JP7702407B2 - オリゴ糖及び/又は多糖からのフルクトースの生産 - Google Patents
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Description
a)水、リン酸塩、及び少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖を含む組成物に、少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素を添加する工程と、
b)続いて、前記少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素の存在下で、前記少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖をフルクトースに酵素的に変換する工程とを含み、
工程a)において、少なくとも1種の追加の糖が添加され、前記少なくとも1種の追加の糖は、20以下の単糖残基及び/又はこれらの組み合わせ、好ましくは17以下の単糖残基及び/又はこれらの組み合わせを含む糖からなる群から選択され;
工程a)において、前記少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素は、トランスフェラーゼ、ホスホリラーゼ、ムターゼ、イソメラーゼ、ヒドロラーゼ、ホスファターゼ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、及び
工程a)の少なくとも1種の酵素はホスファターゼである。
本発明においてフルクトースへの言及は、D-フルクトースへの言及として理解されるべきである。
本発明によるオリゴ糖は、少なくとも2つの単糖残基を含む糖であり、これらの単糖残基は同一でも異なっていてもよい。
好ましくは工程a)において、少なくとも1種のホスホリラーゼ、好ましくはグルカンホスホリラーゼが添加され;及び/又は
好ましくは工程a)において、少なくとも1種のムターゼ、好ましくはホスホグルコムターゼが添加され;及び/又は
好ましくは工程a)において、少なくとも1種のイソメラーゼ、好ましくはホスホグルコイソメラーゼが添加され;及び/又は
好ましくは工程a)において、少なくとも1種のヒドロラーゼ、好ましくはグルカノヒドロラーゼ、より好ましくはプルラナーゼが添加される。
さらに好ましくは工程b)において、酵素的変換はワンポット反応である。
工程b)の好適な実施態様によれば、糖リン酸は中間的に生成され、酵素的変換はワンポット反応である。
好ましくは工程b)の温度は、10~100℃、より好ましくは20~90℃、及びさらにより好ましくは20~80℃である。
さらに好ましくは組成物のpHは、3~12であり、及びより好ましくは4~10である。
また、好ましくは工程a)の組成物中に存在する糖の少なくとも70%は、48時間の酵素的変換後にフルクトースに変換される。
好ましくは工程b)は、室温(25℃)で少なくとも24時間実施される。
さらに、工程a)において、好ましくは少なくとも4種の酵素、より好ましくは少なくとも5種の酵素、さらにより好ましくは少なくとも6つの酵素が組成物に添加される。
- 水、
- リン酸塩、
- 少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素(ここで少なくとも1種の酵素はホスファターゼである)、
- 少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖を含み、
ここで、少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素は、トランスフェラーゼ、ホスホリラーゼ、ムターゼ、イソメラーゼ、ヒドロラーゼ、ホスファターゼ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、及び
本組成物は、少なくとも1種の追加の糖をさらに含み、少なくとも1種の追加の糖は、20以下の単糖残基及び/又はこれらの組み合わせ、好ましくは17以下の単糖残基及び/又はこれらの組み合わせを含む糖からなる群から選択される。
組成物は、さらにホスホリラーゼを含み、好ましくはグルカンホスホリラーゼが添加され;及び/又は
組成物は、ムターゼ、好ましくはホスホグルコムターゼを含み;及び/又は
組成物は、イソメラーゼ、好ましくはホスホグルコイソメラーゼを含み;及び/又は
組成物は、ヒドロラーゼ、好ましくはグルカノヒドロラーゼ、より好ましくはプルラナーゼを含む。
- 乾燥重量ベースで少なくとも50%のフルクトース、
- 乾燥重量ベースで0.001~25%のグルコース、好ましくは0.005~20%のグルコース、
- 乾燥重量ベースで0.01~22%のホスフェート、好ましくは0.05~20%のホスフェート、及び
- 乾燥重量ベースで、0.001~2%の少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素、好ましくは0.005~1%の少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素、を含む水性組成物に関し、
ここで、少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素は、トランスフェラーゼ、ホスホリラーゼ、ムターゼ、イソメラーゼ、ヒドロラーゼ、ホスファターゼ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、及び
ここで、少なくとも1種の酵素はホスファターゼである。
組成物は、さらにホスホリラーゼを含み、好ましくはグルカンホスホリラーゼが添加され;及び/又は
組成物は、ムターゼ、好ましくはホスホグルコムターゼを含み;及び/又は
組成物は、イソメラーゼ、好ましくはホスホグルコイソメラーゼを含み;及び/又は
組成物は、ヒドロラーゼ、好ましくはグルカノヒドロラーゼ、より好ましくはプルラナーゼを含む。
- 乾燥重量ベースで少なくとも50%のフルクトース
- 乾燥重量ベースで0.001~25%のグルコース、好ましくは0.005~20%のグルコース、
- 乾燥重量ベースで0.01~22%のホスフェート、好ましくは0.05~20%のホスフェート、及び
- 乾燥重量ベースで、0.001~2%の少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素、好ましくは0.005~1%の少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素、を含む水性組成物に関し、
ここで、少なくとも4種の酵素、好ましくは少なくとも5種の酵素は、トランスフェラーゼ、ホスホリラーゼ、ムターゼ、イソメラーゼ、ヒドロラーゼ、ホスファターゼ、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、及び
ここで、少なくとも1種の酵素はホスファターゼであり、
これは、上記の本発明の方法によって得られる。
組成物は、さらにホスホリラーゼを含み、好ましくはグルカンホスホリラーゼが添加され;及び/又は
組成物は、ムターゼ、好ましくはホスホグルコムターゼを含み;及び/又は
組成物は、イソメラーゼ、好ましくはホスホグルコイソメラーゼを含み;及び/又は
組成物は、ヒドロラーゼ、好ましくはグルカノヒドロラーゼ、より好ましくはプルラナーゼを含む。
1 プルラナーゼ
2 α-グルカノトランスフェラーゼ
3 グルカンホスホリラーゼ
4 ホスホグルコムターゼ
5 ホスホグルコイソメラーゼ
6 ホスファターゼ
A でんぷん
B アミロース
B-A アミロースから1グルコース単位を除いたもの
C グルコース-1-リン酸(G1P)
D グルコース-6-リン酸(G6P)
E フルクトース-6-リン酸(F6P)
F フルクトース
G リン酸塩
H アミロペクチン
WT 野生型;配列番号13
TY 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からチロシンへの追加のアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(P46TE47Y);配列番号17;
TYL 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からチロシンへの、及び50位でグリシンからロイシンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(P46TE47YG50L);配列番号19;
TYI 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からチロシンへの、及び50位でグリシンからイソロイシンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(P46TE47YG50I);配列番号21;
HTYL 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からチロシンへの、及び50位でグリシンからロイシンへの、及び23位でチロシンからヒスチジンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23HP46TE47YG50L);配列番号25;
STYL 46位でプロリンからスレオニンへの、47位でグルタミン酸からチロシンへの、50位でグリシンからロイシンへの、及び23位でチロシンからセリンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23SP46TE47YG50L);配列番号29;
STYI 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からチロシンへの、及び50位でグリシンからイソロイシンへの、及び23位でチロシンからセリンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23SP46TE47YG50I);配列番号31;
Y47F/HTFL 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からフェニルアラニンへの、及び50位でグリシンからロイシンへの、及び23位でチロシンからヒスチジンへのでアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23HP46TE47FG50L);配列番号35;
V45M 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からチロシンへの、及び50位でグリシンからロイシンへの、及び23位でチロシンからヒスチジンへの、及び45位でバリンからメチオニンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23HV45MP46TE47YG50L);配列番号37;
V45R 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からチロシンへの、及び50位でグリシンからロイシンへの、及び23位でチロシンからヒスチジンへの、及び45位でバリンからアルギニンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23HV45RP46TE47YG50L);配列番号41;
HTTLV45R 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からスレオニンへの、及び50位でグリシンからロイシンへの、及び23位でチロシンからヒスチジンへの、及び45位でバリンからアルギニンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23HV45RP46TE47TG50L);配列番号43;
HTFLV45M 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からフェニルアラニンへの、及び50位でグリシンからロイシンへの、及び23位でチロシンからヒスチジンへの、及び45位でバリンからメチオニンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23HV45MP46TE47FG50L);配列番号47;
HTFLV45Q 46位でプロリンからスレオニンへの、及び47位でグルタミン酸からフェニルアラニンへの、及び50位でグリシンからロイシンへの、及び23位でチロシンからヒスチジンへの、及び45位でバリンからグルタミンへのアミノ酸交換を有するホスファターゼ変種(Y23HV45QP46TE47FG50L);配列番号49。
すべての化学物質は分析グレード以上の品質であり、Sigma-Aldrich、Carbosynth、又はVWRから購入し、さらに精製することなく使用した。
Glucidex 12及びGlucidex 19は、Roquette Freres(フランス)から入手したマルトデキストリン化合物である。
分析
図1に示す完全なプロセスの分析は、オートサンプラー(WPS 3000TRS)、カラムコンパートメント(TCC3000RS)、及び光散乱検出器を備えたHPLC DionexUltimate3000システムを使用して実行された。7℃のYMC Triart Diol Hilicカラム(100×2mm、1.9μm、12nm)を使用して、移動相として0.1%ギ酸(pH4.5)及びACN中の0.1%ギ酸を0.45ml/分で使用して勾配溶出(15~85%)による分離を行った。試料を水/アセトニトリルで3:7の比率で希釈した。データは、Dionex Chromeleonソフトウェアを使用して分析した。
最適化されたタンパク質発現は1つの酵素について例示的に説明されており、同じ操作をすべてのタンパク質に対して行った。
バチルス・フラボカルダリウス(Bacillus flavocaldarius)のプルラナーゼ(配列番号1)の活性を、基質としてのプルランと検出用の3,5-ジニトロサリチル酸(DNS)を使用して試験した。
変換実験は、7gの天然デンプンを含む50mlのファルコンチューブを使用して15mlのスケールで実施した。天然デンプンを6mlの水と緩衝液で前処理し、95℃まで30分間加熱して、ほぼ完全に膨潤させた。その後、膨潤したデンプンを65℃に冷却し、酵素を加えた。7gの天然デンプンに、10.5mlの量の緩衝液、塩、及び酵素を加えた。さらに、マルトースを最終濃度が10mMになるように添加した。最終混合物には、50mM KPi(pH7.0)、5mM MgCl2、0.1mM PLP、10mMマルトース、0.4mgプルラナーゼ、1.5mg α-グルカノトランスフェラーゼ、30mg α-グルカンホスホリラーゼ、1.4mgホスホグルコムターゼ、1.2mgのホスホグルコイソメラーゼ、及び14mgのホスファターゼを含有した。バチルス・フラボカルダリウス、メイオサームス・ルーバー、サーモトガ・ナフトフィラ(ホスホリラーゼ及びホスファターゼ)、クロストリジウム・サーモセラム、及びサーモトガ・マリティマの酵素を使用した。0時間のインキュベーションから始めて、定期的に試料を採取し、10kDaスピンフィルター(VWR 82031-350)を使用してろ過した。必要に応じて、更なる分析のために、試料を3:7の比率の水/アセトニトリルで希釈した。
リン酸カリウム緩衝液50mM(pH7.0)、MgCl2 5mM、PLP 0.005mM、膨潤天然デンプン1%(w/v)、マルトース(0.01mM、0.1mM、1.0mM、又は10mM;IE2~IE5)、又はマルトトリオース(0.01mM、0.1mM、1.0mM、又は10mM;IE6~IE9)、又はマルトテトラオース(0.01mM、0.1mM、又は1.0mM;IE10~IE12)、又はマルトデキストリンGlucidex 12(0.0342%(w/v)、0.00342%(w/v)、又は0.000342%(w/v);IE13~IE15)、又はマルトデキストリンGlucidex 19(0.0342%(w/v)、0.00342%(w/v)、又は0.000342%(w/v);IE16~IE18)、グルカンホスホリラーゼ(0.0025mg/ml)、アルファ-グルカノトランスフェラーゼ(0.075mg/ml)、プルラナーゼ(0.02mg/ml)の総量5mlを65℃で1時間インキュベートし、アリコートを取り出してグルコース-1-リン酸についてチェックした。グルコース-1-リン酸アッセイは、上記の酵素の活性試験に記載されている。
プロセスに存在する異なるホスファターゼ及び2つの糖リン酸中間体の変種の異なる活性を追跡するために、リン酸アッセイを実施した。
リン酸カリウム緩衝液50mM(pH7.0)、MgCl2 5mM、スクロース1000mM、スクロースホスホリラーゼ(0.25mg/ml)、ホスホグルコムターゼ(0.04mg/ml)、ホスホグルコイソメラーゼ(0.075mg/ml)、及びホスファターゼ(0.18mg/ml)を総量10mlで、50℃で48時間インキュベートし、アリコートを取り出してグルコースとフルクトースの濃度をチェックした。ビフィドバクテリウム・アドルセンティス(スクロースホスホリラーゼ)、サーモトガ・ナフトフィラ(ホスファターゼ)、クロストリジウム・サーモセラム(ホスホグルコムターゼ)、及びサーモトガ・マリティマ(ホスホグルコイソメラーゼ)からの酵素を使用した。フルクトースは、方法に記載されているように決定された。
Claims (16)
- 少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖をフルクトースに変換する方法であって、
a)水、リン酸塩、及び少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖を含む組成物に、少なくとも6種の酵素を添加する工程と、
b)続いて、前記少なくとも6種の酵素の存在下で、前記少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖をフルクトースに酵素的に変換する工程とを含み、
工程a)において、少なくとも1種の追加の糖が添加され、前記少なくとも1種の追加の糖は、十四糖、十三糖、十二糖、十一糖、十糖、九糖、八糖、七糖、六糖、五糖、四糖、三糖、二糖、及び/又はこれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記少なくとも1種の追加の糖は、前記少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖と少なくとも部分的に同じグリコシド結合を有し、
工程a)において、前記少なくとも6種の酵素は、ホスファターゼ、トランスフェラーゼ、ホスホリラーゼ、ムターゼ、イソメラーゼ、及び/又はヒドロラーゼからなる群から選択され、
工程a)の少なくとも1種の酵素はホスファターゼであり、
前記少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖は、グルコースベースのオリゴ糖及び/又は多糖から選択され、及び
前記ホスファターゼは、配列番号41の配列と少なくとも98%同一であるアミノ酸配列を含む、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
工程a)において、前記少なくとも1種の追加の糖は、四糖、三糖、二糖、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、及び/又は、
工程a)の前記組成物は、乾燥重量ベースで前記少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖の35%以下を含み、及び/又は、
前記少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖は、デンプン及びその誘導体、ヘミセルロース及びその誘導体、セルロース及びその誘導体、及び/又はこれらの組み合わせからなる群から選択される方法。 - 前記四糖、三糖、二糖、及びこれらの組み合わせが、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、及びこれらの組み合わせである、請求項2に記載の方法。
- 請求項1~3のいずれかに記載の方法であって、
工程b)において、糖リン酸が中間的に生成され、及び/又は、
工程b)において、前記酵素的に変換する工程はワンポット反応工程である、方法。 - 請求項1~4のいずれかに記載の方法であって、
工程a)において、少なくとも1種のトランスフェラーゼが添加され、及び/又は、
工程a)において、少なくとも1種のホスホリラーゼが添加され、及び/又は、
工程a)において、少なくとも1種のムターゼが添加され、及び/又は、
工程a)において、少なくとも1種のイソメラーゼが添加され、及び/又は、
工程a)において、少なくとも1種のヒドロラーゼが添加される方法。 - 前記トランスフェラーゼが、グリコシルトランスフェラーゼであり、及び/又は、
前記ホスホリラーゼが、グルカンホスホリラーゼであり、及び/又は、
前記ムターゼが、ホスホグルコムターゼであり、及び/又は、
前記イソメラーゼが、ホスホグルコイソメラーゼであり、及び/又は、
前記ヒドロラーゼが、グルカノヒドロラーゼである、
請求項5に記載の方法。 - 工程b)は室温(25℃)で少なくとも24時間実施される、請求項1~6のいずれかに記載の方法。
- 請求項1~7のいずれかに記載の方法であって、
工程a)の組成物中に存在する糖の少なくとも50%は、24時間の酵素的変換後にフルクトースに変換され、及び/又は、
工程a)の組成物中に存在する糖の少なくとも70%は、48時間の酵素的変換後にフルクトースに変換される方法。 - 請求項1~6及び8のいずれかに記載の方法であって、
工程b)の温度は、10~100℃、及び/又は、
前記組成物のpHは、3~12である方法。 - 工程b)の温度は、20~90℃であり、及び/又は
前記組成物のpHは、4~10である、請求項9に記載の方法。 - 少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖をフルクトースに変換するための組成物であって、
- 水、
- リン酸塩、
- 少なくとも6種の酵素(ここで少なくとも1種の酵素はホスファターゼである)、
- 少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖、を含み、
前記少なくとも6種の酵素は、ホスファターゼ、トランスフェラーゼ、ホスホリラーゼ、ムターゼ、イソメラーゼ、及び/又はヒドロラーゼからなる群から選択され、
前記組成物は、少なくとも1種の追加の糖をさらに含み、前記少なくとも1種の追加の糖は、十四糖、十三糖、十二糖、十一糖、十糖、九糖、八糖、七糖、六糖、五糖、四糖、三糖、二糖、及び/又はこれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記少なくとも1種の追加の糖は、前記少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖と少なくとも部分的に同じグリコシド結合を有し、
前記少なくとも1種のオリゴ糖及び/又は多糖は、グルコースベースのオリゴ糖及び/又は多糖から選択され、及び
前記ホスファターゼは、配列番号41の配列と少なくとも98%同一であるアミノ酸配列を含む、組成物。 - 請求項11に記載の組成物であって、
前記ホスファターゼは、配列番号41の配列と少なくとも98.5%同一であるアミノ酸配列を含み、又は
前記ホスファターゼは、配列番号15、配列番号17、配列番号19、配列番号21、配列番号23、配列番号25、配列番号27、配列番号29、配列番号31、配列番号33、配列番号35、配列番号37、配列番号39、配列番号41、配列番号43、配列番号45、配列番号47、又は配列番号49のアミノ酸配列を有する組成物。 - 前記ホスファターゼは、配列番号41の配列と少なくとも99%同一であるアミノ酸配列を含む、請求項12に記載の組成物。
- - 乾燥重量ベースで少なくとも50%のフルクトース、
- 乾燥重量ベースで0.001~25%のグルコース、
- 乾燥重量ベースで0.01~22%のリン酸塩、及び
- 乾燥重量ベースで、0.001~2%の少なくとも6種の酵素を含む水性組成物であって、
前記少なくとも6種の酵素は、ホスファターゼ、トランスフェラーゼ、ホスホリラーゼ、ムターゼ、イソメラーゼ、及び/又はヒドロラーゼからなる群から選択され、
少なくとも1種の酵素はホスファターゼであり;及び
前記ホスファターゼは、配列番号41の配列と少なくとも98%同一であるアミノ酸配列を含む水性組成物。 - 請求項14に記載の水性組成物であって、
前記ホスファターゼは、配列番号41の配列と少なくとも98.5%同一であるアミノ酸配列を含み、又は
前記ホスファターゼは、配列番号15、配列番号17、配列番号19、配列番号21、配列番号23、配列番号25、配列番号27、配列番号29、配列番号31、配列番号33、配列番号35、配列番号37、配列番号39、配列番号41、配列番号43、配列番号45、配列番号47、又は配列番号49のアミノ酸配列を有する水性組成物。 - 前記ホスファターゼは、配列番号41の配列と少なくとも99%同一であるアミノ酸配列を含む、請求項15に記載の水性組成物。
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