JPH05501059A - γ―CGターゼ - Google Patents

γ―CGターゼ

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JPH05501059A JP3506310A JP50631091A JPH05501059A JP H05501059 A JPH05501059 A JP H05501059A JP 3506310 A JP3506310 A JP 3506310A JP 50631091 A JP50631091 A JP 50631091A JP H05501059 A JPH05501059 A JP H05501059A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 γ−CGターゼ 本発明はまず第一にγ−シクロデキストリンを産生するシクロデキストリングリ コジルトランスフェラーゼに関する。
酵素シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼ(省略形:CGターゼ) E、C,2,4,l 19はシクロデキストリンのデンプンからの形成を触媒す る。シクロデキストリン(CD)を構成するグルコース単位の数に応じてα−C D(グルコース単位6)、β−CD(グルコース単位7)及びγ−CD(グルコ ース単位8)に分けられる。
従来2つの型のCGターゼが知られている:a〕例えばバチルス・マケランス( Bacillus macerans;英国特許第2169902号)、クレブ シェラ・プノイモニエ(Klebsiella pneumoniae;ヨーロ ッパ特許公開第220714号)及びバチルス・ステアロテルモフィルス(Ba cillus stearothermophi lus ;英国特許第216 9902号)のCGターゼのような第1にα−シクロデキストリンを形成するC Gターゼ、α−CGターゼとも表される。
us circulans;米国特許第4477568号)、バチルス・マガテ リウム(Bacillusmagaterium;米国特許第3812011号 )、バチルス・オウベンシス(Bacillusohbensis;日本国特許 第74124285号)、ミク0)y7クス sp、(Micrococcus 5+)、;ヨーロッパ特許公開第017242号)及び好アルカリ性バチルス・  sp、(Bacillus sp、;J、Gen、Microbiol、19 88.134.97〜105 ;App 1.Micr。
biol、Biotechnol、1987.26.149〜153)のCGタ ーゼのような第一にβ−シクロデキストリンを形成するCGターゼ又はβ−CG ターゼ。
γ−CGターゼに関しては文献中に2つの示唆が記載されている。
a)バチルス・Sp、のシクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼはE tOHの添加の際に主にβ−及びγ−シクロデキストリン(10,4対18゜7 %)からの混合物を製造する(日本国特許第63133998号)。この酵素は その動力学的特性に関して明らかにされていないので、特別な型に分類すること ができない。
b)2つの論文[Agric、Biol、Chem。
ンプンカガク、1986.33.137]にバチルス・スプチリスNo、313 のγ−CGターゼが記載されている。このγ−CGターゼはγ−シクロデキスト リン及び直鎖状オリゴサツカリドの形成を特徴とする。
CGターゼはデンプンから環式産生物を生成するだけなので、この″CGターゼ ではα−アミラーゼ(デンプンから直鎖状オリゴサツカリドを生成)及びCGタ ーゼの転移形が該当する。この“γ−CGターゼは低い収率を達成できるだけな のでγ−シクロデキストリンの製造には好適ではない(ヨーロッパ特許公開第3 27099号、第2頁、40〜43行参照)。
それ故、本発明の課題は主にγ−CDを産生ずる酵素を製造することである。
この課題は、細菌をγ−CGターゼの分泌に関してスクリーニングし、これらの 細菌の特性を明らかにし、かつ該細菌のγ−CGターゼを精製し、かつ生化学的 に特性を明らかにすることにより解決された。
本発明によるγ−シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼは第一にγ −シクロデキストリンを産生ずるγ−シクロデキストリングリコジルトランスフ ェラーゼであり、基質デンプンにより第一にγ−シクロデキストリン及び逐次生 成物としてほとんど全面的に環式オリゴサツカリドを形成するものが優れている 。
細菌をγ−CGターゼの産生に関してスクリーニングするに当たり有利にはデン プンを分解する、特に有利には好アルカリ性デンプン分解細菌を使用する。
γ−CGターゼを産生する細菌の特性を明らかにするに当たっては細菌の形状、 幅、長さ及び運動性を測定する。更に、ダラム反応における着色性、カタラーゼ を形成するその能力並びにGC−含量を測定する。
付加的に、異なる温度、異なるpH及び異なるNaC1濃度でのその生長挙動を 測定する。
γ−CGターゼの精製後に酵素の生化学的特性を明らかにする0例えば酵素の分 子量、至適pH,pH安定性、至適温度及び温度安定性を測定する。
γ−CGターゼの収率を高めるために、それをコードする遺伝子を遺伝子工学的 に修飾し、かつ分泌型突然変異体中で発現させる。そのために遺伝子を初めにク ローン化し、かつ配列決定する。その遺伝子をE。
コリ中でクローン化すると優れている。その後、同定した遺伝子をプロモータ、 有利に調節可能なブロモ−することのできるtac−プロモータの制御下に配置 する。これによってγ−CGターゼの調節可能な過剰発現が可能である。最適な 分泌のためにはシグナルペプチドの使用が有意である。固有のシグナルペプチド の使用はγ−CGターゼ分泌にとっては好適である。
γ−CGターゼをコードする遺伝子及びリーダ配列と共に調節性要素、例えばt ac−プロモータも含有するベクターをγ−CGターゼの製造のために微生物。
有利にE、コリ、特に有利にE、コリの分泌型突然変異体中に導入する。好適な 分泌型突然変異体はコーロッパ特許公開第338410号に開示された方法によ り製造することができる。プロモータの誘導により、ラクトース又はIPTGに 関連するtac−プロモータの場合、培地中でγ−CGターゼの過剰生産及び分 泌を達成することができる。分泌型突然変異体の上澄から本発明による蛋白質を 公知方法で精製することが本明細書に記載の酵素により初めて第一にγ−シクロ デキストリンを産生するγ−CGターゼを製造することができる。
本酵素は記載の遺伝子工学的方法により、それが天然に由来する微生物から可能 である場合に多量に取得することができる0本#素により、米国特許第4822 874号に記載の方法によりγ−シクロデキストリンの製造時間を著しく短縮す ることができる。
γ−シクロデキストリンはとりわけ疎水性物質の水溶液中での溶解度を高め、不 安定物質を安定化しく例えばUV−保護、酸化保護)、かつ揮発性物質を結合す る。γ−シクロデキストリンは処方化剤としても使用することができる。
とりわけγ−シクロデキストリンは次の分野で使用される: 製剤工業 食品工業 化粧品 植物保護 化学工業。
実施例において本発明によるγ−CGターゼの単離、その遺伝子工学的修飾並び にこのγ−CGターゼを好アルカリ性細菌バチルス290−3 (DSM 58 50)から過剰発現することにつ(Xで記載する。
第1図:好アルカリ性菌株バチルス290−3のγ−CGターゼのβ−及びγ− シクロデキスト1ノン産生の転写解読枠 第3図:γ−CGターゼの過剰発現番;使用したtaC−プロモータープラスミ ドpJF118u第4図−合成オリゴヌクレオチドM8及びM9第5図:発現プ ラスミドp CM750第6図:合成オリゴヌクレオチドMIO1Ml 1M1 2及びM13 第7図ニブラスミドルcM720 例1:γ−CGターゼ産生好アルカ1)性細菌のスフ1ノ〜0.2gを秤量し、 かつ滅菌生理食塩溶液1mlを包含する滅菌容器中に@濁させた。粗大成分の沈 積後にその都度0.1mlをデンプン寒天プレート(培地110g/I可溶性デ ンプン、5g/lペプトン;5 g / l @母エキス;Ig/IKH,P○ 、;0.2g/]Mg5O4x7H,O; 10g/INazCO,; 15g /l寒天;pH10,4)上に塗布した。寒天プレートの恒温保持を30℃で2 〜3日間行った。デンプン分解細菌のコロニーは低分子のデンプン分子の劣化に より生成した混濁した牽輪を示した。コロニーを単離し、かつ2回デンプン寒天 プレート上で精製した。
更に培養を前記の組成の液体培地2ml中で実施した。
30℃で48時間恒温保持した後で細胞を遠心分離し、かつ上澄をγ−CGター ゼ活性に関して試験した。上澄200μmを20mMトリス/HCI pH9, O;5mMCaCl2中の10%デンプン溶液200μmと共に1〜5時間40 ℃で恒温保持した。酵素反応をメタノール600μlの添加により停止し、かつ 上澄を遠心後にHPLCにより分析した。多数の単離体から、動力学的に優先的 にγ−シクロデキストリンを形成するCGターゼを培地中に析出する菌株のバチ ルス290−3を単離した(第1図)。
例2:菌株バチルス290−3の分類学上の特性の明示 分垣学約分票は、従来正確には特性を明らかにすることのできなかったバチルス ・フィルムス/レンツス(Bacillus firmus/1entus)− 複合体に分類することのできるダラム陽性の、胞子形成性細菌に該当することを 明らかにした(表1参照)。
表1・単離体290−3の分類学的特性性 質 バチルス 290−3 桿 菌 十 輻 μm 0.7〜0,9 長 さμm 2.5〜4.0 運動性 十 内生芽胞 十 ダラム反応 十 カタラーゼ + 最大温度 プラス生長℃ 40 マイナス生長℃ 45 生長 pH5,7の培地中 − pH7,0の培地中 − NaCI 5% ÷ 7% + mol % G+C36,6 特表平5−501059 (4) 例3.γ−CGターゼの精製 菌株バチルス290−3を培地l(例1参照)中で培養した。48時間の生長時 間後に細胞を遠心により分離し、かつ培養上澄に(NH,)、SO,を飽和度6 6%が達成されるまで添加した。混合物を1時間4℃で貯蔵し、かつ更に沈殿物 を遠心(10000xg :20分間ンにより分離した。沈殿物を開始容量の1 /100で緩衝液A(20mMトリス/HClpH8゜5.5mMCaC1,, 0,05%y−CD)中に再懸濁し、かつ同じ緩衝液に対して透析した。遠心( 10分間; 1010000x後に酵素溶液を親和性カラム(γ−シクロデキス トリンがセファロース6Bにプチルジグルシジルエーテルを介して結合)上に施 した。
1%のγ−シクロデキストリンを有する緩衝液Aで溶離した。
溶離した蛋白質物質を硫酸アンモニウム沈殿により濃縮し、かつ再度透析した。
蛋白質の純度は5DS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動により調節した。
例4:γ−CGターゼの生化学的特性の明示γ−〇Gターゼの生化学的特性の明 確化により次の結果がもたらされた: 分子量 75000Da 至適pH6,0〜8.0 pH安定性 5.0〜10.0 至適温度 60℃ 温度安定性 50℃まで 例5.γ−CGターゼの遺伝子のクローン化及び配列決定 クローン化: 菌株バチルス290−3の染色体DNAを部分的に制限酵素5au3Aで切断し 、かつフラグメントの大きさをアガロースゲル電気泳動を介して分画した後でこ のDNA砕片をptJc18 (BamHI切断)中にクローン化した。
この遺伝子バンクのクローン2xlO’個をコロニーハイプリダイゼイション実 験(Maniatiset al、1982.Co1d Spring Har bor Laboratory)においてバチルス1−1のβ−CGターゼのコ ード領域の放射性標識した1、6kbの大きさのDNAフラグメント(BGII I−Pstl)[:Proc、4th Int、Symposium on C yclodextrin(Huber O,,5zejtli J、、eds) 1988.71−76頁、Kluwer Academiclを用いて分析した 。その際に、クローンp19及びp43が同定され、それらのプラスミドはγ− CGターゼの遺伝子を包含していた。
配列決定。
γ−CGターゼ構造遺伝子のヌクレオチド配列を測定するに当たりDNA−フラ グメントをプラスミドpUC18又はpUc19中にサブクローン化した。エキ ソヌクレアーゼIIIを用いてこれらのプラスミドの押入断片中で、サンガー− ジデオキシ連鎖開裂法(“Sanger−Dideoxy−Kettenabb  ruchmethode″)によるDNA−配列決定がオーバーラツプする配 列に案内するように欠失を発生させた(DNA、1985.土、165−170 )。γ−CGターゼをコードする転写解読枠は2097個のヌクレオチドを包含 する(第2図)、それから誘導される蛋白質は分子量78000Daを有する6 99アミノ酸から成る。シグナルペプチドの切断後に分子量75000Daにな る。
例6:E、コリ中でγ−CGターゼの発現及び分泌γ−CGターゼの過剰発現の ために“tac”−プロモータプラスミドpJF118u(第3図)を使用した 。このプラスミドを制限酵素EcoRI及びHtndlIIで切断し、かつアガ ロースゲル電気泳動を介して小さなりNAフラグメントを“ポリリンカー”から 分離した。
プラスミドp19(例6参照)をAccl及びHin、 d I I Iで切断 し、かつアガロースゲル電気泳動を介して2.4kbの大きさのDNA−フラグ メントを単離し、これはγ−CGターゼの構造遺伝子をほぼ完全に持っている。
遺伝子の5′末端で(第2図の″AccIサイト”参照)シグナルペプチドをコ ードする短い領域が欠損している。この領域は2つの合成オリゴヌクレオチドM 8及びM9(第4図)により換えらpJF118uのEcoRI−Hindl  I 1−フラグメントとp19のオリゴヌクレオチドベアM8、M9及びAcc I−H1ndIII7ラグメントとの連結により発現プラスミドpcM750( 第5図)が生成した。
分泌型突然変異体E、コリWC:M I OOをプラスミドp CM75 Qに より形質転換し、かつこの形質転換した菌株を完全培地(log/lペプトン;  5 g / 1酵母エキス;5g/lNaCl;Jog/Iラクトース;O, Ig/1cac1.; 100mg/lアンピシリン)中で30℃で培養するこ とにより菌株バチルス290−3による酵素収率に比べて500倍高いγ−CG ターゼ収率が可能であった。
例7・γ−CGターゼの修飾 ホスホルアミダイト法によりオリゴヌクレオチドベアM10、M 11及びMl 2、Ml3を合成した(第6図)。このオリゴヌクレオチドのDNA配列はバチ ルス1−1のβ−CGターゼのN末端アミノ酸配列をコードし[Proc、4t h Int、Symposium on Cyclodextrin(Hube r O,,5zejtly J、、eds)1988゜71−76頁、Kluw erAcademicコ、特表千5−501059 (5) かつ5spI切断部位までのDNA領域を包含するγ−CGターゼのN末端範囲 に同じである(第2図参照)プラスミドpcM750を部分的に制限酵素Acc Iで切断した。Ssp Iで後切断し、かつアガロースゲル電気泳動を介して大 きさ7.3kbのD N Aフラグメントを単離した。このDNAフラグメント と二本鎖オリゴヌクレオチドMI O,Ml l及びMl2、Ml3との連結に よりキメラγ−CGターゼをコードするプラスミドpcM720(第7図)が生 成した。
例6に相応する分泌型突然変異体E、コリWCM100の形質転換及び培養によ りγ−CGターゼの収率は例6の結果に比べて2倍高まった。
例8.γ−CGターゼを使ってγ−シクロデキストリンの製造 可溶性デンプンlogを緩衝液(10mmol/1トリス/HCI pH8,0 及び5mMCaC1z)100ml中に取り、かつデンプンを5分間95℃に加 熱することにより溶解した。50℃に冷却後γ−シクロデキストリンの選択的錯 体ビルダーとしてシクロヘキサデセノンIgを添加した。更に、γ−CGターゼ 100Uをピペット添加した。パッチを激しく撹拌し、かつ反応温度を50℃に 保持した。、8時間の反応時間後に使用したデンプンに対してγ−シクロデキス トリン48%の至適収率が達成された。
比較例。
実験を例5と同様に実施した。ただしγ−CGターゼの代わりにバチルス・マケ ランスのα−CGターゼ100Uを使用した。32時間後にγ−シクロデキスト リンの最大収率43%が達成された。
シクoテキy、、トリンa度C(CD)[kg/rr+31ニ”i=i:z 、 490 510 5コ0 !2(FOrtS、) 610 6:10 650 670 690 フ10 730 750 フ70 B50 870 890 910 9コ0 950 10:10 1050 1070 −二1ti鴛i;2(FOrtS、) 1510 15:10 1550 1570 1590 X610 −二E62(Forth、) 1810 18:10 1850 18フ0 1890 1910 特表平5−501059 (8) 要 約 書 本発明はγ−シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼに関する。これ は、細菌をγ−シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼに関してスク リーニングし、これらの細菌の特性を明らかにし、かつ細菌のγ−シクロデキス トリングリコジルトランスフェラーゼを精製し、かつ生化学的特性を明らかにす ることにより得られる。該#素はデンプンがらγ−シクロデキストリンを製造す るのに使用することがで手続補正書(自発) 特□庁長官や 平成4年 9125″ 1、事件の表示 PCT/EP 91100560 2、発明の名称 γ −CG タ − ゼ 3、補正をする者 ング ] 5、補正により増加する請求項の数 06、補正の対象 明細書及び請求の範囲 7、 補正の内容 (1)請求の範囲を別紙のとおり補正する。
(2)明細書第1頁第5行の「に関する。」を[に関し、該トランスフェラーゼ は基質デンプンにより第一にγ−シクロデキストリン及び逐次生成物としてほと んど全面的に環式オリゴサツカリドを形成する。」と補正する。
(3)同第3頁下から第5〜2行の[基質デンプン・・・・・・優れている。j を「該トランスフェラーゼは基質デンプンにより第一にγ−シクロデキストリン 及び逐次生成物としてほとんど全面的に環式オリゴサツカリドを形成する。」と 補正す(4)同第5頁第14行の「できる。」を「でき、このCGターゼは基質 デンプンにより第一にγ−シクロデキストリン及び逐次生成物としてほとんど全 面的に環式オリゴサツカリドを形成する。」と補正する。
(5)同第6頁第8〜9行のr (DSM5850)Jをr (DSM5850 .1990年3月19日にドイツ微生物及び細胞培養物保存機関DSMに寄託) 」と補正する。
請求の範囲 ■、 バチルス290−3 (DSM5850)からのγ−シクロデキストリン グリコジルトランに取得することのできることを特徴とする請求項I記載のγ− シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼのアミノ末端領域で修飾され た誘導体。
3.5′末端範囲で、バチルスl−1からの −〇Gターゼの同じアミノ酸をコ ードするDNA領域により置換されている請求項1記載のγ−シクロデキストリ ングリコジルトランスフェラーゼの遺伝子によりコードされていることを特徴と  るγ−シクロデキストリングリコシルトられるシクロデキストリングリコジル トランスフェラーゼをコードする発現プラスミド。
5、a)好アルカリ性のデンプン分解性細菌をγ−CGターゼに関してスクリー ニングし、b)これらの細菌を分類学的に特性を明らかに支ユ C)細菌の −〇Gターゼを精製し、かつ生化学的特性を明らかにし、 d)γ−CGターゼの遺伝子をクローン化し、かつ配列決定し、 e)この遺伝子を成熟蛋白質の5′範囲をコードする領域中で修飾し、 f)このように修飾した遺伝子を調節可能なプロモータの制御下に配置し、かつ 遺伝子を細菌と共に増殖させかつ遺伝子生成物を分泌させることが出きるように 細菌中に導入し、 )酵素を培養上澄から、誘導及び発現後に取得する ことを特徴とするγ−シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼの取得 法。
6、 −シクロデキストリングリコジルトランスフェラーゼをコードする遺伝子 を固有のシグナルペプチドの使用下に遺伝子工学的に修飾して、γ−シクロデキ ストリングリコジルトランスフェラーゼの調節可能な過剰発現を可能にし、かつ このようにして修飾した遺伝子を分泌型突然変 体で発現させることを特徴とす るγ−シクロデキストリングリコシルト・ランスフェラーゼ有するγ−シクロデ キストリングリコジルトランスフェラーゼをコードするDNA。
9、 第2図に記載されているアミノ酸198〜アミノ酸214及び/又はアミ ノ酸238〜アミノ酸247及び/又はアミノ酸267〜アミノ酸275及び/ 又はアミノ酸336〜アミノ酸343のアミノ酸範囲を含有するγ−シクロデキ ストリングリコジルトランスフェラーゼをコードするDNA。
10、請求項1から3までのいずれか1項によるγ−CGターゼを使用すること を特徴とするγ−シクロデキストリンの製法。
月ユ菌株バチルス290−3 (DSM5850)。
国際調査報告 ++netnh1嗜11nh1^ppHc++1nnNuP(’I’/El’9 1100560In+f+na、u+n、l Appl++、++u。Nt+  I’C11El’ 91100560国際調査報告

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.a)細菌をγ−CGターゼの分泌に関してスクリーニングし、 b)これらの細菌の特性を明らかにし、かつc)細菌のγ−CGターゼを精製し 、かつ生化学的特性を明らかにする ことにより得られるγ−シクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼ。
  2. 2.a)細菌をγ−CGターゼの分泌に関してスクリーニングし、 b)これらの細菌の特性を分類学的に明らかにし、c)細菌のγ−CGターゼを 精製し、かつ生化学的特性を明らかにし、 d)γ−CGターゼの遺伝子をクローン化し、かつ配列決定し、 e)遺伝子を修飾し、かつ該遺伝子を細菌と共に増殖させかつ遺伝子生成物を分 泌させることができるように細菌中に導入し、 f)酵素を培養液上澄から、誘導及び発現後に取得する ことにより得られるγ−シクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼ。
  3. 3.γ−CGターゼの分泌に関してスクリーニングする細菌はデンプン分解性の 、有利に好アルカリ性のデンプン分解性細菌であることを特徴とする請求項1及 び2により得られるγ−CGターゼ。
  4. 4.修飾として調節可能なプロモータ、殊にラクトースを誘導することのできる tac−プロモータ5′をγ−CGターゼ遺伝子の前に挿入することを特徴とす る請求項1から3までのいずれか1項により得られるγ−CGターゼ。
  5. 5.パチルス290−3からのγ−CGターゼ。
  6. 6.パチルス290−3からのγ−CGターゼの修飾誘導体。
  7. 7.γ−シクロデキストリングリコシルトランスフエラーゼ。
  8. 8.菌株パチルス290−3(DSM5850)。
  9. 9.請求項1から4までのいずれか1項により得られるシクロデキストリングリ コシルトランスフェラーゼをコードする発現プラスミド。
  10. 10.a)細菌をγ−CGターゼの分泌に関してスクリーニングし、 b)これらの細菌の特性を明らかにし、c)細菌のγ−CGターゼを精製し、か つ生化学的特性を明らかにし、 d)γ−CGターゼの遺伝子をクローン化し、かつ配列決定し、 e)遺伝子を修飾し、かつ該遺伝子を細菌と共に増殖させかつ遺伝子生成物を分 泌させることができるように細菌中に導入し、 f)酵素を培養液上澄から、誘導及び発現後に取得する ことを特徴とするシクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼの取得法。
  11. 11.γ−CGターゼの分泌に関してスクリーニングする細菌はデンプン分解性 の、有利に好アルカリ性のデンプン分解性細菌であることを特徴とする請求項1 0による方法。
  12. 12.修飾として調節可能なプロモータ、殊にラクトースを誘導することのでき るtac−プロモータ5′をγ−CGターゼ遺伝子の前に押入することを特徴と する請求項10又は11項による方法。
  13. 13.請求項1から7までのいずれか1項によるγ−CGターゼを使用すること を特徴とするγ−シクロデキストリンの製法。
  14. 14.シクロヘキサデセノンを錯体ビルダーとして使用することを特徴とするγ −シクロデキストリンの製法。
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