JP2726799B2 - 変異ズブチリシン - Google Patents
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Description
isin) 酵素の化学的特性の変化を生じさせるズブチリシ
ン遺伝子の変異に関する。ズブチリシン遺伝子の特異的
核酸での変異はアミノ酸置換を生じ、その結果、酵素の
機能変換が起こる。これらの変異酵素の中には、産業上
の用途、特に洗浄剤工業において有利な物性を示して、
酸化に対してより安定で、プロテアーゼ活性がより大き
く、そして改善された洗浄性を示すズブチリシンを生成
するものがある。
プロテアーゼ、即ち、ペプチダーゼ(相互に交換して用
いられる)として分類される〔ワルシュ(Walsh)等、1
979年、「酵素反応機構(Enzymatic Reaction Mecha
nisms)」、ダブリュ・エイチ・フリーマン・アンド・カ
ンパニー (W.H.and Company)、サンフランシスコ、第3
章参照〕。桿菌種の細菌は、2種類の細胞外種のプロテ
アーゼ、即ち、中性又はメタロプロテアーゼと、機能的
にはズブチリシンと呼ばれるセリンエンドペプチダーゼ
であるアルカリ性プロテアーゼを分泌する。
周期と連結しており、芽抱形成も生じるとき、定常期に
プロテアーゼの最大の発現が生じる。ジョリフェ(Joli
ffe)等(1980年、ジェイ・バクテリアル(J.Bacter
ial), 141 : 1199〜1208) は、桿菌プロテアーゼは細胞
壁ターンオーバーにおいて機能を果たすことを教示して
いる。
るペプチド結合の加水分解を触媒する酵素である〔ホワ
イト(White)、ハンドラー (Handler)及びスミス (Smit
h)、1973年、「生化学の原理(Principles of Bioc
hemistry) 」、第5版、マグローヒル・ブック・カンパ
ニー、ニューヨーク、第271〜272頁〕。
00〜30,000の範囲である。セリンプロテアーゼ
は、ジイソプロピルフルオロホスフェートにより阻害さ
れるが、メタロプロテアーゼとは異なり、エチレンジア
ミン四酢酸(EDTA)耐性がある〔但し、カルシウム
イオンにより高温で安定化される〕。また、セリンプロ
テアーゼは、単純末端エステル類を加水分解し、そして
真核性キモトリプシンと活性が類似している。
カリ性プロテアーゼは、セリンプロテアーゼの最適pHが
9.0〜11.0と高いことを反映した用語である〔プ
リースト(Priest) 、1977年、バクテリオロジカル
・レビュー(Bacteriological Rev.),41,711〜753 〕。
ズブチリシンは、グラム陽性菌又はカビにより産生され
るセリンプロテアーゼである。多種多様のズブチリシン
が同定され、そして少なくとも8種のズブチリシンのア
ミノ酸配列が決定された。
シン、即ち、ズブチリシン168、ズブチリシンBP
N′、ズブチリシンカールズベルグ (subtilisin Carls
berg)、ズブチリシンDY、ズブチリシンアミノサッカ
リチカス及びメサンテリコペプチダーゼ(mesentericop
eptidase) 〔栗原等、1972年、ジェイ・バイオル・ケム
(J.Biol.Chem.),247 : 5629〜5631;スタール (Stahl)
及びフェラリ (Ferrari), 1984、ジェイ・バクテリオル
(J.Bacteriol), 158 :411〜418;バサンサ (Vasantha)
等、1984年、ジェイ・バクテリオル (J.Bacteriol),15
9:811〜819 、ジャコブズ等、1985年、核酸研究 (Nucl.
Acids Res.), 13: 8913〜8926;ネドコフ(Nedkov)
等、1985年、バイオロジカル・ケミストリー・ホッペ−
セイラー(Biol.Chem.Hoppe-Seyler),366 :421〜430 ;
スベンドセン(Svendsen) 等、1986年、フェブス・レタ
ー (FEBS Lett), 196 :228〜232)〕と、
クチヨミセス・バルガリス(Thermoactinymyces vulgar
is) 由来のズブチリシンサーミターゼ〔メロウン(Melo
un)等、1985年、フェブス・レター (FEBS Lett), 183 :
195〜200 〕及びトリチラウム・アルブム(Tritirachiu
m album) 〔ジェニ−(Janey)及びメイヤー (Mayer)、1
985年、バイオロジカル・ケミストリー・ホッペ−セイ
ラー (Biol.Chem.Hoppe-Seyler),366 :584〜492 〕が含
まれる。
分に特性決定がなされている。これらの酵素の一次構造
(アミノ酸配列)の知見の他に、ズブチリシンの50を
超える高分解能X線構造が測定され、基質の結合、転移
状態、生成物、3種の異なるプロテアーゼ阻害因子を示
すとともに、自然変異における構造上の重要性が明らか
にされた〔クラウト(Kraut)、1977年、アン・レブ・バ
イオケム (Ann.Rev.Biochem.),46,331〜358 〕。
的変異は、両方とも、酵素の物理的性質及び化学的性質
の知見並びに論文に掲載されたズブチリシンの触媒活
性、基質特異性、三次構造等に関する情報に起因するも
のである〔ウエルズ(Wells)等、1987年、プロク・ナト
ル・アカド・ (Proc.Natl.Acad.Sci.)、米国、84:1219
〜1223;ウエルズ等、1986年、フィル・トランス・アー
ル・ソサ・ロンド・エイ(Phil.Trans.R.Soc.Lond.A.),3
17 :415〜423;ワング (Hwang)及びワーシェル (Warshe
l)、1987年、バイオケム (Biochem.),26: 2669〜2673;
ラオ(Rao)等、1987年、ネーチャー、328 :551〜554 〕
であることから、産業上、特に洗浄剤配合物において多
大な実用性があることが判明した。しかしながら、これ
らの酵素が効果的であるには、洗浄条件化で活性を有す
る必要があるだけでなく、貯蔵中に他の洗浄剤成分と適
合しなければならない。
性なアミラーゼとの組み合わせ、セルロース性物質を消
化するセルラーゼとの組み合わせ、脂肪に対して活性な
リパーゼとの組み合わせ、ペプチドに対して活性なペプ
チダーゼとの組み合わせ、及び尿による汚れに対して効
果的なウレアーゼとの組み合わせで用いられることがあ
る。配合物は他の酵素をズブチリシンによる消化から保
護しなければならないだけでなく、ズブチリシンは酸化
力、カルシウム結合性、洗浄力及び高pHの非酵素洗浄剤
成分に関して安定でなければならない。酵素が安定して
存在できる能力は、洗浄性と称されることがよくある。
関し、これらの変異の中にはズブチリシン酵素の化学的
特性を変更させるものもある。変異は、ズブチリシン遺
伝子の特異的核酸で生じ、そして種々の具体的実施態様
では、変異酵素の化学的性質が変化して、酸化安定性が
増加し、タンパク質分解活性が増加し、洗浄性が向上し
たりするが、これらには限定されない。
cillus lentus)変異体、ズブチリシン147及びズブチ
リシン309由来の2種のプロテアーゼのアミノ酸配列
及びDNA配列、さらにこれらの遺伝子の変異及び対応
する変異酵素に関するが、これらのには限定されない。
サイト特異的変異では、特に洗浄剤及び食品技術分野に
おける多数の産業上の用途に適するようにすることので
きる変異ズブチリシン酵素を効果的に産生することがで
きる。また、本発明は、部分的には、酸化安定性の向
上、プロテアーゼ活性の増加及び/又は洗浄性の向上を
示すズブチリシン309遺伝子の変異体に関するがこれ
らには限定されない。
の変異に関し、これらの変異の中にはズブチリシン酵素
の化学的特性を変化させるものもある。変異は特異的核
酸で生じるので、ズブチリシンの形態は産業上の用途の
必要性に合わせて設計できる。本発明は、部分的には、
ズブチリシン遺伝子における特異的核酸の変異により、
性質が変換された酵素が得られるという知見に基づいて
いる。種々の実施態様において、酸化安定性の向上、プ
ロテアーゼ活性の増加又は洗浄性の向上した酵素を生成
できる。
4つ部分に分けて説明するが、本発明はこれらには限定
されない:(a)公知のズブチリシン及びズブチリシン
147及びズブチリシン309の化学構造;(b)ズブ
チリシン遺伝子における変異を生じさせる方法;(c)
ズブチリシンの変異体の発現;及び(d)所望の化学的
性質についてのズブチリシン変異のスクリーニング。
シン147及びズブチリシン309の化学構造 種々の起源からのズブチリシンの配列分析から、一次ア
ミノ酸配列の機能的重要性が分かり、そして慎重に変更
した機能を用いて新規な変異体を生成することができ
る。異種の形態のズブチリシンのアミノ酸配列を、物理
的性質又は化学的性質を対比しながら比較すると、有用
な変異酵素を産生すると思われる特異的な標的領域があ
ることが分かる。
も8種類知られている。これらには、細菌株由来の6種
のズブチリシン、即ち、ズブチリシン168、ズブチリ
シンBPN′、ズブチリシンカールズベルグ(subtilis
in Carlsberg) 、ズブチリシンDY、ズブチリシンアミ
ノサッカリチカス及びメサンテリコペプチダーゼ(mese
ntericopeptidase) 〔栗原等、1972年、ジェイ・バイオ
ル・ケム(J.Biol.Chem.),247 : 5629〜5631;スタール
(Stahl)及びフェラリ (Ferrari), 1984、ジェイ・バク
テリオル (J.Bacteriol), 158 :411〜418;バサンサ (Va
santha) 等、1984年、ジェイ・バクテリオル (J.Bacter
iol), 159 :811〜819;ジャコブス(Jacobs) 等、核酸研
究 (Nucl.Acids Res.), 13: 8913〜8926;ネドコフ(Ne
dkov) 等、1985年、バイオロジカル・ケミストリー・ホ
ッペ−セイラー(Biol.Chem.Hoppe-Seyler),366 :421〜
430 ;スベンドセン(Svendsen) 等、1986年、フェブス
・レター (FEBS Lett), 196 :228〜232)〕と、
クチヨミセス・バルガリス(Thermoactinymyces vulgar
is) 由来のズブチリシンサーミターゼ〔メロウン(Melo
un)等、1985年、フェブス・レター (FEBS Lett), 183 :
195〜200 〕及びトリチラウム・アルブム・リンバー (T
ritirachium album limber)由来のプロテアーゼk〔ジ
ェニ−(Janey)及びメイヤー (Mayer)、1985年、バイオ
ロジカル・ケミストリー・ホッペ−セイラー (Biol.Che
m.Hoppe-Seyler),366 :485〜492 〕が含まれる。
テアーゼのアミノ酸配列及びDNA配列が明らかとなっ
た。これらのプロテアーゼは、2種のバシラス・レンタ
ス変異体(147及び309)に由来のものである。こ
れらは、それぞれバシラス・レンタス(Bacillus lentu
s)C303、及びバシラス・レンタス(Bacillus lentus)C3
60としてNCIBにブダペスト条約に基き国際寄託さ
れ、それぞれ、寄託番号NCIB第10147号及びN
CIB第10309号が与えられた。便宜上、上記の株
により産生したプロテアーゼを、それぞれズブチリシン
147及びズブチリシン309と命名し、そしてこれら
のタンパク質をコードしている遺伝子をズブチリシン1
47遺伝子及びズブチリシン309遺伝子と称する。
シン物質(subtilisin material)」とは、活性成分とし
てズブチリシンを含有するタンパク様物質を意味する。
本明細書で使用されている用語「セリンプロテアーゼ
(serine protease)」とは、ズブチリシン物質の定義に
従って、ズブチリシン147、ズブチリシン309、ズ
ブチリシン168、ズブチリシンBPN′、ズブチリシ
ンカールズベルグ、ズブチリシンDY、ズブチリシンア
ミノサッカリチカス、メサンテリコペプチダーゼ、サー
ミターゼ、タンパク質分解酵素K及びサーモミコラーゼ
に関して上記で述べた配列と少なくとも30%、好まし
く50%、より好ましくは80%のアミノ酸配列の相同
性があるズブチリシンである。これらのセリンプロテア
ーゼは、本明細書において、「相同性セリンプロテアー
ゼ(homologous serine protease) 」とも称する。
ン309、ズブチリシン147、ズブチリシンBP
N′、ズブチリシンカールズベルグ及びズブチリシン1
68のアミノ酸配列を比較したものである〔スピズィー
ゼン(Spizizen) 等、1958年、プロク・ナトル・アカド
・サイ(Proc.Natl.Acad.Sci.)、米国、44: 1072〜107
8〕。第II表にズブチリシン309遺伝子の核酸配列を
示し、そして第III 表にズブチリシン147遺伝子の核
酸配列を示す。本発明において、ズブチリシン309若
しくは147又はそれらの機能的等価物の配列を使用す
ることができる。
したズブチリシン309の配列又はズブチリシン147
の配列を、機能的に等価な分子を提供する置換、付加又
は欠失により変更することができる。本発明において
「実質的に記載される如きアミノ酸配列(又はヌクレオ
チド配列)」とは、具体的に記載されている配列又は該
配列に対してアミノ酸配列レベルで80%以上の相同性
の範囲内で変更されている配列を意味する。例えば、ヌ
クレオチドをコードしている配列の縮退により、第I表
に示したのと実質的に同じアミノ酸配列をコードする他
のDNA配列を、本発明の実施に用いることができる。
価なアミノ酸残基をコードしている異種のコドンの置換
により変更してサイレント変化を生じさせる第II表又は
第III 表に示したズブチリシン309又はズブチリシン
147の全ての部分又は一部分を含有しているヌクレオ
チド配列が含まれるが、本発明はこれらのものには限定
されない。例えば、配列内の一種以上のアミノ酸残基
を、機能的に等価に作用する同様の極性の別のアミノ酸
で置換することができる。配列内のアミノ酸の置換物
は、別の種類のアミノ酸から選択することができる。
ば、アラニン、ロイシン、イソロイシン、バリン、プロ
リン、フェニルアラニン、トリプトファン及びメチオニ
ンが挙げられる。極性中性アミノ酸としては、グリシ
ン、セリン、トレオニン、システイン、チロシン、アス
パラギン及びグルタミンが挙げられる。正に帯電した
(塩基性)アミノ酸としては、アルギニン、リジン及び
ヒスチジンが挙げられる。負に帯電した(酸性)アミノ
酸としては、アスパラギン酸及びグルタミン酸が挙げら
れる。
より測定できる。アミノ酸配列を整列させるには多くの
方法があるが、それらの差がはっきりするのは、関連性
がかなり小さいときだけである。「図解:タンパク質配
列とタンパク質構造(Atlasof Protein Sequence and S
tructure)」、マーガレット・オー・デイホフ(Margare
t O.Dayhoff) 編集、第5巻、補遺2、1976年、ナ
ショナル・バイオケミカル・リサーチ・ファウンデーシ
ョン(National Biochemical Research Foundation) 、
ジョウジタウン・ユニバーシティ・メディカルセンター
(Gergetown University Medical Center)、ワシントン
DC、第3頁以下、〔題名リサーチ・アンド・アライン
(RESEARCH and ALIGN) に記載されている方法により、
関連性が定義できる。
タンパク質は、アミノ酸の数だけでなく鎖に沿った各ア
ミノ酸の同一性においても異なることがある。即ち、2
つの構造を同一性が最大となるように整列させたとき、
欠失又は挿入が見られることがある。例えば、ズブチリ
シンカールズベルグはアミノ酸の数が274個であるの
に対して、ズブチリシンBPN′は275個のアミノ酸
を有している。2つの配列を整列させると、カールズベ
ルグにはズブチリシンBPN′のAsn56に対応する
残基がないことが分かる。
ない限り、カールズベルグのアミノ酸配列はBPN′と
は非常に異なるように思われる。したがって、カールズ
ベルグ中の残基がBPN′に対して相同となるように番
号が付けられていれば、ズブチリシンカールズベルグの
位置218のAsnに対してSerを置換することによ
り、熱安定性が増加することが、高度の確信を持って予
測できる。本発明によれば、ズブチリシン309及びズ
ブチリシン147の配列を、公知のズブチリシン(第I
表参照)新規に見出したズブチリシンと比較して、所望
の変異の位置を演繹推定できる。これを行うために、比
較するズブチリシンの類似性を測定する必要がある。
との関係を実験で測定したところ、メチオニン−222
残基だけでなく活性部位において機能的なアミノ酸、即
ち、アスパラギン酸−32、ヒスチジン−64及びセリ
ン−221も重要であることが判明した。アスパラギン
−155とセリン−221は、オキシアニオン結合部位
内にある。これらの位置での変異は、タンパク質分解活
性を減少させると思われる。本発明により、ズブチリシ
ン309のアミノ酸配列とズブチリシン147のアミノ
酸配列とを互いに比較するとともに、他のズブチリシン
(第II表参照)とも比較した。
7と他のズブチリシンとの間で異なる残基を同した。例
えば、残基153で、ズブチリシン309はセリン残基
を含んでいるのに対して、ズブチリシン147、ズブチ
リシンBPN′、ズブチリシンカールズベルグ及びズブ
チリシン168はアラニン残基を含んでいる。したがっ
て、ズブチリシン309のセリン153残基をアラニン
残基に変更すれば、ズブチリシン309の物性は所望の
方法に変化するであろう。同様に、ズブチリシン147
は位置218にセリン残基を含んでいるのに対して、他
のズブチリシンはアスパラギン残基を発現した。
りも熱安定性が向上しているので、ズブチリシン309
のアルカリ性218をセリン残基に変異させることによ
り、ズブチリシン309の熱安定性が向上する。別の例
を挙げると、Thr71は活性部位に近接しているの
で、アスパラギン酸等の負に帯電したアミノ酸を導入す
ると、静電反発による酸化攻撃が抑制される可能性があ
る。
思われる部位は、ほとんどのアミノ酸の間にアミノ酸残
基の保存されている所、例えば、上記したAsp−15
3及びAsn−218、さらにTrp−6,Arg−1
70,Pro−168,His−67,Met−17
5,Gly−219,Arg−275である。他のズブ
チリシンとは異なるアミノ酸を、一致するアミノ酸で置
換するようにして各配列を変異させることにより、より
安定なズブチリシンが得られる。
・アカド・サイ(Proc.Natl.Acad.Sci.)米国、04: 1219
〜1223〕は、ズブチリシン基質特異性を工作するため
に、アミノ酸配列と部位特異的変異とを比較した。選択
された基質に対する種々のズブチリシンの触媒活性は、
著しく異なることがある。ウエルズは3個のアミノ酸を
置換したときだけ、バシラス・アミロリクエファシーナ
(B.amyloliquefaciena)ズブチリシン基質特異性が生
じ、未変性状態における触媒効率とは10〜50倍異な
る酵素であるバシラス・リッチェンフォーミス(B.lich
enformis) ズブチリシンの基質特異性に似てくることを
示した。
と他のズブチリシンとを比較したところ、下記の部位を
変異させることによりズブチリシンの物理性質又は化学
的性質を変えることができることが分かった:6,9,
11〜12,19,25,36〜38,53〜59,6
7,71,89,104,111,115,120,1
21〜122,124,128,131,140,15
3〜166,168,169〜170,172,17
5,180,182,186,187,191,19
4,195,199,218,219,222,22
6,234〜238,241,260〜262,26
5,268又は275。
ン309の1,36,56,159,164〜166の
位置に欠失が生じ、これらの部位に適当なアミノ酸残基
を挿入すると親酵素の安定性が高まる。上記した例で説
明した方法に準じて、多数の変異の可能性のある部位が
明らかとなる。
を生成する方法 遺伝子に変異を導入する方法は、当該技術分野において
数多く知られている。ズブチリシン遺伝子のクローニン
グについて簡単に述べた後で、ズブチリシン遺伝子内の
ランダムな部位及び特異的な部位の両方に変異を生成す
る方法について説明する。
ニング ズブチリシンをコードする遺伝子は、グラム陽性菌又は
カビから当該技術分野において公知の種々の方法により
クローニングできる。まず、DNAのゲノミックライブ
ラリー及び/又はcDNAライブラリーを、検討すべき
ズブチリシンを産生する微生物から染色体DNA又はメ
ッセンジャーRNAを用いて造成する必要がある。
公知であるならば、相同な標識オリゴヌクレオチドプロ
ーブを合成し、それを用いて細菌DNAのゲノミックラ
イブラリーからズブチリシンをコードしているクローン
を同定することができる。また、ハイブリダイゼーショ
ンとより低いストリンジェンシーの洗浄条件を利用し
て、細菌又はカビの別の株由来のズブチリシンに相同な
配列を含んでいる標識オリゴヌクレオチドプローブをプ
ローブとして用いてズブチリシンをコードしているクロ
ーンを同定することができる。
定方法として、プラスミド等の発現ベクターにゲノミッ
クDNAの断片を挿入し、得られるゲノミックDNAラ
イブラリーでプロテアーゼ陰性バクテリアを形質転換
後、脱脂乳等のズブチリシンの基質を含む寒天上で形質
転換したバクテリアを平板培養することが挙げられる。
ズブチリシンを担持したプラスミドを含んでいるバクテ
リアは、分泌されたズブチリシンによる脱脂乳の消化に
より、透明な寒天の光輝により包囲されたコロニーを生
成する。
ランダム変異の生成 ズブチリシン遺伝子がプラスミド等の適当なベクターに
クローニングされたら、いくつかの方法を用いて遺伝子
にランダム変異を導入できる。一つの方法として、クロ
ーニングしたズブチリシン遺伝子を取り出しのできる
(retrievable)ベクターの一部分として大腸菌の突然変
異誘発株に組み込むことが挙げられる。
伝子を生成後、ズブチリシン遺伝子を含んでいる断片を
別のDNA断片とともに、ズブチリシンの一部分が一本
鎖で残るようにしてアニーリングすることが挙げられ
る。次に、この別個となった一本鎖領域を、亜硫酸水素
ナトリウム、ヒドロキシルアミン、亜硝酸、ギ酸又はヒ
ドララジン(これらには限定されない)をはじめとする
多数の変異誘発剤のいずれかに暴露する。
が、ショートル(Shortle)及びナサン(Nathan) 〔19
78年、プロク・ナトル・アカド・サイ(Proc.Natl.Ac
ad.Sci.)、米国、75: 2170〜2174〕により記載されてい
る。ショートル・ナサン法によれば、ズブチリシン遺伝
子を担持しているプラスミドを、遺伝子内で開裂する制
限酵素により切断する。このニックを、DNAポリメラ
ーゼIのエキソヌクレアーゼを用いてギャップ内に広げ
る。次に、得られる一本鎖ギャップを、上記した変異誘
発剤のいずれか一つを用いて変異誘発する。
を含んだ桿菌種由来のズブチリシンを、大腸菌と枯草菌
の両方のレプリコン、選択表現マーカー及び複製のM1
3起源を含んだプラスミドベクター内でクローニングし
て、ヘルパーファージIR1で重感染により一本鎖プラ
スミドDNAを産生させることができる。クローニング
したズブチリシン遺伝子を含んだ一本鎖プラスミドDN
Aを単離し、ベクター配列を有するがズブチリシンのコ
ード領域を含まないDNA断片とともにアニーリングし
てギャップ二重鎖分子を得る。
用いるか、上記した大腸菌の変異誘発株中で複製するこ
とによりズブチリシン遺伝子に変異を導入する。亜硫酸
水素ナトリウムは一本鎖DNA中のシトシンと過剰に反
応するので、この変異誘発剤で生成した変異はコード領
域に限られる。一種のズブチリシン当たり1〜5の変異
が生成するように実験ごとに反応時間及び亜硫酸水素ナ
トリウム濃度を変更する。
硫酸水素ナトリウム中において、反応容積400μl
で、pH6.0、温度37℃で9分間インキュベーション
することにより、一本鎖領域における約1%のシトシン
が脱アミノ化される。成熟ズブチリシンのコード領域
は、DNA鎖に応じて約200個のシトシンを含んでい
る。反応時間は、約4分間(200個のうちの1個の変
異頻度で変異を生成するとき)〜約20分間(200個
のうちの約5個の変異)の範囲で変化させるのが有利で
ある。
においてDNAポリメラーゼI(クレノー断片)で処理
して完全二本鎖分子を作製するとともに変異を固定す
る。次に、コンピテント菌としての大腸菌を変異誘発し
たDNAで形質転換して変異ズブチリシンの増幅ライブ
ラリーを生成する。また、増幅変異ライブラリーは、プ
ラスミドDNAを、誤りがちなDNAポリメラーゼによ
り変異の範囲が広がる大腸菌のMutD株中で成長させ
ることによっても製造できる。
て変異体ライブラリーを生成することもできる。これら
の薬品は、亜硫酸ナトリウムほどには一本鎖DNAに対
して特異的ではないので、変異誘発反応を、以下の手順
で行う。ズブチリシン遺伝子のコード領域を、常法によ
りM13ファージ中でクローニングして、一本鎖ファー
ジDNAを調製する。次に、一本鎖DNAを1M亜硝酸
とpH4.3において23℃の温度で15〜60分間反応
させるか、2.4Mギ酸と23℃の温度で2〜5分間反
応させる。
1000の変異度数が得られる。変異誘発の後、万能プ
ライマーをM13DNAに対してアニーリングし、そし
て変異誘発した一本鎖DNAを鋳型として用いて、ズブ
チリシン遺伝子のコード部分が完全に二重鎖となるよう
に二重鎖DNAを合成する。この時点で、コード領域を
M13ベクターから制限酵素を用いて切断し、そして制
限断片においてのみ変異が生じるようにコード領域を未
変異誘発発現ベクターに結さつする〔マイヤー(Myers)
等、サイエンス、229: 242〜257(1985)〕。
ブチリシンを生体内で組み換えを行うことにより変異を
生成することができる。この方法によれば、2つの遺伝
子内の相同領域により、対応する領域のクロスオーバー
が生じて、遺伝子情報の交換が起きる。この手法による
ハイブリッドアミラーゼ分子の生成は、1987年6月
29日出願の米国特許出願第67,992号に詳細に記
載されている。この特許出願に記載の内容全体は、本発
明に利用できる。ハイブリッドの形態のズブチリシンを
生成できるプラスミドの例を図6に示す。
ブチリシン309とズブチリシン147の両方がトラン
ケーションされるので、それら自体ではズブチリシンの
発現はできない。しかしながら、2つの遺伝子の間に組
み換えが生じて、トランケーションにより生じた欠陥が
修正される。即ち、ズブチリシン309遺伝子のN末端
領域が、ズブチリシン147遺伝子のC末端領域に結合
された状態になり、活性な変異体ズブチリシンが産生さ
れる。
ーゼ陰性株に組み込む場合には、プロテアーゼ陽性表現
形を発現するバクテリアを選択し、その後、種々の変異
体ズブチリシン309/147キメラーゼを同定でき
る。
部位特異的変異の生成 ズブチリシン遺伝子がクローニングし、変異のための所
望の部位が確認できたら、合成オリゴヌクレオチドを用
いて変異を導入できる。これらのオリゴヌクレオチド
は、所望の変異部位の側部に隣接してヌクレオチド配列
を含んでいる。変異体ヌクレオチドはオリゴヌクレオチ
ド合成中に挿入される。好ましい方法においては、ズブ
チリシン遺伝子をブリッジしているDNAの一本鎖ギャ
ップを、ズブチリシン遺伝子を担持しているベクター中
で生成する。
クレオチドを、一本鎖DNAの相同部分に対してアニー
リングする。次に、残存しているギャップをDNAポリ
メラーゼI(クレノー断片)で充填し、そして造成物を
T4リガーゼを用いて結合させる。この方法についての
具体例が、森永等(1984年、バイオテクノロジー、
2:646〜639)に開示されている。森永等によれ
ば、遺伝子内の断片は、制限エンドヌクレアーゼを用い
て取り除く。
ャップを含んでいる)を変性後、ギャップを含有せしめ
る代わりに、ギャップに含まれている領域以外の部位を
別のエンドヌクレアーゼで開裂したベクター/遺伝子に
対してハイブリダイゼーションを行う。次に、遺伝子の
一本鎖領域が変異オリゴヌクレオチドとハイブリダイゼ
ーションし、残存しているギャップにDNAポリメラー
ゼIのクレノー断片を充填し、挿入物をT4DNAリガ
ーゼで結合し、そして1サイクルの複製後に所望の変異
を担持している二重鎖プラスミドが産生する。
る追加の操作が必要なく、したがって、複数の部位に変
異を生成するのが容易となる。1988年7月26日発
行のエステレ(Estelle)による米国特許第4,760,
025号では、カセットを多少変更することにより、複
数の変異を担持しているオリゴヌクレオチドを導入する
ことが可能であるが、森永の方法では種々の長さの多数
のオリゴヌクレオチドを導入できるので、森永の方法の
方がより多種類の変異を一度に導入できる。
て公知の代替法により製造した変異ズブチリシン遺伝子
は、発現ベクターを用いて酵素の形態で発現できる。発
現ベクターは、一般的に、クローニングベクターの定義
の範囲に入る。これは、発現ベクターは、通常、典型的
なクローニングベクター、即ち、微生物のゲノムとは無
関係に微生物中においてベクターの自律複製を可能とす
る要素、並びに選択のための表現形マーカーを含んでい
るからである。
ている制御配列、オペレーター、リボソーム結合部位、
翻訳開始信号及び必要に応じてリプレッサー遺伝子を含
んでいる。発現タンパク質を分泌させるために、「シグ
ナル配列(signal sequence)」を、遺伝子のコード配列
の前に挿入してもよい。制御配列方向の発現の場合、本
発明により処理されるべき標的遺伝子を、適当な読み取
り枠の制御配列に適切に結合する。
き、そして変異体ズブチリシン遺伝子の転写を補助する
ことのできるプロモーター配列は、原核βラクタマーゼ
プロモーター〔ビラ−カマロフ(Villa-Kamaroff) 等、
1978年、プロク・ナトル・アカド・サイ(Proc.Natl.Ac
ad.Sci.)、米国、75: 3727〜3731〕と、tacプロモー
ター〔デボア(DeBoer) 等、1983年、プロク・ナトル・
アカド・サイ(Proc.Natl.Acad.Sci.)、米国、80: 21〜
25〕を含むが、これらには限定されない。
ア由来の有用なタンパク質 (Usufulproteins from reco
mbinant bacteria)」,1980,242:74〜94にも記載があ
る。一実施態様によれば、枯草菌は、変異DNAを担持
している発現ベクターにより形質転換される。もし発現
が枯草菌等の分泌微生物中で起こる場合には、シグナル
配列を翻訳開始シグナルの後で且つ意図するDNA配列
に先立つようにする。シグナル配列は、発現産生物を細
胞壁まで輸送する役割を果たし、分泌にともない産生物
から開裂する。上記で使用した用語「制限配列(contro
l sequence)」は、シグナル配列が存在する場合にはそ
れを含む。
ング 変異体をスクリーニングするために、形質転換した枯草
菌を、濾材(ニトロセルロース等)の存在下で培養でき
る。この場合、分泌した発現産生物(例えば、酵素)が
濾材に結合する。所望の特性を有する発現産生物をスク
リーニングするために、意図する発現産生物と野生型発
現産生物とを識別できる条件下にフィルターに結合した
産生物を置く。逆処理して酵素活性が保持されていると
きには、変異により酵素の安定性が高まり、したがっ
て、その変異が有用であることを示している。
株のスクリーニングを、変異株プラスミドで形質転換し
たプロテアーゼ欠乏枯草菌株を用いて行い、以下のよう
にプレーティングする。ニトロセルロースフィルターを
ペトリ皿内の栄養基剤上に配置し、そして酢酸セルロー
スフィルターをニトロセルロースの上部に配置する。コ
ロニーが酢酸セルロース上に成長し、個々のコロニーか
らプロテアーゼが酢酸セルロースを通過してニトロセル
ロースフィルター上に分泌され、そこで安定に結合す
る。
のフィルターに結合するので、続いて多数のフィルター
を処理することにより何千もの異なる変異株がスクリー
ニングできる。熱安定性が高まったズブチリシンを産生
しているコロニーを同定するために、フィルターを、実
質的に全ての野性型活性を不活性化する温度において、
緩衝液中でインキュベーションできる。安定性又は活性
が高まった変異株は、この工程の後でも活性を保持して
いる。
シ−L−Argメチルエステル(TAME)ベンゾリ−
Arg−エチルエステル(BAEE)、アセチル−Ty
r−エチルエステル(ATEE)(シグマ社製)又はこ
れに類似の化合物を含有している溶液に浸漬する。TA
ME,BAEE及びATEEはプロテアーゼに対して基
質であるので、処理後に活性状態のままである変異ズブ
チリシンを含有しているフィルター上で開裂する。開裂
が生じるとともに、反応でプロトンが放出され、プロテ
アーゼ活性を保持している領域でフェノールレッドの色
が赤から黄色に変化する。
ていない異種の変異株をスクリーニングできる。例え
ば、フィルターを、高温、高pHで、変性剤、酸化剤を用
いるか、通常プロテアーゼ等の酵素を不活性化して耐性
のある変異株を見つけ出す他の条件下で処理する。基質
特異性が変化した特異株は、TAME,BAEE又はA
TEEの代わりに、通常野性型ズブチリシンにより開裂
されない他の基質を用いることによりスクリーニングで
きる。
で同定したら、変異株を得たコロニーを単離し、変異し
たズブチリシンを精製する。精製酵素について実験を行
い、酸化、熱不活性化、変性温度、動的パラメーターに
対する安定性だけでなく、他の物理的測定値の条件も測
定した。変異遺伝子の配列決定を行って、安定性の向上
をもたらすアミノ酸の変化を測定することもできる。こ
の操作法を用いて、洗浄性の向上した変異株を単離し
た。
異的変異による有用な化学的特性を有する変異体の生成 6.1.材料及び方法 6.1.1.細菌株 B.ズブチリス (B.subtilis) 309及び147は、バ
シラスレンタス(Bacillus lentus) の変異株であり、
寄託番号NCIB 10147及びNCIB10309
としてNCIBに寄託され、そして、1973年3月2
7日に発行されたアメリカ特許第3,723,250号
(引用により明細書に組込まれる)に記載されている。
願番号第039,298号(また引用により明細書に組
込まれる)に記載されており、そしてSL438、すな
わちBiogenのDr.Kim Hardyから得られた胞子形成及びプ
ロテアーゼ欠失性株からの染色体DNAを有するRUB
200のaro+ 形質転換体である。E.コリMC1000r
- m+ (Casa-daban,M.J.及びCohen,S.N.(1980),J.Mol.B
iol.138 :179〜207)は、従来の方法によりr- m+ にさ
れ、そしてアメリカ出願番号第039,298号にも記
載されている。
カ特許出願第039,298号に記載され、そして引用
により明細書に組込まれている)は、プロモーター−オ
ペレーターP1 O1 、B.パミラス(B.pumilus)xyn
B遺伝子及びB.ズブチリスxylR遺伝子を含む、プ
ラスミドpDN1050の誘導体である。
298、前記に記載される)は、プロモーター−オペレ
ーターP2 O2 、B.パミラスxynB遺伝子及びB.
ズブチリスxylR遺伝子を含む、プラスミドpDN1
050の誘導体である。図3に示されるpSX93は、
ポリリンカー配列に挿入されるターミネーターを含むズ
ブチリシン309遺伝子の0.7kbのXbaI−Hin
dIII フラグメントを含んで成るpUC13(Vieira及
びMessing,1982,Gene 19:259〜268)である。
れるズブチリシン309遺伝子のEcoRI−XbaI
フラグメントを有するpUC13である。pSX62
(アメリカ特許出願第039,298号、前記に記載さ
れる)は、ウシプロキモシン遺伝子とpSX50(前
記)中に挿入されるB.パミラスxynB遺伝子との間
の融合遺伝子を含んで成る、pSX52の誘導体であ
る。pSX62は、プロキモシン遺伝子の後ろのpSX
52中にE.コリrrnBターミネーターを挿入するこ
とによって生成された。
で切断されたプラスミドpSX62(前記)中にズブチ
リシン309をクローン化することにより生成され、そ
してそのクローン化されたズブチリシン309遺伝子か
らのDraI−NheI及びNheI−HindIII フ
ラグメントの挿入の前、フィルインされた。
09酵素又はそれらの突然変異体の10l規模発酵の典
型的な精製に関係する。およそ8lの発酵ブイヨンを、
1lのビーカー中で35分間、5000rpm で遠心分離
した。その上清液を、10%酢酸を用いてpH6.5に調
整し、そしてSeitz Supra S100フィルタープレート上で
濾過した。
を備えるAmicon CH2A UFユニットを用いて、約400ml
に濃縮した。そのUF濃縮物を遠心分離し、そして濾過
し、その後、pH7でBacitracinアフィニティーカラム上
に吸着した。pH7に調整された、0.01Mのジメチル
グルタル酸、0.1Mの硼酸及び0.002Mの塩化カ
ルシウムを含む緩衝溶液中、25%の2−プロパノール
及び1Mの塩化ナトリウム溶液を用いて、プロテアーゼ
をBacitracinカラムから溶離した。
性を有する画分を組合し、そして0.01Mのジメチル
グルタル酸、0.2Mの硼酸及び0.002Mの塩化カ
ルシウムを含む、pH6.5に調整された緩衝液により平
衡化された750mlのSephadex G25カラム(直径5cm)
に適用した。Sephadex G25カラムからのタンパク質分解
活性を有する画分を組合し、そして0.01Mのジメチ
ルグルタル酸、0.2Mの硼酸及び0.002Mの塩化
カルシウムを含む、pH6.5に調整された緩衝液により
平衡化された150mlのCM Sepharose CL 6Bカチオン交
換カラム(直径5cm)に適用した。
Mの塩化ナトリウム)2l中、0〜0.1Mの塩化ナト
リウムの直線グラジェントを用いて溶離した。最終精製
段階において、CM Sepharoseカラムからのプロテアーゼ
含有画分を組合し、そしてGR81F膜(Danish Sugar
Facturies Inc. からの) を備えるAmicon限外濾過セル
で濃縮した。
Biosystems 380A DNA合成機により合成し、そしてポリ
アクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)により精製し
た。
酸及び0.01Mの過酢酸(pH7)を有する同じ緩衝液
により約0.1mg/mlの酵素含有濃度に希釈する。両組
の希釈溶液を50℃に20分間加熱した。希釈溶液中の
タンパク質分解活性を、加熱処理の前及び後で測定し
た。
のアッセイ OPA−カゼイン法 タンパク質分解活性を、基質としてカゼインを用いて決
定した。1つのカゼインプロテアーゼ単位(CPU)を、標
準条件、すなわち25℃及びpH9.5で30分間のイン
キュベーション下で、1分当たり一次アミノ基1ミリモ
ルを生成する酵素の量(セリン標準液との比較により決
定される)として定義される。
イツにより供給される)の2%(W/V)溶液を、Brit
ton 及びRobinson (Journ.Chem.Soc. 1931, 1451ペー
ジ) により記載される、pH9.5に調整されたUniversa
l Butterにより調製した。基質溶液2mlを、水浴中で1
0分間25℃で予備インキュベートした。Britton-Robi
nson緩衝液(pH9.5)1ml当たり約0.2〜0.3CP
U を含む酵素溶液1mlを添加した。25℃での30分間
のインキュベーションの後、その反応を、停止剤(脱イ
オン水により500mlまで希釈された、トリクロロ酢酸
17.9g、酢酸ナトリウム29.9g及び酢酸19.
8gを含む溶液5ml)の添加により停止せしめた。ブラ
ンクを、試験溶液として同じ方法で調製した。但し、停
止剤は、酵素溶液の前に添加された。
その後それらをWhatman(商標)濾紙を通して濾過した。
一次アミノ基を、o−フタルジアルデヒド(OPA)に
よるそれらの色の展開により決定した。四硼酸=ナトリ
ウム10水和物(7.62g)及びドデシル硫酸ナトリ
ウム(2.0g)を、水150mlに溶解した。次に、メ
タノール4ml中に溶解されたOPA(160mg)を、β
−メルカプトエタノール400μlと共に添加し、その
後、その溶液を水により200mlにした。
を添加し、そして混合した。340nmでの光学密度を、
約5分後に測定した。OPA試験をまた、Britton-Robi
nson緩衝液(pH9.5)100mlにセリン10mgを含む
セリン標準液により行なった。緩衝液を、ブランクとし
て使用した。プロテアーゼ活性を、次の式により光学密
度測定値から計算した:
溶液、ブランク、セリン標準液及び緩衝液の光学密度で
あり、Cser は、標準液中でのセリンの濃度mg/mlであ
り、μWser はセリンの分子量である。Qは、酵素溶液
のための希釈係数(この場合、8に等しい)であり、そ
してti はインキュベーション時間(分)である。次の
第V表においては、上記アッセイからの結果が、親酵素
に比較して示される。
ース(新鮮なホウレンソウから生成された)を含む、Ma
this Washing及びDrying Unit タイプTH(Werner Mat
his AG,Zurich 、スイス) の容器を通して及び次に、過
剰のホウレンソウのジュースを除去するためにその機械
の圧力ロールを通して所望する綿 (100%綿、DS7
1)の布を通すことによって製造した。
乾燥せしめ、室温で3週間保存し、そして続いて、使用
する前、−18℃で保持した。試験は、Terg−O−tome
ter 試験洗浄機(Jay C.Harris "Detergency Evaluatio
n and Testing",Interscience Publishers Ltd.,1954,
60〜61ページに記載される)により、10分間、100
rpm で恒温で行なわれた。洗剤として、次の標準粉末洗
剤を使用した:
テトラアセチル−エチレンジアミン;pHは4NのNaO
Hにより9.5に調整された。使用される水は、約9の
GH(Gernan Hardness)であった。試験は、0,0.0
5及び0.1 CPU/lの酵素濃度で行なわれ、そして2
つの独立した組の試験が、個々の突然変異体のために行
なわれた。
0ml)を用いて個々の試験のために使用された。それら
の布のうち、4枚はきれいで、そして他の4枚はホウレ
ンソウのジュースにより汚された。洗浄に続いて、それ
らの布を、バケツの中で25分間、水道水によりフラッ
シュした。次に、それらの布を一晩、空気乾燥せしめ、
(日光に対して保護された)、そして規約反射率、R
を、460nmでDatacolor S.A.,Dietkikon、スイスから
のE1REPHO 2000分光光度計により決定した。洗浄能力示
差規約反射率の尺度として、ΔRを使用し、ΔRは、添
加された酵素による洗浄後の規約反射率−酵素添加によ
らない洗浄後の規約反射率に等しい。
℃及び60℃での試験を行なうことによって、生成され
た突然変異体の熱安定性を評価するために使用された。
ローニング “309”株からの染色体DNAを、37℃で30分
間、リゾチームにより、及び次に60℃で5分間、SD
Sにより細胞懸濁液を処理することにより単離した。続
いて、その懸濁液を、フェノールクロロホルム(50:
50)により抽出し、エタノールにより沈殿せしめ、そ
してその沈殿物をTEに再溶解した。この溶液を、37
℃で1時間、RNaseにより処理した。
an3A(New England Biolabs)により一部消化し、そ
して約1.5kb〜約6.5kbのフラグメントを、1%ア
ガロースゲルからDEAEセルロース紙上で単離した
(他の種のズブチリシン遺伝子は約1.2kbの長さであ
る)。図1に概略されるように、そのフラグメントをア
ニールし、そしてBamHIにより切断されたプラスミ
ドpSX50(1987年4月17日に出願されたアメ
リカ特許出願第039,298号に記載される、これは
引用により組込まれる)に連結した。次に、そのプラス
ミドを、コンピテントB.ズブチリスDN497中に形
質転換せしめた。
7、6μl/mlのクロラムフェニコール及び0.2%の
キシロースを含むLB寒天プレート上に広げ、プラスミ
ドにおけるxyn−プロモーターを誘発した。そのプレ
ートはまた、プロテアーゼ産生形質転換体を、スキンミ
ルクが分解された場所での透明なかさにより検出するた
めに、1%スキンミルクも含んだ。
度で生成した。2種のクローンは、ズブチリシン309
のための遺伝子を担持するプラスミド、pSX86及び
pSX88を有することが見出された。次に、その遺伝
子を、Maxam 及びGilbert の方法を用いて配列決定し
た。ズブチリシン309の推定されるヌクレオチド配列
は、表II表に示される。
伝子のクローニングのために使用された。但し、DNA
フラグメントを、プラスミドpSX56(アメリカ特許
出願第039,298号、前記にまた記載される)中に
連結し、そしてこれは、図2に示されるように、xyn
プロモーターの代わりに、xylプロモーターを有す
る。1つのクローンは、ズブチリシン147のための遺
伝子を担持するプラスミドpSX94を有することが見
出された。この遺伝子のための配列は、下記第III 表に
示される。
部位(サイト)特異的突然変異の発生 部位特異的突然変異はMorinagaらの方法(特にBiotechn
ology)により行なわれた。この突然変異をおこすため以
下のオリゴヌクレオチドが用いられた。
を結合することによりNOR−237及びNOR−23
5又はNOR−236の結合を行った。
218 Ser:上記と同様にNOR−324及びNO
R−325の結合を行った。鋳型としてプラスミドpS
X93を用いて開裂重複突然変異を行った。pSX93
は図3及び図4に示してあり、ポリリンカーに挿入され
たターミネーターを含むズブチリシン309遺伝子の
0.7kbXbaI−HindIII フラグメントを含むp
UC13である(Visira,J. 及びMessing J:1982,Gene
19:259〜268)。このターミネーター及びHindIII サ
イトは第IV表に示されていない。
めプラスミドpSX119を用いた。pSX119はポ
リリンカーに挿入されたズブチリシン309遺伝子のE
coRI−XbaIフラグメントを有するpUC13で
ある。こうして鋳型pSX93及びpSX119はズブ
チリシン309遺伝子全体をカバーする。突然変異
a),b)、及びe)は図3に示すようにXbaI及び
ClaIによりpSX93を切断することにより行な
い、c),d),f)、及びh)は図4に示すようにX
baI及びHindIII によりpSX93を切断するこ
とにより行った。
より切断することによりpSX119において行った。
重複突然変異体i)及びj)はa)からの0.7kbXb
a−HindIII フラグメントをHgiAIにより一部
切断することにより形成された(HgiAIは突然変異
により形成されたSacIも切断する)。それぞれc)
及びd)突然変異からの180bpXbaI−HgiAI
フラグメント及び0.5kbHgiAIフラグメントはp
SX93からの大きなHindIII −XbaIフラグメ
ントに縛られた。
f)を結合することにより形成された。アニーリング、
フィリング及び連結反応後、混合物をE.Coli MC 1000 r
- m+の形質転換に用いた。形質転換細胞の中の突然変
異体をVlasukら1983,J.Biol.Chem.258, 7141〜7148及び
Vlasuk G.P. 及びInouyeら、 p.292〜303,「Experiment
al Manipulation of Gene Expression" Academic Pres
s,New York に記載されているようにしてコロニーハイ
ブリッド法によりスクリーニングした。突然変異体はD
NA配列により確認された。
ントをプラスミドpSX92に挿入し、これを突然変異
体の形成に用いた。プラスミドpSX92は図5に示さ
れており、ClaIで切断され、DNAポリメラーゼI
のKlenowフラグメントで満たされ、及びクローニングさ
れたSub309遺伝子からのフラグメントDraI−
NheI及びNheI−HindIII の挿入前にHin
dIII で切断されたプラスミドpSX62にSub30
9遺伝子をクローニングすることにより形成された。
ント(XbaI−ClaI,XbaI−HindIII 、
又はEcoRI−XbaI)を適当な突然変異プラスミ
ドpSX93又はpSX119より切り出しpSX92
に挿入した。次いでB.ズブチリス株DN497を形質
転換するため突然変異pSX92を用い、親遺伝子のク
ローニングに用いた同じ培地及び同じ条件において増殖
させた。適当に増殖後、突然変異酵素を回収し精製し
た。
性 突然変異体a)及びb)を50℃及びpH7において20
分後0.01M過酢酸中のその酸化安定性についてテス
トした。結果を第IV表に示すが、これはオキシダントも
しくは熱により未処理のサンプルに対する熱処理したサ
ンプルの残留蛋白分解活性を示している。
が親酵素及び突然変異体aにくらべすぐれた酸化安定性
を示すことがわかる。g)及びh)を除くすべての突然
変異体を室温及び35℃、pH6.5及び9.0、15分
〜2時間100〜500ppm 次亜塩素酸塩で処理した。
このテストは、突然変異体c),d),i)、及びj)
(すべてMet−222)が他の突然変異体よりも3〜
5倍次亜塩素酸塩に耐えることを示した。通常のタイプ
の液体洗剤でテストした場合、突然変異体f)が他の突
然変異体及び親酵素と比較してすぐれた安定性を示すこ
とがわかった。
解活性 前記方法に従い、蛋白質基質としてのカゼインに対し種
々の突然変異体の蛋白質分解活性をテストした。結果を
第V表に示す。この表より突然変異体a)が親にくらべ
高い活性を示すことがわかる。また、Met−222突
然変異体が親よりも活性が低いこともわかるが、その改
良された酸化安定性のためオキシダントを含む洗浄にお
ける使用は除外されない。
然変異体の洗浄性をテストした。結果を第VI表に示す。
この表より、テストした突然変異体はすべて親酵素と比
較して改良された洗浄能を有し、突然変異体c),
d),i)、及びj)は特にすぐれていることがわか
る。
により野生タイプ酵素に対し突然変異体f)の熱安定性
をテストした。結果を第VII 表に示す。この表より、突
然変異体f)は60℃において野生タイプ酵素にくらべ
改良された洗濯適性を示すが、40℃では突然変異体
f)の洗濯適性は野性タイプ酵素よりわずかのみすぐれ
ていることがわかる。
us lentus)の147および309突然変異体からクロー
ン化し、クローン化した遺伝子を配列させた。ズブチリ
シン147および309突然変異体の推定アミノ酸配列
と、他のズブチリシンの配列と比較することにより、突
然変異の際、親酵素の物理的特性を変え得るサイトは同
一であった。ズブチリシン309遺伝子内において、こ
れらのいくつかのサイトで突然変異を生じさせるためサ
イト特異性変異誘発を用いた。
株内で発現させ、次いで種々の物理的および化学的パラ
メータを試験した。幾つかの突然変異体は、親ズブチリ
シン309酵素と比較して酸化に対する改良された安定
性、改良されたタンパク質分解能又は改良された洗浄性
を有することを示した。これらの突然変異体は、洗剤組
成物中に含まれる酵素中で望ましい特性を示す。
への、バシラス・レンタス株309DNAをSau3A
制限エンドヌクレアーゼで部分的に消化することにより
得られた長さ1.5kb〜6.5kbのサブセットの断片の
挿入を示す図である。反対の向きにズブチリシン309
を含んでいる得られる2種のプラスミド、即ち、pSx
86とpSx88も公知である。
レンタス株147DNA断片の挿入を示す図である。S
au3A制限エンドヌクレアーゼを用いて、株147D
NAを部分的に消化した。次に、サイズが1.5〜6.
5kbの断片を、BamHI開裂プラスミドpSx56に
結合させた。生成物であるpSx94はズブチリシン1
47遺伝子を含有している。
変異誘発を示す図である〔1984年、バイオテクノロ
ジー、2:636〜639)。この特徴は、puC13
由来の2種のプラスミド、即ち、pSx93とpSx1
19にある。pSx93はズブチリシン309遺伝子の
XbaI−HindIII 断片を含んでおり、そしてpS
x119はEcoRI−XbaIにおける断片中のズブ
チリシン309遺伝子の残部を含んでいる。プラスミド
pSx93をXbaIとClaIで開裂し、そしてギャ
ップ分子を、ScaI切断pSx93と混合し、変性
し、そして再アニーリングを行って、ズブチリシン30
9コード配列内に延びている一本鎖DNAの領域を有す
るプラスミドを生成する。ズブチリシン309遺伝子に
相同であるが変異を含んでいる合成オリゴヌクレオチド
を、一本鎖ギャップに対してアニーリング後、DNAポ
リメラーゼIのクレノー断片とT4リガーゼを用いて充
填する。プラスミドを複製すると、ズブチリシン309
遺伝子の二本鎖変異体が生成する。
変異誘発を示す図である〔1984年、バイオテクノロ
ジー、2:636〜639)。この特徴は、puC13
由来の2種のプラスミド、即ち、pSx93とpSx1
19にある。pSx93はズブチリシン309遺伝子の
XbaI−HindIII 断片を含んでおり、そしてpS
x119はEcoRI−XbaIにおける断片中のズブ
チリシン309遺伝子の残部を含んでいる。プラスミド
pSx119とEcoRI酵素及びXbaI酵素を用い
て、同様の操作を行い、ズブチリシン遺伝子309の対
応領域に変異を生じさせる。
ラスミドpSx62の誘導体であるプラスミドpSx9
3を示す図である。適当な制限エンドヌクレアーゼを用
いて変異プラスミドpSx93又はpSx119(図3
及び図4参照)から切除した変異断片(即ち、XbaI
−ClaI,XbaI−HindIII 又はEcoRI−
XbaI)をプラスミドpSx92に挿入し、枯草菌
(B.subtilis) 株DN497中で発現させた。
47を両方とも切形で含んでいるプラスミドpSx14
3を示す図である。2種の遺伝子の相同性領域間の生体
内組み換えにより、活性プロテアーゼを生じさせること
ができる。
Claims (49)
- 【請求項1】 第I表(a)に実質的に記載される如き
アミノ酸配列を含んでなる突然変異体ズブチリシン酵素
309。 - 【請求項2】 次の位置: 6,9,11−12,19,25,36−38,53−
59,67,68,71,89,104,111,11
5,120,121−122,124,128,13
1,140,153−166,168,169−17
0,172,175,180,182,186,18
7,191,194,195,199,218,21
9,222,226,234−238,241,260
−262,265,268、または275の1個所また
はそれ以上の個所でアミノ酸残基が、他のアミノ酸残基
により置換されている請求の範囲第1項記載の突然変異
体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項3】 アミノ酸が次の位置:36,56,15
9もしくは164〜166の1個所またはそれ以上で挿
入されている請求の範囲第2項記載の突然変異体のズブ
チリシン酵素309。 - 【請求項4】 6位のトリプトファン残基が、チロシン
によって置換されている、請求の範囲第2項記載の突然
変異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項5】 67位のヒスチジン残基が、グルタミン
酸もしくはアスパラギン酸で置換されている請求の範囲
第2項記載の突然変異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項6】 68位のバリン残基が、システインもし
くはメチオニンで置換されている請求の範囲第2項記載
の突然変異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項7】 71位のトレオニン残基が、アスパラギ
ン酸もしくはグルタミン酸で置換されている請求の範囲
第2項記載の突然変異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項8】 153位のセリン残基が、アラニンで置
換されている請求の範囲第2項記載の突然変異体のズブ
チリシン酵素309。 - 【請求項9】 168位のプロリン残基が、アラニンに
よって置換されている、請求の範囲第2項記載の突然変
異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項10】 170位のアルギニン残基が、チロシ
ンで置換されている請求の範囲第2項記載の突然変異体
のズブチリシン酵素309。 - 【請求項11】 175位のメチオニン残基が、イソロ
イシンで置換されている請求の範囲第2項記載の突然変
異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項12】 195位のグリシン残基が、グルタミ
ン酸もしくはアスパラギン酸で置換されている請求の範
囲第2項記載の突然変異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項13】 218位のアスパラギン残基が、セリ
ンで置換されている請求の範囲第2項記載の突然変異体
のズブチリシン酵素309。 - 【請求項14】 219位のグリシン残基が、メチオニ
ンによって置換されている、請求の範囲第2項記載の突
然変異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項15】 222位のメチオニン残基が、システ
インもしくはアラニンで置換されている請求の範囲第2
項記載の突然変異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項16】 275位のアルギニン残基が、グルタ
ミンで置換されている請求の範囲第2項記載の突然変異
体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項17】 19位のアルギニン残基が、グリシン
で置換されておりさらに219位のグリシン残基がシス
テインで置換されている請求の範囲第2項記載の突然変
異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項18】 153位のセリン残基が、アラニンで
置換されておりさらに218位のアスパラギン残基がセ
リンで置換されている請求の範囲第2項記載の突然変異
体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項19】 195位のグリシン残基が、グルタミ
ン酸で置換されており更に222位のメチオニン残基が
アラニンもしくはシステインによって置換されている、
請求の範囲第2項記載の突然変異体のズブチリシン酵素
309。 - 【請求項20】 219位のグリシン残基がシステイン
で置換されており、更に222位のメチオニン残基がシ
ステインで置換されている請求の範囲第2項記載の突然
変異体のズブチリシン酵素309。 - 【請求項21】 アミノ酸配列が第I表(b)に実質的
に記載される如きアミノ酸配列を含んでなる突然変異体
のズブチリシン酵素147。 - 【請求項22】 次の位置: 6,9,11−12,19,25,36−38,53−
59,67,68,71,89,111,115,12
0,121−122,124,128,131,14
0,153−166,168,169−170,17
2,175,180,182,186,187,19
1,194,195,199,218,219,22
2,226,234−238,241,260−26
2,265,268もしくは275、の1個所またはそ
れ以上の個所のアミノ酸残基が他のアミノ酸残基によっ
て置換されている請求の範囲第21項記載の突然変異体
のズブチリシン酵素147。 - 【請求項23】 1種もしくはそれ以上のアミノ酸残基
が、次の位置:36,56,159または164〜16
6の1個所またはそれ以上の個所で挿入されている、請
求の範囲第22項記載の突然変異体のズブチリシン酵素
147。 - 【請求項24】 6位のトリプトファン残基がチロシン
で置換されている請求の範囲第22項記載の突然変異体
のズブチリシン酵素147。 - 【請求項25】 67位のヒスチジン残基が、グルタミ
ン酸もしくはアスパラギン酸によって置換されている、
請求の範囲第22項記載の突然変異体のズブチリシン酵
素147。 - 【請求項26】 68位のバリン残基が、システインも
しくはメチオニンで置換されている請求の範囲第22項
記載の突然変異体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項27】 71位のトレオニン残基が、アスパラ
ギン酸もしくはグルタミン酸で置換されている請求の範
囲第22項記載の突然変異体のズブチリシン酵素14
7。 - 【請求項28】 153位のアラニン残基が、セリンで
置換されている請求の範囲第23項記載の突然変異体の
ズブチリシン酵素147。 - 【請求項29】 168位のプロリン残基が、アラニン
で置換されている請求の範囲第22項記載の突然変異体
のズブチリシン酵素147。 - 【請求項30】 170位のアルギニン残基が、チロシ
ンによって置換されている、請求の範囲第22項記載の
突然変異体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項31】 175位のメチオニン残基が、イソロ
イシンで置換されている請求の範囲第22項記載の突然
変異体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項32】 195位のグルタミン酸残基が、アス
パラギン酸もしくはグリシンで置換されている請求の範
囲第22項記載の突然変異体のズブチリシン酵素14
7。 - 【請求項33】 218位のセリン残基が、アスパラギ
ンで置換されている請求の範囲第22項記載の突然変異
体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項34】 219位のグリシン残基が、メチオニ
ンで置換されている請求の範囲第22項記載の突然変異
体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項35】 222位のメチオニン残基が、システ
インもしくはアラニンで置換されている請求の範囲第2
2項記載の突然変異体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項36】 275位のグルタミン残基が、アルギ
ニンによって置換されている、請求の範囲第22項記載
の突然変異体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項37】 19位のアルギニン残基が、グリシン
で置換され、さらに219位のグリシン残基がシステイ
ンで置換されている請求の範囲第22項記載の突然変異
体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項38】 153位のアラニン残基が、セリンで
置換され、さらに218位のセリン残基がアスパラギン
で置換されている請求の範囲第22項記載の突然変異体
のズブチリシン酵素147。 - 【請求項39】 195位のグルタミン酸残基が、グリ
シンで置換され、更に222位のメチオニン残基がアラ
ニンもしくはシステインで置換されている請求の範囲第
22項記載の突然変異体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項40】 219位のグリシン残基がシステイン
で置換され、さらに222位のメチオニン残基がシステ
インで置換されている請求の範囲第22項記載の突然変
異体のズブチリシン酵素147。 - 【請求項41】 第I表(a)に実質的に記載される如
きアミノ酸配列を含んでなるズブチリシン酵素をコード
するヌクレオチド配列を含んでなる組換えDNA分子。 - 【請求項42】 第I表(b)に実質的に記載される如
きアミノ酸配列を含んでなるズブチリシン酵素をコード
するヌクレオチド配列を含んでなる組換えDNA分子。 - 【請求項43】 第II表に実質的に記載される如きズブ
チリシン309酵素をコードするヌクレオチド配列を含
んでなる組換えDNA分子。 - 【請求項44】 第III 表に実質的に記載される如きズ
ブチリシン147酵素をコードするヌクレオチド配列を
含んでなる組換えDNA分子。 - 【請求項45】 次の位置: 6,9,11−12,19,25,36−38,53−
59,67,68,71,89,104,111,11
5,120,121−122,124,128,13
1,140,153−166,168,169−17
0,172,175,180,182,186,18
7,191,194,195,199,218,21
9,222,226,234−238,241,260
−262,265,268もしくは275の1個所もし
くはそれ以上の個所の対応するアミノ酸残基が、他のア
ミノ酸残基での置換により、または1個もしくはそれ以
上のアミノ酸残基を挿入もしくは欠失により変化される
ように核酸配列が変更されている請求の範囲第41項も
しくは第43項記載の組換えDNA分子。 - 【請求項46】 次の位置: 6,9,11−12,19,25,36−38,53−
59,67,68,71,89,104,111,11
5,120,121−122,124,128,13
1,140,153−166,168,169−17
0,172,175,180,182,186,18
7,191,194,195,199,218,21
9,222,226,234−238,241,260
−262,265,268もしくは275、の1個所も
しくはそれ以上の個所の対応するアミノ酸残基が、他の
アミノ酸残基での置換により、または1個もしくはそれ
以上のアミノ酸残基を挿入もしくは欠失により変化され
るように核酸配列が変更されている請求の範囲第42項
もしくは第44項記載の組換えDNA分子。 - 【請求項47】 核酸配列が、次の位置:36,56,
159もしくは164〜166の1個所もしくはそれ以
上のアミノ酸残基が挿入されるように変更されている請
求の範囲第41項もしくは第43項記載の組換えDNA
分子。 - 【請求項48】 核酸配列が、次の位置:36,56,
159、もしくは164〜166の1個所もしくはそれ
以上のアミノ酸残基が挿入されるように変更されている
請求の範囲第42項もしくは第44項記載の組換えDN
A分子。 - 【請求項49】 請求の範囲第1項〜第40項のいずれ
かに記載のズブチリシン酵素の製造方法であって、ズブ
チリシン酵素を発現するために請求の範囲第41項〜第
48項のいずれかに記載の組換えDNA分子で形質転換
された宿主細胞を培養し、次いでズブチリシン酵素を回
収することを特徴とする、前記製造方法。
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