, Bacillus pumilus is preferable.

なお、昆虫は、酵母等の微生物および、植物(や樹液等、植物生息製微生物が付着している部位)を捕食することから、自然界において、酵母等の微生物の最も重要な媒介者であることが知られている(Phaff et al. 酵母菌の生活1982)。従って、葉面に生息できる酵母、糸状菌および細菌は、植物を捕食する昆虫の体表面および消化管から採取することもできる。例えば、柑橘類であるシキキツ果実周辺から分離されたショウジョウバエからはGalactomyces geotrichum属菌(レモン果実表面に生じることが知られる)やAcremonium属菌(ムギの葉等の葉面からよく分離される)など、木材を捕食するクワガタムシ消化管からはPhaeosphaeriopsis属菌(リュウゼツラン科の観葉植物であるユッカの病原菌として知られる)などの糸状菌が分離され得る。   Insects prey on yeasts and other microorganisms and plants (sites to which plant-inhabited microorganisms such as sap are attached) and are therefore the most important mediator of yeasts and other microorganisms in nature. Is known (Phaff et al. Yeast Life 1982). Therefore, yeast, filamentous fungi and bacteria that can inhabit the foliage can also be collected from the body surface and digestive tract of insects that prey on plants. For example, from Drosophila isolated from the citrus fruit, the genus Galactomyces geotrichum (known to occur on the surface of lemon fruit) and the genus Acremonium (isolated well from the leaves of wheat leaves, etc.) Filamentous fungi such as Phaeosphaeriopsis spp. (Known as the pathogen of Yucca, an ornamental plant of the Agave family) can be isolated from the digestive tract of stag beetles that prey on wood.

本発明の生分解性プラスチック分解酵素の製造方法の第2工程では、第1工程で採取された酵母、糸状菌または細菌から、生分解性プラスチックを分解するものがスクリーニングされる。
本発明において「生分解性プラスチック」とは、「使用時は従来の石油由来のプラスチックと同様の機能を有し、使用後は自然界の土中や水中の微生物により、最終的に水や二酸化炭素に分解されるプラスチック」という、当該技術分野において一般に理解される意味を有する。具体的には、ポリヒドロキシ酪酸、ポリカプロラクトン、およびポリコハク酸ブチレン、ポリ乳酸等のポリエステルが挙げられる。
本発明の方法のスクリーニングに使用する生分解性プラスチックの種類は、前記方法を実施する者が任意に選択することが可能である。例えば、マルチフィルムの多くがコハク酸系ポリエステル[ポリブチレンサクシネート(PBS)およびポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)との混合物]で作られており、PBS及びPBSAをスクリーニングに使用することが好ましい。
PBS及びPBSAなどの生分解性プラスチックは多く市販されており、当業者は適当な種類をスクリーニング用に任意に選択することが可能であり、その重合度、分子量等に制限はない。例えば、エマルジョンを使用する場合、ビオノーレエマルジョン EM-301 (PBSA) (昭和高分子株式会社)などを使用できる。
In the second step of the method for producing a biodegradable plastic degrading enzyme of the present invention, those that degrade the biodegradable plastic are screened from the yeast, filamentous fungus or bacteria collected in the first step.
In the present invention, the term “biodegradable plastic” means “when used it has a function similar to that of a conventional petroleum-derived plastic, and after use, it eventually becomes water or carbon dioxide by microorganisms in the soil or water in the natural world. Has the meaning commonly understood in the art, “plastic that is decomposed into Specific examples include polyhydroxybutyric acid, polycaprolactone, polyesters such as polybutylene succinate and polylactic acid.
The type of biodegradable plastic used for the screening of the method of the present invention can be arbitrarily selected by a person who performs the method. For example, many of the multi-films are made of succinic polyester [mixture of polybutylene succinate (PBS) and polybutylene succinate adipate (PBSA)], and it is preferable to use PBS and PBSA for screening.
Many biodegradable plastics such as PBS and PBSA are commercially available, and those skilled in the art can arbitrarily select an appropriate type for screening, and the degree of polymerization, molecular weight, etc. are not limited. For example, when using an emulsion, Bionole Emulsion EM-301 (PBSA) (Showa Polymer Co., Ltd.) can be used.

本発明の方法に使用されるスクリーニング法は当該技術分野に知られる方法であればよく、例えば生分解性プラスチックのエマルジョン(例えばPBSAエマルジョン:分子量約1万、1%)を懸濁した寒天平板培地上で、前記エマルジョンを溶解して透明ゾーンを形成する菌を調べたり、平板培地の上で実際に生分解性プラスチックのフィルム(例えばPBSAおよびPBSのマルチフィルム:分子量約14-15万、厚さ2μm)に酵母等を接触させてその分解を調べることも可能である。実際にプラスチックフィルムを使用した場合、その分解は画像解析などにより、例えばフィルムの輝度を測定することにより調べることができる。
また、生分解性プラスチックエマルジョンを含む液体培地に菌を入れて培養し、前記液体培地が透明になることを確認してもよい。さらに、公知のこれらのスクリーニング法を当業者が改変して使用することも可能である。
また、これらのスクリーニング法を組み合わせることによってより効果的なスクリーニングを行うことも可能である。例えば、生分解性プラスチックエマルジョンを懸濁した寒天平板培地上で、エマルジョンを溶解して透明ゾーンを形成する菌を分離し、固形プラスチック分解活性を液体培養で調べる方法が知られている(Uchida H. et al., J. Biosci, Bioeng. 93 p. 245 247 (2000))。
The screening method used in the method of the present invention may be any method known in the art. For example, an agar plate medium in which a biodegradable plastic emulsion (for example, PBSA emulsion: molecular weight of about 10,000, 1%) is suspended. Above, examine the bacteria that dissolve the emulsion to form a clear zone, or actually a biodegradable plastic film on a flat plate medium (eg PBSA and PBS multifilm: molecular weight about 140-150,000, thickness It is also possible to examine the degradation by bringing yeast or the like into contact with 2 μm). When a plastic film is actually used, the decomposition can be examined by image analysis, for example, by measuring the brightness of the film.
Alternatively, the liquid medium containing the biodegradable plastic emulsion may be cultivated in a liquid medium to confirm that the liquid medium becomes transparent. Furthermore, these known screening methods can be modified and used by those skilled in the art.
In addition, more effective screening can be performed by combining these screening methods. For example, a method is known in which, on an agar plate medium in which a biodegradable plastic emulsion is suspended, the emulsion is dissolved to isolate bacteria that form a transparent zone, and the solid plastic degradation activity is examined by liquid culture (Uchida H et al., J. Biosci, Bioeng. 93 p. 245 247 (2000)).

本発明においては、寒天平板培地上でPBSAエマルジョン(例えば分子量約1万、1%)分解菌を選抜し、次に、これらの菌から、PBSAおよびPBSのマルチフィルム(例えば分子量約14-15万、厚さ2μm)を分解する菌を選抜する、2段階のスクリーニング法を使用することが好ましい。このスクリーニング法を採用することにより、効率的なスクリーニングを行うことが可能となる。マルチフィルム分解量は、例えばフィルムを画像化し、一定面積あたりの輝度の変化割合を算出して数値化することにより評価し得る。また、本発明のある実施態様では、培地に炭素源として天然油脂(例えば大豆油)やグリセロール、エタノール、乳酸、アミノ酸等の非糖質系炭素源を加えることにより、生分解性プラスチック分解酵素を効率よく誘導することが可能である。本発明においては、好ましくは大豆油またはグリセロール、特に好ましくはグリセロールを培地に加えて酵母等の微生物が培養される。   In the present invention, PBSA emulsion (for example, molecular weight of about 10,000, 1%) degrading bacteria is selected on an agar plate medium, and then a multi-film of PBSA and PBS (for example, molecular weight of about 140 to 150,000 is selected from these bacteria. It is preferable to use a two-stage screening method that selects bacteria that degrade 2 μm in thickness. By adopting this screening method, efficient screening can be performed. The amount of multi-film decomposition can be evaluated by, for example, imaging a film and calculating a numerical value by calculating a luminance change rate per certain area. In one embodiment of the present invention, a biodegradable plastic degrading enzyme is added to a culture medium by adding a natural fat (eg, soybean oil) or a non-carbohydrate carbon source such as glycerol, ethanol, lactic acid or amino acid as a carbon source. It is possible to guide efficiently. In the present invention, microorganisms such as yeast are preferably cultured by adding soybean oil or glycerol, particularly preferably glycerol, to the medium.

以上の本発明の第1および第2工程により、生分解性プラスチック分解酵素の活性や分泌量が高い菌を効率よく分離することが可能となる。例えば、土壌を分離源にした細菌では、エマルジョン分解菌の約1%が固形生分解性プラスチックを分解すると言われていたが、本発明の方法のある実施態様(2段階スクリーニングを実施)においては、エマルジョン分解糸状菌の30% (PBS)〜46% (PBSA)が生分解性プラスチックマルチフィルムを分解した。このように、本発明の方法では生分解性プラスチックを分解する酵母等の微生物を効率よく選抜できるので、生分解性プラスチックを分解する菌や酵素の種類を豊富に揃えることが可能となる。   By the above first and second steps of the present invention, it is possible to efficiently isolate bacteria having high activity and secretion amount of biodegradable plastic degrading enzyme. For example, in bacteria using soil as a separation source, it was said that about 1% of emulsion-degrading bacteria decompose solid biodegradable plastics. In one embodiment of the method of the present invention (two-stage screening is performed), 30% (PBS) to 46% (PBSA) of the emulsion-degrading filamentous fungi degraded the biodegradable plastic multifilm. As described above, in the method of the present invention, microorganisms such as yeast that degrade biodegradable plastics can be efficiently selected, so that it is possible to provide a wide variety of bacteria and enzymes that degrade biodegradable plastics.

本発明の生分解性プラスチック分解酵素の製造方法の第3工程では、前記スクリーニングされた酵母、糸状菌または細菌を、生分解性プラスチックを含む培地で培養して生分解性プラスチック分解酵素を培養液に分泌させる。本発明の第2工程においてPBSおよび/またはPBSAなどの生分解性プラスチックの分解活性を示した菌を、スクリーニング時と同様に生分解性プラスチック分解活性酵素を生産する条件で培養することにより、前記酵素を細胞外の培地中に分泌させる。酵母等を培養する条件は当業者が任意に設定することが可能であり、スクリーニングに用いた培地を基本とした液体培地を作製し、植菌して振とう培養することにより、菌を増殖させて生分解性プラスチック分解酵素を培地中に分泌させることができる。例えば、Kamini NR et al. Production, purification and characterization of an extracellular lipase from the yeast, Cryptococcus Process Biochemistry 36 p. 317-324 (2000)および Kolattukudy PE et al. Cutinases from fungi and pollen Methods in Enzymology 71 652-664 (1981)に記載の方法またはその方法を改変して使用することができる。また、糸状菌による酵素生産に一般的に用いられる、植物体を担体に用いた固体培養や、ウレタンフォームなどの発泡担体を用いた固体培養物から抽出する方法を用いることもできる。   In the third step of the method for producing a biodegradable plastic degrading enzyme of the present invention, the screened yeast, filamentous fungus or bacterium is cultured in a medium containing the biodegradable plastic to produce the biodegradable plastic degrading enzyme as a culture solution. To secrete. In the second step of the present invention, the bacteria exhibiting the biodegradable plastic degrading activity such as PBS and / or PBSA are cultured under the conditions for producing the biodegradable plastic degrading active enzyme as in the screening, The enzyme is secreted into the extracellular medium. Conditions for cultivating yeast and the like can be arbitrarily set by those skilled in the art. A liquid medium based on the medium used for screening is prepared, and the inoculum is cultured and shaken to proliferate the bacteria. Thus, the biodegradable plastic degrading enzyme can be secreted into the medium. For example, Kamini NR et al. Production, purification and characterization of an extracellular lipase from the yeast, Cryptococcus Process Biochemistry 36 p. 317-324 (2000) and Kolattukudy PE et al. Cutinases from fungi and pollen Methods in Enzymology 71 652-664 (1981) or a modified method thereof can be used. Moreover, the method of extracting from the solid culture using the plant body as a support | carrier generally used for the enzyme production by a filamentous fungus, or foaming support | carriers, such as a urethane foam, can also be used.

また、スクリーニング時と同様に天然油脂(例えば大豆油)やグリセロール等の非糖質系炭素源を炭素源に用いることが可能である。これらの炭素源を使用することにより、生分解性プラスチック分解酵素を効率よく誘導することができる。また、特にグリセロールを用いた場合には、その後の精製工程を通して酵素が失活しにくく、酵素活性を高く保つことができるという利点がある。   Similarly to the screening, non-sugar carbon sources such as natural fats and oils (for example, soybean oil) and glycerol can be used as the carbon source. By using these carbon sources, biodegradable plastic degrading enzymes can be efficiently induced. In particular, when glycerol is used, there is an advantage that the enzyme is hardly inactivated through the subsequent purification step, and the enzyme activity can be kept high.

本発明の生分解性プラスチック分解酵素の製造方法の第4工程では、培養液から生分解性プラスチック分解酵素を精製する。酵素の精製は、当該技術分野に知られる方法で行うことが可能である、上記の第3工程で挙げた文献をここで再び参照することができる。例えば、培養液の上清に硫酸アンモニウムを加えて沈殿物を得てもよいし、旭化成マイクローザ等を用いた限界濾過法を用いて、培養液を濃縮しても良い。さらに前記沈殿を20mM Tris-HClバッファーに溶解した後、spectrapor MWCO 12000-14000などの透析チューブを使用して20mM Tris-HClバッファーで透析してもよいし、さらにその後DEAE sepharose カラムを通過させて共在する蛋白質を除去してもよいし、必要によりさらにSP sepharoseカラムを通して酵素を精製してもよい。また、上記の操作を適宜組み合わせてもよい。   In the fourth step of the method for producing the biodegradable plastic degrading enzyme of the present invention, the biodegradable plastic degrading enzyme is purified from the culture solution. Purification of the enzyme can be performed by a method known in the art, and the literature cited in the third step can be referred to again here. For example, ammonium sulfate may be added to the supernatant of the culture solution to obtain a precipitate, or the culture solution may be concentrated using a ultrafiltration method using Asahi Kasei Microza or the like. Further, the precipitate may be dissolved in 20 mM Tris-HCl buffer and then dialyzed against 20 mM Tris-HCl buffer using a dialysis tube such as spectrapor MWCO 12000-14000, and then passed through a DEAE sepharose column. The existing protein may be removed, and the enzyme may be further purified through an SP sepharose column if necessary. Moreover, you may combine said operation suitably.

本発明の方法により製造された生分解性プラスチック分解酵素の分子量をSDS電気泳動法により測定すると、約22〜28kDaの分子量を示す。
また、本発明の方法により製造された酵素はPBSおよび/またはPBSAの分解活性を示す。精製された生分解性プラスチック分解酵素の活性は、例えば、PBSAエマルジョンを20mM Tris-HCl (pH6.8)に懸濁した、吸光度(OD660)が約0.5の水溶液1.8mlを口径13mmの試験管に入れ、粗酵素液や、微生物培養上清液を200μl加え、Spectronic20A(島津)等の装置を用いて吸光度を測定することにより判定することができる。
また、P. antarctica JCM10317より精製された本発明の生分解性プラスチック酵素は、配列番号1、配列番号2および配列番号3に示されるアミノ酸配列を含む。タンパク質が生分解性プラスチック分解活性を有する限り、アミノ酸の1もしくは数個が欠失、置換もしくは付加されていてもよい。
さらに、ポリ乳酸(PLA)エマルジョンを含む平板培地および液体培地上で用いて試験をすると、前記酵素はポリ乳酸分解活性を有する。ポリ乳酸の分解活性は、例えば、ポリ乳酸(ミヨシ油脂:ランディ PL-1000(粒子径4.3μm)、ランディ PL-2000(粒子径2.3μm))のエマルジョンを20mM Tris-HCl (pH6.8)に懸濁した、吸光度(OD660)が約0.5の水溶液に、微生物培養液の硫安沈殿物の透析液を加え、Spectronic20A(島津)などを用いて吸光度を測定することにより測定できる。また、前記ポリ乳酸のエマルジョンを含む平板培地上で、ポリ乳酸エマルジョンを溶解して透明ゾーンを形成することにより確認することも可能である。
When the molecular weight of the biodegradable plastic degrading enzyme produced by the method of the present invention is measured by SDS electrophoresis, it shows a molecular weight of about 22-28 kDa.
In addition, the enzyme produced by the method of the present invention exhibits PBS and / or PBSA degrading activity. The activity of the purified biodegradable plastic degrading enzyme is, for example, by suspending PBSA emulsion in 20 mM Tris-HCl (pH 6.8) and adding 1.8 ml of an aqueous solution having an absorbance (OD660) of about 0.5 to a test tube with a 13 mm diameter. It can be determined by adding 200 μl of crude enzyme solution or microbial culture supernatant and measuring the absorbance using an apparatus such as Spectronic 20A (Shimadzu).
The biodegradable plastic enzyme of the present invention purified from P. antarctica JCM10317 includes the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3. As long as the protein has biodegradable plastic degradation activity, one or several amino acids may be deleted, substituted or added.
Furthermore, when tested on plate and liquid media containing polylactic acid (PLA) emulsion, the enzyme has polylactic acid degrading activity. The degradation activity of polylactic acid is, for example, an emulsion of polylactic acid (Miyoshi oil: Randy PL-1000 (particle size 4.3 μm), Randy PL-2000 (particle size 2.3 μm)) in 20 mM Tris-HCl (pH 6.8). It can be measured by adding a dialysate of an ammonium sulfate precipitate of a microorganism culture solution to a suspended aqueous solution having an absorbance (OD660) of about 0.5, and measuring the absorbance using Spectronic 20A (Shimadzu) or the like. It is also possible to confirm by dissolving the polylactic acid emulsion to form a transparent zone on a plate medium containing the polylactic acid emulsion.

また、本発明の方法の工程2でスクリーニングされた微生物を含む、生分解性プラスチック分解製剤を製造することができる。微生物を含む本発明の生分解性プラスチック分解製剤は当業者は周知の方法により作製することができ、微生物単独であってもよいし、周知の溶媒、添加剤などと混合することもできる。   In addition, a biodegradable plastic degradation preparation containing the microorganisms screened in step 2 of the method of the present invention can be produced. The biodegradable plastic degradation preparation of the present invention containing microorganisms can be prepared by a person skilled in the art by a well-known method, and may be a microorganism alone or may be mixed with well-known solvents, additives and the like.

また、本発明のタンパク質をコードするポリヌクレオチド、または、本発明のポリヌクレオチドを組み込んだベクターを適切な宿主細胞に形質転換する工程、および、前記ポリヌクレオチドを発現させる条件下で前記宿主細胞を培養する工程を含む、生分解性プラスチック分解酵素の製造方法により、生分解性プラスチック分解酵素を得ることができる。ベクター導入による遺伝子発現に適したベクターおよび宿主細胞の組み合わせは当該技術分野に知られており、本発明に使用されるベクターおよび宿主細胞も当業者が適宜選択することが可能である。例えば、宿主細胞としては酵母、麹菌などの糸状菌、大腸菌などが挙げられ、その中でもSaccharomyces cerevisiae、Kluyveromyces lactisおよびPichia pastorisなどの酵母が好ましい。また、上記の酵母を宿主細胞として使用する場合、発現ベクターとしては出芽酵母発現ベクターpYES2.1(インビトロジェン社)およびプラスミドPEPGK41あるいは染色体導入用ベクターなどを使用することができる。また、培養条件は、前記ベクターおよび宿主細胞の種類に応じて培地の組成、培養温度を決定することができる。例えば、前記の酵母を用いた場合、Wickerhamの合成培地で、25〜40℃、好ましくは30℃で培養することができる。   In addition, a step of transforming an appropriate host cell with a polynucleotide encoding the protein of the present invention or a vector incorporating the polynucleotide of the present invention, and culturing the host cell under conditions for expressing the polynucleotide A biodegradable plastic degrading enzyme can be obtained by the method for producing a biodegradable plastic degrading enzyme including the step of: Combinations of vectors and host cells suitable for gene expression by vector introduction are known in the art, and those skilled in the art can appropriately select vectors and host cells used in the present invention. Examples of host cells include yeast, filamentous fungi such as koji mold, and Escherichia coli. Among them, yeasts such as Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces lactis and Pichia pastoris are preferable. When the yeast is used as a host cell, a budding yeast expression vector pYES2.1 (Invitrogen) and a plasmid PEPGK41 or a chromosome introduction vector can be used as an expression vector. In addition, the culture conditions can determine the composition of the medium and the culture temperature according to the type of the vector and the host cell. For example, when the yeast is used, it can be cultured at 25 to 40 ° C., preferably 30 ° C., in a Wickerham synthetic medium.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
生分解性プラスチック分解菌の分離:
始めに、寒天平板培地上でPBSAエマルジョン(分子量約1万、1%)分解菌を選抜し、次に、これらの菌から、PBSAおよびPBSのマルチフィルム(分子量約14-15万、厚さ2ミクロン)を分解する菌を選抜する、2段階のスクリーニング法を使用した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, the scope of the present invention is not limited to these.
Isolation of biodegradable plastic-degrading bacteria:
First, PBSA emulsion (molecular weight about 10,000, 1%)-degrading bacteria were selected on an agar plate medium, and then a PBSA and PBS multi-film (molecular weight about 140-150,000, thickness 2) was selected from these bacteria. A two-stage screening method was used to select for microbes).

(生分解性プラスチック分解酵母のスクリーニング)
酵母用誘導型酵素生産株選択培地(FMM: Fungi Minimum Medium)
下層

上層B
9cmシャーレに約15mlの下層平板培地を作り、固まった後に45℃のインキュベーター内に保存した。その間に、スターラーを入れた三角フラスコ内で溶解・殺菌した上層Bを約5ml重層した。このとき、上層Bはスターラーで撹拌し、油が均一に混ざるようにした。抗生物質としてクロラムフェニコールを最終濃度で40ppm加えた。
(Screening for biodegradable plastic-degrading yeast)
Inducible enzyme producing strain selection medium for yeast (FMM: Fungi Minimum Medium)
Underlayer

Upper layer B
About 15 ml of the lower layer plate medium was prepared in a 9 cm petri dish, and after setting, it was stored in a 45 ° C. incubator. Meanwhile, about 5 ml of the upper layer B dissolved and sterilized in an Erlenmeyer flask containing a stirrer was overlaid. At this time, the upper layer B was stirred with a stirrer so that the oil was uniformly mixed. Chloramphenicol as an antibiotic was added at a final concentration of 40 ppm.

まず、植物の葉の表面に生息できるPseudozyma属酵母8株(P. antarctica JCM3941(分離源:玄米)、P. aphidis JCM10318、P.fusiformata JCM3931(分離源:カリフラワー)、P. parantarctica JCM11752、P. plolifica JCM 10319(分離源:ヒメクロアブラガヤ)、P. ruglosa JCM10323(分離源:トウモロコシ葉)、P. thailandica JCM11753、P. tsukubaensis JCM10324(分離源:花)、および酵母Cryptococcus luteolus NBRC0411株を、PBSAエマルジョンを含む培地(FMM, FMZ(組成は後述する), Malt Agar(Difco社製))に植菌したところ、6株がFMM培地上でPBSAを溶解した。PBSAを溶解したことの判定は、平板培地上層に含まれるエマルジョンを分解して、菌の周囲にクリアゾーンを形成することを確認することにより行った。
その後入手した株も含めてPseudozyma属10株(P. antarctica JCM3941、P. antarctica JCM 10317、P. aphidis JCM10318、P. floculosaJCM10321(分離源:アカクローバー)、P.fusiformata JCM3931、P. parantarctica JCM11752、P. plolifica JCM 10319、P. ruglosa JCM10323、P. thailandica JCM11753、P. tsukubaensis JCM10324)とCryptococcus luteolus NBRC0411株をFMM培地上に塗布し、30℃で培養した翌日、菌が生育した表面にPBSAおよびPBS製のマルチフィルム(2μm、2cm画のフィルムとしたもの)を置き、30℃に保温した。1週間後に膜を剥がした結果、P. antarctica JCM10317, P. antarctica JCM3941, P. ruglosaJCM10323およびP. parantarcticaJCM11752株が、高い分解活性を示した。
分解活性が高かった4株(P. antarctica JCM10317, P. antarctica JCM3941, P. ruglosaJCM10323およびP. parantarcticaJCM11752株)について、同様に実験をし、毎日1枚ずつ各マルチフィルムをはがして、分解された程度を観察した(図1)。
また、水田の2箇所から採集したイネから酵母を実際に採取し、同様にFMM培地上においてスクリーニングを行ったところ、PBSAエマルジョンを分解した酵母を各1株ずつ分離した。この酵母は両方ともPBSAおよびPBS製のマルチフィルを分解した。なお、これらの酵母はrDNA塩基配列からP. antarcticaと同定された(イネ分離菌A、B)。
First, eight Pseudozyma yeast strains (P. antarctica JCM3941 (source: brown rice), P. aphidis JCM10318, P.fusiformata JCM3931 (source: cauliflower), P. parantarctica JCM11752, P. plolifica JCM 10319 (source: Himekuroabragaya), P. ruglosa JCM10323 (source: corn leaf), P. thailandica JCM11753, P. tsukubaensis JCM10324 (source: flower), and yeast Cryptococcus luteolus NBRC0411 After inoculating a medium containing emulsion (FMM, FMZ (composition will be described later), Malt Agar (Difco)), 6 strains dissolved PBSA on the FMM medium. The emulsion contained in the upper layer of the plate medium was decomposed to confirm that a clear zone was formed around the bacteria.
Pseudozyma genus strains (P. antarctica JCM3941, P. antarctica JCM 10317, P. aphidis JCM10318, P. floculosaJCM10321 (separation source: red clover)), P. fusiformata JCM3931, P. parantarctica JCM11752, P plolifica JCM 10319, P. ruglosa JCM10323, P. thailandica JCM11753, P. tsukubaensis JCM10324) and Cryptococcus luteolus NBRC0411 strain were applied on FMM medium and cultured at 30 ° C the next day, the surface on which the bacteria had grown was made of PBSA and PBS. (2 μm, 2 cm film) was placed and kept at 30 ° C. As a result of peeling the membrane after one week, the P. antarctica JCM10317, P. antarctica JCM3941, P. ruglosaJCM10323 and P. parantarctica JCM11752 strains showed high degradation activity.
About 4 strains (P. antarctica JCM10317, P. antarctica JCM3941, P. ruglosaJCM10323 and P. parantarcticaJCM11752 strains) with high degrading activity, the same experiment was carried out, and each multifilm was peeled off once a day, and the degree of degradation Was observed (FIG. 1).
In addition, when yeast was actually collected from rice collected from two places in the paddy field and screened in the same manner on FMM medium, each yeast strain that decomposed the PBSA emulsion was isolated. Both yeasts degraded PBSA and PBS multifils. These yeasts were identified as P. antarctica from the rDNA base sequence (rice isolates A and B).

以上のように、植物からは、生分解性プラスチック分解能力が高い微生物が高頻度に分離することができた。Pseudozyma属酵母の多くは、植物表面の常在菌として分離されることが判明した。健康な植物の葉や果実、花の表面に生息できる酵母等の微生物に、生分解性プラスチック分解能力を示すものが多く含まれることが明らかになった。   As described above, microorganisms with high biodegradable plastic degrading ability could be separated from plants at high frequency. It was found that most of the yeasts of the genus Pseudozyma were isolated as resident bacteria on the plant surface. It has been clarified that many microorganisms such as yeasts that can inhabit the leaves and fruits of healthy plants and the surface of flowers have the ability to decompose biodegradable plastics.

酵素の活性測定と精製
酵素精製方法:
FMM液体培地(炭素源6%グルコース)50mlを500ml容三角フラスコに入れ、P. antarctica JCM10317株、P.parantarctica JCM11752、またはイネから分離したP. antarctica2株をPDA(ポテトアガロースアガー、ディフコ社)スラントから1白金耳植菌し、30℃ 200rpm/minで17時間回転振とう培養した。この種母培養液500μlを、FMM液体培地(炭素源1%大豆油または6%グリセロール:いずれも和光純薬)50ml中に植菌し、500ml容三角フラスコ内で30℃ 200rpm/minで回転振とう培養した。培養液を採集し、遠心して菌体を除去した上清について、PBSA分解活性を測定した。
酵素活性判定方法は、PBSAエマルジョンを20mM Tris-HCl (pH6.8)に懸濁した、吸光度(OD660)が約0.5の水溶液1.8mlを口径13mmの試験管に入れ、微生物培養上清液を200μl加え、Spectronic20A(島津)を用いて吸光度を測定するものであった。試験管を30℃ 120rpmで振とうし、一定時間ごとに取り出して、吸光度の増加量を測定し、酵素活性とした。
吸光度(OD660)が、初期(約0.5)から、1時間後に0.3前後の範囲に低下した培養液には精製に充分な量の酵素が分泌されたとして、次の工程に進んだ。
Enzyme activity measurement and purification Enzyme purification method:
Place 50 ml of FMM liquid medium (carbon source 6% glucose) in a 500 ml Erlenmeyer flask and add P. antarctica JCM10317 strain, P. parantarctica JCM11752, or P. antarctica strain 2 isolated from rice to PDA (potato agarose agar, Difco) slant. 1 platinum ear was inoculated and cultured at 30 ° C. and 200 rpm / min for 17 hours with rotary shaking. 500 μl of this seed culture solution is inoculated into 50 ml of FMM liquid medium (carbon source 1% soybean oil or 6% glycerol: both Wako Pure Chemicals), and is shaken at 30 ° C. and 200 rpm / min in a 500 ml Erlenmeyer flask. Cultured at last. The culture broth was collected, centrifuged, and the supernatant from which the cells were removed was measured for PBSA degrading activity.
The enzyme activity was determined by suspending PBSA emulsion in 20 mM Tris-HCl (pH 6.8), placing 1.8 ml of an aqueous solution with an absorbance (OD660) of about 0.5 in a test tube with a diameter of 13 mm, and adding 200 μl of the microorganism culture supernatant. In addition, the absorbance was measured using Spectronic 20A (Shimadzu). The test tube was shaken at 30 ° C. and 120 rpm, removed at regular intervals, and the amount of increase in absorbance was measured to determine enzyme activity.
Assuming that a sufficient amount of enzyme was secreted in the culture broth whose absorbance (OD660) had fallen to the range of about 0.3 after 1 hour from the initial stage (about 0.5), it proceeded to the next step.

培養液を室温で10000g 15分間遠心して、菌体と培養上清液を分離した。培養上清液に、50%飽和になるように硫酸アンモニウムを加え、溶解した。4℃で17時間静かに攪拌した後に、4℃で25000g 15分間遠心し、沈殿を回収した。沈殿を20mM Tris-HClバッファーに溶解した。溶解液を透析チューブ(spectrapor MWCO 12000-14000)に密封して、20mM Tris-HClバッファーで透析したものを粗酵素液とした。
P. antarctica JCM10317株の粗酵素液を用いて、酵素の精製を進めた。
The culture solution was centrifuged at 10000 g for 15 minutes at room temperature to separate the cells and the culture supernatant. Ammonium sulfate was added to the culture supernatant so as to be 50% saturation and dissolved. After gently stirring at 4 ° C. for 17 hours, the mixture was centrifuged at 4 ° C. and 25000 g for 15 minutes to collect the precipitate. The precipitate was dissolved in 20 mM Tris-HCl buffer. The solution was sealed in a dialysis tube (spectrapor MWCO 12000-14000) and dialyzed with 20 mM Tris-HCl buffer to obtain a crude enzyme solution.
Purification of the enzyme was advanced using the crude enzyme solution of P. antarctica JCM10317 strain.

培養液6Lから粗酵素液3mlが得られた。粗酵素液3mlを限外ろ過(クラボウ、セントリカット超ミニ、分画1万)で500μlに濃縮した。これを50mM Tris-HCl (pH6.8)で平衡化したDEAE sepharose カラムとSP sepharoseカラム(共にGEヘルスケアバイオサイエンス)に供した。それらから得られた活性のある画分1.5mlを、限外ろ過(クラボウ、セントリカット超ミニ、分画1万)で濃縮し、夾雑物を除いて酵素液を100μlにした。ゲルろ過カラム(東ソー社 TSK-gel G3000SWXL、流速0.5mL/min、検出波長220nm)を、0.3M NaClを含む50mM Tris-HCl (pH6.8)で平衡化した。これに濃縮したサンプル100μlのうち80μlを注入し、溶出液を0.5mLずつ30本回収し、各画分の活性を測定した。
リテンションタイム23.391分に波長のピークが検出された。また、23.00分〜26.99分の間に得た画分に明らかな活性が認められ、そのうち24.00分から24.99分と、25.00分から25.99分の画分が最も高い活性を示した。図2に各クロマトグラフィー工程後のPBS分解活性を示す。
A crude enzyme solution (3 ml) was obtained from 6 L of the culture solution. 3 ml of the crude enzyme solution was concentrated to 500 μl by ultrafiltration (Kurabo, Centricut Ultramini, fraction 10,000). This was subjected to DEAE sepharose column and SP sepharose column (both GE Healthcare Bioscience) equilibrated with 50 mM Tris-HCl (pH 6.8). Active fractions 1.5 ml obtained from them were concentrated by ultrafiltration (Kurabo, Centricut Ultramini, fraction 10,000), and impurities were removed to make the enzyme solution 100 μl. A gel filtration column (Tosoh Corporation TSK-gel G3000SW XL , flow rate 0.5 mL / min, detection wavelength 220 nm) was equilibrated with 50 mM Tris-HCl (pH 6.8) containing 0.3 M NaCl. 80 μl of 100 μl of the concentrated sample was injected into this, and 30 eluates of 30 mL were collected and the activity of each fraction was measured.
A wavelength peak was detected at a retention time of 23.391 minutes. In addition, a clear activity was observed in the fractions obtained between 23.00 minutes and 26.99 minutes, of which the fractions from 24.00 minutes to 24.99 minutes and 25.00 minutes to 25.99 minutes showed the highest activity. FIG. 2 shows the PBS degradation activity after each chromatography step.

上記の通り精製された生分解性プラスチック分解酵素をSDS−PAGEにより確認した(図3)。SP吸着画分にバンドが2本確認されるが、油培養液既に報告がある複数のクチナーゼの大きさが皆20-30kDであること、および、培養条件を変更した場合のバンドの濃さと酵素活性との比較などから、分子量が小さい方(22〜28kDa)が、目的の酵素と推定した。さらにゲル濾過によって精製を進めた。画分1,2はともにSDS-PAGEにて1本のバンドになった。この画分の酵素活性を測定したところ、活性が確認された(図2)ことから、本酵素は分子量22〜28kDaの蛋白質であると同定した。   The biodegradable plastic degrading enzyme purified as described above was confirmed by SDS-PAGE (FIG. 3). Two bands are confirmed in the SP-adsorbed fraction, but the sizes of several cutinases already reported in the oil culture solution are all 20-30 kD, and the band density and enzyme when the culture conditions are changed. From the comparison with the activity, the smaller molecular weight (22-28 kDa) was estimated as the target enzyme. Further purification was performed by gel filtration. Fractions 1 and 2 both became one band on SDS-PAGE. When the enzyme activity of this fraction was measured, the activity was confirmed (FIG. 2), and thus the enzyme was identified as a protein having a molecular weight of 22 to 28 kDa.

また、P. parantarctica JCM11752株およびイネ分離菌Aについて、液体培地に加える炭素源を変えて目的の酵素の誘導を確認したところ、生分解性プラスチック分解活性を示す酵素は、大豆油やグリセロールを含む培地で効率よく誘導されることが確認された(図4)。   In addition, for P. parantarctica JCM11752 strain and rice isolate A, the induction of the target enzyme was confirmed by changing the carbon source added to the liquid medium. The enzyme showing biodegradable plastic degradation activity includes soybean oil and glycerol. It was confirmed that it was efficiently induced in the medium (FIG. 4).

また、上記のP. antarctica JCM10317株グリセロール6%−FMM培養液上清から精製した生分解性プラスチック分解酵素の内部アミノ酸配列を決定した。
前記酵素をトリプシンで分解し、以下の条件のHPLCカラムで分離したもののうち、1番2番、および3番のピークN末端配列を特定した(図5参照)。

HPLC条件
1番:IVAQVK(配列番号:1)
2番:XAXGXANIVAQV(配列番号:2)
3番:XTSEPQGPSVGF(配列番号:3)
(Xは同定されず。ただし、2番5位のアミノ酸はTであり得る。)
In addition, the internal amino acid sequence of the biodegradable plastic degrading enzyme purified from the supernatant of the P. antarctica JCM10317 strain glycerol 6% -FMM culture solution was determined.
Among the enzymes decomposed with trypsin and separated on an HPLC column under the following conditions, the No. 1 and No. 2 peak N-terminal sequences were identified (see FIG. 5).

HPLC conditions
No. 1: IVAQVK (SEQ ID NO: 1)
No. 2: XAXGXANIVAQV (SEQ ID NO: 2)
3: No. XTSEPQGPSVGF (SEQ ID NO: 3)
(X is not identified. However, the amino acid at position 2-5 can be T.)

酵素がPBSAエマルジョンおよびPBSA膜を分解する例
P. antarctica JCM10317, P. parantarctica JCM11752およびイネから分離したP. antarctica2株の培養液50mlを硫安沈殿し、沈殿の20mM Tris-HClバッファーpH6.8透析液を粗酵素として用いた場合、いずれもPBSAエマルジョンを溶解する活性が確認された(図6)。また、SDS-PAGEゲル電気泳動の結果、いずれの菌からもP. antarctica JCM10317と同じ分子量に蛋白質のバンドを確認した。PBSA(昭和高分子 ビオノーレPBS3020)100mgをジクロロメタン5mlに溶解し、ドラフト内でガラスシャーレ(口径9cm)に展開し、ジクロロメタンを蒸発させ、PBSAの膜を作成した。この膜を1cm2に切断した。この膜を2mlの20mM Tris-HClバッファーpH6.8および、粗酵素液50μl存在下に添加し、30℃、50rpmで5日間振とうした。その結果、得られた酵素活性量に応じて、PBSAの膜を分解することが確認された。
Example of enzyme degrading PBSA emulsion and PBSA membrane
When 50 ml of P. antarctica JCM10317, P. parantarctica JCM11752 and 50 ml of P. antarctica strain isolated from rice were precipitated with ammonium sulfate and the precipitated 20 mM Tris-HCl buffer pH6.8 dialysate was used as the crude enzyme, PBSA The activity of dissolving the emulsion was confirmed (FIG. 6). Further, as a result of SDS-PAGE gel electrophoresis, a protein band having the same molecular weight as P. antarctica JCM10317 was confirmed from any of the bacteria. PBSA (Showa Polymer Bionore PBS3020) (100 mg) was dissolved in 5 ml of dichloromethane, and developed in a glass petri dish (9 cm in diameter) in a draft, and the dichloromethane was evaporated to form a PBSA film. This membrane was cut into 1 cm 2 . This membrane was added in the presence of 2 ml of 20 mM Tris-HCl buffer pH6.8 and 50 μl of a crude enzyme solution, and shaken at 30 ° C. and 50 rpm for 5 days. As a result, it was confirmed that the PBSA membrane was decomposed according to the obtained enzyme activity amount.

前記のP. antarctica JCM10317株由来プラスチック分解酵素の全アミノ酸配列および遺伝子配列を同定するためにさらに解析を行った。
前述の通りに酵素を精製し、そのN末端アミノ酸配列を調べたところ、AG*SSYVIINT(配列番号:4)の配列が得られた。また、内部アミノ酸配列を調べたところ、さらに以下の配列が得られた。
IVAQVK
*A*G*ANIVAQV
*TSE(P/T)QGPSVGF
AG*SSYVIINTR***(配列番号:5)
GVILIGNPEHKPNLA*NVDG(配列番号:6)
SAVSGGSEYDTVYPAGIDQN(配列番号:7)
GISAAFTQGVPSNWVSK***(配列番号:8)
Further analysis was performed to identify the entire amino acid sequence and gene sequence of the above-mentioned plastic degrading enzyme derived from P. antarctica JCM10317.
When the enzyme was purified as described above and its N-terminal amino acid sequence was examined, the sequence of AG * SSYVIINT (SEQ ID NO: 4) was obtained. Further, when the internal amino acid sequence was examined, the following sequences were further obtained.
IVAQVK
* A * G * ANIVAQV
* TSE (P / T) QGPSVGF
AG * SSYVIINTR *** (SEQ ID NO: 5)
GVILIGNPEHKPNLA * NVDG (SEQ ID NO: 6)
SAVSGGSEYDTVYPAGIDQN (SEQ ID NO: 7)
GISAAFTQGVPSNWVSK *** (SEQ ID NO: 8)

上記のうち、AG*SSYVIINTR***およびGISAAFTQGVPSNWVSK***の配列(* は同定不能なアミノ酸を示す)をもとに、プライマーPaE3F (5'-tacgtSatcatcaacacVcg-3')(配列番号:9)およびPaE6R (5'-gacgccctgBgtgaaNgc-3')(配列番号:10)を合成した。一方、P. antarctica JCM10317株が生プラ分解酵素を生産している条件下で、ホットフェノール法を用いてRNAを抽出し、Oligotex dT30(タカラバイオ株式会社)を用いてmRNAを精製した。抽出したmRNAを鋳型にし、設計したプライマー配列 (PaE3, PaE6R)をもとに、Prime Script RT-PCRキット(タカラバイオ株式会社)を用いて、RT-PCR反応を行った結果、約370ntの増幅断片(PaE3F-PaE6R増幅断片)が得られた。PaE3F-PaE6R増幅断片の塩基配列を解読し、結果をもとにプライマーPaE134R (5'-atgcgggtgttcatggtgcg-3')(配列番号:11)およびPaE308F(5'-atgcccttcctcagcttactg-3')(配列番号:12)を合成した。次に、PaE3F-PaE6R増幅断片をプローブに用いて、P. antarctica JCM10317株のゲノミックサザンハイブリダイゼーションを行った。その結果、制限酵素BamHIで消化した染色体DNAにハイブリダイズしたバンドが1本検出され、該当遺伝子は染色体中に1本であることが推測された。   Among the above, based on the sequences of AG * SSYVIINTR *** and GISAAFTQGVPSNWVSK *** (* indicates an unidentifiable amino acid), primer PaE3F (5'-tacgtSatcatcaacacVcg-3 ') (SEQ ID NO: 9) and PaE6R (5′-gacgccctgBgtgaaNgc-3 ′) (SEQ ID NO: 10) was synthesized. On the other hand, RNA was extracted using the hot phenol method under the condition that P. antarctica JCM10317 strain was producing raw plastic degradation enzyme, and mRNA was purified using Oligotex dT30 (Takara Bio Inc.). As a result of RT-PCR reaction using Prime Script RT-PCR kit (Takara Bio Inc.) based on the designed primer sequences (PaE3, PaE6R) using the extracted mRNA as a template, amplification of about 370 nt A fragment (PaE3F-PaE6R amplified fragment) was obtained. The base sequence of the PaE3F-PaE6R amplified fragment was decoded, and based on the results, primers PaE134R (5'-atgcgggtgttcatggtgcg-3 ') (SEQ ID NO: 11) and PaE308F (5'-atgcccttcctcagcttactg-3') (SEQ ID NO: 12) ) Was synthesized. Next, genomic Southern hybridization of P. antarctica JCM10317 strain was performed using the PaE3F-PaE6R amplified fragment as a probe. As a result, one band hybridized to the chromosomal DNA digested with the restriction enzyme BamHI was detected, and it was estimated that the corresponding gene was one in the chromosome.

インバースPCR法を用いて、目的遺伝子を単離した。BamHIで消化した染色体DNAをセルフライゲーション反応で環状化したものを鋳型にし、プラーマーPaE308FとPaE134Rを用いてPCRをした。1本のPCR増幅断片をTAベクターにクローニングし、塩基配列を解読した。その結果、クローニングされたDNA断片(配列番号:13)の中に、生プラ分解酵素の全遺伝子配列が含まれていた。アミノ酸配列に置換した後、N末端アミノ酸配列の結果をもとにORFと分泌された酵素の配列(配列番号:14)を決定した。   The target gene was isolated using inverse PCR. PCR was carried out using the primers PaE308F and PaE134R using chromosomal DNA digested with BamHI circularized by self-ligation reaction as a template. One PCR amplified fragment was cloned into a TA vector, and the nucleotide sequence was decoded. As a result, the cloned DNA fragment (SEQ ID NO: 13) contained the entire gene sequence of the raw plastic degradation enzyme. After substitution with the amino acid sequence, the sequence of the ORF and secreted enzyme (SEQ ID NO: 14) was determined based on the result of the N-terminal amino acid sequence.

さらに、上記のP.antarctica JCM10317から得た生プラ分解酵素のDNA配列およびアミノ酸配列と相同性が高い既登録配列を、国立遺伝研究所内DNA data bank of Japan (DDBJ)でBLAST search法を用いて検索をした。検索条件は、検索条件 上位10件 期待値10 ギャップ1 フィルター1 とした。「DNA-DNA比較」、「アミノ酸配列-アミノ酸配列比較」、「DNA配列→アミノ酸配列翻訳をしたDNA配列→アミノ酸配列翻訳をしたDNA配列」の、3つの方法で比較した。その結果、各々の検索で最も高い相同性を示したものは、「DNA-DNA比較」ではCS406466|CS406466.1 Sequence 36 from Patent WO2006042156 score:46 E-value: 0.087、「アミノ酸配列-アミノ酸配列比較」ではtr|Q4PBK7|Q4PBK7_USTMA Putative uncharacterized protein score:286 E-value:6e-76、「DNA配列→アミノ酸配列翻訳をしたDNA配列→アミノ酸配列翻訳をしたDNA配列」ではEA136855|EA136855.1 Sequence 1170 from patent US 7214786. score 294 E-value 2e-77 であった。以上より、今回特定されたDNA配列およびアミノ酸配列は、既知遺伝子配列やアミノ酸配列とは異なる新規の配列であることが推測された。   Furthermore, using the BLAST search method at the National Institute of Genetics DNA data bank of Japan (DDBJ), a registered sequence having high homology with the DNA sequence and amino acid sequence of the raw plastic degradation enzyme obtained from P. antarctica JCM10317 above. I did a search. The search conditions were top 10 search conditions, expected value 10, gap 1 and filter 1. Comparison was made by three methods: “DNA-DNA comparison”, “amino acid sequence-amino acid sequence comparison”, “DNA sequence → DNA sequence translated from amino acid sequence → DNA sequence translated from amino acid sequence”. As a result, in the “DNA-DNA comparison”, the one that showed the highest homology in each search was CS406466 | CS406466.1 Sequence 36 from Patent WO2006042156 score: 46 E-value: 0.087, “Amino acid sequence-amino acid sequence comparison” "Tr | Q4PBK7 | Q4PBK7_USTMA Putative uncharacterized protein score: 286 E-value: 6e-76," DNA sequence → DNA sequence translated from amino acid sequence → DNA sequence translated from amino acid sequence "is EA136855 | EA136855.1 Sequence 1170 from patent US 7214786. Score 294 E-value 2e-77. From the above, it was speculated that the DNA sequence and amino acid sequence specified this time are novel sequences different from known gene sequences and amino acid sequences.

次いで、上記により分離した遺伝子が、プラスチック分解酵素であることを確認するために、異種酵母における遺伝子発現を試みた。インバースPCR法で得た配列をもとに、プライマーPaE-20F (CCCTTCCGATCTATCTCAAGA)(配列番号:15)、PaE+16R (ATGGACGAGGCTACGATCTG)(配列番号:16)を設計し、P. antarctica JCM10317株の染色体DNAを鋳型に用いてPCR法で遺伝子を増幅させた。増幅した断片を、出芽酵母発現ベクターpYES2.1(インビトロジェン社)にクローニングし、出芽酵母BY4741株に形質転換した。このプラスミドはガラクトースで誘導されるGAL1プロモーター下流に目的遺伝子が挿入される。このプラスミドを形質転換した出芽酵母は、ガラクトースを添加した合成培地でPBSAエマルジョンを溶解し、グルコースでは溶解しなかった(図11)。また、Kluyveromyces lactisの中で構成的に発現するプラスミドPEPGK41にクローニングし、K. lactis MW98-8C株に形質転換した場合は、構成的にPBSAエマルジョンを溶解した(同上)。以上の結果から、クローニングした遺伝子は、プラスチック分解酵素の遺伝子であることが確認された。   Subsequently, gene expression in a heterologous yeast was attempted in order to confirm that the gene separated as described above was a plastic degrading enzyme. Based on the sequence obtained by the inverse PCR method, primers PaE-20F (CCCTTCCGATCTATCTCAAGA) (SEQ ID NO: 15) and PaE + 16R (ATGGACGAGGCTACGATCTG) (SEQ ID NO: 16) were designed and chromosomal DNA of P. antarctica JCM10317 strain Was used as a template to amplify the gene by PCR. The amplified fragment was cloned into the budding yeast expression vector pYES2.1 (Invitrogen) and transformed into the budding yeast BY4741 strain. In this plasmid, the target gene is inserted downstream of the GAL1 promoter induced by galactose. The budding yeast transformed with this plasmid dissolved the PBSA emulsion in a synthetic medium supplemented with galactose, but did not dissolve in glucose (FIG. 11). In addition, when cloned into the plasmid PEPGK41 constitutively expressed in Kluyveromyces lactis and transformed into the K. lactis MW98-8C strain, the PBSA emulsion was constitutively dissolved (same as above). From the above results, it was confirmed that the cloned gene was a gene of plastic degrading enzyme.

ポリ乳酸分解試験
前述の酵素活性測定方法に基づいて、上記のP. antarctica JCM10317株の生分解性プラスチック分解酵素のポリ乳酸(PLA)分解活性を調べた。具体的には、ポリ乳酸(ミヨシ油脂:ランディ PL-1000(粒子径4.3μm)、ランディ PL-2000(粒子径2.3μm))のエマルジョンを20mM Tris-HCl (pH6.8)に懸濁した、吸光度(OD660)が約0.5の水溶液1.98mlを口径13mmの試験管に入れ、P. antarctica JCM10317株の硫安沈殿物の透析液を20μl加え、Spectronic20A(島津)を用いて吸光度を測定するものであった。試験管を30℃120rpmで振とうし、一定時間ごとに取り出して、吸光度の増加量を測定し、酵素活性とした。その結果、前記酵素はポリ乳酸も分解することが判明した(図7、8)。
Polylactic acid degradation test Based on the enzyme activity measurement method described above, the polylactic acid (PLA) degradation activity of the biodegradable plastic degrading enzyme of P. antarctica JCM10317 was examined. Specifically, an emulsion of polylactic acid (Miyoshi oil and fat: Randy PL-1000 (particle size 4.3 μm), Randy PL-2000 (particle size 2.3 μm)) was suspended in 20 mM Tris-HCl (pH 6.8). 1.98 ml of an aqueous solution having an absorbance (OD660) of about 0.5 was placed in a test tube having a diameter of 13 mm, 20 μl of dialysate of ammonium sulfate precipitate from P. antarctica JCM10317 was added, and the absorbance was measured using Spectronic 20A (Shimadzu). It was. The test tube was shaken at 30 ° C. and 120 rpm, removed at regular intervals, and the amount of increase in absorbance was measured to determine enzyme activity. As a result, it was found that the enzyme also decomposes polylactic acid (FIGS. 7 and 8).

FMM培地にポリ乳酸(ミヨシ油脂:ランディ PL-2000(粒子径2.3μm))のエマルジョン1%のみ、またはポリ乳酸1%および大豆油1%、またはポリ乳酸1%およびグリセロール6%を含む1.5%寒天培地を重層した平板培地3種類を作成し、この上にPseudozyma属酵母9株を植菌し、30℃で保温した。ポリ乳酸エマルジョンを溶解して、透明ゾーンを形成した株は、3種類全ての培地で、P. antarctica(JCM10317, JCM3941)および、イネから分離したP. antarctica、グリセロールを含む培地でのみP. tsukubaensis JCM10324であった(図9)。
ポリ乳酸は生物素材由来のプラスチックではあるものの、一般に生分解性がとても低く、特に常温でポリ乳酸分解活性を有する微生物はほとんど知られていない。しかしながら、本発明の方法によりスクリーニングされた酵母には、高頻度でポリ乳酸を常温で分解する酵素を製造するものが含まれることが分かった。
Only 1% emulsion of polylactic acid (Miyoshi oil: Randy PL-2000 (particle size 2.3 μm)) in FMM medium, or 1.5% containing 1% polylactic acid and 1% soybean oil, or 1% polylactic acid and 6% glycerol Three types of plate culture medium overlaid with an agar medium were prepared, and 9 strains of the genus Pseudozyma were inoculated thereon and incubated at 30 ° C. The strains in which the polylactic acid emulsion was dissolved to form a clear zone were P. antarctica (JCM10317, JCM3941) and P. tsukubaensis only in a medium containing P. antarctica and glycerol isolated from rice. JCM10324 (FIG. 9).
Although polylactic acid is a plastic derived from biological materials, it is generally very low in biodegradability, and few microorganisms have polylactic acid degrading activity especially at room temperature. However, it has been found that yeasts screened by the method of the present invention include those that produce enzymes that degrade polylactic acid at room temperature at a high frequency.

さらに、P. antarctica JCM10317およびP. tsukubaensis JCM10324の株から精製された酵素による、ポリ乳酸フィルムの分解を確認した。P. antarctica JCM10317, JCM3941, イネから分離したP. antarctica2株、およびP. tsukubaensis JCM10324株を、FMM培地に1%ポリ乳酸エマルジョン(ランディ PL-2000)とグリセロール(6%)を含む1.5%寒天培地を重層した平板培地に植菌し、30℃で一夜培養した。この上にポリ乳酸膜1cm画[テラマック水切りゴミ袋(ユニチカ通商:ポリ乳酸繊維97%、生分解性ポリウレタン3%) 0.1gをジクロロメタン3mlで溶解し、ガラスシャーレ(9cm口径)に展開してドラフト内で溶媒を揮発させ、ポリ乳酸膜を自作した。]を置き、30℃に保温した。3,6,10,14日目に膜を剥がして、膜の分解程度を観察したところ、P. antarctica JCM10317株とP. tsukubaensis JCM10324株が高い分解活性を示した。用いた膜はポリウレタンも含むが、培養開始二週間後には膜は明らかに半分以上分解されており、本菌はポリ乳酸を分解することが確認された。(図12)。   Furthermore, degradation of the polylactic acid film by the enzyme purified from the strains of P. antarctica JCM10317 and P. tsukubaensis JCM10324 was confirmed. P. antarctica JCM10317, JCM3941, P. antarctica2 strain isolated from rice and P. tsukubaensis JCM10324 strain, 1.5% agar medium containing 1% polylactic acid emulsion (Randy PL-2000) and glycerol (6%) in FMM medium Was inoculated into a plate medium overlaid and cultured at 30 ° C. overnight. Polylactic acid film 1cm painting on this [terramac draining garbage bag (Unitika commerce: 97% polylactic acid fiber, 3% biodegradable polyurethane) 0.1g dissolved in 3ml dichloromethane, spread on a glass petri dish (9cm caliber) and draft The solvent was volatilized inside and a polylactic acid film was made by itself. ] And kept warm at 30 ° C. When the membrane was peeled off on days 3, 6, 10, and 14 and the degree of membrane degradation was observed, P. antarctica JCM10317 strain and P. tsukubaensis JCM10324 strain showed high degradation activity. The membrane used also contains polyurethane, but two weeks after the start of the culture, the membrane was clearly degraded by more than half, and it was confirmed that this bacterium decomposes polylactic acid. (FIG. 12).

(生分解性プラスチック分解糸状菌の分離)
生分解性プラスチックを分解する糸状菌のセレクションは、以下の培地を使用し、酵母の場合と同様に行った。
糸状菌用誘導型酵素生産株選択培地(FMZ: Czapek-Dox Minimum Medium)
下層

上層B
酵母用の選択培地と同様に平板培地を調製した。抗生物質としてクロラムフェニコールを最終濃度40ppmで加えた。
(Separation of biodegradable plastic-degrading filamentous fungi)
Selection of filamentous fungi that degrade biodegradable plastics was performed in the same manner as in yeast using the following medium.
Inducible enzyme producing strain selection medium for filamentous fungi (FMZ: Czapek-Dox Minimum Medium)
Underlayer

Upper layer B
A plate medium was prepared in the same manner as the selection medium for yeast. Chloramphenicol was added as an antibiotic at a final concentration of 40 ppm.

既に発明者がイネやムギ葉面から分離・同定をし、保存していた糸状菌を、PBSAエマルジョンによるセレクションに供した。FMZ培地にエマルジョンを重層した培地を用いて1227株の供試菌から71株のエマルジョン分解能力を持つ菌を分離した。それらの内訳は、コムギから分離された539菌株からは26菌株、オオムギからは380菌株で27菌株、イネからは308菌株で17菌株が選抜された。各種試料から分離されたプラスチックエマルジョン分解菌を二次選抜でPBSAおよびPBSマルチフィルムの分解能を調べたところ、このうち50株は、PBSA製マルチフィルムのみ分解したが、PBS製、PBSA製両方のマルチフィルムを分解する菌を21株分離した。
一方、各種の葉や果実表面、土壌、土壌中に埋蔵してあった生分解性プラスチックから、スクリーニングマニュアルに従って生分解性プラスチック分解微生物を分離し、64株のエマルジョン分解能力を持つ菌を得た。このうち二次選抜で、37株は、PBSA製マルチフィルムのみ分解したが、PBS製、PBSA製両方のマルチフィルムを分解する菌を20株分離した。これらプラスチックエマルジョン分解菌のうち、64株について、形態学的観察と、rDNA塩基配列のITS領域の配列の解析を行い、以下の表に示すようなCladosporium属、Penicillium属およびAlternaria属などの糸状菌を同定した。
両フィルムでは分解量に違いが認められ、PBSAにわずかでも分解能を示す菌株の総数は87菌株で、PBSにわずかでも分解能を示す菌株は41菌株であった。
表1:生分解性プラスチック分解活性を示した糸状菌の属名と分離された菌の数


上記のうち、具体的にAlternaria alternata、Cladosporium cladosporioides、Cladosporium oxysporum、Penicillium pinophilumなどの糸状菌が同定された。
The filamentous fungi that had been separated and identified by the inventor from the leaves of rice and wheat and stored were subjected to selection with PBSA emulsion. Using a medium in which an emulsion was layered on FMZ medium, 71 strains capable of degrading emulsion were isolated from 1227 strains. Of these, 26 were selected from 539 strains isolated from wheat, 27 were selected from 380 from barley, and 17 were selected from 308 from rice. When the resolution of PBSA and PBS multifilm was examined by secondary selection of plastic emulsion-degrading bacteria isolated from various samples, only 50 PBSA multifilms were degraded, but both PBS and PBSA multifilms were degraded. Twenty-one strains of bacteria that degrade the film were isolated.
On the other hand, biodegradable plastic-degrading microorganisms were separated from biodegradable plastics embedded in various leaves and fruit surfaces, soil, and soil according to the screening manual, and 64 strains of bacteria capable of degrading emulsion were obtained. . Of these, in the second selection, 37 strains decomposed only PBSA multifilm, but 20 strains that decompose both PBS and PBSA multifilm were isolated. Among these plastic emulsion-degrading bacteria, 64 strains were analyzed for morphology and analysis of the ITS region of the rDNA base sequence, and filamentous fungi such as Cladosporium, Penicillium and Alternaria as shown in the table below. Was identified.
There was a difference in the amount of degradation between the two films. The total number of strains that showed even a slight resolution in PBSA was 87, and 41 strains that showed a slight resolution in PBS.
Table 1: Genus names of filamentous fungi that showed biodegradable plastic degrading activity and the number of bacteria isolated


Among the above, filamentous fungi such as Alternaria alternata, Cladosporium cladosporioides, Cladosporium oxysporum, and Penicillium pinophilum were specifically identified.

Leptosphaeria sp.(菌株名 44-2)について、クリアゾーン形成菌株の培地におけるPBSおよびPBSA分解および分解程度の解析を行った(図10)。フィルム溶解度はPBSAフィルムについて分解度48.3%、PBSフィルムについて34.9%であった。
解析は以下の方法に従って行った:
「透過原稿ポジフィルムモード300dpiで膜をスキャンする。解析にはAquacosmos ver2.0を用い、画像をTIFFファイル(グレースケール)で保存する。Aquacosmos上でファイルを開き、計測ウインドウでツールバーを選択して、ドラッグでプラスチック膜の絵を一枚囲う。「前回と同じ計測ウインドウを作成」を選んで、取り込んだ画像上の全ての膜を、同じ大きさの独立した計測ウインドウとして選定する。(この時に未処理の膜および、膜のない白色に抜けた場所も、コントロールとして同じように囲う。)解析メニュー内の「領域解析」から各領域の輝度の計算を行う。コントロールをもとに、膜の分解量を計算する。」
(計測した膜の輝度−未分解膜の輝度)/(白い画面の輝度−未分解膜の輝度)X100=分解(%)
About Leptosphaeria sp. (Strain name 44-2), PBS and PBSA decomposition | disassembly in the culture medium of a clear zone formation strain and the degradation degree were analyzed (FIG. 10). The film solubility was 48.3% for the PBSA film and 34.9% for the PBS film.
Analysis was performed according to the following method:
“Transparent original positive film mode scans the film at 300 dpi. Use Aquacosmos ver2.0 for analysis and save the image as a TIFF file (grayscale). Open the file on Aquacosmos and select the toolbar in the measurement window. , Drag to enclose a picture of plastic film Select “Create same measurement window as last time” and select all the films on the captured image as independent measurement windows of the same size. (At this time, the unprocessed film and the white spot without film are also enclosed in the same way as a control.) The luminance of each area is calculated from “Area Analysis” in the analysis menu. Based on the control, calculate the amount of membrane degradation. "
(Measured film brightness-brightness of undegraded film) / (white screen brightness-brightness of undegraded film) X100 = decomposition (%)

(生分解性プラスチック分解細菌の分離)
生分解性プラスチックを分解する細菌のセレクションは、以下の培地を使用し、酵母の場合と同様に行った。

構成型酵素生産株選培地(NA)
下層

上層A
酵母用の選択培地と同様に平板培地を調製した。抗生物質としてシクロヘキシミドを最終濃度50ppmで加えた。
(Separation of biodegradable plastic-degrading bacteria)
Selection of bacteria for degrading biodegradable plastics was performed in the same manner as in yeast using the following medium.

Constitutive enzyme production strain selection medium (NA)
Underlayer

Upper layer A
A plate medium was prepared in the same manner as the selection medium for yeast. Cycloheximide as an antibiotic was added at a final concentration of 50 ppm.

つくば市農環研圃場のイネなどの葉面から洗浄法により細菌を分離した保存菌を用いた。NA-PBSA培地に供試菌を移植し、生育にともなってクリアゾーンを形成する菌株を分解菌として一次選抜した。二次選抜として殺菌したPBSAおよびポリブチレンサクシネート(PBS)マルチフィルムをNA培地に置床し、プラスチック膜分解能を調査した。その結果、イネから分離された保存菌488菌株からは構成的にPBSAエマルジョンを分解する細菌8株と誘導的に分解する20株が得られた。
各種試料から分離されたプラスチック分解菌を二次選抜で、2%酵母エキス(Difco社)溶液にPBSマルチフィルムを入れて振とう培養し、分解能を調べたところ、6株がPBSフィルムの分解能を示した。この中で活性が高い株の内1株は、rDNA塩基配列から、Bacillus pumilusと同定された。
Preserved bacteria were isolated from the leaves of rice, etc. in Tsukuba Agricultural Research Field. A test bacterium was transplanted into NA-PBSA medium, and a strain that formed a clear zone with growth was selected as a degrading bacterium. As a secondary selection, sterilized PBSA and polybutylene succinate (PBS) multifilms were placed on NA medium and the plastic membrane resolution was investigated. As a result, eight strains of bacteria that constitutively degrade the PBSA emulsion and 20 strains that inductively degrade were obtained from the 488 strains isolated from rice.
When plastic degradation bacteria separated from various samples were secondarily selected, PBS multifilm was placed in a 2% yeast extract (Difco) solution and cultured with shaking, and the resolution was examined. Indicated. Among them, one strain having high activity was identified as Bacillus pumilus from the rDNA base sequence.

(昆虫からの生分解性プラスチック分解微生物分離例)
柑橘類シキキツ果実表面にいたショウジョウバエ2個体を採集し、10mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)とビーズと共に適当な容器に入れ、冷却しつつ1500rpmで振とうする方法で、付着または消化管中の微生物を抽出した。この抽出液を、前述の方法に従い、PBSAエマルジョンおよび大豆油各1%を重層したFMMまたはFMZ培地に塗布した。クリアーゾーンを形成した菌を分離し、前述の方法に従ってPBS及びPBSAフィルム分解活性を調べたところ、FMM培地で分離したGalactomyces geotrichumがPBSA膜のみを、FMM培地で分離したAcremonium属は、PBSAおよびPBSフィルムを効率よく分解した。菌は、rDNAの塩基配列および形態学的観察から同定した。
関東地方の5地点において、リグニン含有率の高い褐色腐朽材から鞘翅目クワガタムシ科の甲虫2種(マダラクワガタ、ネブトクワガタ)の幼虫を多数採集した。これら2種の幼虫は褐色腐朽材特異的に得られた。クワガタムシ類幼虫の消化管(中腸および後腸)と体表面のそれぞれから、微生物を好気的に培養した。前述の方法に従い、PBSAエマルジョンを栄養源とする培地を用いて、各微生物のPBSA分解能を調べたところ、マダラクワガタの中腸およびネブトクワガタの中腸から、PBSA分解能を持つ細菌をそれぞれ2および11菌株分離した。また、マダラクワガタの中腸、ネブトクワガタの体表面および中腸からPBSA分解能を持つ真菌をそれぞれ1、2および1菌株分離した。これらの細菌および真菌に対し、前述の方法に従ってPBSマルチを用いてPBS分解能を調べたところ、ネブトクワガタの中腸由来の真菌1菌株が高い分解能を示した。この真菌は、18SrDNAの塩基配列からPhaeosphaeriopsis属の真菌と同定された。
(Example of separating biodegradable plastic-degrading microorganisms from insects)
Collect 2 individuals of Drosophila that were on the surface of citrus citrus fruit, put them in a suitable container with 10 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0) and beads, and shake at 1500 rpm with cooling. Microorganisms were extracted. This extract was applied to an FMM or FMZ medium overlaid with PBSA emulsion and 1% soybean oil according to the method described above. Bacteria that formed a clear zone were isolated, and PBS and PBSA film degrading activity were examined according to the method described above. Galactomyces geotrichum separated with FMM medium was only PBSA membrane, Acremonium genus separated with FMM medium was PBSA and PBS. The film was decomposed efficiently. The fungus was identified from the base sequence and morphological observation of rDNA.
At five sites in the Kanto region, we collected a large number of larvae of two species of the Coleoptera stag beetle (Madaraku stag beetle and Nebuta stag beetle) from brown decayed wood with a high lignin content. These two kinds of larvae were obtained specifically for brown rot wood. Microorganisms were cultivated aerobically from the digestive tract (midgut and hindgut) and body surface of stag beetles larvae. According to the above-mentioned method, PBSA resolution of each microorganism was examined using a medium containing PBSA emulsion as a nutrient source. From the middle intestine of Nepalese stag beetle and Nebuto stag beetle, bacteria having PBSA resolution of 2 and 11 respectively. The strain was isolated. In addition, fungi with PBSA-degrading ability were isolated from the midgut, nebutococcus body surface, and midgut of the red stag beetle, respectively. When these bacteria and fungi were examined for PBS resolution using PBS Multi according to the method described above, one fungal strain derived from the midgut of Nebutococcus showed high resolution. This fungus was identified as a fungus belonging to the genus Phaeosphaeriopsis from the base sequence of 18S rDNA.

酵母による生分解性プラスチックフィルム分解を示す(上段:PBSA、下段:PBS、数字は日数)。Biodegradable plastic film degradation by yeast is shown (upper: PBSA, lower: PBS, numbers are days). P. antarctica JCM10317株の生分解性プラスチック分解酵素の各クロマトグラフィー工程後のPBS分解活性を示す。The PBS decomposition | disassembly activity after each chromatography process of the biodegradable plastic degradation enzyme of P. antarctica JCM10317 strain is shown. P. antarctica JCM10317株の生分解性プラスチック分解酵素のゲルろ過画分のSDS−PAGE電気泳動図を示す。The SDS-PAGE electrophoretic diagram of the gel filtration fraction of the biodegradable plastic degradation enzyme of P. antarctica JCM10317 strain is shown. P. parantarctica JCM11752株およびイネ分離菌A(P. antarctica)の生分解性プラスチック分解酵素が、グリセロールまたは大豆油を含む培地で誘導されることを示す(SDS−PAGE14.1% Gel、銀染色)。P. parantarctica JCM11752 strain and rice isolate A (P. antarctica) biodegradable plastic-degrading enzymes are induced in a medium containing glycerol or soybean oil (SDS-PAGE 14.1% Gel, silver stain) . P. antarctica JCM10317株から精製された生分解性プラスチック分解酵素をトリプシンで分解し、HPLCで分離した際のクロマトグラムを示す。The chromatogram when the biodegradable plastic-degrading enzyme purified from P. antarctica JCM10317 strain was digested with trypsin and separated by HPLC. Pseudozyma属酵母の酵素によるPBSAエマルジョンの分解を示す。The degradation of PBSA emulsion by enzymes of the genus Pseudozyma is shown. P. antarctica JCM10317株から精製された生分解性プラスチック分解酵素によるポリ乳酸の分解の写真を示す。A photograph of the degradation of polylactic acid by a biodegradable plastic degrading enzyme purified from P. antarctica JCM10317 strain is shown. P. antarctica JCM10317株から精製された生分解性プラスチック分解酵素によるポリ乳酸分解による濁度の減少を示す。It shows a decrease in turbidity due to polylactic acid degradation by a biodegradable plastic degrading enzyme purified from P. antarctica JCM10317. 本発明によりスクリーニングされた様々な微生物による、ポリ乳酸(PLA)の分解を示す。Figure 2 shows degradation of polylactic acid (PLA) by various microorganisms screened according to the present invention. 糸状菌Leptosphaeria sp.(菌株名 44-2)について、クリアゾーン形成菌株の培地におけるPBSおよびPBSAフィルムの分解を示す。For the filamentous fungus Leptosphaeria sp. (Strain name 44-2), the degradation of PBS and PBSA film in the culture medium of the clear zone forming strain is shown. P. antarctica JCM10317株より分離された遺伝子を発現させた異種酵母によるPBSAエマルジョンの溶解を示す。+/−は遺伝子導入の有無を示す。The dissolution of PBSA emulsion by heterologous yeast expressing a gene isolated from P. antarctica JCM10317 strain is shown. +/- indicates the presence or absence of gene transfer. P. antarctica JCM10317およびP. tsukubaensis JCM10324株から精製された酵素による、ポリ乳酸フィルムの分解を示す。The degradation of polylactic acid films by enzymes purified from P. antarctica JCM10317 and P. tsukubaensis JCM10324 strains is shown.

Claims (16)

以下の工程を含む、生分解性プラスチック分解酵素の製造方法。
1)植物の葉の表面に生息できるPseudozyma属またはCryptococcus属の酵母、Acremonium属、Alternaria属、Aspergillus属、Aureobasidium属、Cladosporium属、Epicoccum属、Fusarium属、Leptosphaeria属、Penicillium属またはPhoma属の糸状菌またはBacillus pumilusの細菌から採取されたスクリーニング用サンプルを準備する工程、
2)前記酵母、糸状菌または細菌から、生分解性プラスチックを分解するものをスクリーニングする工程、
3)前記スクリーニングされた酵母、糸状菌または細菌を、生分解性プラスチックを含む培地で培養して生分解性プラスチック分解酵素を培養液に分泌させる工程、
4)培養液から生分解性プラスチック分解酵素を精製する工程。
A method for producing a biodegradable plastic degrading enzyme, comprising the following steps.
1) Pseudozyma genus or Cryptococcus genus yeast, Acremonium genus, Alternaria genus, Aspergillus genus, Aureobasidium genus, Cladosporium genus, Epicocccum genus, Fusarium genus, Leptosphaeria genus, Penicillium genus or Phoma genus fungus that can live on the leaves of plants Or preparing a screening sample collected from bacteria of Bacillus pumilus ,
2) screening the biodegradable plastic from the yeast, filamentous fungus or bacteria,
3) A step of culturing the screened yeast, filamentous fungus or bacterium in a medium containing biodegradable plastic to secrete biodegradable plastic degrading enzyme into the culture solution,
4) A step of purifying the biodegradable plastic degrading enzyme from the culture solution.
工程1)が、植物の葉の表面に生息できる酵母であって、P.antarctica JCM10317、P.antarctica JCM3941、P.ruglosaJCM10323、P. tsukubaensis JCM10324およびP.parantarctica JCM11752からなる群から選ばれる酵母から採取されたスクリーニング用サンプルを準備する工程である、請求項1記載の方法。Step 1) is a yeast that can inhabit the leaf surface of a plant, and is collected from a yeast selected from the group consisting of P.antarctica JCM10317, P.antarctica JCM3941, P.ruglosaJCM10323, P.tsukubaensis JCM10324 and P.parantarctica JCM11752 The method according to claim 1, which is a step of preparing a screened screening sample. 工程1)が、植物の葉の表面に生息できる糸状菌であって、Alternaria alternata、Cladosporium cladosporioides、Cladosporium oxysporumおよびPenicillium pinophilumからなる群から選ばれる糸状菌から採取されたスクリーニング用サンプルを準備する工程である、請求項1記載の方法。Step 1) is a step of preparing a screening sample collected from a filamentous fungus selected from the group consisting of Alternaria alternata, Cladosporium cladosporioides, Cladosporium oxysporum and Penicillium pinophilum The method of claim 1, wherein: 生分解プラスチックがPBSまたはPBSAである、請求項1〜のいずれか1項記載の方法。 Biodegradable plastic is PBS or PBSA, any one method according to claim 1-3. 植物の葉がムギまたはイネの葉である、請求項1〜のいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the leaves of the plant are wheat or rice leaves. 培地がグリセロールを含む、請求項1〜のいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the medium contains glycerol. 請求項1に記載の方法により得られる生分解性プラスチック分解酵素であって、配列番号1、配列番号2および配列番号3に示されるアミノ酸配列を含み、分子量がSDS電気泳動法で約22〜28kDaであり、PBSおよびPBSA分解活性を有する、生分解性プラスチック分解酵素 A biodegradable plastic-degrading enzyme obtained by the method of claim 1, SEQ ID NO: 1 comprises the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3, about 22~28kDa molecular weight by SDS electrophoresis A biodegradable plastic degrading enzyme having PBS and PBSA degrading activity . さらにPLA分解活性を有する、請求項記載の生分解性プラスチック分解酵素Furthermore, the biodegradable plastic degrading enzyme of Claim 7 which has PLA degradation activity. 請求項7又は8記載の生分解性プラスチック分解酵素と生分解性プラスチックとを接触させることを含む、生分解性プラスチックを分解する方法。 Comprising contacting a biodegradable plastic-degrading enzyme according to claim 7 or 8, wherein the biodegradable plastics, the method for decomposing a biodegradable plastic. 請求項2または3記載の方法の工程2でスクリーニングされた酵母または糸状菌を含む、生分解性プラスチック分解製剤。 A biodegradable plastic-degrading preparation comprising the yeast or filamentous fungus screened in step 2 of the method according to claim 2 or 3 . 請求項1に記載の方法により得られる生分解性プラスチック分解酵素であって、配列番号:13の501〜1172位の塩基配列によりコードされる生分解性プラスチック分解酵素 A biodegradable plastic-degrading enzyme obtained by the method of claim 1, SEQ ID NO: 13 biodegradable plastic-degrading enzyme encoded by 501 to 1172 of the nucleotide sequence of. 請求項1に記載の方法により得られる生分解性プラスチック分解酵素であって、配列番号:14に示されるアミノ酸配列または該配列と少なくとも95%の相同性を有するアミノ酸配列を含み、PBSおよびPBSA分解活性を有する生分解性プラスチック分解酵素 A biodegradable plastic-degrading enzyme obtained by the method according to claim 1, comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or an amino acid sequence having at least 95% homology with said sequence, Biodegradable plastic-degrading enzyme with activity. 請求項1に記載の方法により得られる生分解性プラスチック分解酵素であって、配列番号:14に示されるアミノ酸配列または該配列と少なくとも95%の相同性を有するアミノ酸配列からなる、PBSおよびPBSA分解活性を有する生分解性プラスチック分解酵素 A biodegradable plastic degrading enzyme obtained by the method according to claim 1, comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14 or an amino acid sequence having at least 95% homology with the sequence, and PBS and PBSA degradation Biodegradable plastic-degrading enzyme with activity. 配列番号:14に示されるアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド。   A polynucleotide encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14. 配列番号:13の501〜1172位の塩基配列により表される、請求項14記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 14 , which is represented by the nucleotide sequence at positions 501 to 1172 of SEQ ID NO: 13. 請求項12または13に記載の生分解性プラスチック分解酵素をコードするポリヌクレオチド、または、請求項14または15に記載のポリヌクレオチドを組み込んだベクターを適切な宿主細胞に形質転換する工程、および、前記ポリヌクレオチドを発現させる条件下で前記宿主細胞を培養する工程を含む、生分解性プラスチック分解酵素の製造方法。 Transforming a polynucleotide encoding the biodegradable plastic degrading enzyme according to claim 12 or 13 or a vector incorporating the polynucleotide according to claim 14 or 15 into an appropriate host cell; and A method for producing a biodegradable plastic degrading enzyme, comprising a step of culturing the host cell under conditions for expressing a polynucleotide.
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