JPH10276781A - ポリエステル重合酵素及び該酵素をコードする遺伝子 - Google Patents
ポリエステル重合酵素及び該酵素をコードする遺伝子Info
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- JPH10276781A JPH10276781A JP9082965A JP8296597A JPH10276781A JP H10276781 A JPH10276781 A JP H10276781A JP 9082965 A JP9082965 A JP 9082965A JP 8296597 A JP8296597 A JP 8296597A JP H10276781 A JPH10276781 A JP H10276781A
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Abstract
素遺伝子、該遺伝子を含む組換えベクター及び該ベクタ
ーによって形質転換された形質転換体の提供。 【解決手段】 配列番号1で表されるアミノ酸配列、又
は該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が
欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含み、ポ
リエステル重合酵素活性を有するポリペプチド、該ポリ
ペプチドをコードするDNAを含むポリエステル重合酵
素遺伝子、該遺伝子を含む組換えベクター及び該組換え
ベクターによって形質転換された形質転換体。
Description
酵素、該酵素をコードする遺伝子、該遺伝子を含む組換
えベクター、該ベクターによって形質転換された形質転
換体及び該形質転換体を用いたポリエステル重合酵素の
製造方法に関する。
ばポリ−3−ヒドロキシアルカン酸)は、熱可塑性を有
し、固いものから粘弾性を有するゴム状のものまで多岐
にわたる生分解性プラスチックである。
−ヒドロキシブタン酸(P(3HB)) は典型的なポリエステ
ルであるが、堅くてもろい高分子材料であり、その用途
が限定される。このため、培地にプロピオン酸などを添
加するなどして炭素数5のモノマー単位(3HV)と共
重合させたP(3HB-co-3HV) をはじめとする様々な共重合
ポリエステルの探索が行われており、ポリエステルの物
理的性質を変化させている。一方、炭素数6以上のモノ
マー単位からなるポリエステルは、可塑性を有するやわ
らかい高分子材料である。
モノマー単位とするポリエステルを合成するものと、炭
素数6〜12をモノマー単位とするポリエステルを合成
するものとの2つに大別することができる。前者の細菌
は炭素数4〜5のモノマー単位を基質とするポリエステ
ル重合酵素を有し、後者の細菌は炭素数6〜12のモノ
マー単位を基質とするポリエステル重合酵素を有してい
る。従って、それぞれの微生物によって性質の異なるポ
リエステルが合成される。
からのポリエステル重合酵素は、それぞれ基質特異性が
異なるため、一種類の酵素によって使用目的に適合した
各種のモノマー単位の組成を有するポリエステル(共重
合体)を合成することは困難である。
数のモノマー単位を基質とするポリエステル重合酵素、
該酵素をコードする遺伝子、該遺伝子を含む組換えベク
ター、該ベクターによって形質転換された形質転換体及
び該形質転換体を用いたポリエステル重合酵素の製造方
法を提供することを目的とする。
基づいて鋭意研究を行った結果、土壌より単離したシュ
ードモナス属に属する微生物からポリエステル重合酵素
の遺伝子をクローニングすることに成功し、本発明を完
成するに至った。
るアミノ酸配列、又は該アミノ酸配列において1若しく
は数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミ
ノ酸配列を含み、ポリエステル重合酵素活性を有するポ
リペプチドである。
ードするDNAを含む、ポリエステル重合酵素遺伝子で
ある。ポリエステル重合酵素活性を有するタンパク質を
コードするDNAとしては、例えば配列番号2で表され
るものが挙げられる。
塩基配列を含むポリエステル重合酵素遺伝子である。さ
らに、本発明は、前記ポリエステル重合酵素遺伝子を含
む組換えベクターである。
よって形質転換された形質転換体である。さらに、本発
明は、前記形質転換体を培地に培養し、得られる培養物
からポリエステル重合酵素を採取することを特徴とする
ポリエステル重合酵素の製造方法である。
ス属に属する微生物の菌体から分離される。
る菌株から染色体DNAを作製する。菌株としては、例
えばシュードモナス・エスピー(Pseudomonas sp.)が
挙げられる。染色体DNAの調製は公知の方法を用いる
ことができる。例えば、シュードモナス・エスピーをブ
イヨン培地で培養した後、臭化ヘキサデシルトリメチル
アンモニウム法(Currnt Protocols in Molecular Biol
ogy,1巻, 2.4.3 頁, John Wiley & Sons 出版, 1994
年)等により染色体DNAを調製する。
制限酵素(例えばSau3AI、BamHI、BglII等)で部分分解
する。これを、制限酵素(例えばBamHI、BglII等)で切
断し、アルカリホスファターゼ処理を行い脱リン酸化し
たベクターとライゲーションを行い、ライブラリーを作
製する。
し得るファージ又はプラスミドが使用される。ファージ
ベクターとしては、例えばEMBL3、M13、λgt11等が挙げ
られ、プラスミドベクターとしては、例えばpBR322、pU
C18、pBluescript II(STRATAGENE社製)等が挙げられ
る。さらに、大腸菌やバチルス・ブレビスなどの2種以
上の宿主微生物で自律的増殖が可能なベクターのほか、
各種のシャトルベクターを使用することもできる。この
ようなベクターについても、前記制限酵素で切断し、そ
の断片を得ることができる。
には、公知のDNAリガーゼを用いる。そして、DNA
断片とベクター断片とをアニーリングさせた後連結さ
せ、組換えベクターを作製する。
は、公知の方法により行うことができる。例えば、宿主
微生物が大腸菌の場合は塩化カルシウム法(Lederberg,
E.M. et al., J. Bacteriol. 119, 1072 (1974))やエ
レクトロポレーション法(Current Protocols in Molec
ular Biology, 1巻,1.8.4 頁, 1994年)を採用するこ
とができ、宿主微生物がファージDNAの場合はインビ
トロ・パッケージング法(Current Protocols in Molec
ular Biology, 1巻,5.7.1 頁, 1994年)等を採用する
ことができる。本発明では、インビトロ・パッケージン
グ用キット(Gigapack II; STRATAGENE 社製等)を用
いてもよい。
ステル重合酵素遺伝子を含むDNA断片を得るためのプ
ローブを調製する。ポリエステル重合酵素のアミノ酸配
列については、既に何種類かのものが知られている(Pe
oples, O. P. and Sinskey,A. J., J. Biol. Chem., 26
4, 15293 (1989); Huisman, G. W. et al., J. Biol.
Chem., 266, 2191 (1991); Pieper,U. et al., FEMS M
icrobiol. Lett., 96, 73 (1992); Timm, A. and Stei
nbuchel, A., Eur. J. Biochem., 209, 15 (1992)
他)。そこで、これらのアミノ酸配列のうち、よく保存
されている領域を選択し、それをコードする塩基配列を
推定してオリゴヌクレオチドを設計する。これらオリゴ
ヌクレオチドとしては、Timm, A. and Steinbuchel,
A., Eur. J.Biochem., 209, 15 (1992) により報告され
た以下の配列:5'-CC(G/C)CAGATCAACAAGTT(C/T)TA(C/G)
GAC-3'(配列番号4)が挙げられるが、これに限定され
ない。
な試薬を用いて標識し、前記染色体DNAライブラリー
からコロニーハイブリダイゼーションを行う(Currnt P
rotocols in Molecular Biology,1巻, 6.0.3 頁, 1994
年) 。
クリーニングされた大腸菌からアルカリ法(Currnt Pro
tocols in Molecular Biology,1巻,1.6.1頁, 1994年)
によってプラスミドを回収することにより、ポリエステ
ル重合酵素遺伝子を含むDNA断片が得られる。上記D
NA断片の塩基配列の決定は、公知方法、例えばサンガ
ー法(Molecular Cloning,2巻, 13.3頁, 1989年)等に
よって行うことができ、塩基配列自動分析装置、例えば
373A・DNAシークエンサー(Applied Biosystems社)等
を用いて行うことができる。
た後は、化学合成によって、又は染色体DNAを鋳型と
したPCR法によって、あるいは該塩基配列を有するD
NA断片をプローブとしてハイブリダイズさせることに
より、本発明の遺伝子を得ることができる。
組み換えベクターを作製する際に用いた発現ベクターに
適合する宿主中に導入することにより得られる。宿主と
しては、目的とする遺伝子を発現できるものであれば特
に限定されず、例えば、アルカリゲネス属に属する微生
物、バチルス属に属する微生物、大腸菌等の細菌、サッ
カロミセス属、カンジダ属等の酵母、COS細胞、CH
O細胞等の動物細胞などが挙げられる。
等の細菌を宿主として用いる場合は、本発明の組換え体
DNAが該宿主中で自立複製可能であると同時に、プロ
モーター、本発明のDNA、転写終結配列を含む構成で
あることが好ましい。発現ベクターとしては、広範囲の
宿主において複製・保持されるRK2複製起点を有するpLA
2917 (ATCC 37355)やRSF1010複製起点を有するpJRD215
(ATCC 37533)等が挙げられる。
るものであればいずれを用いてもよい。例えば、trp プ
ロモーター、lac プロモーター、PL プロモーター、P
R プロモーター、T7プロモーターなどの大腸菌やファー
ジ等に由来するプロモーターが用いられる。細菌への組
換え体DNAの導入方法としては、例えばカルシウムイ
オンを用いる方法(Current Protocols in Molecular B
iology, 1巻, 1.8.1頁,1994年)やエレクトロポレーシ
ョン法(Current Protocols in Molecular Biology, 1
巻,1.8.4 頁, 1994年)等が挙げられる。
ターとして、例えばYEp13、YCp50等が挙げられる。プロ
モーターとしては、例えばgal 1 プロモーター、gal 10
プロモーター等が挙げられる。酵母への組換え体DNA
の導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法
(Methods Enzymol.,194,182-187(1990))、スフェロプ
ラスト法(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84, 1929-193
3 (1978))、酢酸リチウム法(J. Bacteriol., 153, 163
-168 (1983))等が挙げられる。
ベクターとして例えばpcDNAI、pcDNAI/Amp(インビトロ
ジェン社)等が用いられる。動物細胞への組換え体DN
Aの導入方法としては、例えば、エレクトロポレーショ
ン法、リン酸カルシウム法等が挙げられる。
を培地で培養し、培養物(培養菌体又は培養上清)中に
本発明のポリエステル重合酵素を生成蓄積させ、該培養
物からポリエステル重合酵素を採取することにより行わ
れる。本発明の形質転換体を培地で培養する方法は、宿
主の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。
転換体を培養する培地としては、完全培地又は合成培
地、例えばLB培地、M9培地等が挙げられる。また、
培養温度は25〜37℃の範囲で好気的に12〜48時間培養す
ることによりポリエステル重合酵素を菌体内に蓄積さ
せ、回収する。炭素源は微生物の増殖に必要であり、例
えばグルコース、フラクトース、スクロース、マルトー
ス等の炭水化物が挙げられる。
ンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等
のアンモニウム塩の他、ペプトン、肉エキス、酵母エキ
ス、コーンスティープリカー等が挙げられる。また、無
機物としては例えばリン酸第一カリウム、リン酸第二カ
リウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化
ナトリウム等が挙げられる。
下、25〜37℃で発現誘導後2時間以上行う。培養中は、
カナマイシン、アンピシリン、テトラサイクリン等の抗
生物質を培地に添加してもよい。
ーで形質転換した微生物を培養する場合は、インデュー
サーを培地に添加することもできる。例えば、イソプロ
ピル−β−D−チオガラクトピラノシド(IPTG) 、イン
ドールアクリル酸(IAA) 等を培地に添加することができ
る。
を培養する培地としては、例えばRPMI-1640 、DMEM培地
又はこれらの培地にウシ胎児血清を添加した培地が用い
られる。培養は、通常5%CO2存在下、30〜37℃で1
〜7日間行う。培養中はカナマイシン、ペニシリン等の
抗生物質を培地に添加してもよい。
培養物を遠心して回収し(細胞についてはソニケーター
にて破砕する)、アフィニティークロマトグラフィー、
陽イオン又は陰イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾
過等を単独で又は適宜組み合わせることによって行うこ
とができる。得られた精製物質が目的の酵素であること
の確認は、通常の方法、例えばSDSポリアクリルアミ
ドゲル電気泳動、ウエスタンブロッティング等により行
う。
説明する。但し、本発明は、これら実施例にその技術的
範囲を限定するものではない。
テル重合酵素遺伝子のクローニング 最初に、シュードモナス・エスピーの染色体DNAライ
ブラリーを作製した。
100mlのブイヨン培地(1%肉エキス、1%ペプトン、
0.5%塩化ナトリウム、pH 7.2)で、30℃、一晩培養
後、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム法(Curr
nt Protocols in Molecular Biology, 1巻, 2.4.3.頁,
1994年; John Wiley & Sons 出版)により染色体DNA
を得た。
部分分解した。またベクタープラスミドについては、コ
スミドベクターであるpLA2917 (ATCC 37355)を使用し
た。このプラスミドを制限酵素BglIIで切断し、脱リン
酸化処理(Molecular Cloning,1巻, 5.7.2 頁,1989年;
Cold Spring Harbar Laboratory 出版)を施した後、
DNAリガーゼを用いて染色体DNAの部分分解断片と
連結させた。
パッケージング法(Current Protocols in Molecular B
iology, 1巻, 5.7.2 頁, 1994年)によって大腸菌(Esc
heichia coli)S17-1 株を形質転換し、シュードモナス
・エスピーの染色体DNAライブラリーを得た。
ステル重合酵素遺伝子を含むDNA断片を得るためのプ
ローブを調製した。Timm, A. and Steinbuchel, A., Eu
r. J. Biochem., 209, 15 (1992) で報告されている、
5'-CC(G/C)CAGATCAACAAGTT(C/T)TA(C/G)GAC-3'(配列番
号4)の塩基配列からなるオリゴヌクレオチドを合成し
た。このオリゴヌクレオチドをDIGオリゴヌクレオチ
ド・テイリングキット(ベーリンガーマンハイム社製)
によってジゴキシゲニン標識し、プローブとした。
・エスピー染色体DNAライブラリーからコロニーハイ
ブリダイゼーション法によってポリエステル重合酵素遺
伝子を含むプラスミドを有する大腸菌を単離した。
プラスミドで、アルカリゲネス・ユートロファスPHB-4
株(DSM541)およびシュードモナス・プチダGPp104(い
ずれもポリエステル合成能欠損株)を接合伝達法により
形質転換したところ、いずれの株もポリエステル合成能
が復帰し、相補性を示した。
ミドを有する大腸菌からアルカリ法によってプラスミド
を回収することでポリエステル重合酵素遺伝子を含むD
NA断片を得た。
ー法によって塩基配列を決定した。その結果、配列番号
3で表される1.8kbp断片の塩基配列が決定された。さら
に、この塩基配列について相同性検索を行った結果、こ
の1.8kbpの塩基配列の中には、配列番号2で表される塩
基配列(1680bp)を実質的に含むポリエステル重合酵素
遺伝子を同定することができた。また、配列番号2によ
りコードされるアミノ酸配列を配列番号1に示す。
該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠
失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含むタンパ
ク質がポリエステル重合酵素活性を有する限り、上記タ
ンパク質をコードするDNAを含む遺伝子(配列番号2
又は3)は本発明のポリエステル重合酵素遺伝子に含ま
れる。
置換、付加等の変異は、公知の部位特異的突然変異導入
法(例えばTOYOBO社の部位特異的突然変異導入キット
“TransformerTM Site-Directed Mutagenesis Kit”)
により導入することができる。
1.8kbのPstI-XbaI断片をプラスミドベクターpBluescrip
t II KS+のXbaI, PstI 部位に連結した。得られた組換
えプラスミドで大腸菌(Escherichia coli DH5α)を塩
化カルシウム法により形質転換した。得られた形質転換
体をEscherichia coli PX18と呼ぶ。また、この菌株よ
りプラスミドを抽出することでポリエステル重合酵素遺
伝子を含む1.8kbのPstI-XbaI断片を容易に取得すること
ができる。なお、Escherichia coli PX18は、工業技術
院生命工学工業技術研究所に、FERM P-16174として寄託
されている。
をコードする遺伝子、該遺伝子を含む組換えベクター及
び該ベクターによって形質転換された形質転換体が提供
される。本発明の遺伝子は、幅広い炭素数を有するモノ
マーを基質とするポリエステル合成酵素をコードするた
め、種々の物性を有する共重合体ポリエステルを作製す
るために有用である。
6
24
Claims (7)
- 【請求項1】 配列番号1で表されるアミノ酸配列、又
は該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が
欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含み、ポ
リエステル重合酵素活性を有するポリペプチド。 - 【請求項2】 配列番号1で表されるアミノ酸配列、又
は該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が
欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を含み、ポ
リエステル重合酵素活性を有するタンパク質をコードす
るDNAを含む、ポリエステル重合酵素遺伝子。 - 【請求項3】 ポリエステル重合酵素活性を有するタン
パク質をコードするDNAが配列番号2で表されるもの
である請求項2記載のポリエステル重合酵素遺伝子。 - 【請求項4】 配列番号3で表される塩基配列を含むポ
リエステル重合酵素遺伝子。 - 【請求項5】 請求項2〜4のいずれか1項に記載のポ
リエステル重合酵素遺伝子を含む組換えベクター。 - 【請求項6】 請求項4記載の組換えベクターによって
形質転換された形質転換体。 - 【請求項7】 請求項6記載の形質転換体を培地に培養
し、得られる培養物からポリエステル重合酵素を採取す
ることを特徴とするポリエステル重合酵素の製造方法。
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