JP2000245478A - Oxidoreductase gene - Google Patents

Oxidoreductase gene

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JP2000245478A
JP2000245478A JP11057456A JP5745699A JP2000245478A JP 2000245478 A JP2000245478 A JP 2000245478A JP 11057456 A JP11057456 A JP 11057456A JP 5745699 A JP5745699 A JP 5745699A JP 2000245478 A JP2000245478 A JP 2000245478A
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JP
Japan
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enzyme
desulfurization
reaction
ala
strain
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Japanese (ja)
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Yoshitaka Ishii
義孝 石井
Masanori Suzuki
正則 鈴木
Takashi Oshiro
隆 大城
Yoshikazu Izumi
好計 和泉
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Petroleum Energy Center PEC
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 チオフェン系化合物を分解する機能を有
する酵素と共役してNADHを酸化しFMNを還元する機能を
有する酵素及びそれをコードする遺伝子。 【効果】 石油等の化石燃料中に含まれるチオフェン系
化合物中の硫黄を効率的に遊離させることができる。
(57) Abstract: An enzyme having a function of oxidizing NADH and reducing FMN in combination with an enzyme having a function of decomposing a thiophene compound, and a gene encoding the same. [Effect] The sulfur in the thiophene-based compound contained in fossil fuels such as petroleum can be efficiently released.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、微生物を利用する
チオフェン系化合物、すなわちベンゾチオフェン、ジベ
ンゾチオフェン(以下「DBT 」という)およびこれらの
置換体、又はそれらの誘導体を分解する機能を有する酵
素と共役して、NADHを酸化しFMNを還元する機能を有す
る酵素及びそれをコードする遺伝子に関するものであ
る。本発明の酵素及び遺伝子を利用することにより、石
油等の化石燃料中に含まれるベンゾチオフェンやDBT お
よびこれらの置換体、又はそれらの誘導体中の硫黄を遊
離させることができるので、石油・石炭等の化石燃料の
燃焼により空気中に拡散する硫黄を、化石燃料中から容
易に除去することができるようになる。
The present invention relates to an enzyme having a function of decomposing thiophene compounds utilizing microorganisms, that is, benzothiophene, dibenzothiophene (hereinafter, referred to as "DBT") and their substituted products, or derivatives thereof. The present invention relates to an enzyme having a function of oxidizing NADH and reducing FMN by conjugation, and a gene encoding the enzyme. By utilizing the enzymes and genes of the present invention, benzothiophene and DBT contained in fossil fuels such as petroleum and the like, and sulfur in substituted substances or derivatives thereof can be released, so that petroleum, coal, etc. Sulfur that diffuses into the air due to the combustion of fossil fuel can be easily removed from the fossil fuel.

【0002】[0002]

【従来の技術】(1)水素化脱硫 石油のような炭化水素燃料から硫黄を除去する脱硫のた
めの方法としては、アルカリ洗浄や溶剤脱硫などの方法
も知られているが、現在では水素化脱硫が主流となって
いる。水素化脱硫は、石油留分中の硫黄化合物を触媒の
存在下で水素と反応させ、硫化水素として除去して製品
の低硫黄化を図る方法である。触媒としては、アルミナ
を担体としてコバルト、モリブデン、ニッケル、タング
ステン、などの金属触媒が使用される。モリブデン担持
アルミナ触媒の場合には、触媒性能を向上させるため
に、通常コバルトやニッケルが助触媒として加えられ
る。金属触媒を用いた水素化脱硫は、現在世界中で広く
使用されているきわめて完成度の高いプロセスであるこ
とは疑いのないことである。しかし、より厳しい環境規
制に対応した石油製品を作るためのプロセスという観点
からは、いくつかの問題点がある。以下にその例を簡単
に記載する。
2. Description of the Related Art (1) Hydrodesulfurization As a desulfurization method for removing sulfur from hydrocarbon fuel such as petroleum, there are known methods such as alkali washing and solvent desulfurization. Desulfurization is the mainstream. Hydrodesulfurization is a method in which a sulfur compound in a petroleum fraction is reacted with hydrogen in the presence of a catalyst, and removed as hydrogen sulfide to reduce the sulfur content of the product. As the catalyst, a metal catalyst such as cobalt, molybdenum, nickel, and tungsten is used with alumina as a carrier. In the case of a molybdenum-supported alumina catalyst, cobalt or nickel is usually added as a co-catalyst in order to improve the catalytic performance. There is no doubt that metal-catalyzed hydrodesulfurization is a very complete process that is now widely used worldwide. However, there are several issues in terms of the process for making petroleum products in compliance with stricter environmental regulations. The following is a brief description of an example.

【0003】金属触媒は、一般にその基質特異性が低
く、このため多様な種類の硫黄化合物を分解し、化石燃
料全体の硫黄含量を低下させる目的には適しているが、
特定のグループの硫黄化合物、すなわちベンゾチオフェ
ンやDBT のような複素環式有機硫黄化合物およびそれら
のアルキル誘導体類に対してはその脱硫効果が不十分と
なることがあると考えられる。たとえば、脱硫後の軽油
中にはなおも種々の複素環式有機硫黄化合物が残存して
いる。このように金属触媒による脱硫効果が不十分とな
る原因の一つは、これらの有機硫黄化合物中の硫黄原子
の周囲に存在する置換基による立体障害が考えられる。
これらの置換基のうち、メチル置換基の存在が水素化脱
硫における金属触媒の反応性に及ぼす影響は、チオフェ
ン、ベンゾチオフェン、DBT などについて検討されてい
る。それらの結果によると、一般的には置換基の数が増
すほど脱硫反応は減少するが、置換基の位置が反応性に
及ぼす影響もきわめて大きいことが明らかである。メチ
ルDBT 類の脱硫反応性を比較し、置換基による立体障害
が金属触媒の反応性に及ぼす影響が非常に大きいことを
示した報告は、たとえば、Houalla, M., Broderick, D.
H.,Sapre, A.V., Nag,N.K., de Beer, V.H., Gates, B.
C., Kwart, H.J., Catalt., 61, 523-527(1980)に見ら
れる。実際、これらのでDBT の種々のアルキル化誘導体
が軽油中にかなりの量存在することが知られている(た
とえば、Kabe, T., Ishihara, A.and Tajima, H. lnd.
Eng. Chem. Res., 31, 1577-1580(1992))。
[0003] Metal catalysts generally have low substrate specificity and are therefore suitable for the purpose of decomposing various kinds of sulfur compounds and reducing the sulfur content of the entire fossil fuel,
It is believed that the desulfurization effect of certain groups of sulfur compounds, ie, heterocyclic organic sulfur compounds such as benzothiophene and DBT, and their alkyl derivatives may be insufficient. For example, various heterocyclic organic sulfur compounds still remain in the gas oil after desulfurization. One of the causes of the insufficient desulfurization effect of the metal catalyst is considered to be steric hindrance due to substituents around sulfur atoms in these organic sulfur compounds.
Among these substituents, the effect of the presence of a methyl substituent on the reactivity of metal catalysts in hydrodesulfurization has been studied for thiophene, benzothiophene, DBT, etc. According to these results, it is clear that the desulfurization reaction generally decreases as the number of substituents increases, but the position of the substituent has a very large effect on the reactivity. A report comparing the desulfurization reactivity of methyl DBTs and showing that steric hindrance due to substituents has a very large effect on the reactivity of metal catalysts has been reported, for example, by Houalla, M., Broderick, D.
H., Sapre, AV, Nag, NK, de Beer, VH, Gates, B.
C., Kwart, HJ, Catalt., 61, 523-527 (1980). Indeed, it is known that various alkylated derivatives of DBT are present in significant amounts in gas oils (eg, Kabe, T., Ishihara, A. and Tajima, H. lnd.
Eng. Chem. Res., 31, 1577-1580 (1992)).

【0004】上記のように水素化脱硫に抵抗性を示す有
機硫黄化合物を脱硫するためには、現在用いられている
よりも高い反応温度や圧力が必要とされ、また、添加す
る水素の量も非常に増大すると考えられている。このよ
うな水素化脱硫プロセスの改良は、ばく大な設備投資と
運転コストを必要とすることが予想される。このような
水素化脱硫に抵抗性を示す有機硫黄化合物を主たる硫黄
化合物種として含むものとしては、たとえば、軽油があ
り、軽油のより高度な脱硫(超深度脱硫)を行う場合に
は上記のような水素化脱硫プロセスの大幅な改良が要求
される。
[0004] As described above, desulfurization of an organic sulfur compound having resistance to hydrodesulfurization requires a higher reaction temperature and pressure than currently used, and the amount of hydrogen to be added is also reduced. It is expected to increase significantly. Improvements in such hydrodesulfurization processes are expected to require significant capital and operating costs. As the main sulfur compound species which contains such an organic sulfur compound having resistance to hydrodesulfurization, for example, there is gas oil, and when performing a more advanced desulfurization of gas oil (ultra deep desulfurization), as described above. A significant improvement in the hydrodesulfurization process is required.

【0005】(2)C-C結合切断型微生物脱硫 一方、生物が行う酵素反応は比較的穏和な条件下で進行
し、しかも酵素反応の速度自体は、化学触媒を用いた反
応の速度と遜色のないという特徴を有している。さら
に、生体内で起こる多種多様の生物反応に適切に対応す
る必要があるため、非常に多くの種類の酵素が存在し、
それらの酵素は一般的に非常に高い基質特異性を示すこ
とが知られている。このような特徴は、微生物を用いて
化石燃料中に含まれる硫黄化合物中の硫黄の除去を行う
いわゆるバイオ脱硫反応においても活かされるものと期
待されている(Monticello, D.J., Hydrocarbon Proces
sing39-45(1994)) 。
(2) CC bond-cleaving type microbial desulfurization On the other hand, the enzymatic reaction performed by organisms proceeds under relatively mild conditions, and the rate of the enzymatic reaction itself is comparable to that of a reaction using a chemical catalyst. It has the feature of. In addition, there are numerous types of enzymes that need to respond appropriately to a wide variety of biological reactions that occur in vivo,
These enzymes are generally known to exhibit very high substrate specificity. Such a feature is expected to be utilized in a so-called biodesulfurization reaction for removing sulfur in a sulfur compound contained in a fossil fuel using a microorganism (Monticello, DJ, Hydrocarbon Proces).
sing39-45 (1994)).

【0006】一方、細菌を用いて石油の成分である複素
環硫黄化合物から硫黄を除去する方法については、多数
の報告があるが、それらは環分解(C-C 結合切断)型反
応とC-S 結合切断型反応とに大別される。C-C 結合攻撃
型脱硫活性を有する細菌としては、中温菌と高温菌があ
る。前者の例としては、Pseudomonas sp., Pseudomonas
aeruginosa, Beijerinckia sp., Pseudomonas alcalig
enes, Pseudomonas stutzeri, Pseudomonasputida, Bre
vibacterium sp.などが知られている。これらの細菌
は、DBT で代表される複素環式有機硫黄化合物中のC-C
結合の切断を行い、ベンゼン環を分解し、その後の酸化
反応カスケードにより、硫黄塩を放出するというタイプ
の代謝を行うものである。これらの炭素骨格攻撃型経路
の反応機構は芳香環の水酸化(DBT →→1,2-ジヒドロキ
シDBT)、環の解裂、水溶性産物への酸化(1,2-ジヒドロ
キシDBT →→トランス-4[2-(3-ヒドロキシ)チアンナ
フテニル]-2- オキソ- ブテノイン酸、3-ヒドロキシ-2
- ホルミルベンゾチオフェン)といったものであり、Ko
dama経路と呼ばれている。このタイプの反応により、DB
T のベンゼン環中のC-C 結合が攻撃を受け、油から抽出
可能な種々の水溶性物質を生じる。しかし、この反応に
より、油中の他の芳香族分子が攻撃を受け、その結果か
なりの量の炭化水素が液相に移動することになる(Hart
degen, F.J., Coburn, J.M. and Roberts, R.L. Chem.
Eng. Progress, 80, 63-67(1984)) 。このようなことは
石油の総熱量単位の低下を招くことになり、工業的には
非効率的な反応である。また、このタイプのDBT 酸化分
解菌は、児玉らが報告しているように酸化産物として水
溶性のチオフェン化合物(主として3-ヒドロキシ-2- ホ
ルミルベンゾチオフェン)を与えるが、これは液相から
除去するのが困難な物質でもある。更に、DBT の炭素環
の攻撃は、しばしばアルキル置換基やアリル置換基を持
つDBT の 2位及び 3位の位置で起こるため、これらの位
置で置換されたDBTはKodama経路の基質とはならない。
[0006] On the other hand, there have been many reports on the method of removing sulfur from a heterocyclic sulfur compound which is a component of petroleum using bacteria. However, these methods are based on a ring decomposition (CC bond cleavage) type reaction and a CS bond cleavage type reaction. They are roughly divided into reactions. Bacteria having CC bond attack type desulfurization activity include mesophilic bacteria and thermophilic bacteria. Examples of the former are Pseudomonas sp., Pseudomonas
aeruginosa, Beijerinckia sp., Pseudomonas alcalig
enes, Pseudomonas stutzeri, Pseudomonasputida, Bre
vibacterium sp. and the like are known. These bacteria contain CC in heterocyclic organic sulfur compounds represented by DBT.
This is a type of metabolism in which a bond is broken, the benzene ring is decomposed, and a sulfuric acid salt is released by a subsequent oxidation reaction cascade. The reaction mechanism of these carbon skeleton attack type pathways is hydroxylation of aromatic ring (DBT →→ 1,2-dihydroxy DBT), ring cleavage, oxidation to water-soluble product (1,2-dihydroxy DBT →→ trans- 4 [2- (3-hydroxy) thiannaphthenyl] -2-oxo-butenoic acid, 3-hydroxy-2
-Formylbenzothiophene) and Ko
It is called the dama pathway. This type of reaction allows the DB
The CC bond in the benzene ring of T is attacked, producing various water-soluble substances that can be extracted from the oil. However, this reaction attacks other aromatic molecules in the oil, which results in a significant transfer of hydrocarbons to the liquid phase (Hart
degen, FJ, Coburn, JM and Roberts, RL Chem.
Eng. Progress, 80, 63-67 (1984)). This leads to a decrease in the total calorific value of petroleum, which is an industrially inefficient reaction. In addition, this type of DBT oxidative degradation bacteria gives a water-soluble thiophene compound (mainly 3-hydroxy-2-formylbenzothiophene) as an oxidation product as reported by Kodama et al., Which is removed from the liquid phase. It is also a substance that is difficult to do. In addition, the carbocyclic attack of DBT often occurs at the 2- and 3-positions of DBTs with alkyl or allyl substituents, so substituted DBTs at these positions are not substrates for the Kodama pathway.

【0007】一方、化学反応の速度は一般に温度に依存
して増大することが知られている。また、石油精製プロ
セス中の脱硫工程では、高温・高圧条件下で分別蒸留や
脱硫反応が行われる。従って、石油精製プロセス中にバ
イオ脱硫工程を組み込むとすると、常温近くにまで石油
留分を冷却することなしに、冷却途中のより高い温度で
バイオ脱硫反応ができる方が望ましいと考えられる。高
温バイオ脱硫に関する報告には以下のようなものがあ
る。
On the other hand, it is known that the speed of a chemical reaction generally increases depending on the temperature. In the desulfurization step in the petroleum refining process, fractional distillation and desulfurization reaction are performed under high temperature and high pressure conditions. Therefore, if a bio-desulfurization step is incorporated into a petroleum refining process, it would be desirable to be able to perform a bio-desulfurization reaction at a higher temperature during cooling without cooling the petroleum fraction to near normal temperature. Reports on high temperature biodesulfurization include:

【0008】微生物を用いて高温で脱硫反応を行わせる
試みのほとんどは、石炭脱硫において見ることができ
る。石炭中には種々の硫黄化合物が含まれている。主要
な無機硫黄化合物は黄鉄鉱であるが、有機硫黄化合物に
関しては多種多様のものが混在しており、多くがチオー
ル、スルフィド、ジスルフィド、チオフェン基を含んで
いることが知られている。用いられた微生物は、Sulfol
obus属の細菌で、これらはすべて好熱性細菌である。鉱
物スルフィドからの金属のリーチング(BrierleyC.L. &
Murr, L.E., Science 179, 448-490(1973)) や石炭か
らの黄鉄鉱の硫黄除去などに種々の異なったSulfolobus
株を用いた例が報告されている(Kargi, F. & Robinso
n, J.M., Biotechnol.Bioeng, 24, 2115-2121(1982); K
argi, F. &Robinson, J.M., Appl. Environ. Microbio
l., 44, 878-883(1982); Kargi, F.& Cervoni, T.D., B
iotechnol. Letters 5,33-38(1983); Kargi, F. and Ro
binson, J.M., Biotechnol. Bioeng., 26, 687-690(198
4); Kargi, F. & Robinson,J.M., Biotechnol. Bioeng.
27, 41-49(1985); Kargi, F., Biotechnol. Lett.,9,
478-482(1987))。Kargi とRobinson (Kargi, F andRobi
nson, J.M., Appl.Environ. Microbiol., 44, 878-883
(1982))によれば、米国のイエローストーン国立公園の
酸性温泉から分離されたSulfolobus acidocaldariusの
ある株は、45〜70℃で生育するが、至適pH2 で元素状硫
黄を酸化する。また、別の2種のSulfolobus acidocalda
rius 株による黄鉄鉱の酸化も報告されている(Tobita,
M., Yokozeki, M., Nishikawa, N. & Kawakami, Y., Bi
osci. Biotech. Biochem. 58,771-772(1994))。
Most attempts to perform desulfurization reactions at elevated temperatures using microorganisms can be found in coal desulfurization. Coal contains various sulfur compounds. Although the main inorganic sulfur compound is pyrite, a wide variety of organic sulfur compounds are mixed, and many are known to contain thiol, sulfide, disulfide, and thiophene groups. The microorganism used was Sulfol
Obus bacteria, all of which are thermophilic. Leaching of metals from mineral sulfides (Brierley C.L. &
Murr, LE, Science 179, 448-490 (1973)) and various different sulfolobuses for removing pyrite from coal.
Examples using strains have been reported (Kargi, F. & Robinso
n, JM, Biotechnol. Bioeng, 24, 2115-2121 (1982); K
argi, F. & Robinson, JM, Appl. Environ. Microbio
l., 44, 878-883 (1982); Kargi, F. & Cervoni, TD, B
iotechnol.Letters 5,33-38 (1983); Kargi, F. and Ro
binson, JM, Biotechnol.Bioeng., 26, 687-690 (198
4); Kargi, F. & Robinson, JM, Biotechnol. Bioeng.
27, 41-49 (1985); Kargi, F., Biotechnol. Lett., 9,
478-482 (1987)). Kargi and Robinson (Kargi, F and Robi
nson, JM, Appl.Environ.Microbiol., 44, 878-883
According to (1982)), a strain of Sulfolobus acidocaldarius isolated from acidic hot springs in Yellowstone National Park, USA, grows at 45-70 ° C but oxidizes elemental sulfur at an optimal pH of 2. Another two species of Sulfolobus acidocalda
The oxidation of pyrite by the rius strain has also been reported (Tobita,
M., Yokozeki, M., Nishikawa, N. & Kawakami, Y., Bi
osci. Biotech. Biochem. 58, 771-772 (1994)).

【0009】化石燃料中に含まれる有機硫黄化合物のう
ち、DBT およびその置換体又はそれらの誘導体は通常の
石油精製プロセスにおいて水素化脱硫を受けにくいこと
が知られている。そのDBT のSulfolobus acidocaldariu
s (以下、「S.acidocaldarius」という)による高温分
解も報告されている(Kargi, & Robinson, J.M., Biote
chnol. Bioeng,26, 687-690(1984); Kargi, F., Biotec
hnol. Letters 9, 478-482(1987))。
[0009] Among the organic sulfur compounds contained in fossil fuels, DBT and its substitution products or derivatives thereof are known to be less susceptible to hydrodesulfurization in ordinary petroleum refining processes. The DBT Sulfolobus acidocaldariu
s (hereinafter referred to as “S. acidocaldarius”) has also been reported (Kargi, & Robinson, JM, Biote
chnol. Bioeng, 26, 687-690 (1984); Kargi, F., Biotec
hnol. Letters 9, 478-482 (1987)).

【0010】これらの報告によれば、チアントレン、チ
オキサンテン、DBT などのモデル芳香族複素環硫黄化合
物を高温でこの微生物と反応させると、これらの硫黄化
合物は酸化されて、分解する。S. acidocaldarius によ
るこれらの芳香族複素環硫黄化合物の酸化は、70℃で観
察されており、反応産物として硫酸イオンを生じる。し
かし、この反応は硫黄化合物の他には炭素源を含まない
培地中での反応であり、硫黄化合物を炭素源としても利
用している。すなわち硫黄化合物中のC-C 結合を分解し
ていることは明瞭である。さらに、このS. acidocaldar
ius は酸性の培地でのみ増殖でき、DBT の酸化分解反応
は、きびしい酸性条件下(pH2.5)での進行を要求する。
このようなきびしい条件は石油製品の劣化を引き起こす
と同時に脱硫に関わる工程に耐酸性材料を必要とするた
めプロセス上望ましくないと考えられる。S. acidocald
arius を、独立栄養条件下で増殖させると、必要なエネ
ルギーを還元された鉄・硫黄化合物から獲得し、炭素源
として二酸化炭素を利用する。しかし、S. acidocaldar
ius は、従属栄養条件下に増殖させると、炭素源および
エネルギー源として種々の有機化合物を利用することが
できる。すなわち、化石燃料が存在すると炭素源として
資化されるものと考えられる。
According to these reports, when model aromatic heterocyclic sulfur compounds such as thianthrene, thioxanthene, and DBT are reacted with this microorganism at a high temperature, these sulfur compounds are oxidized and decomposed. Oxidation of these aromatic heterocyclic sulfur compounds by S. acidocaldarius has been observed at 70 ° C. and yields sulfate ions as reaction products. However, this reaction is a reaction in a medium that does not contain a carbon source other than the sulfur compound, and uses the sulfur compound as a carbon source. That is, it is clear that the CC bond in the sulfur compound is decomposed. Furthermore, this S. acidocaldar
ius can only grow in acidic media, and the oxidative degradation of DBT requires progression under harsh acidic conditions (pH 2.5).
It is considered that such severe conditions cause deterioration of petroleum products, and at the same time, require an acid-resistant material in a step relating to desulfurization, which is considered to be undesirable in the process. S. acidocald
When arius is grown under autotrophic conditions, it obtains the necessary energy from reduced iron and sulfur compounds and uses carbon dioxide as a carbon source. However, S. acidocaldar
ius, when grown under heterotrophic conditions, can utilize various organic compounds as carbon and energy sources. That is, it is considered that the presence of fossil fuel is utilized as a carbon source.

【0011】Finnertyらは、Pseudomonas stutzeri、Ps
eudomonas alcaligenes 、Pseudomonas putidaに属する
株がDBT 、ベンゾチオフェン、チオキサンテン、チアン
トレンを分解して、水溶性の物質に変換することを報告
している(Finnerty, W.R.,Shockiey, K., Attaway, H.
in Microbial Enhanced Oil Recovery, Zajic, J.E. e
t al.(eds.) Penwell. Tuisa, Okia, 83-91(1983)。こ
の場合、酸化反応は55℃でも進むとしている。しかし、
これらのPseudomonas 菌株によるDBT の分解産物は、Ko
damaらが報告している3-ヒドロキシ-2- ホルミルベンゾ
チオフェンである(Monticello, D.J., Bakker, D., Fi
nnerty, W.R. Appl. Environ. Microbiol., 49, 756-76
0(1985))。これらのPseudomonas 菌株によるDBT の酸化
活性は、硫黄を含まない芳香族炭化水素であるナフタレ
ンやサリチル酸により誘導を受け、クロラムフェニコー
ルにより阻止される。このことから、これらのPseudomo
nas 菌株によるDBT の分解反応は、芳香環中のC-C結合
を切断することによる分解を基礎としていることが分か
る。また、硫黄化合物以外にも石油留分中に含まれる貴
重な芳香族炭化水素を同時に分解するおそれもあり、こ
れは、燃料の価値や石油留分の品質を低下させることに
なる。
Finnerty et al., Pseudomonas stutzeri, Ps
It has been reported that strains belonging to eudomonas alcaligenes and Pseudomonas putida degrade DBT, benzothiophene, thioxanthene and thianthrene and convert them to water-soluble substances (Finnerty, WR, Shockiey, K., Attaway, H.
in Microbial Enhanced Oil Recovery, Zajic, JE e
(eds.) Penwell. Tuisa, Okia, 83-91 (1983). In this case, the oxidation reaction proceeds even at 55 ° C. But,
The degradation products of DBT by these Pseudomonas strains were
3-hydroxy-2-formylbenzothiophene reported by dama et al. (Monticello, DJ, Bakker, D., Fi
nnerty, WR Appl.Environ.Microbiol., 49, 756-76
0 (1985)). The oxidative activity of DBT by these Pseudomonas strains is induced by the sulfur-free aromatic hydrocarbons naphthalene and salicylic acid and is blocked by chloramphenicol. From this, these Pseudomo
It can be seen that the degradation reaction of DBT by the nas strain is based on the degradation by breaking the CC bond in the aromatic ring. In addition, valuable aromatic hydrocarbons contained in petroleum fractions other than sulfur compounds may be simultaneously decomposed, which lowers the value of fuel and the quality of petroleum fractions.

【0012】(3)C-S結合切断型微生物脱硫 原油や石炭のみならず硫黄を含んだモデル化合物を分解
し、ヘテロ原子である硫黄を選択的に除去して、硫酸塩
や水酸化化合物を産生する微生物類が報告されている。
このタイプの反応は、その代謝産物の構造から考えて、
硫黄化合物中のC-S 結合を特異的に切断して、その結果
硫黄を硫酸塩の形で遊離する反応であると考えられる。
現在までに、表1 に示すような硫黄攻撃型中温菌を用い
たバイオ脱硫反応系の報告がある。
(3) Microorganism desulfurization of CS bond-cleaving type Not only crude oil and coal but also model compounds containing sulfur are decomposed, and sulfur as a hetero atom is selectively removed to produce sulfates and hydroxylated compounds. Microorganisms have been reported.
This type of reaction, given the structure of its metabolites,
It is thought to be a reaction that specifically cleaves the CS bond in the sulfur compound and releases sulfur in the form of sulfate.
To date, there have been reports of biodesulfurization reaction systems using sulfur-attacking mesophilic bacteria as shown in Table 1.

【0013】[0013]

【表1】 [Table 1]

【0014】一方、C-S結合切断型高温菌としては、最
近、本発明者らによりPaenibacillussp.株として世界で
初めて分離されている(特開平10-036859号公報)。C-S
結合を特異的に切断するが、C-C 結合は切断しないで
そのまま残すタイプの有機硫黄化合物の分解反応が実際
の石油の脱硫方法として望ましいことは上述の通りであ
る。すなわち、高温でDBT およびそのアルキル置換体、
又はそれらの誘導体分子中のC-S 結合を切断する活性を
示し、水溶性の物質の形で、脱硫産物を生じる微生物を
利用するのがバイオ脱硫プロセスとして最も望ましい。
この菌株の有する高温脱硫活性に関与する遺伝子を単離
すれば、組換えDNA 技術のような遺伝子操作技術を利用
して、他の生物にその遺伝子を導入し発現させることに
より、広範囲の生物に高温脱硫能を賦与することができ
ることになる。
On the other hand, recently, the present inventors have isolated the CS bond-cleavable thermophilic bacterium as Paenibacillus sp. Strain for the first time in the world (JP-A-10-036859). CS
As described above, a decomposition reaction of an organic sulfur compound of a type that specifically breaks a bond but leaves a CC bond without breaking it is desirable as an actual method for desulfurizing petroleum. That is, at elevated temperatures, DBT and its alkyl-substituted products,
It is most desirable as a biodesulfurization process to utilize microorganisms that exhibit the activity of cleaving CS bonds in their derivative molecules and produce desulfurized products in the form of water-soluble substances.
Once the gene involved in the high-temperature desulfurization activity of this strain is isolated, the gene can be introduced and expressed in other organisms using a genetic engineering technique such as recombinant DNA technology, and it can be used in a wide range of organisms. High temperature desulfurization ability can be provided.

【0015】(4)酸化還元酵素 C-S 結合切断型の脱硫反応を起こすことが知らされてい
る細菌で、そのDBT 分解反応に関与する酵素活性をコー
ドする遺伝子が同定され、その塩基配列が決定されてい
るのは、本発明者らの知る限りでは、Rhodococcus sp.
IGTS8 株のdsz遺伝子のみである(Denome, S., Oldflel
d., C., Nash, L.J. and Young, K.D.J.Bacteriol., 17
6:6707-6716, 1994; Piddington, C.S., Kovacevich,
B.R. and Rambosek, J. Appl.Environ. Microbiol., 6
1:468-475, 1995)。IGTS8 株によるDBT 分解反応は、DB
TからDBTOを経てDBTO2 への変換を触媒するDszC、DBTO2
から2-(2'-ヒドロキシフェニル)ベンゼンスルフィン酸
への変換を触媒するDszAおよび2-(2'-ヒドロキシフェニ
ル)ベンゼンスルフィン酸から2-HBP への変換を触媒す
るDszBの3つの酵素により触媒される(Denome, S., Ol
dfield., C., Nash, L.J. and Young, K.D. J.Bacterio
l.,176:6707-6716, 1994; Gray, K.A., Pogrebinshy,
O.S., Mrachko, G.T., Xi, L. Monticello, D.J. and S
quires, C.H. Nat Biotechnol., 14:1705-1709, 1996;
Oldfield, C., Pogrebinsky, O., Simmonds, J., Olso
n, E.S. and Kulpa, C.F., Microbiology, 143:2961-29
73, 1997)。それぞれ対応する遺伝子はdszA, dszB, dsz
Cと呼ばれている。
(4) Oxidoreductase A bacterium which is known to cause a CS bond cleavage type desulfurization reaction, a gene encoding an enzyme activity involved in the DBT decomposition reaction has been identified, and its nucleotide sequence has been determined. Is that, to the best of our knowledge, Rhodococcus sp.
Only the dsz gene of IGTS8 strain (Denome, S., Oldflel
d., C., Nash, LJ and Young, KDJBacteriol., 17
6: 6707-6716, 1994; Piddington, CS, Kovacevich,
BR and Rambosek, J. Appl.Environ.Microbiol., 6
1: 468-475, 1995). The degradation reaction of DBT by IGTS8 strain is DB
DszC catalyzes the conversion of T to DBTO 2 via DBTO, DBTO 2
Catalyzed by three enzymes, DszA, which catalyzes the conversion of 2- (2'-hydroxyphenyl) benzenesulfinic acid to 2- (2'-hydroxyphenyl) benzenesulfinic acid, and DszB, which catalyzes the conversion of 2- (2'-hydroxyphenyl) benzenesulfinic acid to 2-HBP (Denome, S., Ol
dfield., C., Nash, LJ and Young, KDJBacterio
l., 176: 6707-6716, 1994; Gray, KA, Pogrebinshy,
OS, Mrachko, GT, Xi, L. Monticello, DJ and S
quires, CH Nat Biotechnol., 14: 1705-1709, 1996;
Oldfield, C., Pogrebinsky, O., Simmonds, J., Olso
n, ES and Kulpa, CF, Microbiology, 143: 2961-29
73, 1997). The corresponding genes are dszA, dszB, dsz
Called C.

【0016】DszCとDszAはモノオキシゲナーゼで、両者
ともその酸素添加反応にはNADH-FMN酸化還元酵素活性の
共存を必要とすることが知られている(Gray, K.A., Po
grebinsky, O.S., Mrachko, G.T., Xi, L. Monticello,
D.J. and Squires, C.H. Nat Biotechnol., 14:1705-1
709, 1996; Xi, L. Squires, C.H., Monticello, D.J.
and Chids, J.D. Biochem. Biophys. Res Commun., 23
0:73-76, 1997) 。このNADH-FMN酸化還元酵素活性を有
する酵素はDszDと呼ばれ、その遺伝子配列がGray, K.A.
らにより報告されている(US Pat. No.5,804,433、また
は US pat. No. 5,811,285)。
DszC and DszA are monooxygenases, and it is known that their oxygenation requires coexistence of NADH-FMN oxidoreductase activity (Gray, KA, Po
grebinsky, OS, Mrachko, GT, Xi, L. Monticello,
DJ and Squires, CH Nat Biotechnol., 14: 1705-1
709, 1996; Xi, L. Squires, CH, Monticello, DJ
and Chids, JD Biochem. Biophys. Res Commun., 23
0: 73-76, 1997). This enzyme having NADH-FMN oxidoreductase activity is called DszD, and its gene sequence is Gray, KA
(US Pat. No. 5,804,433, or US Pat. No. 5,811,285).

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ベン
ゾチオフェン、DBT 系化合物に作用し、効率的に酸化反
応を促進する酵素をもつ細菌を分離し、これよりNADH-F
MN酸化還元酵素を分離し、この酵素をコードする遺伝子
を単離し、その構造(特に塩基配列)を特定し、また、
これらの遺伝子をそれが単離されたのとは異なる微生物
に導入し、脱硫能を賦与することにより、新規な脱硫微
生物を創製することである。また、このような微生物を
実際にベンゾチオフェン、DBT およびそれらのアルキル
誘導体に作用させて、これらの化合物のC-S 結合を切断
することにより、硫黄を遊離させる方法を確立すること
である。
An object of the present invention is to isolate a bacterium having an enzyme which acts on benzothiophene and a DBT-based compound and efficiently promotes an oxidation reaction.
Isolate MN oxidoreductase, isolate the gene encoding this enzyme, identify its structure (especially the nucleotide sequence),
The purpose is to create a novel desulfurized microorganism by introducing these genes into a microorganism different from the one from which it was isolated and conferring desulfurization ability. Another object of the present invention is to establish a method for releasing sulfur by actually causing such a microorganism to act on benzothiophene, DBT and an alkyl derivative thereof, and cleaving a CS bond of these compounds.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】NADH-FMN酸化還元酵素は
非脱硫細菌にも広く分布しており、DBT酸化反応の促進
因子として最適のものが要求される。本発明者らは、上
記課題を解決するため、天然界から広くDBT酸化を促進
するNADH-FMN酸化還元酵素生産菌をスクリーニングした
結果、パエニバチルス・ポリミキサ A-1(Paenibacill
us polymyxa A-1)株を土壌から分離し、それからDBT酸
化反応を促進する酸化還元酵素をコードする遺伝子の単
離に成功し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems NADH-FMN oxidoreductase is widely distributed in non-desulfurized bacteria, and it is required that the optimum factor be used as a promoter of the DBT oxidation reaction. The present inventors have screened NADH-FMN oxidoreductase-producing bacteria that widely promote DBT oxidation from the natural world in order to solve the above-mentioned problems. As a result, Paenibacillus polymixa A-1 (Paenibacill
us polymyxa A-1) strain was isolated from soil, and a gene encoding an oxidoreductase that promotes the DBT oxidation reaction was successfully isolated therefrom, thereby completing the present invention.

【0019】即ち、本発明の第一は、脱硫酵素と共役し
脱硫反応に関与する酵素をコードする遺伝子に関する。
本発明の第二は、上記遺伝子を含むベクターに関する。
本発明の第三は、上記ベクターを含有する形質転換体に
関する。本発明の第四は、脱硫酵素と共役し脱硫反応に
関与する酵素に関する。本発明の第五は、脱硫酵素と共
役し脱硫反応に関与する酵素を有する菌株及びそれを宿
主とした形質転換体に関する。
That is, the first aspect of the present invention relates to a gene encoding an enzyme which is conjugated to a desulfurizing enzyme and is involved in a desulfurizing reaction.
The second aspect of the present invention relates to a vector containing the above gene.
The third aspect of the present invention relates to a transformant containing the above vector. A fourth aspect of the present invention relates to an enzyme conjugated with a desulfurization enzyme and involved in a desulfurization reaction. The fifth aspect of the present invention relates to a strain having an enzyme conjugated to a desulfurization enzyme and involved in a desulfurization reaction, and a transformant using the same as a host.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 (1)脱硫酵素と共役し脱硫反応に関与する酵素をコー
ドする遺伝子 本発明の遺伝子は、(a) 配列番号2記載のアミノ酸配列
により表されるタンパク質、又は(b) 配列番号2記載の
アミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が欠
失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、か
つNADHを酸化しFMNを還元する機能を有するタンパク質
をコードするものである。(a)及び(b)のタンパク質はDB
TO2を2-(2'-ヒドロキシフェニル)ベンゼンスルフィン酸
に変換する酵素及びDBT をDBTOを経てDBTO2 に変換する
酵素と共役する。上記の遺伝子は、Nitroreductaseをコ
ードする遺伝子にある程度の相同性を示すが、これらの
Nitroreductaseにおいて本発明と同様の性質を有するも
のは報告されていない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. (1) A gene encoding an enzyme involved in a desulfurization reaction conjugated with a desulfurization enzyme The gene of the present invention comprises (a) a protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or (b) an amino acid of SEQ ID NO: 2 It encodes a protein consisting of an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted or added in the sequence and having a function of oxidizing NADH and reducing FMN. (a) and (b) proteins are DB
It is conjugated to an enzyme that converts TO 2 to 2- (2′-hydroxyphenyl) benzenesulfinic acid and an enzyme that converts DBT to DBTO2 via DBTO. Although the above genes show some homology to the gene encoding Nitroreductase, these
Nitroreductases having properties similar to those of the present invention have not been reported.

【0021】本発明の遺伝子のうち、配列番号2記載の
アミノ酸配列をコードする遺伝子については、本明細書
の実施例に記載された方法により得ることができる。ま
た、これらの遺伝子の塩基配列は、配列番号1に示すよ
うに、既に決定されているので、これらの配列を基に適
当なプライマーを合成し、たとえば、Paenibacilluspol
ymyxa A-1株から調製されたDNA を鋳型としてPCR を行
うことによっても得ることができる。なお、このPaenib
acillus polymyxa A-1株は、工業技術院生命工学工業技
術研究所に受託番号FERM P-17274として寄託されている
(寄託日:平成11年3月2日)。
Among the genes of the present invention, the gene encoding the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 can be obtained by the method described in Examples of the present specification. In addition, since the nucleotide sequences of these genes have already been determined as shown in SEQ ID NO: 1, appropriate primers are synthesized based on these sequences and, for example, Paenibacilluspol
It can also be obtained by performing PCR using DNA prepared from ymyxa A-1 strain as a template. In addition, this Paenib
The acillus polymyxa A-1 strain has been deposited with the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology under the accession number FERM P-17274 (deposit date: March 2, 1999).

【0022】配列番号2記載のアミノ酸配列において1
若しくは複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加さ
れたアミノ酸配列をコードする遺伝子は、本願の出願時
において常用される技術、例えば、部位特異的変異誘発
法(Zoller et al., NucleicAcids Res.10 6487-6500,
1982)により配列番号2記載のアミノ酸配列をコードす
る遺伝子を改変することにより得ることができる。本発
明の遺伝子は、DBT の分解に関与する酵素をコードする
ので、石油の脱硫に利用することができる。
In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 1
Alternatively, a gene encoding an amino acid sequence in which a plurality of amino acids have been deleted, substituted or added can be obtained by a technique commonly used at the time of filing the present application, for example, site-directed mutagenesis (Zoller et al., Nucleic Acids Res. 6487-6500,
1982) by modifying the gene encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. Since the gene of the present invention encodes an enzyme involved in the degradation of DBT, it can be used for desulfurization of petroleum.

【0023】(2)脱硫酵素と共役し脱硫反応に関与す
る酵素をコードする遺伝子を含むベクター 本発明のベクターは、上記の遺伝子を含む。このような
ベクターは、本発明の遺伝子を含むDNA 断片を、公知の
ベクターに挿入することにより作製することができる。
DNA 断片を挿入するベクターは、形質転換する宿主に応
じて決めればよく、宿主として大腸菌を使用するのであ
れば、以下のようなベクターを使用するのが好ましい。
強力なプロモーターとして、例えば、lac 、lacUV5、tr
p 、tac 、trc、λpL、T7、rrnB、などを含むpUR 系、p
GEX系、pUC 系、pET 系、pT7 系、pBluescript 系、pKK
系、pBS 系、pBC 系、pCAL系などのベクターを使用す
るのが好ましい。
(2) Vector containing a gene encoding an enzyme involved in a desulfurization reaction conjugated with a desulfurizing enzyme The vector of the present invention contains the above-mentioned gene. Such a vector can be prepared by inserting a DNA fragment containing the gene of the present invention into a known vector.
The vector into which the DNA fragment is inserted may be determined according to the host to be transformed, and if Escherichia coli is used as the host, the following vectors are preferably used.
Strong promoters such as lac, lacUV5, tr
pUR system including p, tac, trc, λpL, T7, rrnB, etc., p
GEX, pUC, pET, pT7, pBluescript, pKK
It is preferable to use a vector such as a system, pBS system, pBC system, or pCAL system.

【0024】(3)脱硫酵素と共役し脱硫反応に関与す
る酵素をコードする遺伝子を含むベクターを含有する形
質転換体 本発明の形質転換体は、上記ベクターを含有する。形質
転換体の宿主とする細胞は、植物細胞や動物細胞などで
あってもよいが、大腸菌などの微生物が好ましい。代表
的な菌株としては、Sambrook等の成書Molecular Clonin
g Laboratory Mannual 2nd ed.に記載されている、71/1
8 、BB4 、BHB2668 、BHB2690 、BL21(DE3) 、BNNl02(C
600hflA)、C-1a、C600(BNN93) 、CES200、CES201、CJ23
6 、CSH18 、DH1 、DH5 、DH5α、DP50supF、ED8654、E
D8767、HB101 、HMS174、JM101、JM105 、JM107 、JM10
9、JM110 、K802、KK2186、LE392 、LG90、M5219 、MBM
7014.5 、MC1061、MM294 、MV1184、MV1193、MZ-1、NM5
31 、NM538 、NM539 、Q358、Q359、R594、RB791 、RR1
、SMR10 、TAP90 、TG1 、TG2 、XL1-Blue、XS101 、X
S127 、Y1089 、Y1090hsdR 、YK537 などが挙げられ
る。
(3) Transformant Containing a Vector Containing a Gene Encoding an Enzyme Involved in the Desulfurization Reaction Conjugated with Desulfurase The transformant of the present invention contains the above vector. Cells used as hosts for the transformants may be plant cells or animal cells, but microorganisms such as Escherichia coli are preferred. Representative strains include those described in Sambrook et al., Molecular Clonin.
g 71/1 as described in Laboratory Manual 2nd ed.
8, BB4, BHB2668, BHB2690, BL21 (DE3), BNN102 (C
600hflA), C-1a, C600 (BNN93), CES200, CES201, CJ23
6, CSH18, DH1, DH5, DH5α, DP50supF, ED8654, E
D8767, HB101, HMS174, JM101, JM105, JM107, JM10
9, JM110, K802, KK2186, LE392, LG90, M5219, MBM
7014.5, MC1061, MM294, MV1184, MV1193, MZ-1, NM5
31, NM538, NM539, Q358, Q359, R594, RB791, RR1
, SMR10, TAP90, TG1, TG2, XL1-Blue, XS101, X
S127, Y1089, Y1090hsdR, YK537 and the like.

【0025】(4)脱硫酵素と共役し脱硫反応に関与す
る酵素 本発明の脱硫酵素と共役し脱硫反応に関与する酵素に
は、以下の(a)及び(b)のタンパク質が含まれる。 (a) 配列番号2記載のアミノ酸配列により表されるタン
パク質 (b) 配列番号2記載のアミノ酸配列において1若しくは
複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミ
ノ酸配列からなり、かつNADHを酸化しFMNを還元する機
能を有するタンパク質
(4) Enzyme conjugated with desulfurization enzyme and involved in desulfurization reaction Enzymes conjugated with desulfurization enzyme of the present invention and involved in desulfurization reaction include the following proteins (a) and (b). (a) a protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; (b) an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 in which one or more amino acids are deleted, substituted or added, and oxidizes NADH With a function to reduce FMN

【0026】上記のタンパク質は、Rhodococcus sp.IGT
S8株由来の脱硫酵素と共役して、NADHを酸化しFMNを還
元する機能を有する酵素DszDとはほとんど相同性はな
く、また、酵素としての作用は同一であるが、以下の点
で明確に相違する。DBT及びDBTO2酸化反応において、酸
化還元酵素としての比活性(1分間に1mgのタンパク質
が酸化するDBTのμモル数)がDszDに比べて数倍高いう
え、補酵素としてNADH以外にNADPHも使用できる。
The above-mentioned protein is obtained from Rhodococcus sp.IGT
Conjugated with the desulfurizing enzyme from S8 strain, there is almost no homology with the enzyme DszD, which has the function of oxidizing NADH and reducing FMN, and has the same action as the enzyme, but is clearly identifiable in the following points. Different. In DBT and DBTO 2 oxidation reactions, specific activity as oxidoreductase (μmol of DBT that oxidizes 1 mg of protein per minute) is several times higher than DszD, and NADPH is used as a coenzyme in addition to NADH it can.

【0027】本発明の脱硫酵素と共役し脱硫反応に関与
する酵素は、上述の本発明の脱硫酵素と共役し脱硫反応
に関与する酵素をコードする遺伝子を利用して製造する
ことができる。また、配列番号2に記載のアミノ酸配列
により表される脱硫酵素と共役し脱硫反応に関与する酵
素は、Paenibacillus polymyxa A-1株から常法に従って
調製することも可能である。
The enzyme conjugated to the desulfurization enzyme of the present invention and involved in the desulfurization reaction can be produced by using the above-mentioned gene encoding the enzyme conjugated to the desulfurization enzyme and involved in the desulfurization reaction. In addition, an enzyme conjugated with the desulfurization enzyme represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and involved in the desulfurization reaction can be prepared from Paenibacillus polymyxa A-1 according to a conventional method.

【0028】(5) Paenibacillus polymyxa A-1株及
それを宿主とした形質転換体 Paenibacillus polymyxa A-1株は、実施例1に記載され
たような菌学的性質を有し、また、この菌株は工業技術
院生命工学工業技術研究所に寄託されている。Paenibac
illus polymyxa A-1株に導入する脱硫酵素遺伝子として
は、脱硫反応に関与する遺伝子であれば特に限定され
ず、例えば、Rhodococcus sp.IGTS8由来のdszA、dszB、
dszC遺伝子、Burkhoderia sp.C1株由来の脱硫酵素遺伝
子(この遺伝子を含む大腸菌は工業技術院生命工学工業
技術研究所にFERM P-17270として寄託されている)、Pa
enibacillus sp.A11-1株及びA11-2株由来の脱硫酵素遺
伝子(これら二つの菌株は工業技術院生命工学工業技術
研究所にFERM P-15751、FERM P-15752としてそれぞれ寄
託されている。)などを例示することができる。脱硫酵
素遺伝子をPaenibacillus polymyxa A-1株に導入する方
法は特に限定されず、微生物に外来遺伝子を導入する一
般的手法を採用することができる。
(5) Paenibacillus polymyxa A-1 strain and a transformant using it as a host strain Paenibacillus polymyxa A-1 have the mycological properties as described in Example 1, and Has been deposited with the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. Paenibac
The desulfurization enzyme gene to be introduced into the illus polymyxa A-1 strain is not particularly limited as long as it is a gene involved in the desulfurization reaction.For example, dszA, dszB derived from Rhodococcus sp.IGTS8,
dszC gene, a desulfurase gene derived from Burkhoderia sp. strain C1 (Escherichia coli containing this gene has been deposited with the National Institute of Bioscience and Human Technology as FERM P-17270), Pa
Desulfurase genes derived from enibacillus sp. strains A11-1 and A11-2 (these two strains have been deposited with the National Institute of Bioscience and Human Technology, FERM P-15751 and FERM P-15752, respectively). And the like. The method for introducing a desulfurase gene into Paenibacillus polymyxa A-1 strain is not particularly limited, and a general method for introducing a foreign gene into a microorganism can be adopted.

【0029】[0029]

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。実施例中の遺伝子操作に関連した実験は、主にMani
atisらの成書(Sambrook,J.,Fritsch, E., F. and Mani
atis, T. 1989. Molecular Cloning. A Laboratory Man
ual. 2nd. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Col
d Spring Harbor,NY.)に詳述されている方法に従って行
った。
The present invention will be described below in more detail with reference to examples. Experiments related to genetic engineering in the examples were mainly
atis et al. (Sambrook, J., Fritsch, E., F. and Mani
atis, T. 1989. Molecular Cloning. A Laboratory Man
ual. 2nd. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Col
d Spring Harbor, NY.).

【0030】〔実施例1〕NADH-FMN酸化還元酵素生産菌
のスクリーニング BY培地(1L当たりペプトン10.0g、塩化ナトリウム3.0
g、肉エキス7.0g、酵母エキス5.0g、pH 7.0)50mlを収
容した300ml三角フラスコで1、2日間、30℃にて種々
の試験菌株を回転振とう培養したのち、遠心分離により
菌体を回収し菌体を50mMリン酸カリウム緩衝液(pH 7.
0)5mlに懸濁し超音波破砕したのち、遠心分離し上清を
無細胞抽出液とした。一方、DBT酸化酵素DszCを含むDBT
分解酵素は、文献(Oshiro, T. , Suzuki, K., and Izu
mi, Y., J.Ferment.Bioeng.,83, 233-237 (1997))の方
法にてRhodococcus erythropolis D-1株から、無細胞抽
出液として調製した。
[Example 1] Screening of NADH-FMN oxidoreductase producing bacteria BY medium (1 g of peptone per liter, 3.0 g of sodium chloride)
g, 7.0 g of meat extract, 5.0 g of yeast extract, pH 7.0) In a 300 ml Erlenmeyer flask containing 50 ml, various test strains are subjected to rotary shaking culture at 30 ° C. for 1 or 2 days, and then the cells are centrifuged. The cells were collected and cultivated in 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.
0) After suspending in 5 ml and sonication, it was centrifuged and the supernatant was used as a cell-free extract. On the other hand, DBT containing DBT oxidase DszC
Degrading enzymes are described in the literature (Oshiro, T., Suzuki, K., and Izu
mi, Y., J. Ferment. Bioeng., 83, 233-237 (1997)) to prepare a cell-free extract from Rhodococcus erythropolis strain D-1.

【0031】試験菌株の酸化還元酵素活性は、Rhodococ
cus erythropolis D-1の無細胞抽出液50μl、NADH 3m
M、FMN 10μM、DBT 0.24mM、リン酸カリウム緩衝液
(pH 7.0)100mM、総体積0.5mlで、35℃で12時間振と
う反応を行った後、50μlの1M塩酸を加えて反応を停止
後、400μlの酢酸エチルを加えた。これを遠心分離し、
その上清を高速クロマトグラフィーに注入し、生成DBT
スルホンを定量した。NADH-FMN酸化還元酵素の活性は、
1分間に1nmolのDBTスルホンを生成する酵素量を1uni
tとした。各試験菌54株の酸化還元酵素活性を図1及
び図2に示す。図に示すように、Paenibacillus polym
yxa A-1株の活性が補酵素としてNADHを使用したとき最
も高かった。そこで、この菌株の菌学的性質を調べた。
以下その結果を示す。
The oxidoreductase activity of the test strain was determined by Rhodococ
cus erythropolis D-1 cell-free extract 50μl, NADH 3m
M, FMN 10 μM, DBT 0.24 mM, potassium phosphate buffer (pH 7.0) 100 mM, total volume 0.5 ml, shake reaction at 35 ° C. for 12 hours, and stop the reaction by adding 50 μl 1M hydrochloric acid , 400 μl of ethyl acetate were added. Centrifuge this,
The supernatant is injected into high performance chromatography and the resulting DBT
The sulfone was quantified. The activity of NADH-FMN oxidoreductase is
The amount of enzyme that produces 1 nmol of DBT sulfone per minute is 1 unit.
t. The oxidoreductase activity of each of the 54 test strains is shown in FIGS. As shown in the figure, Paenibacillus polym
The activity of the yxa A-1 strain was highest when NADH was used as a coenzyme. Therefore, the bacteriological properties of this strain were examined.
The results are shown below.

【0032】桿菌; 0.5-0.7 x 2.5-6.0 μm 胞子; + ellipsoid + round ― swelling the sporangium ― カタラーゼ; + オキシダーゼ; ― VP 反応; + VP培養物のpH 4.99 嫌気性増殖; + 最高増殖温度; 40℃ pH 5.7における増殖; + NaCl 2%での増殖; + 酸産生; D-グルコース、L-アラビノース、D-キシロー
ス、D-マンニトール、D-フルクトース 何れも+ グルコースからのガス産生; + 加水分解性; 澱粉、ゼラチン、カゼイン +、tween
80 弱い+、エスクリン ― クエン酸、プロピオン酸利用性; ― 0.001% リゾチームでの増殖; 弱い+ レシチナーゼ; ― チロシン分解性; ― NO3からのNO2産生; + インドール; ― フェニルアラニン デアミナーゼ; ― アルギニン ジヒドロラーゼ; ―
Bacillus; 0.5-0.7 × 2.5-6.0 μm spores; + ellipsoid + round-swelling the sporangium-catalase; + oxidase;-VP reaction; + pH of VP culture 4.99 Anaerobic growth; + Maximum growth temperature; C. Growth at pH 5.7; + Growth with 2% NaCl; + Acid production; D-glucose, L-arabinose, D-xylose, D-mannitol, D-fructose All + gas production from glucose; + hydrolytic ; Starch, gelatin, casein +, tween
80 Weak +, esculin-Citrate, propionate availability;-Growth on 0.001% lysozyme; Weak + lecithinase;-Tyrosine degradability;-NO2 production from NO3; + Indole;-Phenylalanine deaminase;-Arginine dihydrolase; ―

【0033】なお、A-1株の同定は、Bergey's Manual o
f Systematic Bacteriology, Volume 1-4, Baltimore W
illiams and Wilkins.に基づき行った。また、この菌株
の細胞脂肪酸組成及び16SrDNAについても調べており、
両者ともPaenibacillus polymyxaのものとよく一致し
た。特に、16SrDNAについては、98.7%の相同性を示し
た。
The A-1 strain was identified in Bergey's Manual
f Systematic Bacteriology, Volume 1-4, Baltimore W
illiams and Wilkins. We have also investigated the cellular fatty acid composition and 16S rDNA of this strain,
Both were in good agreement with those of Paenibacillus polymyxa. Particularly, 16S rDNA showed 98.7% homology.

【0034】〔実施例2〕培養、無細胞抽出液の調製、
及び酸化還元酵素の精製 Paenibacillus polymyxa A-1株を5mlのBYG培地(1%ペプ
トン、1%グルコース、0.7%肉エキス、0.5%酵母エキス、
0.3%塩化ナトリウム)を入れた18mm試験管に植菌し、1
日間、30℃で往復振とう培養し前培養液を作った。次い
で500mlのBYG培地を入れた2L坂口フラスコに、前培養
液5mlを加え、2日間、30℃で往復振とう培養を行っ
た。
Example 2 Cultivation, preparation of cell-free extract,
And purification of oxidoreductase Paenibacillus polymyxa A-1 strain in 5 ml of BYG medium (1% peptone, 1% glucose, 0.7% meat extract, 0.5% yeast extract,
Inoculate 18mm test tube containing 0.3% sodium chloride)
A pre-culture solution was prepared by reciprocating shaking culture at 30 ° C for days. Next, 5 ml of the preculture solution was added to a 2 L Sakaguchi flask containing 500 ml of BYG medium, and reciprocal shaking culture was performed at 30 ° C. for 2 days.

【0035】湿菌体1gを緩衝液1(1mM DTT、10%グリセ
ロール(V/V)を含む50mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0))2m
lに懸濁し、超音波破砕したのち遠心分離(14,000×g、
4℃、20分)を行いその上清を無細胞抽出液とした。NA
DH-FMN酸化還元酵素の活性は、20mMリン酸カリウム緩衝
液において、A-1株の酵素については0.5mM NADH、0.02m
M FMNを用いて35℃で酵素反応を行いNADHの減少に伴う3
40nmの吸光度の減少速度を紫外分光光度計を用いて測定
した。酵素活性1uは1分間に1μmolのNADHを酸化する
酵素量と定義した。
1 g of the wet cells was mixed with 2 ml of buffer 1 (50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 1 mM DTT and 10% glycerol (V / V)).
l, sonication and centrifugation (14,000 xg,
(4 ° C, 20 minutes), and the supernatant was used as a cell-free extract. NA
DH-FMN oxidoreductase activity was 20 mM potassium phosphate buffer, 0.5 mM NADH, 0.02 mM for the A-1 strain enzyme.
Enzyme reaction at 35 ° C using M FMN
The rate of decrease of the absorbance at 40 nm was measured using an ultraviolet spectrophotometer. Enzyme activity 1u was defined as the amount of enzyme that oxidizes 1 μmol of NADH per minute.

【0036】〔実施例3〕精製酵素の部分アミノ酸配列 精製酵素をlysyl endopeptidase、trypsin、CNBrで処
理し内部ペプチドを単離し、それぞれのアミノ酸配列を
決定した。それらをN末端アミノ酸配列とともに図3示
す。Rhodococcus erythropolis IGTS8のFMN-NADH酸化
還元酵素のN末端と本菌由来酵素のN末端とは全く相同性
が認められなかった。
Example 3 Partial Amino Acid Sequence of Purified Enzyme The purified enzyme was treated with lysyl endopeptidase, trypsin and CNBr to isolate an internal peptide, and the amino acid sequence of each was determined. They are shown in FIG. 3 together with the N-terminal amino acid sequence. No homology was found between the N-terminus of the FMN-NADH oxidoreductase of Rhodococcus erythropolis IGTS8 and the N-terminus of the enzyme derived from the fungus.

【0037】〔実施例4〕本酵素の機能 まず、NADHを固定して電子受容体側の基質特異性につい
て検討したところ、本酵素はFMN以外にイソアロキサチ
ジン環を有するFAD、リボフラビン、ルミフラビンに対
しても 80% 程度の活性を有していた。本酵素は、ニト
ロフラゾン、methyl 4-nitrobenzoate等の含窒素芳香族
化合物も基質とすることができ、DCPIP等の人工電子受
容体やチトクロームCに対する活性も認められた。
Example 4 Function of the present enzyme First, NADH was immobilized, and the substrate specificity on the electron acceptor side was examined. This enzyme was used for FAD, riboflavin, and lumiflavin having an isoalloxatidine ring in addition to FMN. On the other hand, it had about 80% activity. This enzyme can also use nitrogen-containing aromatic compounds such as nitrofurazone and methyl 4-nitrobenzoate as substrates, and also showed activity on artificial electron acceptors such as DCPIP and cytochrome C.

【0038】次に、FMN、FAD、リボフラビン、およびニ
トロフラゾンを用いて、NADHとNADPHとの電子供与体と
しての活性比較を行った。図4に示すように、何れの場
合もNADHよりもNADPHを用いた方が活性が高かった。ま
た電子受容体をFMNとした場合、活性の差は1.5倍となっ
た。Rhodococcus erythropolis IGTS8のDszDはFADとNAD
PHを全く基質としないことが知られている(Gray, K.,
Pogrebinsky, O., Mrachko, G., Xi, L., Monticello,
D., and Squires, C., Natute Biotechnol., 14, 1705-
1709 (1996).)。
Next, the activity of NADH and NADPH as electron donors was compared using FMN, FAD, riboflavin, and nitrofurazone. As shown in FIG. 4, in all cases, the activity was higher when NADPH was used than when NADH was used. When FMN was used as the electron acceptor, the difference in activity was 1.5 times. DszD of Rhodococcus erythropolis IGTS8 is FAD and NAD
It is known that PH is not used as a substrate at all (Gray, K.,
Pogrebinsky, O., Mrachko, G., Xi, L., Monticello,
D., and Squires, C., Natute Biotechnol., 14, 1705-
1709 (1996).).

【0039】さらに上と同じ化合物の組み合わせでDszC
を用いたカップリングアッセイを行った。その結果を図
5に示す。電子供与体としてNADHと同様にNADPHを用い
ても酸化還元酵素活性が認められた。電子受容体として
FADとニトロフラゾンには活性は認められず、FMN、リボ
フラビンを用いたときのみDszC活性が見出された。ま
た、FMNを用いた際、酸化還元酵素活性とは逆にNADHに
対する活性がNADPHに比べて1.2倍高くなった。
Further, DszC
Was used for the coupling assay. The result is shown in FIG. Oxidoreductase activity was observed when NADPH was used as the electron donor in the same manner as NADH. As an electron acceptor
No activity was observed in FAD and nitrofurazone, and DszC activity was found only when FMN and riboflavin were used. In addition, when FMN was used, the activity against NADH was 1.2 times higher than NADPH, contrary to the oxidoreductase activity.

【0040】〔実施例5〕脱硫関連酵素をコードする遺
伝子断片のクローニング Paenibacillus polymyxa A-1株から精製された FMN-NAD
H酸化還元活性を有する酵素のアミノ末端及び内部のア
ミノ酸配列を実施例3で決定した。それらの配列は以下
の通りである。 アミノ末端 NH2-SSSRKNETLSVISERGAVKSYVKDFKM-----COOH 内部配列1 --YLPTMLISVGKAQVPARPSGRFPLSDVVVKGSF--- 内部配列2 --FLVIESEADK-- 内部配列3 --NAVIYDQAVEAGALPAEI-- (アミノ酸は一文字記号により示してある。) 上記のアミノ酸配列の内、内部配列1と内部配列3をも
とに以下に示すようなPCR用プライマーを作製した。こ
こでIはイノシンを表す。 センスプライマー 5'- TAY GAY CAR GCI GTI GAR GCI GGI GC -3' アンチセンスプライマー 5'- TGI GCY TTI CCI ACI SWD ATI ARC AT -3'
Example 5 Cloning of Gene Fragment Encoding Desulfurization-Related Enzyme FMN-NAD Purified from Paenibacillus polymyxa A-1
The amino-terminal and internal amino acid sequences of the enzyme having H redox activity were determined in Example 3. Their sequences are as follows: Amino terminal NH2-SSSRKNETLSVISERGAVKSYVKDFKM ----- COOH Internal sequence 1 --YLPTMLISVGKAQVPARPSGRFPLSDVVVKGSF --- Internal sequence 2 --FLVIESEADK--Internal sequence 3 --NAVIYDQAVEAGALPAEI-- Based on the internal sequence 1 and the internal sequence 3 among the sequences, PCR primers as shown below were prepared. Here, I represents inosine. Sense primer 5'- TAY GAY CAR GCI GTI GAR GCI GGI GC -3 'Antisense primer 5'- TGI GCY TTI CCI ACI SWD ATI ARC AT -3'

【0041】これらのセンスプライマーとアンチセンス
プライマーを用いて、Paenibacillus polymyxa A-1株か
ら抽出したDNA を鋳型としてPCR を行った。Paenibacil
luspolymyxa A-1株からのDNAの調製は以下のように行っ
た。DBT を含むLB培地で30℃で24時間培養したPaenibac
illus polymyxa A-1株を、新鮮な10mlのLB培地で30℃で
24時間培養して、菌体を回収した。得られた菌体を1ml
のB1緩衝液(50mM EDTA, 50mM Tris-HCl, 0.5% Triton
X-100, 0.2mg/ml RNaseA, pH8.0)に懸濁させた。この
懸濁液に、100mg/mlのリゾチーム溶液を20μlと20mg/ml
のProteinase K溶液を45μl 添加して、37℃で10分間反
応させた。反応液に0.35mlのB2緩衝液(800mM GuHCl, 2
0% Tween-20, pH 5.5 )を添加、攪拌混合して、50℃で
30分間反応させ、5秒間ミキサーで攪拌して、菌体反応
液を調製した。陰イオン交換樹脂が充填されたQIAGEN G
ENOMIC-TIP20/G(QIAGEN社製)カラムを2mlのQBT緩衝
液(750mM NaCl, 50mM MOPS, 15% ethanol, 0.15% Trit
on X-100, pH7.0 )で平衡化して、菌体反応液をカラム
に注入した。カラムを3mlのQC緩衝液(1.0M NaCl, 50m
M MOPS, 15% ethanol, pH7.0)で洗浄したのち、2mlの
QF緩衝液(1.25M NaCl, 50mM Tris-HCl, 15% ethanol,
pH 8.5)でゲノムDNA 溶液を溶出した。ゲノムDNA 溶液
に1.4mlのイソプロパノールを添加してDNAを沈殿させた
のち、ガラス棒で巻きとり回収した。回収したDNA を50
μl のTE緩衝液(10mM Tris-HCl, 1mM EDTA, pH8.0)に
溶解してゲノムDNA 溶液を調製した。
Using these sense primers and antisense primers, PCR was performed using DNA extracted from Paenibacillus polymyxa A-1 as a template. Paenibacil
Preparation of DNA from luspolymyxa A-1 strain was performed as follows. Paenibac cultured in LB medium containing DBT at 30 ° C for 24 hours
illus polymyxa A-1 strain in 30 ml of fresh 10 ml LB medium
After culturing for 24 hours, the cells were collected. 1 ml of the obtained cells
B1 buffer (50 mM EDTA, 50 mM Tris-HCl, 0.5% Triton
X-100, 0.2 mg / ml RNaseA, pH 8.0). In this suspension, 20 μl of a 100 mg / ml lysozyme solution and 20 mg / ml
Of Proteinase K solution was added and reacted at 37 ° C. for 10 minutes. Add 0.35 ml of B2 buffer (800 mM GuHCl, 2
0% Tween-20, pH 5.5), stir and mix.
The reaction was allowed to proceed for 30 minutes, and the mixture was stirred with a mixer for 5 seconds to prepare a cell reaction solution. QIAGEN G filled with anion exchange resin
ENOMIC-TIP20 / G (manufactured by QIAGEN) column was mixed with 2 ml of QBT buffer (750 mM NaCl, 50 mM MOPS, 15% ethanol, 0.15% Trit).
on X-100, pH 7.0), and the reaction mixture was injected into the column. Wash the column with 3 ml of QC buffer (1.0 M NaCl, 50m
M MOPS, 15% ethanol, pH7.0)
QF buffer (1.25M NaCl, 50mM Tris-HCl, 15% ethanol,
The genomic DNA solution was eluted at pH 8.5). After adding 1.4 ml of isopropanol to the genomic DNA solution to precipitate the DNA, it was wound up with a glass rod and collected. 50 collected DNA
A genomic DNA solution was prepared by dissolving in μl of TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0).

【0042】調製したPaenibacillus polymyxa A-1株DN
A を鋳型として用いて行ったPCR の条件は以下の通りで
ある。 反応液組成:50mM KCl 1.5mM MgCl2 各0.2mM dNTP Mixture 0.2 μM センスプライマー 0.2μM アンチセンスプライマー 200ng 鋳型DNA 2.5U Taq DNA polymerase アニーリング温度:49℃から56℃までの間で 1℃間隔で温度を変えてPCR を行っ た。 PCR サイクル:95℃ 1min 1回 95℃ 1min ↓ 49-56℃ 2min この間を30回繰り返し 72℃ 5min ↑ 72℃ 7min 1回 DNA 増幅機:RobocyclerTMGRADIENT96 温度サイクラー(STRATAGENE社製)
The prepared Paenibacillus polymyxa A-1 strain DN
The conditions of PCR performed using A as a template are as follows. Reaction solution composition: 50 mM KCl 1.5 mM MgCl 2 0.2 mM each dNTP Mixture 0.2 μM sense primer 0.2 μM antisense primer 200 ng template DNA 2.5 U Taq DNA polymerase Annealing temperature: temperature between 49 ° C and 56 ° C at 1 ° C intervals PCR was performed with changes. PCR cycle: 95 ° C for 1 min once 95 ° C for 1 min ↓ 49-56 ° C for 2 min Repeat 30 times 72 ° C for 5 min DNA 72 ° C for 7 min Once DNA amplifier: Robocycler GRADIENT96 Temperature cycler (STRATAGENE)

【0043】上記の条件でPCR を行った結果、アニーリ
ング温度が49〜56℃の時、約270bp の増幅フラグメント
を与えることが確認された。この270bp のPCR 産物を、
pCR-Script SK(+)ベクターを用いて大腸菌 JM109株にク
ローン化した。この配列から予想されるアミノ酸配列
は、Paenibacillus polymyxa A-1株より精製したNADH-F
MN酸化還元酵素の内部部分アミノ酸配列と完全に一致し
た。従って、この塩基配列をNADH-FMN酸化還元酵素のも
のと考えた。
As a result of performing PCR under the above conditions, it was confirmed that when the annealing temperature was 49 to 56 ° C., an amplified fragment of about 270 bp was obtained. This 270 bp PCR product is
It was cloned into E. coli strain JM109 using pCR-Script SK (+) vector. The amino acid sequence predicted from this sequence is NADH-F purified from Paenibacillus polymyxa A-1 strain.
It completely matched the internal partial amino acid sequence of MN oxidoreductase. Therefore, this nucleotide sequence was considered to belong to NADH-FMN oxidoreductase.

【0044】〔実施例6〕逆PCR法による脱硫関連酵素
をコードする遺伝子断片のクローニング 次に、〔実施例5〕で同定されたNADH:FMN酸化還元酵素
の一部の塩基配列を基に、以下のプライマーを作製し
て、逆PCR法より本配列の前後の断片のクローニングを
行った。 <逆PCR用プライマー> センスプライマー 5'- TAG CTC GCG ATG CAG CGA TT -3' アンチセンスプライマー 5'- GGT ACG CGC CAT TGA TTT GT -3'
Example 6 Cloning of Gene Fragment Encoding Desulfurization-Related Enzyme by Reverse PCR Method Next, based on a part of the base sequence of NADH: FMN oxidoreductase identified in [Example 5], The following primers were prepared, and fragments before and after the present sequence were cloned by inverse PCR. <Inverse PCR primer> Sense primer 5'-TAG CTC GCG ATG CAG CGA TT -3 'Antisense primer 5'-GGT ACG CGC CAT TGA TTT GT -3'

【0045】Paenibacillus sp. A-1株のゲノムDNAをBa
mHI、EcoRI、HindIII、PstI、SalI、XbaI、NruI、Dra
I、Ssp、BalIで消化した断片に対して、逆PCRを行った
結果、HindIII、SalI、DraI、SspIの断片で、それぞれ
約1.4kb、1.4kb、1.3kb、2.9kbの断片が増幅された。各
々のPCR断片について、pCR-BluntII-TOPOベクターにク
ローニングを行い、シーケンスを決定した。決定した塩
基配列を配列番号1にそれから推定されるアミノ酸配列
を配列番号2に示した。このアミノ酸配列を、〔実施例
3〕で決定したアミノ酸配列(図3参照)と比較したと
ころ、すべてが一致した。このため、本遺伝子配列がP.
polymyxaのNADH-FMN酸化還元酵素の遺伝子であることが
確認された。
The genomic DNA of Paenibacillus sp.
mHI, EcoRI, HindIII, PstI, SalI, XbaI, NruI, Dra
Inverse PCR was performed on the fragments digested with I, Ssp, and BalI.As a result, HindIII, SalI, DraI, and SspI fragments were amplified at about 1.4 kb, 1.4 kb, 1.3 kb, and 2.9 kb, respectively. . Each PCR fragment was cloned into the pCR-BluntII-TOPO vector, and the sequence was determined. The determined nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence deduced therefrom is shown in SEQ ID NO: 2. When this amino acid sequence was compared with the amino acid sequence determined in [Example 3] (see FIG. 3), they were all identical. Therefore, this gene sequence is P.
It was confirmed that the gene was a polymyxa NADH-FMN oxidoreductase gene.

【0046】得られたシーケンスについて、ホモロジー
検索をした結果、Thermus thermophilusHB8のNADH Dehy
drogenase及びVibrio fischeriのMajor NAD(P)H-Flavin
oxidoreductase(FraseI)などと相同性が高かった。
従って、本実験で得られたPCR増幅断片に含まれる遺伝
子がReductase様ポリペプチドをコードしていることが
示唆された。また、[実施例3]で決定したアミノ酸配
列と一致することから、NADH-FMN酸化還元酵素の遺伝子
あることが確認された。
A homology search was performed on the obtained sequence. As a result, NADH Dehyd of Thermus thermophilus HB8 was
Major NAD (P) H-Flavin of drogenase and Vibrio fischeri
High homology with oxidoreductase (FraseI).
Therefore, it was suggested that the gene contained in the PCR amplified fragment obtained in this experiment encodes a Reductase-like polypeptide. In addition, since the amino acid sequence was identical with the amino acid sequence determined in [Example 3], it was confirmed that the gene was NADH-FMN oxidoreductase.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明は、脱硫酵素と共役する新規な酸
化還元酵素及びそれをコードする遺伝子を提供する。こ
れらの酵素及び遺伝子を利用することにより、化石燃料
中の硫黄を効率的に遊離させることができるようにな
る。
Industrial Applicability The present invention provides a novel oxidoreductase conjugated to a desulfurase and a gene encoding the same. By utilizing these enzymes and genes, sulfur in fossil fuels can be released efficiently.

【0048】[0048]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> PETEROLEUM ENERGY CENTER <120> SANKAKANGEN KOUSO IDENSHI <130> P99-0092 <160> 2 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 645 <212> DNA <213> Paenibacillus polymyxa <220> <221> CDS <222> (1)..(624) <400> 1 atg tcc agc tct cgt aaa aat gaa acc ttg tcc gta att agt gaa cgg 48 Met Ser Ser Ser Arg Lys Asn Glu Thr Leu Ser Val Ile Ser Glu Arg 1 5 10 15 ggg gcg gta aaa agc tat gta aag gat ttt aaa atg cca gag gaa gat 96 Gly Ala Val Lys Ser Tyr Val Lys Asp Phe Lys Met Pro Glu Glu Asp 20 25 30 ctg gaa gca atc ttg act gcc gcg gta gaa gct cct tcc gca tgg aac 144 Leu Glu Ala Ile Leu Thr Ala Ala Val Glu Ala Pro Ser Ala Trp Asn 35 40 45 ctt caa cat tgg aaa ttc ctc gtt atc gaa agc gaa gca gac aaa caa 192 Leu Gln His Trp Lys Phe Leu Val Ile Glu Ser Glu Ala Asp Lys Gln 50 55 60 aaa ttg ttg cct atc gcc tac aac caa ggt caa gta gca gag agc tct 240 Lys Leu Leu Pro Ile Ala Tyr Asn Gln Gly Gln Val Ala Glu Ser Ser 65 70 75 80 gtt acg att gcc gta ctg ggt gat ctg gaa gcg aac cgt aat gct gtc 288 Val Thr Ile Ala Val Leu Gly Asp Leu Glu Ala Asn Arg Asn Ala Val 85 90 95 att tat gat caa gcg gta gaa gca gga gca ttg cca gcg gaa atc cgt 336 Ile Tyr Asp Gln Ala Val Glu Ala Gly Ala Leu Pro Ala Glu Ile Arg 100 105 110 gag gca ttg gta gga tca atc aat ggc tcg tac caa aac ccg cag gta 384 Glu Ala Leu Val Gly Ser Ile Asn Gly Ser Tyr Gln Asn Pro Gln Val 115 120 125 gct cgc gat gca gcg att ctg aac tct gct ctt gca gca caa aac att 432 Ala Arg Asp Ala Ala Ile Leu Asn Ser Ala Leu Ala Ala Gln Asn Ile 130 135 140 atg ctg gct gct aaa tct ttg ggc tac gat act tgt gca atg ggc gga 480 Met Leu Ala Ala Lys Ser Leu Gly Tyr Asp Thr Cys Ala Met Gly Gly 145 150 155 160 ttt att cca gca caa ttg atc gag caa ttc aat att ccg gca cgt tac 528 Phe Ile Pro Ala Gln Leu Ile Glu Gln Phe Asn Ile Pro Ala Arg Tyr 165 170 175 ctg ccg acc atg ctt att agt gta ggt aaa gca caa gta cca gca cgt 576 Leu Pro Thr Met Leu Ile Ser Val Gly Lys Ala Gln Val Pro Ala Arg 180 185 190 cca tca gga cgt ttc cca ctg tct gac gtt gtt gta aaa ggc agc ttc 624 Pro Ser Gly Arg Phe Pro Leu Ser Asp Val Val Val Lys Gly Ser Phe 195 200 205 taagacgaat agtgaatata a 645 <210> 2 <211> 208 <212> PRT <213> Paenibacillus polymyxa <400> 2 Met Ser Ser Ser Arg Lys Asn Glu Thr Leu Ser Val Ile Ser Glu Arg 1 5 10 15 Gly Ala Val Lys Ser Tyr Val Lys Asp Phe Lys Met Pro Glu Glu Asp 20 25 30 Leu Glu Ala Ile Leu Thr Ala Ala Val Glu Ala Pro Ser Ala Trp Asn 35 40 45 Leu Gln His Trp Lys Phe Leu Val Ile Glu Ser Glu Ala Asp Lys Gln 50 55 60 Lys Leu Leu Pro Ile Ala Tyr Asn Gln Gly Gln Val Ala Glu Ser Ser 65 70 75 80 Val Thr Ile Ala Val Leu Gly Asp Leu Glu Ala Asn Arg Asn Ala Val 85 90 95 Ile Tyr Asp Gln Ala Val Glu Ala Gly Ala Leu Pro Ala Glu Ile Arg 100 105 110 Glu Ala Leu Val Gly Ser Ile Asn Gly Ser Tyr Gln Asn Pro Gln Val 115 120 125 Ala Arg Asp Ala Ala Ile Leu Asn Ser Ala Leu Ala Ala Gln Asn Ile 130 135 140 Met Leu Ala Ala Lys Ser Leu Gly Tyr Asp Thr Cys Ala Met Gly Gly 145 150 155 160 Phe Ile Pro Ala Gln Leu Ile Glu Gln Phe Asn Ile Pro Ala Arg Tyr 165 170 175 Leu Pro Thr Met Leu Ile Ser Val Gly Lys Ala Gln Val Pro Ala Arg 180 185 190 Pro Ser Gly Arg Phe Pro Leu Ser Asp Val Val Val Lys Gly Ser Phe 195 200 205[Sequence List] SEQUENCE LISTING <110> PETEROLEUM ENERGY CENTER <120> SANKAKANGEN KOUSO IDENSHI <130> P99-0092 <160> 2 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 645 <212> DNA <213> Paenibacillus polymyxa <220> <221> CDS <222> (1) .. (624) <400> 1 atg tcc agc tct cgt aaa aat gaa acc ttg tcc gta att agt gaa cgg 48 Met Ser Ser Ser Arg Lys Asn Glu Thr Leu Ser Val Ile Ser Glu Arg 1 5 10 15 ggg gcg gta aaa agc tat gta aag gat ttt aaa atg cca gag gaa gat 96 Gly Ala Val Lys Ser Tyr Val Lys Asp Phe Lys Met Pro Glu Glu Asp 20 25 30 ctg gaa gca atc ttg act gcc gcg gta gaa gct cct tcc gca tgg aac 144 Leu Glu Ala Ile Leu Thr Ala Ala Val Glu Ala Pro Ser Ala Trp Asn 35 40 45 ctt caa cat tgg aaa ttc ctc gtt atc gaa agc gaa gca gac aaa caa Leu Gln His Trp Lys Phe Leu Val Ile Glu Ser Glu Ala Asp Lys Gln 50 55 60 aaa ttg ttg cct atc gcc tac aac caa ggt caa gta gca gag agc tct 240 Lys Leu Leu Pro Ile Ala Tyr Asn Gln Gly Gln Val Ala Glu Ser Ser 65 70 75 80 gtt acg att gcc gta ctg ggt gat ctg gaa gcg aac cgt aat gct gtc 288 Val Thr Ile Ala Val Leu Gly Asp Leu Glu Ala Asn Arg Asn Ala Val 85 90 95 att tat gat caa gcg gta gaa gca gga gca ttg cca gcg gaa atc cgt 336 Ile Tyr Asp Gln Ala Val Glu Ala Gly Leu Pro Ala Glu Ile Arg 100 105 110 gag gca ttg gta gga tca atc aat ggc tcg tac caa aac ccg cag gta 384 Glu Ala Leu Val Gly Ser Ile Asn Gly Ser Tyr Gln Asn Pro Gln Val 115 120 125 gct cgc gat gca gcg att ctg aac tct gct ctt gca gca caa aac att 432 Ala Arg Asp Ala Ala Ile Leu Asn Ser Ala Leu Ala Ala Gln Asn Ile 130 135 140 atg ctg gct gct aaa tct ttg ggc tac gat act tgt gca atg ggc gga 480 M Ala Ala Lys Ser Leu Gly Tyr Asp Thr Cys Ala Met Gly Gly 145 150 155 160 ttt att cca gca caa ttg atc gag caa ttc aat att ccg gca cgt tac 528 Phe Ile Pro Ala Gln Leu Ile Glu Gln Phe Asn Ile Pro Ala Ar Tyr 165 170 175 ctg ccg acc atg ctt att agt gta ggt aaa gca caa gta cca gca cgt 576 Leu Pro Thr Met Leu Ile Ser Val Gly Lys Ala Gln Val Pro Ala Arg 180 185 190 cca tca gga cgt ttc cca ctg tct gac gtt gtt gta aaa ggc agc ttc 624 Pro Ser Gly Arg Phe Pro Leu Ser Asp Val Val Lys Gly Ser Phe 195 200 205 taagacgaat agtgaatata a 645 <210> 2 <211> 208 <212> PRT <213> Paenibacillus polymyxa <400> 2 Met Ser Ser Ser Arg Lys Asn Glu Thr Leu Ser Val Ile Ser Glu Arg 1 5 10 15 Gly Ala Val Lys Ser Tyr Val Lys Asp Phe Lys Met Pro Glu Glu Asp 20 25 30 Leu Glu Ala Ile Leu Thr Ala Ala Val Glu Ala Pro Ser Ala Trp Asn 35 40 45 Leu Gln His Trp Lys Phe Leu Val Ile Glu Ser Glu Ala Asp Lys Gln 50 55 60 Lys Leu Leu Pro Ile Ala Tyr Asn Gln Gly Gln Val Ala Glu Ser Ser 65 70 75 80 Val Thr Ile Ala Val Leu Gly Asp Leu Glu Ala Asn Arg Asn Ala Val 85 90 95 Ile Tyr Asp Gln Ala Val Glu Ala Gly Ala Leu Pro Ala Glu Ile Arg 100 105 110 Glu Ala Leu Val Gly Ser Ile Asn Gly Ser Tyr Gln Asn Pro Gln Val 115 120 125 Ala Arg Asp Ala Ala Ile Leu Asn Ser Ala Leu Ala Ala Gln Asn Ile 130 135 140 Met Leu Ala Ala Lys Ser Leu Gly Tyr Asp Thr Cys Ala Met Gly Gly 145 150 155 160 Phe Ile Pro Ala Gln Leu Ile Glu Gln Phe Asn Ile Pro Ala Arg Tyr 165 170 175 Leu Pro Thr Met Leu Ile Ser Val Gly Lys Ala Gln Val Pro Ala Arg 180 185 190 Pro Ser Gly Arg Phe Pro Leu Ser Asp Val Val Val Lys Gly Ser Phe 195 200 205

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】各種菌株における酸化還元酵素の活性を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing the activity of oxidoreductase in various strains.

【図2】各種菌株における酸化還元酵素の活性を示す図
である。
FIG. 2 shows oxidoreductase activities in various strains.

【図3】A-1株由来酸化還元酵素の部分アミノ酸配列を
示す図である。
FIG. 3 is a view showing a partial amino acid sequence of an oxidoreductase derived from strain A-1.

【図4】A-1株由来酸化還元酵素NADH及びNADPHに対する
反応性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the reactivity of the A-1 strain-derived oxidoreductases NADH and NADPH.

【図5】DszCとのカップリングアッセイにおけるA-1株
由来酸化還元酵素NADH及びNADPHに対する反応性を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing the reactivity of A-1 strain-derived oxidoreductases NADH and NADPH in a coupling assay with DszC.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) (C12N 15/09 ZNA C12R 1:01) (C12N 1/20 C12R 1:01) (C12N 1/21 C12R 1:01) (C12N 9/02 C12R 1:01) (72)発明者 和泉 好計 京都府京都市西京区大原野西境谷町2−9 −23−302 Fターム(参考) 4B024 AA17 BA08 CA04 DA05 EA04 GA11 HA01 4B050 CC01 DD02 LL05 4B065 AA01X AA01Y AB01 BA02 CA28 CA56 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification FI FI Theme Court II (Reference) (C12N 15/09 ZNA C12R 1:01) (C12N 1/20 C12R 1:01) (C12N 1/21 C12R 1:01 ) (C12N 9/02 C12R 1:01) (72) Inventor Kouyoshi 2-9-23-302 Oharano Nishisakayacho, Nishikyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto F-term (reference) 4B024 AA17 BA08 CA04 DA05 EA04 GA11 HA01 4B050 CC01 DD02 LL05 4B065 AA01X AA01Y AB01 BA02 CA28 CA56

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 以下の(a) 又は(b) のタンパク質をコー
ドする遺伝子。 (a) 配列番号2記載のアミノ酸配列により表されるタン
パク質 (b) 配列番号2記載のアミノ酸配列において1若しくは
複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミ
ノ酸配列により表され、かつNADHを酸化しFMNを還元す
る機能を有するタンパク質
1. A gene encoding the following protein (a) or (b): (a) a protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; (b) a protein represented by an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; A protein that has the function of oxidizing and reducing FMN
【請求項2】 請求項1に記載の遺伝子を含むベクタ
ー。
2. A vector comprising the gene according to claim 1.
【請求項3】 請求項2記載のベクターを含有する形質
転換体。
3. A transformant containing the vector according to claim 2.
【請求項4】 以下の(a) 又は(b) に示すタンパク質。 (a) 配列番号2記載のアミノ酸配列により表されるタン
パク質 (b) 配列番号2記載のアミノ酸配列において1若しくは
複数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミ
ノ酸配列により表され、かつNADHを酸化しFMNを還元す
る機能を有するタンパク質
4. A protein represented by the following (a) or (b): (a) a protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; (b) a protein represented by an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2; A protein that has the function of oxidizing and reducing FMN
【請求項5】 パエニバチルス・ポリミキサ A-1株。5. A Paenibacillus polymixa strain A-1. 【請求項6】 パエニバチルス・ポリミキサ A-1株に
脱硫酵素遺伝子を導入した形質転換体。
6. A transformant obtained by introducing a desulfurase gene into Paenibacillus polymixa strain A-1.
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