JP2009207441A - Glucose dehydrogenase and gene encoding the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グルコース脱水素酵素及びその遺伝子に関する。より詳細には、本発明は、耐塩性、並びに幅広いpH安定性と固有の基質特異性を有し、かつNADP+に特異的に依存するグルコース脱水素酵素、及び当該酵素をコードする遺伝子、及び当該酵素を含む糖類センサーに関する。 The present invention relates to glucose dehydrogenase and its gene. More particularly, the present invention relates to a glucose dehydrogenase that has salt tolerance as well as broad pH stability and inherent substrate specificity and that is specifically dependent on NADP + , and the gene encoding the enzyme, and The present invention relates to a saccharide sensor containing the enzyme.
グルコース脱水素酵素は、グルコースを酸化してグルコノラクトンを生成する反応を触媒する。かかる触媒活性によりグルコース脱水素酵素は、糖類の検出、バイオ燃料電池の構成資材等に利用されており、食品化学、臨床化学、生化学等の多岐にわたる分野において利用価値に高い酵素である。そして、これらグルコース脱水素酵素は、細菌、酵母から、哺乳類に至るまで広く存在していることが知られており、多様な生物由来のグルコース脱水素酵素が報告されている(例えば、特許文献1、非特許文献1〜4を参照。)。 Glucose dehydrogenase catalyzes a reaction that oxidizes glucose to produce gluconolactone. Due to such catalytic activity, glucose dehydrogenase is used for detection of saccharides, constituent materials for biofuel cells, and the like, and is an enzyme having high utility value in various fields such as food chemistry, clinical chemistry and biochemistry. And these glucose dehydrogenases are known to exist widely from bacteria and yeast to mammals, and glucose dehydrogenases derived from various organisms have been reported (for example, Patent Document 1). , See Non-Patent Documents 1 to 4.)
ところが、グルコース脱水素酵素に限らず酵素は、触媒作用を選択する性質が非常に強いことが知られている。例えば、酵素は、生体が生存可能な緩和な条件下で触媒活性を発揮するものであることから、酵素を構成するタンパク質構造に変化を与えるような因子の存在により酵素の活性は影響を受ける。つまり、酵素活性は、温度等の物理的条件、及びpH、塩濃度等の化学的条件の影響を受けることが知られており、これらに対する安定性が低いため用途が限定されるという問題点があった。 However, it is known that enzymes, not limited to glucose dehydrogenase, have a very strong property of selecting a catalytic action. For example, since an enzyme exhibits catalytic activity under mild conditions in which a living body can survive, the activity of the enzyme is affected by the presence of factors that change the structure of the protein constituting the enzyme. In other words, enzyme activity is known to be affected by physical conditions such as temperature, and chemical conditions such as pH and salt concentration, and its use is limited due to its low stability. there were.
そこで、近年、熱や広範のpH、及び塩濃度に対して安定性を示すグルコース脱水素酵素がいくつか報告されている。例えば、好熱好酸性古細菌であるサーモプラズマ・アシドフィラム(Thermoplasma acidophilum)由来のグルコース脱水素酵素(例えば、非特許文献1を参照。)、好塩性古細菌であるハロフェラックス・メディテラネイ(Haloferax mediterranei)由来のグルコース脱水素酵素(例えば、非特許文献2を参照。)、好熱好酸性古細菌であるスルフォロバス・ソルファタリカス(Sulfolobus solfataricus)由来のグルコース脱水素酵素(例えば、非特許文献3を参照。)等が挙げられる。サーモプラズマ・アシドフィラム(Thermoplasma acidophilum)由来のグルコース脱水素酵素は、熱安定性及び有機溶媒及び尿素に対して安定であることが報告されている。また、ハロフェラックス・メディテラネイ由来のグルコース脱水素酵素は、塩及び熱安定性を示す共に、塩基性pH領域(pH 8.8)に対しても耐性を有する。そして、その熱安定性は、塩濃度に依存するものであることが報告されている。そして、スルフォロバス・ソルファタリカス由来のグルコース脱水素酵素も、塩及び熱安定性を示すと共に、塩基性pH領域に対しても耐性を有する。特に、pH 9.0、77 ℃、20 mMのマグネシウムイオン、マンガンイオン又はカルシウムイオン下で最も高い活性を示すことが報告されている。 Thus, in recent years, several glucose dehydrogenases exhibiting stability against heat, a wide range of pH, and salt concentration have been reported. For example, glucose dehydrogenase derived from Thermoplasma acidophilum , which is a thermoacidophilic archaeon (see, for example, Non-Patent Document 1), Haloferax Mediterranei, a halophilic archaea mediterranei ) -derived glucose dehydrogenase (see, for example, Non-Patent Document 2), a thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus- derived glucose dehydrogenase (for example, Non-Patent Document 3) For example). Glucose dehydrogenase from Thermoplasma acidophilum has been reported to be thermostable and stable to organic solvents and urea. In addition, glucose dehydrogenase derived from Haloferrax Mediterranei exhibits salt and heat stability and is resistant to a basic pH region (pH 8.8). It has been reported that the thermal stability depends on the salt concentration. And the glucose dehydrogenase derived from Sulfolobus solfataricus also shows salt and heat stability, and also has resistance to the basic pH region. In particular, it has been reported to show the highest activity under pH 9.0, 77 ° C., 20 mM magnesium ion, manganese ion or calcium ion.
また、前述したように酵素は触媒作用を選択する性質が非常に強いことから、その基質特異性についても非常に厳密である。酵素は、その反応部位と基質が相補的に結合することによってその触媒作用を示すことから、一般的に、特定の化合物にのみ作用する。そのため、多成分中の特定の分子のみを選択的に識別し特定の反応のみを触媒できることから産業上有用ではあるが、その反面、酵素の持つ固有の基質特異性や補酵素依存性等によっても、その用途が限定される。 In addition, as described above, since the enzyme has a very strong property of selecting a catalytic action, its substrate specificity is very strict. Enzymes generally act only on certain compounds because of their catalytic action by complementary binding of their reaction sites and substrates. Therefore, it is industrially useful because it can selectively identify only specific molecules in multi-components and catalyze only specific reactions. On the other hand, it also depends on the specific substrate specificity and coenzyme dependency of the enzyme. The use is limited.
例えば、グルコース脱水素酵素の多くは、酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(以下「NAD+」と略する。)及び酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(以下「NADP+」)と略する。)を補酵素として要求する。前述した酵素も、NAD+及びNADP+の双方を補酵素として触媒活性を発揮する。しかしながら、クリプトコッカス(Cryptococcus)属細菌由来のグルコース脱水素酵素(例えば、特許文献1を参照。)、及びサッカロミセス・ブルデリ(Saccharomyces bulderi)由来のグルコース脱水素酵素(例えば、非特許文献4を参照。)のようにNADP+のみを補酵素として要求する産業上特に有用なものも報告されている。しかしながら、クリプトコッカス属細菌由来のグルコース脱水素酵素の安定なpH範囲は、6.0〜7.5と狭く、耐熱性も低いものであり、グルコース以外の基質特異性についての報告はなく、広範な用途に使用できるものではなかった。更に、サッカロミセス・ブルデリ由来のグルコース脱水素酵素は、NADP+に対する特異性がNAD+に対して10倍と比較的低いという問題点があった。 For example, many glucose dehydrogenases are abbreviated as oxidized nicotinamide adenine dinucleotide (hereinafter abbreviated as “NAD + ”) and oxidized nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (hereinafter “NADP + ”). ) As a coenzyme. The aforementioned enzymes also exhibit catalytic activity using both NAD + and NADP + as coenzymes. However, glucose dehydrogenase derived from bacteria belonging to the genus Cryptococcus (see, for example, Patent Document 1) and glucose dehydrogenase derived from Saccharomyces bulderi (see, for example, Non-Patent Document 4). As described above, there are also reports of industrially particularly useful ones that require only NADP + as a coenzyme. However, the stable pH range of glucose dehydrogenase derived from Cryptococcus bacteria is as narrow as 6.0 to 7.5, and heat resistance is low, and there is no report on substrate specificity other than glucose, and it can be used for a wide range of applications. It was not a thing. Furthermore, the glucose dehydrogenase derived from Saccharomyces brudeli has a problem that its specificity for NADP + is relatively low, 10 times that of NAD + .
また、酵素利用技術の多様化に伴い、その用途に合致させるべく、一層、市場が要求する酵素選択肢の幅が広がっているのが現状である。しかしながら、既知のグルコース脱水素酵素では、市場の要望に十分に対応できるものではなかった。したがって、pH、塩濃度等の化学的因子に対して安定性が高く、かつ既知のグルコース脱水素酵素とは異なる固有の基質特異性、及び補酵素依存性を有する新規なグルコース脱水素酵素の開発が望まれていた。 In addition, with the diversification of enzyme utilization technologies, the current range of enzyme options required by the market is expanding to match the application. However, known glucose dehydrogenases have not been able to sufficiently meet market demands. Therefore, development of a novel glucose dehydrogenase that is highly stable against chemical factors such as pH and salt concentration, and has a unique substrate specificity and coenzyme dependency different from known glucose dehydrogenases Was desired.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐塩性、並びに幅広いpH安定性と固有の基質特異性及び固有の補酵素依存性を有するグルコース脱水素酵素の提供を目的とする。また、本発明は、当該酵素をコードする遺伝子を単離し、目的とする理化学的性質を備えた当該酵素を組換え体として取得し、遺伝子工学的手法による当該酵素の大量生産技術の提供をも目的とする。更に、本発明は、当該酵素の性質を利用した糖類センサーの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a glucose dehydrogenase having salt tolerance, wide pH stability, inherent substrate specificity, and inherent coenzyme dependency. The present invention also provides a technique for mass production of the enzyme by genetic engineering techniques by isolating the gene encoding the enzyme, obtaining the enzyme having the desired physicochemical properties as a recombinant. Objective. Furthermore, this invention aims at provision of the saccharide | sugar sensor using the property of the said enzyme.
本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、増殖に高い塩濃度を要求する好塩性古細菌に着目し、かかる好塩性古細菌の一種であるハロバクテリム・バリスモルティス(Halobacterium vallismortis)より、グルコース脱水素酵素をコードすると思われる核酸分子を見出した。更に、遺伝子工学的手法を用いて組換え体を産生させたところグルコース脱水素反応を触媒するグルコース脱水素酵素であることを見出した。更に、かかる酵素が、耐塩性、並びに幅広いpH安定性を有し、かつグルコース以外の特定の糖類にも反応性を示すという固有の基質特異性及び補酵素依存性を有することをも見出した。本発明者らはこれらの知見に基づき本発明を完成するに至った。 As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventors have focused on halophilic archaea that require a high salt concentration for growth, and the halobacterium varismortis which is a kind of such halophilic archaea. ( Halobacterium vallismortis ) discovered a nucleic acid molecule that appears to encode glucose dehydrogenase. Furthermore, when recombinants were produced using genetic engineering techniques, they were found to be glucose dehydrogenases that catalyze glucose dehydrogenation. Furthermore, it has also been found that such an enzyme has an inherent substrate specificity and coenzyme dependency that it has salt tolerance, a wide range of pH stability, and is also reactive with specific sugars other than glucose. Based on these findings, the present inventors have completed the present invention.
即ち、上記目的を達成するため、以下の[1]〜[10]に示す発明を提供する。
[1]下記(a)又は(b)のタンパク質。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において、1又は複数のアミノ酸の欠失、置換、挿入および付加から選択される少なくとも1の改変が生じたアミノ酸配列を含むタンパク質であって、下記(1)〜(3)の理化学的性質を有するタンパク質、
(1)酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸を特異的に補酵素として要求し、グルコースからグルコノラクトンを生成する脱水素反応を触媒する
(2)リボースの脱水素反応を触媒する
(3)pH耐性が、pH 7.0〜8.8で安定であり、至適pHが8.8である
[2]下記(4)〜(7)から選択される1以上の理化学的性質を有する上記[1]のタンパク質。
(4)塩耐性が、塩濃度0〜2.0 Mで安定であり、至適塩濃度が1.0 Mである
(5)スクロースの脱水素反応を触媒する
(6)キシロースの脱水素反応を触媒する
(7)フコースの脱水素反応を触媒する
[3]組換え体である上記[1]又は[2]のタンパク質。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかのタンパク質をコードする核酸分子。
[5]下記(c)又は(d)のポリヌクレオチドからなる上記[1]の核酸分子。
(c)配列番号1に示す塩基配列を含むポリヌクレオチド、
(d)配列番号1に示す塩基配列を含むポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ下記(1)〜(3)の理化学的性質を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(1)酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸を特異的に補酵素として要求し、グルコースからグルコノラクトンを生成する脱水素反応を触媒する
(2)リボースの脱水素反応を触媒する
(3)pH耐性が、pH 7.0〜8.8で安定であり、至適pHが8.8である
[6]前記タンパク質が、下記(4)〜(7)から選択される1以上の理化学的性質を有する上記[5]の核酸分子。
(4)塩耐性が、塩濃度0〜2.0 Mで安定であり、至適塩濃度が1.0 Mである
(5)スクロースの脱水素反応を触媒する
(6)キシロースの脱水素反応を触媒する
(7)フコースの脱水素反応を触媒する
[7]上記[4]〜[6]のいずれかの核酸分子を含有する組換えベクター。
[8]上記[7]の組換えベクターを含有する形質転換体。
[9]上記[8]の形質転換体を培養し、得られた培養物からグルコースの脱水素反応を触媒する能力を有するタンパク質を採取するグルコース脱水素酵素の製造方法。
That is, in order to achieve the above object, the following inventions [1] to [10] are provided.
[1] A protein of the following (a) or (b).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) at least one modification selected from deletion, substitution, insertion and addition of one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 A protein comprising an amino acid sequence and having the following physicochemical properties (1) to (3):
(1) Oxidized nicotinamide adenine dinucleotide phosphate is specifically required as a coenzyme and catalyzes a dehydrogenation reaction that produces gluconolactone from glucose (2) catalyzes a dehydrogenation reaction of ribose (3) [2] The protein of [1] above having one or more physicochemical properties selected from the following (4) to (7), wherein the pH tolerance is stable at pH 7.0 to 8.8 and the optimum pH is 8.8.
(4) The salt tolerance is stable at a salt concentration of 0 to 2.0 M, and the optimum salt concentration is 1.0 M. (5) Catalyze dehydrogenation of sucrose (6) Catalyze dehydrogenation of xylose ( 7) The protein according to [1] or [2], which is a recombinant, which catalyzes the dehydrogenation reaction of fucose.
[4] A nucleic acid molecule encoding the protein of any one of [1] to [3] above.
[5] The nucleic acid molecule according to [1] above, comprising the following polynucleotide (c) or (d).
(C) a polynucleotide comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 1,
(D) a polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and encodes a protein having the following physicochemical properties (1) to (3): (1) oxidation Type nicotinamide adenine dinucleotide phosphate is specifically required as a coenzyme and catalyzes the dehydrogenation reaction to produce gluconolactone from glucose (2) catalyzes the dehydrogenation reaction of ribose (3) pH tolerance, [6] The nucleic acid molecule according to [5], wherein the protein has one or more physicochemical properties selected from the following (4) to (7): stable at pH 7.0 to 8.8 and having an optimum pH of 8.8. .
(4) The salt tolerance is stable at a salt concentration of 0 to 2.0 M, and the optimum salt concentration is 1.0 M. (5) Catalyze dehydrogenation of sucrose (6) Catalyze dehydrogenation of xylose ( 7) A recombinant vector containing the nucleic acid molecule of any one of [4] to [6] above, which catalyzes the dehydrogenation reaction of fucose.
[8] A transformant containing the recombinant vector of [7] above.
[9] A method for producing glucose dehydrogenase, comprising culturing the transformant of [8] and collecting a protein having an ability to catalyze a dehydrogenation reaction of glucose from the obtained culture.
上記[1]〜[9]の構成によれば、新規なNADP+依存型グルコース脱水素酵素の提供が可能となる。本発明によって提供されるNADP+依存型グルコース脱水素酵素は、微量糖類に対しても基質選択性高く反応できる固有の基質特異性と、補酵素としてNADP+に特異的に依存する固有の補酵素特異性を示す。そして、広いpH領域、特には塩基性領域における安定性と、耐塩性を示す。したがって、医療、食品、環境分野等の様々な産業分野における糖類の脱水素反応を要する技術に適用できる。更に、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素のアミノ酸配列、並びに塩基配列が明確になったことから、遺伝子工学的手法を組換え体として低コストかつ工業的に大量生産することが可能となった。 According to the configuration of [1] to [9] above, it is possible to provide a novel NADP + dependent glucose dehydrogenase. The NADP + -dependent glucose dehydrogenase provided by the present invention has a unique substrate specificity capable of reacting with a small amount of saccharides with high substrate selectivity, and a unique coenzyme that depends specifically on NADP + as a coenzyme. Shows specificity. And it shows stability and salt resistance in a wide pH range, particularly in a basic range. Therefore, the present invention can be applied to a technique requiring a dehydrogenation reaction of sugars in various industrial fields such as medical, food, and environmental fields. Furthermore, since the amino acid sequence and base sequence of the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention have been clarified, it is possible to mass-produce a low-cost industrially genetic engineering technique as a recombinant. became.
[10]上記[1]〜[3]いずれかに記載のタンパク質を、電極上に固定化した糖類検出用のバイオセンサー。
[11]前記糖類が、グルコース及びリボースから選択される1以上の糖類である上記[10]の糖類検出用バイオセンサー。
[10] A biosensor for detecting saccharides, wherein the protein according to any one of [1] to [3] above is immobilized on an electrode.
[11] The biosensor for saccharide detection according to [10], wherein the saccharide is one or more saccharides selected from glucose and ribose.
上記[10]〜[11]の構成によれば、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の触媒能力を利用した糖類検出用のバイオセンサーが提供でき、医療、食品、環境分野等、様々な分野に利用することができる。本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素は、グルコース以外の微量糖類に対しても基質特異性を示し、かつ基質選択性も高いことから、これら微量糖類の検出のために好適に利用できる。特には、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素は耐塩性を有する点からも、食塩濃度の高い醸造食品中の糖類の検出に好適に利用できる。 According to the configuration of [10] to [11] above, a biosensor for detecting saccharides utilizing the catalytic ability of the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be provided. Can be used in various fields. The NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention exhibits substrate specificity for trace saccharides other than glucose and has high substrate selectivity, and therefore can be suitably used for detection of these trace saccharides. In particular, the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be suitably used for detection of saccharides in brewed foods having a high salt concentration from the viewpoint of salt tolerance.
以下、本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の性質)
本発明のNADP+グルコース脱水素酵素の理化学的性質は以下の通りである。
(Properties of NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention)
The physicochemical properties of the NADP + glucose dehydrogenase of the present invention are as follows.
(1)作用
以下に示すように、グルコースを基質として、NADP+依存的にグルコノラクトンを生成する反応を触媒する。
D-グルコース + NADP+ → D-グルコノ-δ-ラクトン + NADPH + H+
(1) Action As shown below, it catalyzes a reaction that produces gluconolactone in a NADP + dependent manner using glucose as a substrate.
D-glucose + NADP + → D-glucono-δ-lactone + NADPH + H +
本発明のNADP+グルコース脱水素酵素の特徴は、NADP+を特異的に補酵素として要求してその触媒活性を発揮することである。ここで、「NADP+を特異的に補酵素として要求する」とは、補酵素として同濃度のNAD+及びNADP+を反応溶液中に含む同一条件下でグルコース脱水素活性を測定した際に、NADP+を補酵素として測定した場合の活性が、NAD+を補酵素として測定した場合の活性よりも3倍より大きいこと、好ましくは5倍以上、更に好ましくは10倍以上であることを示す。 The feature of the NADP + glucose dehydrogenase of the present invention is that NADP + is specifically required as a coenzyme and exhibits its catalytic activity. Here, “requires NADP + specifically as a coenzyme” means that when glucose dehydrogenation activity is measured under the same conditions containing NAD + and NADP + at the same concentration as a coenzyme in the reaction solution, It shows that the activity when NADP + is measured as a coenzyme is more than 3 times, preferably 5 times or more, more preferably 10 times or more than the activity when NAD + is measured as a coenzyme.
そして、本発明のNADP+グルコース脱水素酵素は、既知のグルコース脱水素酵素とは異なる固有の基質特異性を示す。グルコースに加え、グルコース以外の5炭糖及び6炭糖を含む単糖類、二糖類にも反応性を示し、特には、デオキシ糖に反応性を示すことが好ましい。具体的には、グルコース以外に、リボースに対しても反応性を示す。更に、スクロース、キシロース、フコースの少なくとも1つに対して反応性を示すことが好ましい。これらに対する活性は、グルコースに対する活性を100とした場合の相対活性において、40以上、更には60以上、特には80以上であることが好ましい。ただし、マンノースに対する触媒活性は、グルコースに対する活性を100とした場合の相対活性において、10以下であることが好ましい。 The NADP + glucose dehydrogenase of the present invention exhibits a unique substrate specificity different from that of known glucose dehydrogenases. In addition to glucose, it is also reactive to monosaccharides and disaccharides containing pentose and hexose other than glucose, and in particular, it is preferable to be reactive to deoxysugar. Specifically, it exhibits reactivity with respect to ribose in addition to glucose. Furthermore, it is preferable to show reactivity with at least one of sucrose, xylose and fucose. The activity with respect to these is preferably 40 or more, more preferably 60 or more, and particularly preferably 80 or more in the relative activity when the activity with respect to glucose is 100. However, the catalytic activity for mannose is preferably 10 or less in relative activity when the activity for glucose is 100.
(2)pH安定性
本発明のNADP+グルコース脱水素酵素は、pH 7.0〜8.8の範囲で安定した活性を示し、至適pHは、pH 8.8である。更に、pH 5.0程度までの酸性領域でも活性を保持できることが好ましい。そして、pH 10〜11程度まで塩基性領域においても活性を保持できることが好ましく、特には、pH 4.0〜12程度まで範囲で活性を保持できることが好ましいが、これに限定されるわけではない。
(2) pH stability The NADP + glucose dehydrogenase of the present invention exhibits stable activity in the range of pH 7.0 to 8.8, and the optimum pH is pH 8.8. Furthermore, it is preferable that the activity can be maintained even in an acidic region up to about pH 5.0. And, it is preferable that the activity can be maintained even in the basic region from about pH 10 to 11, and it is particularly preferable that the activity can be maintained in the range from about pH 4.0 to 12, but it is not limited thereto.
(3)耐塩性
本発明のNADP+グルコース脱水素酵素は、耐塩性を示す。耐塩性を示す塩の種類について特に限定はないが、好ましくは一価の陽イオンを含む塩であり、NaCl、KCl等が挙げられる。例えば、NaClに対する耐塩性は、1.0 〜 2.0 Mの範囲で安定した活性を示し、至適塩濃度は1.0 Mである。更に、塩類の非存在下でも活性を示すことができ、0 〜 2.0 Mと広い塩濃度範囲で活性である。
(3) Salt tolerance The NADP + glucose dehydrogenase of the present invention exhibits salt tolerance. There are no particular limitations on the type of salt that exhibits salt resistance, but it is preferably a salt containing a monovalent cation, and examples thereof include NaCl and KCl. For example, the salt tolerance against NaCl shows a stable activity in the range of 1.0 to 2.0 M, and the optimum salt concentration is 1.0 M. Furthermore, it can exhibit activity even in the absence of salts, and is active in a wide salt concentration range of 0 to 2.0 M.
(4)分子量
本発明のグルコース脱水素酵素は、そのアミノ酸組成の違いにより異なる分子量を有していてもよいが、好ましくは、約40kDaの分子量を有する。
(4) Molecular Weight The glucose dehydrogenase of the present invention may have a different molecular weight depending on the amino acid composition, but preferably has a molecular weight of about 40 kDa.
本発明のNADP+グルコース脱水素酵素の由来は、本発明のグルコース脱水素酵素の理化学的性質を具備できる限り限定はない。例えば、前述の理化学的性質を有するグルコース脱水素酵素を生産する能力を有する生物体由来であり、典型的には細菌である。そして、好ましくは古細菌、更に好ましくは極限環境(例えば、塩田、イスラエルの死海等)で生育し得る細菌、例えば好塩菌である。ここで、好塩菌とは、至適増殖に比較的高濃度の塩の存在を要求する細菌である。好塩菌は、至適増殖塩濃度の相違によって、低度好塩菌、中度好塩菌及び高度好塩菌に分類される。本発明においては、これらのいずれであってもよいが、特には高度好塩菌由来であることが好ましい。具体的には、Halobacterium属細菌、等が例示され、特に好ましくは、Halobacterium vallismortis である。 The origin of the NADP + glucose dehydrogenase of the present invention is not limited as long as it has the physicochemical properties of the glucose dehydrogenase of the present invention. For example, it is derived from an organism having the ability to produce glucose dehydrogenase having the aforementioned physicochemical properties, and is typically a bacterium. Preferably, it is an archaebacteria, more preferably a bacterium capable of growing in an extreme environment (for example, Shioda, the Dead Sea of Israel), for example, a halophilic bacterium. Here, halophilic bacteria are bacteria that require the presence of a relatively high concentration of salt for optimal growth. A halophilic bacterium is classified into a low halophilic bacterium, a moderate halophilic bacterium, and a highly halophilic bacterium according to the difference in the optimal growth salt concentration. In the present invention, any of these may be used, but in particular, it is preferably derived from highly halophilic bacteria. Specific examples include bacteria belonging to the genus Halobacterium , and particularly preferred is Halobacterium vallismortis .
本発明のNADP+グルコース脱水素酵素は、前述の通り、好塩菌由来のタンパク質であることが好ましい。そして、好塩菌由来のタンパク質は、概して耐塩性を示すことから不溶性になりにくいという性質を有する。さらに、酸性アミノ酸の構成比が高いことから凝集しにくい、また、一旦、変性したとしても天然構造に巻き戻ることができ安定性が高いという性質をも有することが好ましい。 As described above, the NADP + glucose dehydrogenase of the present invention is preferably a protein derived from halophilic bacteria. And since halophilic bacteria-derived proteins generally exhibit salt tolerance, they have the property of being hardly insoluble. Furthermore, it is preferable that it has the property that it is difficult to aggregate due to the high composition ratio of acidic amino acids, and that even if it is denatured, it can rewind to the natural structure and has high stability.
(本発明のNADP+グルコース脱水素酵素のアミノ酸配列)
また、本発明のNADP+グルコース脱水素酵素として、これに限定されるものではないが、配列番号2のアミノ酸配列を含むものが好適に例示される。更に、前述のNADP+グルコース脱水素酵素の性質を保持している限り、配列番号2のアミノ酸配列において、特定のアミノ酸に改変が生じている改変部位を有するアミノ酸配列を含むものであってもよい。改変とは、改変の基礎となるタンパク質のアミノ酸配列のうち、1又は複数のアミノ酸が欠失、置換、挿入および付加の少なくとも1つからなる改変が生じていることを意味する。そして、「1又は複数のアミノ酸が欠失、置換、挿入及び付加の少なくとも1つからなる改変」とは、改変の基礎となるタンパク質をコードする遺伝子に対する既知のDNA組換え技術、点変異導入方法等によって、欠失、置換、挿入又は付加することができる程度の数のアミノ酸が、欠失、置換、挿入又は付加されることを意味し、これらの組み合わせをも含む。例えば、このような改変体は、配列番号2で示すアミノ酸配列に対して、アミノ酸レベルで70 %以上、好ましくは80 % 以上、更に好ましくは90 %以上の相同性を保持するものとすることができる。
(Amino acid sequence of NADP + glucose dehydrogenase of the present invention)
In addition, the NADP + glucose dehydrogenase of the present invention is preferably exemplified by those containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, although not limited thereto. Furthermore, as long as the properties of the above-mentioned NADP + glucose dehydrogenase are maintained, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 may contain an amino acid sequence having a modified site in which a specific amino acid is modified. . “Modification” means that a modification in which at least one of one or more amino acids is deleted, substituted, inserted, or added in the amino acid sequence of the protein that is the basis of the modification has occurred. "A modification comprising at least one of deletion, substitution, insertion and addition of one or more amino acids" means a known DNA recombination technique for a gene encoding a protein serving as a basis for the modification, a point mutation introduction method Etc. means that as many amino acids as can be deleted, substituted, inserted or added are deleted, substituted, inserted or added, including combinations thereof. For example, such a variant may maintain homology of 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, at the amino acid level with respect to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. it can.
このような改変体は自然又は人工の突然変異により生じた突然変異体の中から前述の理化学的性質を有するタンパク質をスクリーニングすることにより取得できる。或いは、下記で説明する本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を用いて改変を施すことによっても取得できる。核酸分子に改変を施す方法としては、特に制限はなく、当業者に既知の改変タンパク質作製のための変異導入技術を利用することができる。例えば、部位特異的突然変異誘発法、PCR等を利用して点変異を導入するPCR突然誘発法、あるいは、トランスポゾン挿入突然変異誘発法などの既知の変異導入技術を利用することができる。市販の変異導入用キット(例えば、QuikChange(登録商標) Site-directed Mutagenesis Kit(Stratagene社製)等を利用してもよい。また、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して、所望の改変を施した核酸分子を構築することによっても調製することができる。 Such a variant can be obtained by screening a protein having the above-mentioned physicochemical properties from mutants generated by natural or artificial mutation. Alternatively, it can also be obtained by modifying using a nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention described below. There is no restriction | limiting in particular as a method to modify | change a nucleic acid molecule, The mutagenesis technique for preparation of the modification protein known to those skilled in the art can be utilized. For example, known mutagenesis techniques such as site-directed mutagenesis, PCR abrupt induction that introduces a point mutation using PCR, or transposon insertion mutagenesis can be used. A commercially available mutagenesis kit (for example, QuikChange (registered trademark) Site-directed Mutagenesis Kit (manufactured by Stratagene), etc.) may be used, and a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method may be used. It can also be prepared by constructing nucleic acid molecules with the desired modifications.
当業者はアミノ酸配列の改変に際して本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の酵素活性を保持する改変を容易に予測することができる、具体的には、例えばアミノ酸置換の場合には、タンパク質構造保持の観点から極性、電荷、親水性、若しくは疎水性等の点で置換前のアミノ酸と類似した性質を有するアミノ酸に置換することができる。このような置換は保守的置換として当業者には周知である。具体例を挙げると、例えば、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、メチオニン、フェニルアラニン、トリプトファンは、共に非極性アミノ酸に分類されるため、互いに似た性質を有する。また、非荷電性アミノ酸としては、グリシン、セリン、スレオニン、システイン、チロシン、アスパラギン、グルタミンが挙げられる。また、酸性アミノ酸としては、アスパラギン酸およびグルタミン酸が挙げられる。また、塩基性アミノ酸としては、リジン、アルギニン、ヒスチジンが挙げられる。これらの各グループ内のアミノ酸置換は、タンパク質の機能が維持されるとして許容される。また、その後の精製、固相への固定化等の便宜のため、アミノ酸配列のN、又はC末端にHis-tag、FLAG-tag等を付加したものも好適に例示される。このようなTagペプチドの導入は常法により行なうことができる。また、本発明の酵素活性の喪失を引き起こさない範囲内で、C末端側若しくはN末端側のアミノ酸残基を切断した切断型でもよい。更に、グルコシル化等の化学修飾を付加してもよい。 Those skilled in the art can easily predict modifications that retain the enzymatic activity of the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention upon modification of the amino acid sequence. Specifically, for example, in the case of amino acid substitution, the protein structure From the viewpoint of retention, the amino acid can be substituted with an amino acid having properties similar to the amino acid before substitution in terms of polarity, charge, hydrophilicity, hydrophobicity, and the like. Such substitutions are well known to those skilled in the art as conservative substitutions. For example, alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, methionine, phenylalanine and tryptophan are classified as nonpolar amino acids, and thus have similar properties to each other. Examples of the uncharged amino acid include glycine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, asparagine, and glutamine. Examples of acidic amino acids include aspartic acid and glutamic acid. Examples of basic amino acids include lysine, arginine, and histidine. Amino acid substitutions within each of these groups are permissible as protein function is maintained. Further, for convenience such as subsequent purification and immobilization on a solid phase, those having His-tag, FLAG-tag, etc. added to the N- or C-terminus of the amino acid sequence are also preferably exemplified. Such Tag peptide can be introduced by a conventional method. Moreover, the cut | disconnected type which cut | disconnected the amino acid residue of the C terminal side or the N terminal side may be sufficient as long as it does not cause the loss of the enzyme activity of this invention. Furthermore, chemical modification such as glucosylation may be added.
本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素のアミノ酸配列が明確になったことから、かかる配列情報に基づいて、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素を製造することができる。例えば、配列番号2に示すアミノ酸配列の一部又は全部をコードする塩基配列を基にして作成したDNAをプローブとして用いるハイブリダイゼーション法により、前述の理化学的性質を保持し得るグルコース脱水素酵素を発現し得る細菌のゲノムDNAから本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を調製することができる。また、配列番号2のアミノ酸配列をコードする塩基配列の一部をプライマーとして用いるPCRによっても同様に、前述の理化学的性質を保持し得るグルコース脱水素酵素を発現し得る細菌のゲノムDNAを鋳型として本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を調製することができる。更に、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を化学的に合成することができる。そして、得られた核酸分子を下記で詳細に説明する遺伝子組換え技術により本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素を製造することができる。 Since the amino acid sequence of the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention has been clarified, the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be produced based on such sequence information. For example, a glucose dehydrogenase capable of retaining the above physicochemical properties is expressed by a hybridization method using as a probe a DNA prepared based on a base sequence encoding part or all of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. A nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be prepared from the genomic DNA of the bacterium that can be used. Similarly, by PCR using a part of the base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 as a primer, bacterial genomic DNA capable of expressing glucose dehydrogenase capable of retaining the above-mentioned physicochemical properties is used as a template. Nucleic acid molecules encoding the NADP + dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be prepared. Furthermore, a nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be chemically synthesized using a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method. Then, the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be produced by the gene recombination technique described in detail below for the obtained nucleic acid molecule.
ここで、ハイブリダイゼーション及びPCRの鋳型となるゲノムDNAは、前述の理化学的性質を保持し得るグルコース脱水素酵素を発現し得る細菌由来のゲノムDNAである。好ましくは古細菌、更に好ましくは極限環境で生育し得る細菌、例えば好塩菌、特には、高度好塩菌由来のゲノムDNAである。例えば、ハロバクテリム(Halobacterium)属細菌、特にはハロバクテリム・バリスモルティス(Halobacterium vallismortis)由来のゲノムDNAが好ましい。しかしながら、これに限定されるものではない。本明細書において全長のアミノ酸配列が明確になったことから、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素に対して、より特異的なプローブやプライマーを構築することが可能となる。これにより、ハイブリダイゼーション精度及びPCRの増幅精度が向上する。したがって、前述の理化学的性質を保持し得るグルコース脱水素酵素を発現し得ることを条件として、下記の検討例2においてPCR増幅産物が得られなかったハロバクテリム・バリスモルティス(Halobacterium vallismortis)、ハロバクテリウム・ファラオニス(Halobacterium pharaonis)、ハロバクテリウム・ソドメンセ(Halobacterium sodomense)、ハロバクテリウム・サッカルボルム(Halobacterium saccharovorum)、ハロバクテリウム・ボルカニ(Halobacterium volcanii)、ハロバクテリウム・サリナーラム(Halobacterium salinarium)、ハロバクテリウム・ハロビウム(Halobacterium halobium)、ハロバクテリウム・クチルブルム(Halobacterium cutirubrum)等からのゲノムDNAを対象としてもよい。 Here, the genomic DNA used as a template for hybridization and PCR is a genomic DNA derived from a bacterium capable of expressing glucose dehydrogenase capable of retaining the above-mentioned physicochemical properties. Preferred are archaebacteria, more preferably bacteria that can grow in extreme environments, such as halophilic bacteria, in particular genomic DNA derived from highly halophilic bacteria. For example, a genomic DNA derived from a genus Halobacterium , particularly a Halobacterium vallismortis is preferable. However, the present invention is not limited to this. Since the full-length amino acid sequence has been clarified in the present specification, it becomes possible to construct more specific probes and primers for the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention. This improves the hybridization accuracy and PCR amplification accuracy. Therefore, on the condition that the glucose dehydrogenase capable of retaining the above-mentioned physicochemical properties can be expressed, a PCR amplification product could not be obtained in Study Example 2 below, Halobacterium vallismortis , Halobacterium Halobacterium pharaonis , Halobacterium sodomense, Halobacterium saccharovorum , Halobacterium volcanii , Halobacterium salinarium , Halobacterium salinarium um halobium (Halobacterium halobium), Halobacterium, Kuchiruburumu genomic DNA from (Halobacterium cutirubrum) may be used as the target.
そして、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の製造において、ハイブリダイゼーションを利用する場合に用いられるプローブは、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素と相補的な配列を含むオリゴヌクレオチドであり、常法に基づいて調製することができる。例えば、ホスホアミダイト法等に基づく化学合成法、既に標的となる核酸が取得されている場合にはその制限酵素断片等が利用可能である。このようなプローブとしては、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子の塩基配列に基づき、この塩基配列の連続する10以上、好ましくは15以上、更に好ましくは約20〜50の塩基からなるオリゴヌクレオチドが例示される。そして、プローブは必要に応じて適当な標識が付されていてよく、このような標識として放射線同位体、蛍光色素等が例示される。 Then, in the production of NADP + dependent glucose dehydrogenase of the present invention, the probe used in the case of utilizing the hybridization, an oligonucleotide containing NADP + dependent glucose dehydrogenase complementary to sequences of the invention Yes, it can be prepared based on conventional methods. For example, a chemical synthesis method based on the phosphoramidite method or the like, or a restriction enzyme fragment or the like can be used when a target nucleic acid has already been obtained. As such a probe, based on the base sequence of the nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention, 10 or more, preferably 15 or more, more preferably about 20 to 50 of this base sequence is continuous. An oligonucleotide consisting of these bases is exemplified. The probe may be appropriately labeled as necessary, and examples of such a label include a radioisotope and a fluorescent dye.
また、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の調製において、PCRを利用する場合に用いられるプライマーは、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素と相補的な配列を含むオリゴヌクレオチドであり、常法に基づいて調製することができる。例えば、ホスホアミダイト法等に基づく化学合成法、既に標的となる核酸が取得されている場合にはその制限酵素断片等が利用可能である。化学合成法に基づきプライマーを調製する場合には、合成に先立って標的核酸の配列情報に基づいて設計される。プライマーの設計は、所望の領域を増幅するように、例えばプライマー設計支援ソフト等を利用して設計することができる。プライマーは合成後、HPLC等の手段により精製される。また、化学合成を行う場合には市販の自動合成装置を利用することも可能である。このようなプライマーとしては、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子の塩基配列に基づき、所望の増幅領域を挟んで設計され、10以上、好ましくは15以上、更に好ましくは約20〜50の塩基からなるオリゴヌクレオチドが例示される。 Further, in the preparation of NADP + dependent glucose dehydrogenase of the present invention, the primers used in the case of using PCR is an oligonucleotide comprising a NADP + dependent glucose dehydrogenase complementary to sequences of the invention Can be prepared based on conventional methods. For example, a chemical synthesis method based on the phosphoramidite method or the like, or a restriction enzyme fragment or the like can be used when a target nucleic acid has already been obtained. When preparing a primer based on a chemical synthesis method, it is designed based on the sequence information of the target nucleic acid prior to synthesis. The primer can be designed using, for example, primer design support software so as to amplify a desired region. After synthesis, the primer is purified by means such as HPLC. Moreover, when performing chemical synthesis, it is also possible to use a commercially available automatic synthesizer. Such a primer is designed on the basis of the base sequence of the nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention, and is designed with a desired amplification region interposed therebetween, preferably 10 or more, preferably 15 or more, more preferably Examples are oligonucleotides consisting of about 20-50 bases.
ここで、相補的とは、プローブ又はプライマーと標的核酸分子とが塩基対合則に従って特異的に結合し安定な二重鎖構造を形成できることを意味する。ここで、完全な相補性のみならず、プローブ又はプライマーと標的核酸分子が互いに安定な二重鎖構造を形成し得るのに十分である限り、いくつかの核酸塩基のみが塩基対合則に沿って適合する部分的な相補性であっても許容される。その塩基数は、標的核酸分子を特異的に認識するために十分に長くなければならないが、長すぎると逆に非特異的反応を誘発するので好ましくない。したがって、適当な長さはGC含量等の標的核酸の配列情報、並びに、反応温度、反応液中の塩濃度等のハイブリダイゼーション反応条件など多くの因子に依存して決定される。 Here, the term “complementary” means that the probe or primer and the target nucleic acid molecule can specifically bind according to the base pairing rule to form a stable duplex structure. Here, not only perfect complementarity, but only a few nucleobases follow base pairing rules as long as the probe or primer and the target nucleic acid molecule are sufficient to form a stable duplex structure with each other. Even partial complementarity that fits is acceptable. The number of bases must be long enough to specifically recognize the target nucleic acid molecule. However, if the length is too long, a nonspecific reaction is induced, which is not preferable. Accordingly, the appropriate length is determined depending on many factors such as target nucleic acid sequence information such as GC content, and hybridization reaction conditions such as reaction temperature and salt concentration in the reaction solution.
更には、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素は、化学的合成技術によっても製造することができる。例えば、配列番号2に示されるアミノ酸配列の全部、又は一部を、ペプチド合成機を用いて合成し、得られるポリペプチドを適当な条件の下で、再構築することにより調製することができる。 Furthermore, the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can also be produced by chemical synthesis techniques. For example, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 can be prepared by synthesizing all or part of the amino acid sequence using a peptide synthesizer and reconstructing the resulting polypeptide under appropriate conditions.
(本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子)
本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子は、前述の理化学的性質を有するすべてのNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードするものを包含する。例えば、配列番号2に記載されるアミノ酸配列を含むタンパク質をコードするポリヌクレオチドであり、一具体例としては、配列番号1に示す塩基配列を含むポリヌクレオチドが挙げられる。ここで、本発明におけるポリヌクレオチドにはDNA及びRNAの双方が含まれ、DNAである場合には、1本鎖であると、二本鎖であるとは問わない。
(Nucleic acid molecule encoding NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention)
Nucleic acid molecules encoding the NADP + dependent glucose dehydrogenase of the present invention include those encoding all NADP + dependent glucose dehydrogenases having the aforementioned physicochemical properties. For example, it is a polynucleotide encoding a protein containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and one specific example is a polynucleotide containing the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. Here, the polynucleotide in the present invention includes both DNA and RNA, and when it is DNA, it is not necessarily double-stranded if it is single-stranded.
更に、前述の本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の性質を保持している限り、配列番号1に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドを含むものも本発明に含まれる。このようなポリヌクレオチドは、公知の変異導入技術を利用することにより作製できる。例えば、部位特異的突然変異誘発法、PCR等を利用して点変異を導入するPCR突然誘発法、あるいは、トランスポゾン挿入突然変異誘発法などの公知の変異導入技術を利用することができる。市販の変異導入用キット(例えば、QuikChange(登録商標)Site-directed Mutagenesis Kit(Stratagene社製)等を利用してもよい。また、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して、所望の改変を施したNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を構築することによって行なうことができる。もしくは、配列番号1の塩基配列を有するポリヌクレオチドに対してエキソヌクレアーゼを作用させることによって取得することができる。このようなポリヌクレオチドとしては、配列番号1の塩基配列において1又は複数の塩基が欠失、置換、付加もしくは挿入されたものも含まれる。したがって、配列番号1の塩基配列の3'、又は5'末端にHis-Tag配列をコードする塩基配列が付加したものも好適に例示される。 Furthermore, as long as it retains the above-mentioned properties of the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention, it contains a polynucleotide that hybridizes with the polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions. Are also included in the present invention. Such a polynucleotide can be prepared by using a known mutation introduction technique. For example, a known mutagenesis technique such as a site-directed mutagenesis method, a PCR abrupt induction method that introduces a point mutation using PCR, or a transposon insertion mutagenesis method can be used. A commercially available mutagenesis kit (for example, QuikChange (registered trademark) Site-directed Mutagenesis Kit (manufactured by Stratagene), etc.) may be used, and a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method may be used. Can be performed by constructing a nucleic acid molecule encoding NADP + -dependent glucose dehydrogenase with the desired modification, or by allowing an exonuclease to act on a polynucleotide having the base sequence of SEQ ID NO: 1. Such polynucleotides include those in which one or more bases are deleted, substituted, added or inserted in the base sequence of SEQ ID NO: 1. Preferred examples include those in which a base sequence encoding a His-Tag sequence is added to the 3 ′ or 5 ′ end of the base sequence.
ここで、ストリンジェントな条件とは、塩基配列において、60 %以上、好ましくは70 %、より好ましくは80 %以上、特に好ましくは90 %以上の同一性を有するDNA同士が優先的にハイブリダイズし得る条件をいう。ストリンジェンシーは、ハイブリダイゼーションの反応や洗浄の際の塩濃度及び温度を適宜変化させることによって調製することができる。例えば、Sambrook他著、Molecular Cloning:A Laboratory Manual、第2版、(1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor、New York等に記載のサザンハイブリダイゼーションのための条件等が挙げられる。 Here, the stringent condition means that DNAs having the identity of 60% or more, preferably 70%, more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more in the base sequence are preferentially hybridized. The condition to obtain. Stringency can be prepared by appropriately changing the salt concentration and temperature during the hybridization reaction and washing. For example, the conditions for Southern hybridization described in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, and the like.
より具体的には、50 %(v/v) ホルムアミド、5×SSC中で、42 ℃にて16時間のハイブリダイゼーションが例示される。ここで、1×SSCは、0.15 M NaCl、0.015 M クエン酸ナトリウム、pH 7.0である。また、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を0.1〜1.0 %(v/v)、変性非特異的DNAを0〜200 μl含んでいてよい。そして、洗浄条件としては、2×SSC、0.1 % SDS中の5℃にて5分間の洗浄、及び0.1×SSC、0.1 % SDS中の65℃にて30分間〜4時間の洗浄が例示される。また、これらと同等の条件も当業者は容易に理解できるであろう。 More specifically, hybridization is exemplified in 50% (v / v) formamide, 5 × SSC at 42 ° C. for 16 hours. Here, 1 × SSC is 0.15 M NaCl, 0.015 M sodium citrate, pH 7.0. Further, sodium dodecyl sulfate (SDS) may be contained in an amount of 0.1 to 1.0% (v / v), and denatured non-specific DNA may be contained in an amount of 0 to 200 μl. The washing conditions include washing for 5 minutes at 5 ° C. in 2 × SSC, 0.1% SDS, and washing for 30 minutes to 4 hours at 65 ° C. in 0.1 × SSC, 0.1% SDS. . Also, those skilled in the art can easily understand these equivalent conditions.
本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子は、本発明の核酸分子の塩基配列が明確になったことから、かかる配列情報に基づいて作成することができる。例えば、配列番号1に示す塩基配列の一部又は全部を基にして作成したDNAプローブとして用いるハイブリダイゼーション法により、前述の理化学的性質を保持し得るグルコース脱水素酵素を発現し得る細菌のゲノムDNAから本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を調製することができる。また、配列番号1の塩基配列の一部をプライマーとして用いるPCRによっても同様に、前述の理化学的性質を保持し得るグルコース脱水素酵素を発現し得る細菌のゲノムDNAを鋳型として本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を調製することができる。更に、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を化学的に合成することができる。なお、詳細については前述した。 The nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be prepared based on such sequence information since the nucleotide sequence of the nucleic acid molecule of the present invention has been clarified. For example, bacterial genomic DNA capable of expressing glucose dehydrogenase capable of retaining the aforementioned physicochemical properties by a hybridization method used as a DNA probe prepared based on a part or all of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. From the above, a nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be prepared. Similarly, by PCR using a part of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 as a primer, the NADP + of the present invention can be obtained using a bacterial genomic DNA capable of expressing glucose dehydrogenase capable of retaining the aforementioned physicochemical properties as a template. Nucleic acid molecules encoding dependent glucose dehydrogenase can be prepared. Furthermore, a nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be chemically synthesized using a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method. Details have been described above.
(本発明の組換えベクター)
そして、本発明の組換えベクターは、適当なベクターに本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を組み込ことによって構築することができる。利用可能なベクターとしては、外来DNAを組み込め、かつ宿主細胞中で自律的に複製可能なものであれば特に制限はない。したがって、ベクターは、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を挿入できる少なくとも1つの制限酵素部位の配列を含むものである。例えば、プラスミドベクター(pEX系、pUC系、及びpBR系等)、ファージベクター(λgt10、λgt11、及びλZAP等)、コスミドベクター、ウイルスベクター(ワクシニアウイルス、及びバキュロウイルス等)等が包含される。
(Recombinant vector of the present invention)
The recombinant vector of the present invention can be constructed by incorporating a nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention into an appropriate vector. The vector that can be used is not particularly limited as long as it can incorporate foreign DNA and can replicate autonomously in a host cell. Accordingly, the vector contains a sequence of at least one restriction enzyme site into which a nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be inserted. For example, plasmid vectors (pEX system, pUC system, pBR system, etc.), phage vectors (λgt10, λgt11, λZAP, etc.), cosmid vectors, virus vectors (vaccinia virus, baculovirus, etc.) and the like are included.
そして、本発明の組換えベクターは、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子がその機能を発現できるように組み込まれている。したがって、核酸分子の機能発現に必要な他の既知の塩基配列が含まれていてもよい。例えば、プロモータ配列、リーダー配列、シグナル配列、並びにリボソーム結合配列等が挙げられる。プロモータ配列としては、例えば、宿主が大腸菌の場合にはlacプロモータ、trpプロモータ等が好適に例示される。しかしながら、これに限定するものではなく既知のプロモータ配列を利用できる。更に、本発明の組換えベクターには、宿主において表現型選択を付与することが可能なマーキング配列等をも含ませることができる。このようなマーキング配列としては、薬剤耐性、栄養要求性などの遺伝子をコードする配列等が例示される。具体的には、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子等が例示される。 The recombinant vector of the present invention is incorporated so that the nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can express its function. Therefore, other known base sequences necessary for the functional expression of the nucleic acid molecule may be included. For example, a promoter sequence, a leader sequence, a signal sequence, a ribosome binding sequence and the like can be mentioned. As the promoter sequence, for example, when the host is Escherichia coli, lac promoter, trp promoter and the like are preferably exemplified. However, the present invention is not limited to this, and a known promoter sequence can be used. Furthermore, the recombinant vector of the present invention can also include a marking sequence that can confer phenotypic selection in the host. Examples of such marking sequences include sequences encoding genes such as drug resistance and auxotrophy. Specifically, kanamycin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, ampicillin resistance gene and the like are exemplified.
ベクターへの本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子等の挿入は、例えば、適当な制限酵素で本発明の遺伝子を切断し、適当なベクターの制限酵素部位、又はマルチクローニング部位に挿入して連結する方法などを用いることができるが、これに限定されない。連結に際しては、DNAリガーゼを用いる方法等、既知の方法を利用できる。また、DNA Ligation Kit(タカラバイオ社)等の市販のライゲーションキットを利用することもできる。 Insertion of a nucleic acid molecule or the like encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention into a vector can be achieved by, for example, cleaving the gene of the present invention with an appropriate restriction enzyme, and the appropriate vector restriction enzyme site or multiple cloning. A method of inserting and linking to a site can be used, but is not limited thereto. For ligation, a known method such as a method using DNA ligase can be used. Commercially available ligation kits such as DNA Ligation Kit (Takara Bio Inc.) can also be used.
(本発明の形質転換体)
本発明の形質転換体は、適当な細胞を本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子を含む組換えベクターで形質転換することによって構築することができる。ここで、宿主となる細胞としては、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素を効率的に発現できる宿主細胞であれば、特に制限はない。原核生物を好適に利用でき、特には大腸菌を利用することができる。その他、枯草菌、バシラス属細菌、シュードモナス属細菌等をも利用できる。大腸菌としては、例えば、E.coli DH5α、E.coli BL21、E.coli JM109等を利用できる。更に、原核生物に限定されず真核生物細胞を利用することが可能である。例えば、サッカロマイセス・セルビシエ(Saccharomyces cerevisiae)等の酵母、Sf9細胞等の昆虫細胞、CHO細胞、COS-7細胞等の動物細胞等を利用することも可能である。形質転換法としては、塩化カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポソームフェクション法、マイクロインジェクション法等を既知の方法を利用することができる。
(Transformant of the present invention)
The transformant of the present invention can be constructed by transforming a suitable cell with a recombinant vector containing a nucleic acid molecule encoding the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention. Here, the host cell is not particularly limited as long as it is a host cell that can efficiently express the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention. Prokaryotes can be preferably used, and in particular, E. coli can be used. In addition, Bacillus subtilis, Bacillus bacteria, Pseudomonas bacteria, and the like can also be used. As E. coli, for example, E. coli DH5α, E. coli BL21, E. coli JM109 and the like can be used. Furthermore, eukaryotic cells can be used without being limited to prokaryotes. For example, yeasts such as Saccharomyces cerevisiae , insect cells such as Sf9 cells, animal cells such as CHO cells and COS-7 cells, and the like can be used. As a transformation method, a known method such as a calcium chloride method, an electroporation method, a liposome transfection method, a microinjection method, or the like can be used.
(本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の製造方法)
本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の製造方法は、前述の本発明の形質転換体を培養し、得られた培養物から糖の脱水素反応を触媒する活性を有するタンパク質を採取することにより行なう。即ち、前述の本発明の形質転換体を培養する培養工程と、前記培養工程で発現した前記タンパク質を回収する回収工程とを備える。このように、適当な宿主で発現させることによって、低コストで本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の大量生産が可能となる。
(Method for producing NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention)
The method for producing the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention comprises culturing the transformant of the present invention described above, and collecting a protein having an activity of catalyzing a sugar dehydrogenation reaction from the obtained culture. To do. That is, the method includes a culture step of culturing the transformant of the present invention described above and a recovery step of recovering the protein expressed in the culture step. Thus, by expressing in an appropriate host, the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be mass-produced at a low cost.
培養工程は、本発明の形質転換体を適当な培地に接種し、常法に準じて培養することにより行なわれる。本発明の形質転換体の培養は、宿主細胞の栄養生理学的性質を勘案して、培養条件を選択すればよい。使用される培地としては、宿主細胞が資化し得る栄養素を含み、形質転換体におけるタンパク質の発現を効率的に行えるものであれば特に制限はない。したがって、宿主細胞の生育に必要な炭素源、窒素源その他必須の栄養素を含む培地であることが好ましく、天然培地、合成培地の別を問わない。例えば、炭素源として、グルコース、デキストラン、デンプン等が、また、窒素源としては、アンモニウム塩類、硝酸塩類、アミノ酸、ペプトン、カゼイン等が挙げられる。他の栄養素としては、所望により、無機塩類、ビタミン類、抗生物質等とを含ませることができる。宿主細胞が大腸菌の場合には、LB培地、M9培地等が好適利用できる。また、培養形態についても特に制限はないが、大量培養の観点から液体培地が好適に利用できる。 The culturing step is carried out by inoculating the transformant of the present invention in an appropriate medium and culturing according to a conventional method. For the culture of the transformant of the present invention, the culture conditions may be selected in consideration of the nutritional physiological properties of the host cells. The medium to be used is not particularly limited as long as it contains nutrients that can be assimilated by the host cell and can efficiently express the protein in the transformant. Therefore, a medium containing a carbon source, a nitrogen source and other essential nutrients necessary for the growth of the host cell is preferable, regardless of whether it is a natural medium or a synthetic medium. Examples of the carbon source include glucose, dextran, starch, and the like, and examples of the nitrogen source include ammonium salts, nitrates, amino acids, peptone, and casein. As other nutrients, inorganic salts, vitamins, antibiotics, and the like can be included as desired. When the host cell is Escherichia coli, LB medium, M9 medium and the like can be suitably used. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular also about a culture | cultivation form, A liquid medium can be utilized suitably from a viewpoint of mass culture.
本発明の組換えベクターを保持する宿主細胞の選別は、例えば、マーキング配列の発現の有無により行なうことができる。例えば、マーキング配列として薬剤耐性遺伝子を利用する場合には、薬剤耐性遺伝子に対応する薬剤含有培地で培養することによって行うことができる。 Selection of a host cell carrying the recombinant vector of the present invention can be performed by, for example, the presence or absence of expression of a marking sequence. For example, when a drug resistance gene is used as the marking sequence, it can be performed by culturing in a drug-containing medium corresponding to the drug resistance gene.
精製工程は、前述の培養工程において得られた形質転換体の培養物からの本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素を回収、即ち、単離精製することによって行えばよい。本発明の酵素の存在する画分に応じて、一般的なタンパク質の単離精製方法に準じた手法を適用すればよい。具体的には、本発明のグルコース脱水素酵素が宿主細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離、濾過等の手段により宿主細胞を除去して培養上清を得る。続いて、培養上清に、既知のタンパク質精製方法を適宜選択することにより、本発明の酵素を単離精製することができる。例えば、硫酸アンモニウム沈殿、透析、SDS-PAGE電気泳動、ゲル濾過、疎水、陰イオン、陽イオン、アフィニティークロマトグラフィ等の各種クロマトグラフィ等の既知の単離精製技術を単独、又は適宜組み合わせて適用することができる。特にアフィニティークロマトグラフィを利用する場合、本発明の酵素をHis Tag等のタグペプチドとの融合タンパク質として発現させて、かかるタグペプチドに対する親和性を利用することが好ましい。また、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素が宿主細胞内で産生される場合には、培養物を遠心分離、濾過等の手段により宿主細胞を回収する。続いて、リゾチーム処理などの酵素的破砕方法、又は超音波処理、凍結融解、浸透圧ショック等の物理的破砕方法等により、宿主細胞を破砕する。破砕後、遠心分離、濾過等の手段により可溶化画分を収集する。得られた可溶化画分を、前述の細胞外に生産できる場合と同様に処理することにより単離精製することができる。ここで、本発明で得られるNADP+依存型グルコース脱水素酵素は、広範なpH安定性を有することから、前述の単離、精製工程においてpH処理を併用することが有用かつ便利である。培養物から得られた宿主細胞及び培養上清には、当該宿主細胞由来の様々なタンパク質を含有する。しかし、pH処理を行なうことにより、宿主細胞由来の夾雑タンパク質は変性し凝縮沈殿する。これに対して、本発明の酵素は、広範なpHに対して耐性を有するため変性を生じないことから、遠心分離等により宿主由来の夾雑タンパク質と容易に分離できる。また、培養液をそのまま、若しくは粗抽出液を使用する場合においても、pH処理、特には塩基性pHでの処理を行なうことにより、他のタンパク質が失活することから、実質的に本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素のみの酵素液として使用することができる。したがって、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素を遺伝子工学的手法により製造する場合においても、宿主由来のその他のタンパク質を容易に除去することができる。したがって、精製度を向上させることができ、信頼性の高い酵素を製造できるという利点がある。そして、単離精製されたタンパク質の性能確認は、その理化学的性質や配列の分析によって行うことができ、例えば、実施例4〜7に記載の方法等で行うことができる。 The purification step may be performed by recovering, that is, isolating and purifying the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention from the culture of the transformant obtained in the above-described culture step. Depending on the fraction in which the enzyme of the present invention is present, a technique according to a general protein isolation and purification method may be applied. Specifically, when the glucose dehydrogenase of the present invention is produced outside the host cell, the culture solution is used as it is, or the host cell is removed by means of centrifugation, filtration or the like, and the culture supernatant is obtained. obtain. Subsequently, the enzyme of the present invention can be isolated and purified by appropriately selecting a known protein purification method for the culture supernatant. For example, known isolation and purification techniques such as ammonium sulfate precipitation, dialysis, SDS-PAGE electrophoresis, gel filtration, various types of chromatography such as hydrophobicity, anion, cation, and affinity chromatography can be applied alone or in appropriate combination. . In particular, when affinity chromatography is used, it is preferable to express the enzyme of the present invention as a fusion protein with a tag peptide such as His Tag and use the affinity for such tag peptide. In addition, when the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention is produced in the host cell, the host cell is recovered by means of centrifugation, filtration or the like. Subsequently, the host cells are disrupted by an enzymatic disruption method such as lysozyme treatment or a physical disruption method such as ultrasonic treatment, freeze-thawing, and osmotic shock. After crushing, the solubilized fraction is collected by means such as centrifugation or filtration. The obtained solubilized fraction can be isolated and purified by treating in the same manner as in the case where it can be produced extracellularly. Here, since the NADP + dependent glucose dehydrogenase obtained in the present invention has a wide range of pH stability, it is useful and convenient to use pH treatment in combination with the aforementioned isolation and purification steps. The host cell and culture supernatant obtained from the culture contain various proteins derived from the host cell. However, by carrying out pH treatment, contaminating proteins derived from host cells are denatured and condensed and precipitated. In contrast, the enzyme of the present invention is resistant to a wide range of pH and does not denature, so it can be easily separated from host-derived contaminating proteins by centrifugation or the like. In addition, even when the culture solution is used as it is or when a crude extract is used, since other proteins are inactivated by performing pH treatment, particularly treatment at basic pH, the present invention is substantially effective. It can be used as an enzyme solution containing only NADP + -dependent glucose dehydrogenase. Therefore, even when the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention is produced by a genetic engineering technique, other proteins derived from the host can be easily removed. Therefore, there is an advantage that the degree of purification can be improved and a highly reliable enzyme can be produced. The performance of the isolated and purified protein can be confirmed by analysis of its physicochemical properties and sequence, for example, by the methods described in Examples 4 to 7.
(糖類の検出方法)
本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素は、試料中の糖類の検出のために利用することができる。糖類の検出は、糖基質に対してNADP+依存的に脱水素反応を触媒する当該酵素の活性を測定することにより行うことができる。酵素の活性は、NADP+依存的に糖類の脱水素反応を触媒する酵素の活性測定法として知られる方法をいずれをも利用して行うことができる。例えば、NADP+の存在下で、本発明の酵素を測定対象となる試料と反応させ、当該酵素の触媒反応で生成するNADPH量の変化を340 nmの吸光度変化もって検出する。かかる吸光度変化をもって当該酵素の活性とすることができ、ひいてはNADPH量の変化により糖類の存在を検出することができる。例えば、グルコース脱水素酵素活性は、グルコース及びNADP+から、グルコノラクトン及びNADPHを生成する触媒反応において、生成したNADPHを直接定量することによって測定できる。反応液としては、例えば、グルコース等の糖基質、2 mM のNAD+又はNADP+、25 mM のMgCl2、1MのNaCl及び本発明の酵素溶液を、50 mMリン酸緩衝液(pH 8.8)中にて混合して200μlとすることにより調製することができる。しかしながら、これは標準条件であり、適宜変更することができる。この反応液を、37 ℃で波長340 nmにおける吸光度を測定し、吸光度の増加を求めることにより活性評価試験を行うことができ、吸光度の測定は、既知のマイクロプレートリーダー(モレキュラーデバイス社製)を用いることができる。そして、適当な試験条件が選択されていれば、この変化は、測定しようとする酵素活性に直線的に比例する。このとき、あらかじめ目的濃度範囲内における標準濃度の糖基質溶液により作製した標準曲線を作成することにより、得られた吸光度変化値に基づいて糖基質濃度を求めることができる。
(Sugar detection method)
The NADP + dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be used for the detection of saccharides in a sample. The detection of saccharides can be performed by measuring the activity of the enzyme that catalyzes the dehydrogenation reaction in a NADP + dependent manner with respect to the saccharide substrate. The activity of the enzyme can be performed using any method known as a method for measuring the activity of an enzyme that catalyzes a dehydrogenation reaction of a saccharide in a NADP + dependent manner. For example, the enzyme of the present invention is reacted with a sample to be measured in the presence of NADP + , and a change in the amount of NADPH produced by the catalytic reaction of the enzyme is detected with a change in absorbance at 340 nm. The change in absorbance can be used as the activity of the enzyme, and the presence of saccharide can be detected by the change in the amount of NADPH. For example, glucose dehydrogenase activity can be measured by directly quantifying the produced NADPH in a catalytic reaction that produces gluconolactone and NADPH from glucose and NADP + . Examples of the reaction solution include a sugar substrate such as glucose, 2 mM NAD + or NADP + , 25 mM MgCl 2 , 1 M NaCl, and the enzyme solution of the present invention in a 50 mM phosphate buffer (pH 8.8). To make 200 μl. However, this is a standard condition and can be changed as appropriate. The reaction solution can be assayed for activity by measuring the absorbance at 340 nm at 37 ° C and determining the increase in absorbance. The absorbance can be measured using a known microplate reader (Molecular Device). Can be used. And if appropriate test conditions are selected, this change is linearly proportional to the enzyme activity to be measured. At this time, by preparing a standard curve prepared in advance with a sugar substrate solution having a standard concentration within the target concentration range, the sugar substrate concentration can be determined based on the obtained absorbance change value.
ここで、試料としては、糖類、特には本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の基質となり得る糖の存在が予想されるすべての試料を対象とすることができる。例えば、血液、尿、唾液等の生物体由来の生物試料、味噌や醤油、酒等の醸造、発酵食品等の食品試料、環境試料等が例示されるがこれに限定されるものではない。また、必要に応じてこれらの試料に適当な処理を行った試料をも含み得る。ここで、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素は、グルコース以外の微量糖類に対しても基質特異性を示し、かつ基質選択性も高いことから、これら微量糖類の検出に好適に利用される。特には、醤油等の醸造食品中の微量糖類、特には、リボースの検出に好適に利用され得る。一般的に、食品分野では糖類の検出は示差屈折率法を利用して行われているが、醤油等の醸造食品の場合、グルコースの検出は可能であるもののグルコース以外の微量糖類(例えば、リボース、フコース、スクロース、キシロース等)の検出は困難であった。また、電気化学的な検出法によっても、醸造食品中に含まれる多量のアミノ酸により検出が妨害されるため検出が困難であった。更に、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素は耐塩性を有する点からも、食塩濃度の高い試料、例えば醸造食品中の糖類の検出に好適に利用できる。 Here, as a sample, all samples in which the presence of saccharides, in particular, saccharides that can be a substrate of the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be used. Examples include biological samples derived from organisms such as blood, urine and saliva, brewing of miso and soy sauce, sake, food samples such as fermented foods, environmental samples and the like, but are not limited thereto. Moreover, the sample which performed the appropriate process to these samples as needed may also be included. Here, the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention exhibits substrate specificity for trace saccharides other than glucose and has high substrate selectivity, and thus is suitably used for detection of these trace saccharides. The In particular, it can be suitably used for detecting trace saccharides in brewed foods such as soy sauce, particularly ribose. In general, in the food field, saccharides are detected using a differential refractive index method. However, in the case of brewed foods such as soy sauce, glucose can be detected but trace saccharides other than glucose (for example, ribose). , Fucose, sucrose, xylose, etc.) were difficult to detect. In addition, detection by electrochemical detection methods was difficult because the detection was hindered by a large amount of amino acids contained in the brewed food. Furthermore, the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be suitably used for detection of saccharides in samples having a high salt concentration, for example, brewed foods, from the viewpoint of salt tolerance.
(糖類検出用のバイオセンサー)
本発明は、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素を利用する糖類検出用のバイオセンサーを提供する。糖類センサーは、電極材上にグルコース脱水素酵素が固定化した作用電極、及びその対極を設けて構成される。必要に応じて、参照電極を設けて三電極方式として構成してもよい。電極としては、カーボン、金、白金等を用いることができる。電極材上への酵素の固定化は、既知の方法によって行うことができる。例えば、物理的吸着、イオン結合,共有結合を介して固定化する担体結合法を利用することができる。また、グルタルアルデヒドなどの二価性官能基をもつ試薬で架橋固定する架橋法をも利用でき、更には、アルギン酸,カラギーナン等の多糖類、ポリアクリルアミド等の網目構造をもつゲルや、半透性膜の中に閉じて固定化する包括法等をも利用することができる。そして、本発明のグルコース脱水素酵素の触媒活性に際して要求される補酵素NADP+、NADP+の還元体であるNADPHを酸化する能力を有する酸化酵素(ジアホラーゼ等)、電子メディエーター(フェロセン、ジクロロインドフェノール等)も、必要に応じて電極材上に固定化して構成される。
(Biosensor for detecting sugar)
The present invention provides a biosensor for saccharide detection using the NADP + dependent glucose dehydrogenase of the present invention. The saccharide sensor is configured by providing a working electrode having glucose dehydrogenase immobilized on an electrode material and a counter electrode thereof. If necessary, a three-electrode system may be configured by providing a reference electrode. As the electrode, carbon, gold, platinum or the like can be used. Immobilization of the enzyme on the electrode material can be performed by a known method. For example, it is possible to use a carrier binding method that is immobilized through physical adsorption, ionic bond, or covalent bond. In addition, a cross-linking method in which cross-linking and fixing is performed with a reagent having a divalent functional group such as glutaraldehyde can be used. Furthermore, polysaccharides such as alginic acid and carrageenan, gels having a network structure such as polyacrylamide, and semi-permeable It is also possible to use a comprehensive method that closes and immobilizes the membrane. The coenzyme NADP + required for the catalytic activity of the glucose dehydrogenase of the present invention, an oxidase (such as diaphorase) having the ability to oxidize NADPH, which is a reduced form of NADP + , an electron mediator (ferrocene, dichloroindophenol) Etc.) is also configured to be fixed on the electrode material as required.
糖類の測定は、例えば、測定対象となる試料を接触させると試料中の糖基質が作用極上に固定された本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素と反応し、続いて電子メディエーターが還元される。そして、電極系に電圧を印加して電子受容体の還元体を酸化し、得られる酸化電流値の変化により試料中の糖基質を検出することができる。このとき、あらかじめ目的濃度範囲内における標準濃度の糖基質溶液により作製した標準曲線を作成することにより、得られた酸化電流値に基づいて糖基質濃度を求めることができる。 In the measurement of saccharides, for example, when a sample to be measured is brought into contact, the sugar substrate in the sample reacts with the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention immobilized on the working electrode, and then the electron mediator is reduced. The A voltage is applied to the electrode system to oxidize the reductant of the electron acceptor, and the sugar substrate in the sample can be detected by the change in the obtained oxidation current value. At this time, the sugar substrate concentration can be obtained based on the obtained oxidation current value by preparing a standard curve prepared in advance with a sugar substrate solution having a standard concentration within the target concentration range.
ここで、試料としては、糖類、特には本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素の基質となり得る糖の存在が予想されるすべての試料を対象とすることができる。例えば、血液、尿、唾液等の生物体由来の生物試料、味噌や醤油、酒等の醸造、発酵食品等の食品試料、環境試料等が例示されるがこれに限定されるものではない。また、必要に応じてこれらの試料に適当な処理を行った試料をも含み得る。特には、前述の通り、本発明のNADP+依存型グルコース脱水素酵素は、醤油等の醸造食品中の糖類の検出に好適であることから、醤油等の醸造食品中の糖類検出用のバイオセンサーとして特に好適に利用される。 Here, as a sample, all samples in which the presence of saccharides, in particular, saccharides that can be a substrate of the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention can be used. Examples include biological samples derived from organisms such as blood, urine and saliva, brewing of miso and soy sauce, sake, food samples such as fermented foods, environmental samples and the like, but are not limited thereto. Moreover, the sample which performed the appropriate process to these samples as needed may also be included. In particular, as described above, the NADP + -dependent glucose dehydrogenase of the present invention is suitable for detection of saccharides in brewed foods such as soy sauce, so that a biosensor for detecting saccharides in brewed foods such as soy sauce It is particularly preferably used.
〔検討例1〕グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子のクローニングの検討
高度好塩菌からグルコース脱水素酵素をコードする核酸分子(以下、「グルコース脱水素酵素遺伝子」と称する。)のクローニングの検討を行った。ここでは、PCRを利用して遺伝子クローニングするに当たってのPCR条件と縮重プライマーの検討を行った。
[Examination Example 1] Examination of cloning of nucleic acid molecule encoding glucose dehydrogenase Cloning of nucleic acid molecule encoding glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as "glucose dehydrogenase gene") from highly halophilic bacteria. Went. Here, PCR conditions and degenerate primers for gene cloning using PCR were examined.
まず、遺伝子クローニングのための縮重プライマーを、既知の2種のグルコース脱水素酵素のアミノ酸配列に基づいて設計した。具体的には、ハロバクテリウム・メディテラネイ(Halobacterium mediterranei)由来のグルコース脱水素酵素のアミノ酸配列(配列番号3)と、サーモプラズマ・アシドフィラム(Thermoplasma acidophilum)由来のグルコース脱水素酵素のアミノ酸配列(配列番号4)との間における相同領域を選択し、かかるアミノ酸配列を基に設計した。このとき、選択する相同領域の相違により2種類のプライマーセット(第1プライマーセット、第2プライマーセット)を合成した。なお、選択した相同領域を図1の矢印により示す。なお、図1中、ハロバクテリウム・メディテラネイ由来のグルコース脱水素酵素「Hme GDH」と略し、そして、これは上述の〔背景技術〕の項に記載したハロフェラックス・メディテラネイ(Haloferax mediterranei)由来のグルコース脱水素酵素と同一のものである。また。サーモプラズマ・アシドフィラム由来のグルコース脱水素酵素を「Tac GDH」と略する。 First, degenerate primers for gene cloning were designed based on the amino acid sequences of two known glucose dehydrogenases. Specifically, the amino acid sequence (SEQ ID NO: 3) of glucose dehydrogenase derived from Halobacterium mediterranei and the amino acid sequence of glucose dehydrogenase derived from Thermoplasma acidophilum (SEQ ID NO: 3) The homologous region between 4) and 4) was selected and designed based on this amino acid sequence. At this time, two types of primer sets (a first primer set and a second primer set) were synthesized depending on the difference in the selected homologous region. The selected homologous region is indicated by an arrow in FIG. In FIG. 1, it is abbreviated as “Hme GDH”, a glucose dehydrogenase derived from Halobacteria Mediterranei, and this is derived from Haloferax mediterranei described in the above [Background Art] section. It is the same as glucose dehydrogenase. Also. Glucose dehydrogenase derived from Thermoplasma acidophilum is abbreviated as “Tac GDH”.
プライマーの配列情報は以下の通りである。
<第1プライマーセット>
プライマー1 : 5'- TTNGTNTTNGGNCAYGARGC -3' (配列番号5)
プライマー2 : 5'- CCNARNARNRYNMCNACNCCRTT -3' (配列番号6)
<第2プライマーセット>
プライマー1b : 5'- GTNGTNCCNHYNGTNMGNMGNCC-3' (配列番号7)
プライマー2 : 5'- CCNARNARNRYNMCNACNCCRTT -3' (配列番号6)
Primer sequence information is as follows.
<First primer set>
Primer 1: 5'-TTNGTNTTNGGNCAYGARGC-3 '(SEQ ID NO: 5)
Primer 2: 5'-CCNARNARNRYNMCNACNCCRTT-3 '(SEQ ID NO: 6)
<Second primer set>
Primer 1b: 5′-GTNGTNCCNHYNGTNMGNMGNCC-3 ′ (SEQ ID NO: 7)
Primer 2: 5'-CCNARNARNRYNMCNACNCCRTT-3 '(SEQ ID NO: 6)
鋳型DNAとしては、前述のプライマーセット設計の基礎としたサーモプラズマ・アシドフィラム、及びハロバクテリウム・メディテラネイから抽出及び精製したゲノムDNAを用いた。 As the template DNA, genomic DNA extracted and purified from Thermoplasma acidophilum and Halobacterium Mediterranei, which was the basis of the primer set design described above, was used.
PCR反応液は、前述の3種類のPCR試薬により調製した。つまり、前述のプライマーを各50pmol、鋳型DNAを200ng含んで、Multiplex-PCR Kit(タカラバイオ社製)にて製造業者の指示に従って調製したもの、LA-Taq PCR Kit(タカラバイオ社製)にて調製したもの、PrimeStar PCR Kit(タカラバイオ社製)にて調製したものの3種類について検討した。PCR温度プログラムは、94℃にて30秒間の熱変性、55℃にて30秒間のアニーリング、72℃にて2分間の伸長反応を1サイクルとした、35サイクルの増幅反応を行った。 A PCR reaction solution was prepared using the three types of PCR reagents described above. In other words, 50 pmol of each of the above primers and 200 ng of template DNA, prepared according to the manufacturer's instructions using Multiplex-PCR Kit (Takara Bio), LA-Taq PCR Kit (Takara Bio) Three types were examined: those prepared and PrimeStar PCR Kit (manufactured by Takara Bio Inc.). In the PCR temperature program, 35 cycles of amplification reaction were performed, with heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, annealing at 55 ° C. for 30 seconds, and extension reaction at 72 ° C. for 2 minutes as one cycle.
PCR増幅反応後の反応液を、アガロースゲル電気泳動に供した後、増幅産物のバンドをゲルの臭化エチジウム染色により可視化することにより、グルコース脱水素酵素遺伝子のクローニングの成否を確認した。 The reaction solution after the PCR amplification reaction was subjected to agarose gel electrophoresis, and then the amplification product band was visualized by ethidium bromide staining of the gel to confirm the success or failure of cloning of the glucose dehydrogenase gene.
結果を図2に示す。
図2中、レーン1〜4は、Multiplex-PCR KitによるPCR増幅を利用した遺伝子クローニングの結果である。そして、レーン1〜2は、鋳型としてハロバクテリウム・メディテラネイのゲノムDNAを使用した結果であって、レーン1は第1プライマーセット、レーン2は第2プライマーセットでの結果を示す。レーン3〜4は、鋳型としてサーモプラズマ・アシドフィラムのゲノムDNAを使用した結果であって、レーン3は第1プライマーセット、レーン4は第2プライマーセットでの結果を示す。
図2中、レーン5〜8は、LA-Taq PCR Kit によるPCR増幅を利用した遺伝子クローニングの結果である。そして、そして、レーン5〜6は、鋳型としてハロバクテリウム・メディテラネイのゲノムDNAを使用した結果であって、レーン5は第1プライマーセット、レーン6は第2プライマーセットでの結果を示す。レーン7〜8は、鋳型としてサーモプラズマ・アシドフィラムのゲノムDNAを使用した結果であって、レーン7は第1プライマーセット、レーン8は第2プライマーセットでの結果を示す。
図2中、レーン9〜12は、PrimeStar PCR Kit によるPCR増幅を利用した遺伝子クローニングの結果である。そして、そして、レーン9〜10は、鋳型としてハロバクテリウム・メディテラネイのゲノムDNAを使用した結果であって、レーン9は第1プライマーセット、レーン10は第2プライマーセットでの結果を示す。レーン11〜12は、鋳型としてサーモプラズマ・アシドフィラムのゲノムDNAを使用した結果であって、レーン11は第1プライマーセット、レーン12は第2プライマーセットでの結果を示す。
なお、図2中、レーンMは、分子量マーカーである。
The results are shown in FIG.
In FIG. 2, lanes 1 to 4 are the results of gene cloning using PCR amplification using Multiplex-PCR Kit. Lanes 1 and 2 are results of using the genomic DNA of Halobacterium Mediterranei as a template. Lane 1 shows the results of the first primer set, and Lane 2 shows the results of the second primer set. Lanes 3 to 4 show the results of using Thermoplasma acidophilum genomic DNA as a template. Lane 3 shows the results with the first primer set, and Lane 4 shows the results with the second primer set.
In FIG. 2, lanes 5 to 8 are the results of gene cloning using PCR amplification by LA-Taq PCR Kit. And lanes 5-6 are the results of using the genomic DNA of Halobacterium Mediterranei as a template, lane 5 shows the results with the first primer set, and lane 6 shows the results with the second primer set. Lanes 7 to 8 show the results of using Thermoplasma acidophilum genomic DNA as a template. Lane 7 shows the results with the first primer set, and Lane 8 shows the results with the second primer set.
In FIG. 2, lanes 9 to 12 are the results of gene cloning using PCR amplification by PrimeStar PCR Kit. And lanes 9-10 are the results of using the genomic DNA of Halobacterium Mediterranei as a template, lane 9 shows the results with the first primer set, and lane 10 shows the results with the second primer set. Lanes 11 to 12 show the results of using Thermoplasma acidophilum genomic DNA as a template. Lane 11 shows the results of the first primer set, and Lane 12 shows the results of the second primer set.
In FIG. 2, lane M is a molecular weight marker.
図2の結果から、縮重プライマーとして第1プライマーセットを、PCR試薬としてMultiplex-PCR Kitを用いた場合に、目的とする遺伝子に由来する単一増幅産物が得られることが確認された(レーン1、及び3)。したがって、かかるプライマーとPCRの組み合わせにより、グルコース脱水素酵素遺伝子のクローニングできることが確認された。一方、第2プライマーセットを用いた場合には、グルコース脱水素酵素遺伝子のクローニングを有意に行うことができなかった(レーン2、4)ことから、クローニングの成否はプライマー設計時の相同領域の選択に左右されることが判明した。また、PCR試薬によっても、クローニングの成否が左右されることが判明した。特に、Multiplex-PCR Kitは、非特異的反応産物の低減効果を有することから、かかる効果の低減のための試薬成分によって、有意なグルコース脱水素酵素遺伝子のクローニングが達成されていることが理解される。 From the results shown in FIG. 2, it was confirmed that a single amplification product derived from the target gene was obtained when the first primer set was used as a degenerate primer and the Multiplex-PCR Kit was used as a PCR reagent (lane). 1 and 3). Therefore, it was confirmed that the glucose dehydrogenase gene could be cloned by the combination of such primer and PCR. On the other hand, when the second primer set was used, the glucose dehydrogenase gene could not be cloned significantly (lanes 2 and 4). It turned out to be influenced by. It has also been found that the success or failure of cloning depends on the PCR reagent. In particular, since the Multiplex-PCR Kit has an effect of reducing non-specific reaction products, it is understood that significant glucose dehydrogenase gene cloning has been achieved by reagent components for reducing such an effect. The
〔検討例2〕グルコース脱水素酵素遺伝子のクローニングの検討
高度好塩菌からグルコース脱水素酵素遺伝子のクローニングの検討を行った。ここでは、PCRを利用して遺伝子クローニングするに当たって、クローニングの対象とする高度好塩菌の検討を行った。
[Experimental Example 2] Cloning of glucose dehydrogenase gene Cloning of the glucose dehydrogenase gene was examined from highly halophilic bacteria. Here, in gene cloning using PCR, highly halophilic bacteria to be cloned were examined.
本実施例では、高度好塩性古細菌であるハロバクテリウム(Halobacterium)属細菌からのグルコース脱水素酵素遺伝子のクローニングを試みた。具体的には、ハロバクテリム・バリスモルティス(Halobacterium vallismortis:NBRC 14741、NBRC 14955)、ハロバクテリウム・ファラオニス(Halobacterium pharaonis:NBRC 14720)、ハロバクテリウム・ソドメンセ(Halobacterium sodomense:NRBC 14740)、ハロバクテリウム・サッカルボルム(Halobacterium saccharovorum:NRBC 14717)、ハロバクテリウム・ボルカニ(Halobacterium volcanii:NRBC 14742)、ハロバクテリウム・サリナーラム(Halobacterium salinarium:NRBC 14718)、ハロバクテリウム・ハロビウム(Halobacterium halobium:NRBC 14716)、ハロバクテリウム・クチルブルム(Halobacterium cutirubrum:NRBC 14715)について検討した。これらの微生物は、すべて独立行政法人製品評価技術基盤機構から分譲を受けた。 In this example, an attempt was made to clone a glucose dehydrogenase gene from a bacterium belonging to the genus Halobacterium , which is a highly halophilic archaea. Specifically, Halobacterium varismortis ( Halobacterium vallismortis : NBRC 14741, NBRC 14955), Halobacterium pharaonis ( Halobacterium pharaonis : NBRC 14720), Halobacterium sodomense (NRBC 14740), Halobacterium・ Saccharborum ( Halobacterium saccharovorum : NRBC 14717), Halobacterium volcanii (NRBC 14742), Halobacterium salinarium (NRBC 14718), Halobacterium halobium (NRBC 14716), Halobacterium bacterium-Kuchiruburumu (Halobacterium cutirubrum: NRBC 14715) was examined. These microorganisms were all sold by the National Institute for Product Evaluation Technology.
プライマーは、検討例1にて好適なグルコース脱水素酵素遺伝子クローニング用プライマーとして確認された第1プライマーセットを使用した。 As the primer, the first primer set confirmed as a suitable primer for glucose dehydrogenase gene cloning in Examination Example 1 was used.
鋳型DNAとしては、前述の細菌から抽出及び精製したゲノムDNAを用いた。また、なお、プライマー作製のための基礎としたハロバクテリウム・メディテラネイ(NRBC 14739)、サーモプラズマ・アシドフィラムからのゲノムDNAについても鋳型とし、ポジティブコントロールとした。 As template DNA, genomic DNA extracted and purified from the aforementioned bacteria was used. In addition, genomic DNA from Halobacterium Mediterraney (NRBC 14739) and Thermoplasma acidophilum, which were the basis for primer preparation, was also used as a template and used as a positive control.
PCR反応液は、前述のプライマーを各50pmol、鋳型DNAを200ng含んで、Multiplex-PCR Kit(タカラバイオ社製)にて製造業者の指示に従って調製した。PCR温度プログラムは、94℃にて30秒間の熱変性、55℃にて30秒間のアニーリング、72℃にて2分間の伸長反応を1サイクルとした、35サイクルの増幅反応を行った。 The PCR reaction solution was prepared according to the manufacturer's instructions using Multiplex-PCR Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) containing 50 pmol of each of the above primers and 200 ng of template DNA. In the PCR temperature program, 35 cycles of amplification reaction were performed, with heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, annealing at 55 ° C. for 30 seconds, and extension reaction at 72 ° C. for 2 minutes as one cycle.
PCR増幅反応後の反応液を、アガロースゲル電気泳動に供して増幅産物バンドの確認により、グルコース脱水素酵素遺伝子クローニングの有無を確認した。 The reaction solution after the PCR amplification reaction was subjected to agarose gel electrophoresis, and the presence or absence of glucose dehydrogenase gene cloning was confirmed by confirming the amplification product band.
結果を図3に示す。
図3中、レーン1はハロバクテリム・バリスモルティス、レーン2はハロバクテリウム・ファラオニス、レーン3はハロバクテリウム・ソドメンセ、レーン4はハロバクテリウム・サッカルボルム、レーン5はハロバクテリウム・ボルカニ、レーン6はハロバクテリウム・サリナーラム、レーン7はハロバクテリウム・ハロビウム、レーン8はハロバクテリウム・クチルブルム由来のゲノムDNAからの結果を示す。
図3中、レーン9及び10はポジティブコントロールであり、レーン9はサーモプラズマ・アシドフィラム、レーン10はハロバクテリウム・メディテラネイ由来のゲノムDNAからの結果を示す。
なお、図3中、レーンMは、分子量マーカーである。
The results are shown in FIG.
In FIG. 3, lane 1 is Halobacterium barismortis, lane 2 is Halobacterium pharaonis, lane 3 is Halobacterium sodomense, lane 4 is Halobacterium saccharborg, lane 5 is Halobacterium volcani, lane 6 shows the result from the genomic DNA derived from Halobacterium salinum, lane 7 shows the result from Halobacterium halobium, and lane 8 shows the result from the genomic DNA derived from Halobacterium cutyllum.
In FIG. 3, lanes 9 and 10 are positive controls, lane 9 shows the results from Thermoplasma acidophilum, and lane 10 shows the results from the genomic DNA derived from Halobacterium Mediterranei.
In FIG. 3, lane M is a molecular weight marker.
図3の結果から、ハロバクテリム・バリスモルティスからグルコース脱水素酵素遺伝子と思われる増幅産物を取得できることが確認された(レーン1)。ここで、レーン2、4〜8においてもバンドが確認されたが、これらはすべてジャンクであった。したがって、グルコース脱水素酵素遺伝子由来と思われる増幅産物は、ハロバクテリム・バリスモルティスにおいてのみ確認され、これが唯一の成功例であった。また、プライマー設計の基としたサーモプラズマ・アシドフィラム、及びハロバクテリウム・メディテラネイのゲノムDNAからは、グルコース脱水素酵素遺伝子の増幅が確認されたことから、PCR増幅工程に問題はないと考える。 From the result of FIG. 3, it was confirmed that an amplification product that seems to be a glucose dehydrogenase gene can be obtained from Halobacterium varismortis (lane 1). Here, bands were also confirmed in lanes 2 and 4 to 8, but these were all junk. Therefore, the amplification product that was thought to be derived from the glucose dehydrogenase gene was confirmed only in Halobacteria varismortis, and this was the only successful example. In addition, since the amplification of the glucose dehydrogenase gene was confirmed from the thermoplasma acidophilum and the genomic DNA of Halobacterium Mediterranei based on the primer design, it is considered that there is no problem in the PCR amplification process.
〔実施例1〕ハロバクテリム・バリスモルティスからのグルコース脱水素酵素遺伝子のクローニング及び配列決定
検討例1、2の結果に基づいて、ハロバクテリム・バリスモルティスのゲノムDNAからグルコース脱水素酵素遺伝子のクローニングを行う共に、その配列決定を行った。
Example 1 Cloning and Sequencing of Glucose Dehydrogenase Gene from Halobacteria varismortis Based on the results of Examination Examples 1 and 2, cloning of glucose dehydrogenase gene from genomic DNA of halobacteria varismortis Both were performed and their sequencing was performed.
遺伝子クローニングはPCRを利用して行った。プライマーは、検討例1にてグルコース脱水素酵素遺伝子クローニング用プライマーとして確認された第1プライマーセットを使用した。そして、鋳型DNAとしては、検討例2にて、第1プライマーセットでのPCRによって増幅産物が確認されたハロバクテリム・バリスモルティスから抽出及び精製したゲノムDNAを用いた。 Gene cloning was performed using PCR. As the primer, the first primer set confirmed as a primer for cloning glucose dehydrogenase gene in Examination Example 1 was used. As the template DNA, genomic DNA extracted and purified from Halobacterium varismortis in which the amplification product was confirmed by PCR using the first primer set in Examination Example 2 was used.
PCR反応液は、前述のプライマーを各50pmol、鋳型DNAを200ng含んで、Multiplex-PCR Kit(タカラバイオ社製)にて製造業者の指示に従って調製した。PCR温度プログラムは、94℃にて30秒間の熱変性、55℃にて30秒間のアニーリング、72℃にて2分間の伸長反応を1サイクルとした、35サイクルの増幅反応を行った。 The PCR reaction solution was prepared according to the manufacturer's instructions using Multiplex-PCR Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) containing 50 pmol of each of the above primers and 200 ng of template DNA. In the PCR temperature program, 35 cycles of amplification reaction were performed, with heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, annealing at 55 ° C. for 30 seconds, and extension reaction at 72 ° C. for 2 minutes as one cycle.
PCR増幅反応後の反応液を、アガロースゲル電気泳動に供して増幅産物バンドの確認により、グルコース脱水素酵素遺伝子クローニングの有無を確認した。 The reaction solution after the PCR amplification reaction was subjected to agarose gel electrophoresis, and the presence or absence of glucose dehydrogenase gene cloning was confirmed by confirming the amplification product band.
アガロースゲル電気泳動の結果を図4(A)に示す。
図4(A)中、レーン1はハロバクテリム・バリスモルティス由来のゲノムDNAからの結果を示す。レーン2はネガティブコントロールであり、鋳型DNAを入れずに同様にPCRを行った結果を示し、レーンMは、分子量マーカーである。
図4(A)の結果から、約700bp付近にハロバクテリム・バリスモルティスからグルコース脱水素酵素遺伝子と思われる増幅産物が確認された(レーン1)。
The results of agarose gel electrophoresis are shown in FIG.
In FIG. 4 (A), lane 1 shows the result from the genomic DNA derived from Halobacterium varismortis. Lane 2 is a negative control and shows the result of PCR performed in the same manner without template DNA. Lane M is a molecular weight marker.
From the result of FIG. 4 (A), an amplification product that was considered to be a glucose dehydrogenase gene was confirmed from the halobacterium varismortis at about 700 bp (lane 1).
続いて、電気泳動後のゲルからの、増幅断片のバンドの切り出しと精製を、Gel purification Kit(GEヘルスケア社)を用いて製造業者の指示に従って行った。精製した約700bpの増幅断片をCloning kit(タカラバイオ社製)を用いてpUC18にサブクローニングし、その塩基配列を決定した。得られた部分配列情報につき、配列表の配列番号8として示す。 Subsequently, the band of the amplified fragment was cut out and purified from the gel after electrophoresis using Gel purification Kit (GE Healthcare) according to the manufacturer's instructions. The purified amplified fragment of about 700 bp was subcloned into pUC18 using Cloning kit (manufactured by Takara Bio Inc.), and its base sequence was determined. The obtained partial sequence information is shown as SEQ ID NO: 8 in the sequence listing.
次に、未増幅領域をクローニングするため、インバースPCRを行い、グルコース脱水素酵素遺伝子の全塩基配列を決定した。まず、インバースPCR用の2種のプライマー(プライマー3、4)を合成した。プライマーの設計は、上記で得られた約700bpの増幅領域の塩基配列に基づき行った。詳細には、前記増幅領域の両端部分には相補的だが、通常のPCRとは逆に前記増幅領域から未増幅領域の配列の方にDNA 鎖が伸長するように設計した。ここで、プライマー設計に際して選択した遺伝子上の領域を図5中の矢印で示す。 Next, in order to clone the unamplified region, inverse PCR was performed to determine the entire nucleotide sequence of the glucose dehydrogenase gene. First, two kinds of primers (primers 3 and 4) for inverse PCR were synthesized. The primer was designed based on the base sequence of the amplification region of about 700 bp obtained above. Specifically, it was designed to be complementary to both ends of the amplified region, but to extend a DNA chain from the amplified region to the sequence of the unamplified region, contrary to normal PCR. Here, the region on the gene selected in the primer design is indicated by an arrow in FIG.
プライマーの配列情報は以下の通りである。
プライマー3 : 5'-GTCCCGTTTGGAGACTCGACGACACCGACG-3' (配列番号9)
プライマー4 : 5'-GCGTTCTCAACAATAGAGGCACTCGATGCA-3' (配列番号10)
Primer sequence information is as follows.
Primer 3: 5'-GTCCCGTTTGGAGACTCGACGACACCGACG-3 '(SEQ ID NO: 9)
Primer 4: 5'-GCGTTCTCAACAATAGAGGCACTCGATGCA-3 '(SEQ ID NO: 10)
インバースPCR用の鋳型DNAを以下の通り調製した。まず、ハロバクテリム・バリスモルティスのゲノムDNAを制限酵素AluIで切断した後、DNA断片をGel purification Kit(GEヘルスケア社)を用いて製造業者の指示に従って精製した。精製後のDNA断片を、Ligation Kit(タカラバイオ社製)を用いて分子内ライゲーションを行った後、Gel purification Kit(GEヘルスケア社製)を用いて製造業者の指示に従って精製を行うことによりインバースPCR用の鋳型DNAを調製した。 Template DNA for inverse PCR was prepared as follows. First, genomic DNA of Halobacteria varismortis was cleaved with the restriction enzyme Alu I, and then the DNA fragment was purified using Gel purification Kit (GE Healthcare) according to the manufacturer's instructions. The purified DNA fragment is subjected to intramolecular ligation using Ligation Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) and then purified using Gel purification Kit (manufactured by GE Healthcare) according to the manufacturer's instructions. Template DNA for PCR was prepared.
PCR反応液は、前述のプライマー3、4を各50pmol、鋳型DNAを200ng含んで、Multiplex-PCR Kit(タカラバイオ社製)にて製造業者の指示に従って調製した。PCR温度プログラムは、94℃にて30秒間の熱変性、60℃にて30秒間のアニーリング、72℃にて90秒間の伸長反応を1サイクルとした、35サイクルの増幅反応を行った。 A PCR reaction solution was prepared according to the manufacturer's instructions using a Multiplex-PCR Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) containing 50 pmol of each of the primers 3 and 4 and 200 ng of template DNA. In the PCR temperature program, 35 cycles of amplification reaction were performed with heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, annealing at 60 ° C. for 30 seconds, and extension reaction at 72 ° C. for 90 seconds as one cycle.
PCR増幅反応後の反応液を、アガロースゲル電気泳動に供して増幅産物バンドの確認により、グルコース脱水素酵素遺伝子の未増幅領域の増幅を確認した。 The reaction solution after the PCR amplification reaction was subjected to agarose gel electrophoresis and the amplification product band was confirmed to confirm the amplification of the unamplified region of the glucose dehydrogenase gene.
アガロースゲル電気泳動の結果を図4(B)に示す。
図4(B)中、レーン1はハロバクテリム・バリスモルティス由来のゲノムDNAをインバースPCR用に調製したものを鋳型とした場合の結果を示す。レーン2はネガティブコントロールであり、ハロバクテリム・バリスモルティス由来のゲノムDNAを制限酵素AluIに切断せずに鋳型として同様にPCRを行った結果を示す。なお、レーンMは、分子量マーカーである。
The results of agarose gel electrophoresis are shown in FIG.
In FIG. 4 (B), lane 1 shows the results when a template prepared from the genomic DNA derived from Halobacterium varismortis for inverse PCR is used as a template. Lane 2 is a negative control, shows the results of PCR was performed in the same manner as the template without cutting the genomic DNA from Harobakuterimu Barris malty scan the restriction enzyme Alu I. Lane M is a molecular weight marker.
続いて、電気泳動後のゲルからの、増幅断片のバンドの切り出しと精製を、Gel purification Kit(GEヘルスケア社)を用いて製造業者の指示に従って行った。精製した増幅断片をCloning kit(タカラバイオ社製)を用いてpUC18にサブクローニングし、その塩基配列を決定した。そして、決定された塩基配列を連結して、全塩基配列を決定し、その推定アミノ酸配列を得た。ハロバクテリム・バリスモルティス由来の全長グルコース脱水素酵素遺伝子の塩基配列及びその推定アミノ酸配列を配列表の配列番号1及び2として、また図5に示す。以下、本実施例で得られたハロバクテリム・バリスモルティス由来のグルコース脱水素酵素遺伝子を「hva dgh遺伝子」と、また、それによってコードされるグルコース脱水素酵素を「Hva GDH」と称するものとする。 Subsequently, the band of the amplified fragment was cut out and purified from the gel after electrophoresis using Gel purification Kit (GE Healthcare) according to the manufacturer's instructions. The purified amplified fragment was subcloned into pUC18 using a Cloning kit (manufactured by Takara Bio Inc.), and its base sequence was determined. And the determined base sequence was connected, the whole base sequence was determined, and the deduced amino acid sequence was obtained. The base sequence of the full-length glucose dehydrogenase gene derived from Halobacterium varismortis and its deduced amino acid sequence are shown as SEQ ID NOS: 1 and 2 in the sequence listing and also in FIG. Hereinafter, the glucose dehydrogenase gene derived from Halobacteria varismortis obtained in this example is referred to as “hva dgh gene”, and the glucose dehydrogenase encoded thereby is referred to as “Hva GDH”. .
更に、既知の好塩菌由来のグルコース脱水素酵素とのアミノ酸配列アライメントを図6に示す。なお、図6中、Haloarcula marismortuiのグルコース脱水素酵素(配列番号11)を「Hma GDH」と、ハロバクテリウム・メディテラネイ(Halobacterium mediterranei)由来のグルコース脱水素酵素(配列番号3)を「Hme GDH」と、Haloquadratum walsbyi由来のグルコース脱水素酵素(配列番号12)を「Hwa GDH」と略する。 Furthermore, FIG. 6 shows an amino acid sequence alignment with a known halophilic bacteria-derived glucose dehydrogenase. In FIG. 6, the glucose dehydrogenase of Haloarcula marismortui (SEQ ID NO: 11) is “Hma GDH” and the glucose dehydrogenase (SEQ ID NO: 3) derived from Halobacterium mediterranei is “Hme GDH”. And Haloquadratum walsbyi- derived glucose dehydrogenase (SEQ ID NO: 12) is abbreviated as “Hwa GDH”.
〔実施例2〕組換えベクターの作製
実施例1で得られたhva dgh遺伝子を大腸菌細胞内で発現させるために、形質転換に用いる組換えベクターを構築した。
[Example 2] Preparation of recombinant vector In order to express the hva dgh gene obtained in Example 1 in E. coli cells, a recombinant vector used for transformation was constructed.
ベクターに挿入するhva dgh遺伝子を、PCRを利用して以下のように調製した。まず、PCRプライマーを、実施例2で決定した全長hva dgh遺伝子の塩基配列に基づき設計し、このときベクターへの挿入のための付加配列を含んだ形態でhva dgh遺伝子を増幅できるように設計した。詳細には、hva dgh遺伝子の構造遺伝子の開始コドン部分にNdeI部位を付加するように設計したプライマー(プライマー5)、及び終止コドン直後にHindIII部位を付加するように設計したプライマー(プライマー6)を合成した。 The hva dgh gene to be inserted into the vector was prepared as follows using PCR. First, a PCR primer was designed based on the base sequence of the full-length hva dgh gene determined in Example 2, and at this time, the hva dgh gene was designed to be amplified in a form including an additional sequence for insertion into a vector. . Specifically, a primer designed to add an Nde I site to the start codon portion of the structural gene of the hva dgh gene (primer 5) and a primer designed to add a Hind III site immediately after the stop codon (primer 6 ) Was synthesized.
プライマーの配列情報は以下の通りである。
プライマー5 : 5'-AGATATACATATGCATGCAATCGCCGTCAA-3' (配列番号13)
プライマー6 : 5'-CTAAAGCTTATACCCTGAAATCTACGT-3' (配列番号14)
Primer sequence information is as follows.
Primer 5: 5'-AGATATACATATGCATGCAATCGCCGTCAA-3 '(SEQ ID NO: 13)
Primer 6: 5'-CTAAAGCTTATACCCTGAAATCTACGT-3 '(SEQ ID NO: 14)
鋳型DNAとしては、実施例1と同様、ハロバクテリム・バリスモルティスから抽出及び精製したゲノムDNAを用いた。 As the template DNA, genomic DNA extracted and purified from Halobacterium varismortis was used as in Example 1.
PCR反応液は、前述のプライマー1、2を各50pmol、鋳型DNAを200ng含んで、Multiplex-PCR Kit(タカラバイオ社製)にて製造業者の指示に従って調製した。PCR温度プログラムは、94℃にて30秒間の熱変性の後、94℃にて30秒間の熱変性、55℃にて15秒間のアニーリング、及び72℃にて60秒間の伸長反応を1サイクルとした35サイクルの増幅反応、及び72℃にて10分間の最終伸長反応により行った。 A PCR reaction solution was prepared according to the manufacturer's instructions using a Multiplex-PCR Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) containing 50 pmol of each of the primers 1 and 2 and 200 ng of template DNA. The PCR temperature program consists of heat denaturation at 94 ° C for 30 seconds, heat denaturation at 94 ° C for 30 seconds, annealing at 55 ° C for 15 seconds, and extension reaction at 72 ° C for 60 seconds. 35 cycles of amplification reaction and a final extension reaction at 72 ° C. for 10 minutes.
PCR増幅反応後の増幅断片を、NdeI及びHindIIIで消化し、タンパク質発現ベクターであるpET22b及びpET23bの夫々のlacプロモーター下流のNdeI及びHindIII部位に挿入した。得られたプラスミドを、夫々hva dgh / pET22bとhva dgh / pET23bと命名した。 The amplified fragment after PCR amplification reaction, was digested with Nde I and Hind III, and inserted a protein expression vector pET22b and Nde I and Hind III sites of lac promoter downstream of the respective pET23b. The resulting plasmids were named hva dgh / pET22b and hva dgh / pET23b, respectively.
また、宿主細胞内で、ヒスチジンタグが融合したグルコース脱水素酵素を発現させるための組換えベクターをも作製した。まず、ベクターに挿入するhva dgh遺伝子を、PCRを利用して以下のように調製した。PCRプライマーは、実施例2で決定した全長hva dgh遺伝子の塩基配列に基づいて、更にベクターへの挿入及びヒスチジンタグ挿入のための付加配列を含んで増幅できるように設計された。詳細には、hva dgh遺伝子の開始コドン部分にNdeI部位を付加するように設計したプライマー(プライマー5)、および終止コドンを欠失させて、かつ、その直後にHindIII部位を付加するように設計したプライマー(プライマー7)を合成した。 In addition, a recombinant vector for expressing glucose dehydrogenase fused with a histidine tag in a host cell was also prepared. First, the hva dgh gene to be inserted into the vector was prepared as follows using PCR. The PCR primer was designed based on the base sequence of the full-length hva dgh gene determined in Example 2 so that it could be amplified including additional sequences for insertion into a vector and histidine tag. Specifically, a primer (primer 5) designed to add an Nde I site to the start codon portion of the hva dgh gene, and a stop codon are deleted, and a Hind III site is added immediately thereafter. The designed primer (Primer 7) was synthesized.
プライマーの配列情報は以下の通りである。
プライマー5 : 5'- AGATATACATATGCATGCAATCGCCGTCAA -3' (配列番号13)
プライマー7 : 5'-CCGCAAGCTTTACCCTGAAATCTACGTACG- 3' (配列番号15)
Primer sequence information is as follows.
Primer 5: 5'-AGATATACATATGCATGCAATCGCCGTCAA-3 '(SEQ ID NO: 13)
Primer 7: 5'-CCGCAAGCTTTACCCTGAAATCTACGTACG-3 '(SEQ ID NO: 15)
PCR反応液は、前述のプライマー5、7を各50 pmol、鋳型DNAを200 ng含んで、Multiplex-PCR Kit(タカラバイオ社製)にて製造業者の指示に従って調製した。PCR温度プログラムは、94℃にて30秒間の熱変性の後、94℃にて30秒間の熱変性、55℃にて15秒間のアニーリング及び72℃にて60秒間の伸長反応を1サイクルとした35サイクルの増幅反応、及び72℃にて10分間の最終伸長反応により行った。 A PCR reaction solution was prepared according to the manufacturer's instructions using a Multiplex-PCR Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) containing 50 pmol of each of the primers 5 and 7 and 200 ng of template DNA. In the PCR temperature program, heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, annealing at 55 ° C. for 15 seconds, and extension reaction at 72 ° C. for 60 seconds are defined as one cycle. 35 cycles of amplification reaction and a final extension reaction at 72 ° C. for 10 minutes were performed.
PCR増幅反応後の増幅断片を、NdeI及びHindIIIで消化し、タンパク質発現ベクターであるpET22bのlacプロモーター下流のNdeI及びHindIII部位に挿入した。得られたプラスミドを、hva dgh-his tag / pET22bと命名した。 The amplified fragment after PCR amplification reaction, was digested with Nde I and Hind III, and inserted into the Nde I and Hind III sites of lac promoter downstream of the protein expression vector pET22b. The obtained plasmid was designated as hva dgh-his tag / pET22b.
〔実施例3〕組換えHva GDHの発現
実施例2で得られたhva dgh遺伝子を大腸菌細胞内で発現させ、組換えHva GDHを製造した。
[Example 3] Expression of recombinant Hva GDH The hva dgh gene obtained in Example 2 was expressed in E. coli cells to produce recombinant Hva GDH.
(プラスミドhva dgh / pET22b−大腸菌細胞内での合成)
実施例2で得られたプラスミドhva dgh / pET22bにより、大腸菌BL21(DE3)株の形質転換を行った。得られた形質転換体をアンピシリン50 μg/mlを含むLB培地(和光純薬社製)でOD600=0.6に達するまで培養した。次に、発現量を高めるため終濃度1mM のIPTGを添加して更に4時間培養した。培養後、遠心分離により集菌し、50 mMのリン酸緩衝液(pH 7.0)に懸濁した。続いて、超音波破砕処理により菌体を破砕した後、菌体残渣を除去し無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液をSDSで処理した後、12.5 % SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。電気泳動後、クマシーブリリアントブルー(以下、「CBB」と略する。)染色(クイックCBB Kit、和光純薬社製)によりタンパク質を可視化することにより組換えタンパク質の発現を確認した(図7(A)、レーン1)。また、培養液にIPTGを添加しないで培養したこと以外は同様の手順によって組換えタンパク質の発現を確認した(図7(A)、レーン2)。
(Plasmid hva dgh / pET22b-synthesis in E. coli cells)
Escherichia coli BL21 (DE3) strain was transformed with the plasmid hva dgh / pET22b obtained in Example 2. The obtained transformant was cultured in an LB medium (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) containing 50 μg / ml of ampicillin until OD 600 = 0.6. Next, to increase the expression level, IPTG having a final concentration of 1 mM was added and further cultured for 4 hours. After incubation, the cells were collected by centrifugation and suspended in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0). Subsequently, the microbial cells were crushed by ultrasonic crushing treatment, and then the microbial cell residues were removed to obtain a cell-free extract. This cell-free extract was treated with SDS and then subjected to 12.5% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. After electrophoresis, the expression of the recombinant protein was confirmed by visualizing the protein by Coomassie Brilliant Blue (hereinafter abbreviated as “CBB”) staining (Quick CBB Kit, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (FIG. 7A). ), Lane 1). Moreover, the expression of the recombinant protein was confirmed by the same procedure except that the culture was performed without adding IPTG (FIG. 7 (A), lane 2).
図7(A)の結果から、推定分子量(約40 kDa)の位置にHva GDH由来のタンパク質のバンドを確認することができた(レーン1)。また、IPTG不在下での電気泳動の結果は、タンパク質の発現を確認できず(レーン2)、レーン1において確認されたタンパク質のバンドは発現産物に由来するものであることが確認できた。 From the result of FIG. 7A, a protein band derived from Hva GDH could be confirmed at the position of the estimated molecular weight (about 40 kDa) (lane 1). In addition, the result of electrophoresis in the absence of IPTG could not confirm protein expression (lane 2), and it was confirmed that the protein band confirmed in lane 1 was derived from the expression product.
(プラスミドhva dgh-his tag / pET22b−アフィニティーカラムクロマトグラフィー)
大腸菌細胞内で発現させた組換えHva GDHを、アフィニティーカラムを用いて分離、精製した。まず、前述の実施例2で得られたプラスミドhva dgh-his tag / pET22bを、上記と同様の手順により大腸菌の形質転換を行った後、形質転換体を培養し、N末側に6個のHis Tagが融合したHva GDHを発現させた。培養後、遠心分離により集菌し、リン酸緩衝液 (20 mM リン酸ナトリム緩衝液、0.5 M NaCl、pH 7.4)に懸濁した。続いて、菌体を超音波破砕処理(超音波処理30秒、氷冷 30秒を10セット)し、アフィニティーカラムクロマトグラフィーによりタンパク質の精製を行った。
(Plasmid hva dgh-his tag / pET22b-affinity column chromatography)
Recombinant Hva GDH expressed in E. coli cells was separated and purified using an affinity column. First, the plasmid hva dgh-his tag / pET22b obtained in Example 2 described above was transformed into E. coli according to the same procedure as described above, and then the transformant was cultured. Hva GDH fused with His Tag was expressed. After culture, the cells were collected by centrifugation and suspended in a phosphate buffer (20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.4). Subsequently, the cells were subjected to ultrasonic disruption treatment (10 sets of ultrasonic treatment for 30 seconds and ice-cooled for 30 seconds), and the protein was purified by affinity column chromatography.
カラムクロマトグラフィーの詳細は以下の通りである。
1.カラム(Ni Sepharose 6 Fast Flow:GE ヘルスケア社製)を25 mlの純水で洗浄。
2.2.5 mlの0.1 M NiSO4をシリンジで注入 。
3.25 mlの純水で洗浄。
4.50 mlの開始バッファー(10 mM イミダゾールを含むリン酸バッファー)でカラムを平衡化。
5.サンプルの添加。
6.50 mlの開始バッファーで洗浄。
7.リン酸緩衝液(20 mM リン酸ナトリウム緩衝液、0.5M NaCl、pH 7.4)に100〜500 mMのイミダゾールを添加した溶出バッファーを30 ml注入し、タンパク質を溶出。
8.脱塩カラムで脱塩し、セントリコンで濃縮。
Details of the column chromatography are as follows.
1. Wash the column (Ni Sepharose 6 Fast Flow: manufactured by GE Healthcare) with 25 ml of pure water.
2. Inject 2.5 ml of 0.1 M NiSO 4 with a syringe.
3. Wash with 25 ml of pure water.
4. Equilibrate the column with 50 ml of starting buffer (phosphate buffer containing 10 mM imidazole).
5. Add sample.
6. Wash with 50 ml of starting buffer.
7). Inject 30 ml of elution buffer containing 100-500 mM imidazole into phosphate buffer (20 mM sodium phosphate buffer, 0.5 M NaCl, pH 7.4) to elute the protein.
8). Desalted with desalting column and concentrated with centricon.
精製後のタンパク質溶液に、2倍量の可溶化液(2×SDS サンプルバッファー:125 mM Tris-HCl、pH6.8、4% SDS、5% 2-メルカプトエタノール、20 % グリセロール、0.01 % ブロモフェノールブルー)を添加し、85 ℃で3分間保温した。続いて、その一部をポリアクリルアミドゲル(アトー社製)電気泳動に供し、CBB染色によりタンパク質を可視化した(図7(B)、レーン2)。また、前述のプラスミドhva dgh / pET22bを大腸菌で発現させたタンパク質についても、同様に電気泳動に供した(図7(B)、レーン1)。これは、図7(A)のレーン1に相当する。なお、レーンMは、タンパク質のサイズマーカーを示す。 To the purified protein solution, add 2 volumes of lysate (2 × SDS sample buffer: 125 mM Tris-HCl, pH 6.8, 4% SDS, 5% 2-mercaptoethanol, 20% glycerol, 0.01% bromophenol. Blue) was added and incubated at 85 ° C. for 3 minutes. Subsequently, a part thereof was subjected to polyacrylamide gel (Ato) electrophoresis, and the protein was visualized by CBB staining (FIG. 7 (B), lane 2). In addition, a protein in which the aforementioned plasmid hva dgh / pET22b was expressed in E. coli was also subjected to electrophoresis (FIG. 7B, lane 1). This corresponds to lane 1 in FIG. Lane M shows a protein size marker.
図7(B)の結果から、アフィニテイーカラムクロマトグラフィーにより、Hva GDHの分離、精製が確認された(レーン2)。 From the results shown in FIG. 7B, separation and purification of Hva GDH were confirmed by affinity column chromatography (lane 2).
(プラスミドhva gdh / pET23b−無細胞タンパク質合成)
前述の実施例2で得られたプラスミドhva gdh / pET23bを鋳型DNAとして、無細胞タンパク質合成システム(ラピッドトランスレーションシステム(RTS)、ロシュ・ダイアグノスティックス社製)を用いてタンパク質を試験内で合成した。続いて、合成されたタンパク質を、翻訳タンパク質標識システム(FluoroTect(登録商標)GreenLys in vitro Translation Labeling System、プロメガ社製)を用いて蛍光標識した。続いて、蛍光標識後のタンパク質溶液に、2倍量の可溶化液(2×SDS サンプルバッファー:125 mM Tris-HCl、pH 6.8、4% SDS、5% 2-メルカプトエタノール、20 % グリセロール、0.01 % ブロモフェノールブルー)を加え、85℃で3分間保温した。保温後の溶液の一部を分取し、ポリアクリルアミドゲル(アトー社製)電気泳動に供した。蛍光イメージアナライザー(FluorImager 595:GEヘルスケア社)により、電気泳動後のゲル上の蛍光シグナルを検出した(図7(C))。
(Plasmid hva gdh / pET23b-cell-free protein synthesis)
Using the plasmid hva gdh / pET23b obtained in Example 2 described above as a template DNA, the protein was tested within the test using a cell-free protein synthesis system (Rapid Translation System (RTS), manufactured by Roche Diagnostics). Synthesized. Subsequently, the synthesized protein was fluorescently labeled using a translation protein labeling system (FluoroTect (registered trademark) GreenLys in vitro Translation Labeling System, manufactured by Promega). Subsequently, the protein solution after fluorescent labeling was added to a double volume of lysate (2 × SDS sample buffer: 125 mM Tris-HCl, pH 6.8, 4% SDS, 5% 2-mercaptoethanol, 20% glycerol, 0.01 % Bromophenol blue), and kept at 85 ° C. for 3 minutes. A part of the solution after the incubation was collected and subjected to polyacrylamide gel (Ato) electrophoresis. The fluorescence signal on the gel after electrophoresis was detected with a fluorescence image analyzer (FluorImager 595: GE Healthcare) (FIG. 7C).
図7(C)の結果から、無細胞タンパク質合成系においても、推定分子量(約40 kDa)の位置にHva GDH由来のタンパク質のバンドを確認することができた。 From the results shown in FIG. 7C, a protein band derived from Hva GDH could be confirmed at the position of the estimated molecular weight (about 40 kDa) even in the cell-free protein synthesis system.
〔実施例4〕組換えHva GDHの活性測定−1
組換えHva GDHのグルコース脱水素酵素活性を測定した。本実施例においては、補酵素依存性について確認した。
[Example 4] Activity measurement of recombinant Hva GDH-1
The glucose dehydrogenase activity of recombinant Hva GDH was measured. In this example, coenzyme dependency was confirmed.
グルコース脱水素酵素活性は、グルコース脱水素酵素の触媒反応で生成するNADH及びNADPHを、波長340 nmの吸光度を測定することに定量し、グルコース脱水素酵素活性とすることによって測定した。つまり、グルコース脱水素酵素活性は、グルコース及びNAD +又はNADP+から、グルコノラクトン及びNADH又はNADPHを生成する触媒反応において、生成したNADH又はNADPHを直接定量することによって測定できる。 The glucose dehydrogenase activity was measured by measuring NADH and NADPH produced by the catalytic reaction of glucose dehydrogenase by measuring the absorbance at a wavelength of 340 nm and setting it as the glucose dehydrogenase activity. That is, glucose dehydrogenase activity can be measured by directly quantifying the produced NADH or NADPH in a catalytic reaction that produces gluconolactone and NADH or NADPH from glucose and NAD + or NADP + .
ここで、活性測定の対象として、実施例3でアフィニティーカラムクロマトグラフィーにより精製したHva GDHの酵素溶液を用いた。反応液は、25 mMのグルコース、2 mMのNAD+又はNADP+、25mMのMgCl2、1M のNaCl、及び酵素溶液(酵素量:1ng)を、50 mMのリン酸緩衝液(pH 8.8)中で混合して200 μlとすることにより調製した。続いて、この反応液を、37 ℃で波長340 nmにおける吸光度を測定し、吸光度の増加を求めることにより活性評価試験を行った。なお、吸光度の測定は、マイクロプレートリーダー(モレキュラーデバイス社製)を用い、340 nmでの吸光度の30秒毎の経時変化を測定した。このとき、コントロールとして、基質を添加せずにNADP+のみを添加して反応をさせた場合の活性についても測定した。 Here, the enzyme solution of Hva GDH purified by affinity column chromatography in Example 3 was used as an activity measurement target. The reaction solution was 25 mM glucose, 2 mM NAD + or NADP + , 25 mM MgCl 2 , 1 M NaCl, and enzyme solution (enzyme amount: 1 ng) in 50 mM phosphate buffer (pH 8.8). To 200 μl. Subsequently, this reaction solution was subjected to an activity evaluation test by measuring the absorbance at 340 nm at 37 ° C. and determining the increase in absorbance. The absorbance was measured by using a microplate reader (manufactured by Molecular Devices) and measuring the time course of the absorbance at 340 nm every 30 seconds. At this time, as a control, the activity was also measured when the reaction was carried out by adding only NADP + without adding the substrate.
結果を図8に示す。図8は、吸光度を縦軸に、時間を横軸にとったグラフである。 The results are shown in FIG. FIG. 8 is a graph with absorbance on the vertical axis and time on the horizontal axis.
図8の結果から、Hva GDHは、補酵素としてNADP+特異的に依存し、かつグルコースを基質とするNADP+依存型の脱水素酵素であることが確認された。 From the results shown in FIG. 8, it was confirmed that Hva GDH is a NADP + -dependent dehydrogenase that depends specifically on NADP + as a coenzyme and that uses glucose as a substrate.
〔実施例5〕組換えHva GDHの活性測定−2
組換えHva GDHのグルコース脱水素酵素活性を測定した。本実施例においては、塩濃度が活性に与える影響を確認した。
[Example 5] Activity measurement of recombinant Hva GDH-2
The glucose dehydrogenase activity of recombinant Hva GDH was measured. In this example, the influence of the salt concentration on the activity was confirmed.
本実施例においても、実施例4と同様、実施例3でアフィニティーカラムクロマトグラフィーにより精製したHva GDHの酵素溶液を測定対象とした。そして、塩濃度がグルコース脱水素酵素活性に与える影響を確認するため、酵素反応液のNaCl濃度を変化させた場合のHva GDHのグルコース脱水素酵素活性を測定した。詳細には、実施例4の反応液のNaCl濃度を終濃度0、1.0、2.0 Mの範囲で変化させ、それ以外は実施例4と同様にして補酵素NADP+存在下でのグルコース脱水素酵素活性を測定した。このとき、コントロールとして、基質を添加せずにNaCl濃度を1.0 Mとして反応をさせた場合の活性についても測定した。 In this example, as in Example 4, the enzyme solution of Hva GDH purified by affinity column chromatography in Example 3 was used as the measurement target. Then, in order to confirm the influence of the salt concentration on the glucose dehydrogenase activity, the glucose dehydrogenase activity of Hva GDH when the NaCl concentration of the enzyme reaction solution was changed was measured. Specifically, the NaCl concentration of the reaction solution of Example 4 was changed in the final concentration range of 0, 1.0, and 2.0 M, and glucose dehydrogenase in the presence of coenzyme NADP + was otherwise obtained in the same manner as in Example 4. Activity was measured. At this time, as a control, the activity was also measured when the reaction was carried out at a NaCl concentration of 1.0 M without adding a substrate.
結果を図9に示す。図9は、吸光度を縦軸に、時間を横軸にとったグラフである。図9の結果から、Hva GDHの、NaClでの反応至適濃度は終濃度1.0 Mであった。 The results are shown in FIG. FIG. 9 is a graph with absorbance on the vertical axis and time on the horizontal axis. From the results of FIG. 9, the optimum reaction concentration of Hva GDH with NaCl was 1.0 M final concentration.
〔実施例6〕組換えHva GDHの活性測定−3
組換えHva GDHのグルコース脱水素酵素活性を測定した。本実施例においては、pHが活性に与える影響を確認した。
[Example 6] Activity measurement of recombinant Hva GDH-3
The glucose dehydrogenase activity of recombinant Hva GDH was measured. In this example, the effect of pH on activity was confirmed.
本実施例においても、実施例4と同様、実施例3でアフィニティーカラムクロマトグラフィーにより精製したHva GDHの酵素溶液を測定対象とした。そして、pHが酵素活性に与える影響を確認するため、酵素反応液のpH を変化させた場合のHva GDHのグルコース脱水素酵素活性を測定した。詳細には、実施例4の反応液のpHをpH 5.0、7.0、8.8の範囲で変化させ、それ以外は実施例4と同様にして補酵素NADP+存在下でのグルコース脱水素酵素活性を測定した。このとき、コントロールとして、基質を添加せずにpH8.8として反応をさせた場合の活性についても測定した。 In this example, as in Example 4, the enzyme solution of Hva GDH purified by affinity column chromatography in Example 3 was used as the measurement target. And in order to confirm the influence which pH has on an enzyme activity, the glucose dehydrogenase activity of Hva GDH when the pH of an enzyme reaction liquid was changed was measured. Specifically, the pH of the reaction solution of Example 4 was changed in the range of pH 5.0, 7.0, and 8.8, and glucose dehydrogenase activity in the presence of coenzyme NADP + was measured in the same manner as in Example 4 except that. did. At this time, as a control, the activity was also measured when the reaction was carried out at pH 8.8 without adding a substrate.
結果を図10に示す。図10は、吸光度を縦軸に、時間を横軸にとったグラフである。図10の結果から、Hva GDHは、pH 7.0から8.8の範囲で活性を示すことが判明した。 The results are shown in FIG. FIG. 10 is a graph with absorbance on the vertical axis and time on the horizontal axis. From the results shown in FIG. 10, it was found that Hva GDH shows activity in the range of pH 7.0 to 8.8.
〔実施例7〕組換えHva GDHの活性測定−4
組換えHva GDHのグルコース脱水素酵素活性を測定した。本実施例においては、Hva GDHの基質特異性について確認した。
[Example 7] Activity measurement of recombinant Hva GDH-4
The glucose dehydrogenase activity of recombinant Hva GDH was measured. In this example, the substrate specificity of Hva GDH was confirmed.
本実施例においても、実施例4と同様、実施例3でアフィニティーカラムクロマトグラフィーにより精製したHva GDHの酵素溶液を測定対象とした。そして、Hva GDHの基質特異性を確認するため、種々の糖類に対する反応性を検討した。ここでは、6種類の単糖類(グルコース、フコース、スクロース、リボース、キシロース、マンノース)に対する反応性を、実施例4と同様にして補酵素NADP+存在下でのグルコース脱水素酵素活性を測定した。このとき、コントロールとして、基質を添加せずに反応をさせた場合の活性についても測定した。 In this example, as in Example 4, the enzyme solution of Hva GDH purified by affinity column chromatography in Example 3 was used as the measurement target. And in order to confirm the substrate specificity of Hva GDH, the reactivity with respect to various saccharides was examined. Here, the reactivity with respect to six types of monosaccharides (glucose, fucose, sucrose, ribose, xylose, mannose) was measured in the same manner as in Example 4 to measure glucose dehydrogenase activity in the presence of the coenzyme NADP + . At this time, as a control, activity was also measured when the reaction was carried out without adding a substrate.
結果を図11(A)、及び図11(C)に示す。図11(A)は、吸光度を縦軸に、時間(分)を横軸にとったグラフである。図11(A)の結果から、Hva GDHは、本実施例で確認した糖類の中では、グルコース、フコース、スクロース、及びリボースを基質として認識し、その触媒活性を発揮することが確認された。また、キシロースに対しても、前述の4つの糖類に対する活性よりは低いが、基質として認識することが確認された。一方、マンノースについては、ほとんど基質として認識しないことが確認された。 The results are shown in FIGS. 11 (A) and 11 (C). FIG. 11A is a graph with absorbance on the vertical axis and time (minutes) on the horizontal axis. From the results shown in FIG. 11 (A), it was confirmed that Hva GDH recognizes glucose, fucose, sucrose, and ribose as substrates among the saccharides confirmed in this example and exerts its catalytic activity. Moreover, although it was lower than the activity with respect to the above-mentioned four saccharides also with respect to xylose, it was confirmed that it recognizes as a substrate. On the other hand, it was confirmed that mannose was hardly recognized as a substrate.
また、図11(C)は、グルコースに対する活性を100とした場合の各糖基質に対する相対活性を示すグラフである。基質のサンプル番号を横軸に、相対活性を縦軸にとり、Hva GDHの活性につき、白抜き棒グラフで表している。サンプル番号1はマンノース、サンプル番号2はキシロース、サンプル番号3はリボース、サンプル番号4はフコース、サンプル番号5はスクロース、そして、サンプル番号6はグルコースを示す。 FIG. 11C is a graph showing the relative activity for each sugar substrate when the activity for glucose is 100. The substrate sample number is plotted on the horizontal axis, the relative activity on the vertical axis, and the activity of Hva GDH is represented by a white bar graph. Sample number 1 is mannose, sample number 2 is xylose, sample number 3 is ribose, sample number 4 is fucose, sample number 5 is sucrose, and sample number 6 is glucose.
〔比較例1〕既知のThermoplasma acidophilum由来のグルコース脱水素酵素の基質特異性
既知のグルコース脱水素酵素であるThermoplasma acidophilum由来のグルコース脱水素酵素「Tac GDH」と称する)の基質特異性を確認した。
[Comparative Example 1] Substrate specificity of known Thermoplasma acidophilum- derived glucose dehydrogenase The substrate specificity of a known glucose dehydrogenase, Thermoplasma acidophilum- derived glucose dehydrogenase "Tac GDH") was confirmed.
既知のグルコース脱水素酵素であるTac GDH(シグマアルドリッチ社、カタログNo.G5909)の基質特異性を確認した。実施例6と同様にして、補酵素NADP+存在下でのグルコース脱水素酵素活性を測定した。 The substrate specificity of Tac GDH (Sigma Aldrich, catalog No. G5909), a known glucose dehydrogenase, was confirmed. In the same manner as in Example 6, glucose dehydrogenase activity in the presence of the coenzyme NADP + was measured.
結果を図11(B)、及び図11(C)に示す。図11(B)は、図11(A)と同様に、吸光度を縦軸に、時間(分)を横軸にとったグラフである。図11(B)の結果から、Tac GDHは、本実施例で確認した糖類の中では、グルコース、及びフコースを基質として認識し、その触媒活性を発揮することが確認された。また、キシロースに対しても、前述の2つの糖類に対する活性よりは低いが、基質として認識することが確認された。一方、リボース、スクロース、及びマンノースについては、ほとんど基質として認識しないことが確認された。 The results are shown in FIG. 11 (B) and FIG. 11 (C). FIG. 11B is a graph with absorbance on the vertical axis and time (minutes) on the horizontal axis, as in FIG. 11A. From the result of FIG. 11 (B), it was confirmed that Tac GDH recognizes glucose and fucose as substrates among the saccharides confirmed in this example and exerts its catalytic activity. Moreover, although it was lower than the activity with respect to the above-mentioned two saccharides also with respect to xylose, it was confirmed that it recognizes as a substrate. On the other hand, it was confirmed that ribose, sucrose, and mannose are hardly recognized as substrates.
また、図11(C)は、グルコースに対する活性を100とした場合の各糖基質に対する相対活性を示すグラフである。サンプル番号を横軸に、相対活性を縦軸にとり、Tac GDHの活性につき、影付き棒グラフで表している。サンプル番号1はマンノース、サンプル番号2はキシロース、サンプル番号3はリボース、サンプル番号4はフコース、サンプル番号5はスクロース、そして、サンプル番号6はグルコースを示す。 FIG. 11C is a graph showing the relative activity for each sugar substrate when the activity for glucose is 100. The sample number is plotted on the horizontal axis, the relative activity on the vertical axis, and the activity of Tac GDH is represented by a shaded bar graph. Sample number 1 is mannose, sample number 2 is xylose, sample number 3 is ribose, sample number 4 is fucose, sample number 5 is sucrose, and sample number 6 is glucose.
実施例7、及び比較例1の結果から、本発明のHva GDHが、リボースとスクロースを基質として反応できる点で、既知の酵素であるTac GDHとは異なる基質選択性を有することが判明した。また、他の既知の酵素についての基質選択性について、グルコースに加えて、リボースに対して反応性を有するグルコース脱水素酵素は知られていない。例えば、ハロバクテリム・バリスモルティスと同様に好熱好塩性古細菌であるハロバクテリウム・メディテラネイ由来のグルコース脱水素酵素(Maria-Jose Bonete他著、FEBS Letters、1996年、第383巻、第227〜229頁)、及びSulfolobus solfataricus由来のグルコース脱水素酵素 (Paola Giardina他著、The Biochemical journal 、1986年、第239巻、第3号、第517〜522頁)等がリボースと反応性がないことが知られている。したがって、本発明のHva GDHは、既知のグルコース脱水素酵素とは異なる理化学的特性を有する新規な酵素であることが判明した。 From the results of Example 7 and Comparative Example 1, it was found that the Hva GDH of the present invention has a substrate selectivity different from that of the known enzyme Tac GDH in that it can react with ribose and sucrose as substrates. Further, regarding substrate selectivity for other known enzymes, glucose dehydrogenase having reactivity with ribose in addition to glucose is not known. For example, glucose dehydrogenase derived from the thermophilic and halophilic archaeon Halobacterium Mediterranei (Maria-Jose Bonete et al., FEBS Letters, 1996, Volume 383, Volume 227). ˜229) and glucose dehydrogenase derived from Sulfolobus solfataricus (Paola Giardina et al., The Biochemical journal, 1986, Vol. 239, No. 3, pp. 517-522) are not reactive with ribose It has been known. Therefore, it was found that the Hva GDH of the present invention is a novel enzyme having physicochemical properties different from those of known glucose dehydrogenases.
本発明は、NADP+依存型グルコース脱水素酵素及びその利用方法に関し、医療、食品、環境分野等の様々な産業分野において利用可能である。 The present invention relates to a NADP + -dependent glucose dehydrogenase and a method for using the same, and can be used in various industrial fields such as medical, food, and environmental fields.
Claims (11)
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列を含むタンパク質
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列において、1又は複数のアミノ酸の欠失、置換、挿入および付加から選択される少なくとも1の改変が生じたアミノ酸配列を含むタンパク質であって、下記(1)〜(3)の理化学的性質を有するタンパク質、
(1)酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸を特異的に補酵素として要求し、グルコースからグルコノラクトンを生成する脱水素反応を触媒する
(2)リボースの脱水素反応を触媒する
(3)pH耐性が、pH 7.0〜8.8で安定であり、至適pHが8.8である The following protein (a) or (b).
(A) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) at least one modification selected from deletion, substitution, insertion and addition of one or more amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 A protein comprising an amino acid sequence and having the following physicochemical properties (1) to (3):
(1) Oxidized nicotinamide adenine dinucleotide phosphate is specifically required as a coenzyme and catalyzes a dehydrogenation reaction that produces gluconolactone from glucose (2) catalyzes a dehydrogenation reaction of ribose (3) pH tolerance is stable at pH 7.0 to 8.8, and optimum pH is 8.8
(4)塩耐性が、塩濃度0〜2.0 Mで安定であり、至適塩濃度が1.0 Mである
(5)スクロースの脱水素反応を触媒する
(6)キシロースの脱水素反応を触媒する
(7)フコースの脱水素反応を触媒する The protein according to claim 1, which has one or more physicochemical properties selected from the following (4) to (7).
(4) The salt tolerance is stable at a salt concentration of 0 to 2.0 M, and the optimum salt concentration is 1.0 M. (5) Catalyze dehydrogenation of sucrose (6) Catalyze dehydrogenation of xylose ( 7) Catalyze dehydrogenation of fucose
(c)配列番号1に示す塩基配列を含むポリヌクレオチド、
(d)配列番号1に示す塩基配列を含むポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ下記(1)〜(3)の理化学的性質を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(1)酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸を特異的に補酵素として要求し、グルコースを酸化してグルコノラクトン生成する反応を触媒する
(2)リボースの脱水素反応を触媒する
(3)pH耐性が、pH 7.0〜8.8で安定であり、至適pHが8.8である A nucleic acid molecule comprising the following polynucleotide (c) or (d):
(C) a polynucleotide comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 1,
(D) a polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and encodes a protein having the following physicochemical properties (1) to (3): (1) oxidation Type nicotinamide adenine dinucleotide phosphate is specifically required as a coenzyme, catalyzing the reaction of oxidizing glucose to produce gluconolactone (2) catalyzing the dehydrogenation of ribose (3) pH tolerance, Stable at pH 7.0 to 8.8, optimal pH is 8.8
(4)塩濃度耐性が、塩濃度0〜2.0 Mで安定であり、至適塩濃度が1.0 Mである
(5)スクロースの脱水素反応を触媒する
(6)キシロースの脱水素反応を触媒する
(7)フコースの脱水素反応を触媒する The nucleic acid molecule according to claim 5, wherein the protein has one or more physicochemical properties selected from the following (4) to (7).
(4) The salt concentration tolerance is stable at a salt concentration of 0 to 2.0 M, and the optimum salt concentration is 1.0 M. (5) Catalyze dehydrogenation of sucrose (6) Catalyze dehydrogenation of xylose (7) Catalyze dehydrogenation of fucose
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