【文献】
Kim J. Y.,Database Accession No.Q83ZQ6,UniProt[online],2011年 9月21日,[2015年10月13日検索], インターネット,URL,http://www.uniprot.org/uniprot/Q83ZQ6.txt?version=31
【文献】
Lucas S. et al,Database Accession No.D3EBL0,UniProt[online] ,2011年12月14日,[2015年10月13日検索], インターネット,URL,http://www.uniprot.org/uniprot/D3EBL0.txt?version=9
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
配列番号2で示されるアミノ酸配列の63位に相当する位置におけるアミノ酸残基がグルタミン酸であり、配列番号2で示されるアミノ酸配列の124位に相当する位置におけるアミノ酸残基がアスパラギン酸であり、配列番号2で示されるアミノ酸配列の253位に相当する位置におけるアミノ酸残基がグルタミン酸であり、且つ配列番号2で示されるアミノ酸配列の263位に相当する位置におけるアミノ酸残基がアスパラギンである、請求項1記載の変異グリコシドハイドロラーゼ。
前記少なくとも1つのアミノ酸残基が、(A)356位、(B)310位、(C)210位、(D)87位、(E)46位、(F)11位、(I)25位、(L)38位、(N)45位、(V)109位、(AD)275位、(AE)284位、(AF)288位、及び(AK)377位、又はこれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される、請求項1〜3のいずれか1項記載の変異グリコシドハイドロラーゼ。
配列番号2で示されるアミノ酸配列の以下の位置又はこれらに相当する位置からなる群より選択される少なくとも1つに、下記アミノ酸残基を有する、請求項1〜4のいずれか1項記載の変異グリコシドハイドロラーゼ:
(A)356位又はこれに相当する位置:トレオニン;
(B)310位又はこれに相当する位置:グルタミン酸;
(C)210位又はこれに相当する位置:システイン;
(D)87位又はこれに相当する位置:グルタミン酸又はイソロイシン;
(E)46位又はこれに相当する位置:システイン、アルギニン又はチロシン;
(F)11位又はこれに相当する位置:フェニルアラニン;
(I)25位又はこれに相当する位置:トレオニン;
(L)38位又はこれに相当する位置:チロシン;
(N)45位又はこれに相当する位置:グルタミン酸;
(V)109位又はこれに相当する位置:チロシン;
(AD)275位又はこれに相当する位置:フェニルアラニン;
(AE)284位又はこれに相当する位置:アラニン;
(AF)288位又はこれに相当する位置:アラニン;
(AK)377位又はこれに相当する位置:トレオニン。
セルラーゼ活性、リケナーゼ活性及びキシラナーゼ活性からなる群より選択される1つ以上の酵素活性を有する、請求項1〜5のいずれか1項記載の変異グリコシドハイドロラーゼ。
前記グリコシドハイドロラーゼにおいて、配列番号2で示されるアミノ酸配列の63位に相当する位置におけるアミノ酸残基がグルタミン酸であり、124位に相当する位置におけるアミノ酸残基がアスパラギン酸であり、253位に相当する位置におけるアミノ酸残基がグルタミン酸であり、且つ263位に相当する位置におけるアミノ酸残基がアスパラギンである、請求項12記載の方法。
前記少なくとも1つのアミノ酸残基が、(A)356位、(B)310位、(C)210位、(D)87位、(E)46位、(F)11位、(I)25位、(L)38位、(N)45位、(V)109位、(AD)275位、(AE)284位、(AF)288位、及び(AK)377位、又はこれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される、請求項12〜14のいずれか1項記載の方法。
配列番号2で示されるアミノ酸配列の以下の位置又はこれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基が、下記アミノ酸残基に置換されている、請求項12〜15のいずれか1項記載の方法:
(A)356位又はこれに相当する位置:トレオニン;
(B)310位又はこれに相当する位置:グルタミン酸;
(C)210位又はこれに相当する位置:システイン;
(D)87位又はこれに相当する位置:グルタミン酸又はイソロイシン;
(E)46位又はこれに相当する位置:システイン、アルギニン又はチロシン;
(F)11位又はこれに相当する位置:フェニルアラニン;
(I)25位又はこれに相当する位置:トレオニン;
(L)38位又はこれに相当する位置:チロシン;
(N)45位又はこれに相当する位置:グルタミン酸;
(V)109位又はこれに相当する位置:チロシン;
(AD)275位又はこれに相当する位置:フェニルアラニン;
(AE)284位又はこれに相当する位置:アラニン;
(AF)288位又はこれに相当する位置:アラニン;
(AK)377位又はこれに相当する位置:トレオニン。
前記グリコシドハイドロラーゼが、セルラーゼ活性、リケナーゼ活性及びキシラナーゼ活性からなる群より選択される1つ以上の酵素活性を有する、請求項12〜16のいずれか1項記載の方法。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本明細書において、「アミノ酸残基」とは、タンパク質を構成する20種のアミノ酸残基、Ala、Arg、Asn、Asp、Cys、Gln、Glu、Gly、His、Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Pro、Ser、Thr、Trp、Tyr及びValを意味する。
【0016】
本明細書において、「(アミノ酸配列間の)同一性」とは、2つのアミノ酸配列を整列(アラインメント)したときに両方の配列において同一のアミノ酸残基が存在する位置の数の全長アミノ酸残基数に対する割合(%)をいう。具体的には、リップマン−パーソン法(Lipman−Pearson法;Science,227,1435,(1985))によって計算され、遺伝情報処理ソフトウェアGenetyx−Win(Ver.5.1.1;ソフトウェア開発)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行なうことにより算出できる。
【0017】
本明細書において、別途定義されない限り、アミノ酸配列又はヌクレオチド配列におけるアミノ酸残基又は塩基の欠失、置換、付加又は挿入に関して使用される「1又は数個」とは、例えば、1〜40個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜10個であり得る。また本明細書において、アミノ酸残基又は塩基の「付加」には、配列の一末端及び両末端への1〜数個のアミノ酸又は塩基の付加が含まれる。
【0018】
本明細書において、「グリコシドハイドロラーゼ活性」とは、β−1,4グルカン、キシラン、キトサン、リケナン等のβ−1,4結合を切断し得る活性をいい、セルラーゼ活性、リケナーゼ活性、及びキシラナーゼ活性を含む。本明細書において、「グリコシドハイドロラーゼ」とは、グリコシドハイドロラーゼ活性を有するタンパク質又はポリペプチドをいい、例えば、セルラーゼ活性、リケナーゼ活性及びキシラナーゼ活性のいずれか1つ以上の活性を有するタンパク質又はポリペプチドであり得る。
【0019】
本明細書において、所与の変異タンパク質又はポリペプチドの「親」タンパク質又はポリペプチドとは、そのアミノ酸残基に所定の変異がなされることにより、当該変異タンパク質又はポリペプチドとなるタンパク質又はポリペプチドをいう。
【0020】
本発明の変異グリコシドハイドロラーゼは、配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるグリコシドハイドロラーゼから、下記表2−1又は表2−2に示される位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を、当該表に変異後のアミノ酸残基として示されるアミノ酸残基に置換することによって得ることができる。あるいは、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼは、配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるグリコシドハイドロラーゼから、下記表2−1又は表2−2に示される位置に相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を、当該表に変異後のアミノ酸残基として示されるアミノ酸残基に置換することによって得ることができる。
【0023】
上記配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるグリコシドハイドロラーゼ、及び上記配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるグリコシドハイドロラーゼは、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼの親グリコシドハイドロラーゼである。以下の本明細書において、これらを、「本発明の親グリコシドハイドロラーゼ」と呼ぶことがある。
【0024】
本発明の親グリコシドハイドロラーゼのうち、配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるグリコシドハイドロラーゼとしては、例えば、N257株〔バチルス エスピーKSM−N257株(FERM P−17473)〕由来のグリコシドハイドロラーゼが挙げられる(特許文献1及び2)。
【0025】
また本発明の親グリコシドハイドロラーゼのうち、配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるグリコシドハイドロラーゼとしては、配列番号2で示されるアミノ酸配列とは異なるが、配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、さらにより好ましくは97%以上、なお好ましくは98%以上、さらになお好ましくは99%以上の配列同一性を有し、且つグリコシドハイドロラーゼ活性を有するタンパク質又はポリペプチド、ならびに、配列番号2で示されるアミノ酸配列において、1個〜数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されており、且つグリコシドハイドロラーゼ活性を有するタンパク質又はポリペプチドが挙げられる。
【0026】
配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるN257株〔バチルス エスピーKSM−N257株(FERM P−17473)〕由来のグリコシドハイドロラーゼにおいて、触媒活性に関与するアミノ酸は、63位のグルタミン酸及び124位のアスパラギン酸であることが知られている(非特許文献3)。また、バチルス エスピーK17のチトサナーゼの立体構造と比較して、253位のグルタミン酸および263位のアスパラギンも触媒活性に関与することが分かる。よって、上記配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなる本発明の親グリコシドハイドロラーゼにおいて、好ましくは、配列番号2で示されるアミノ酸配列の63位に相当する位置のアミノ酸残基はグルタミン酸であり、124位に相当する位置のアミノ酸残基はアスパラギン酸であり、253位に相当する位置のアミノ酸残基はグルタミン酸であり、且つ263位に相当する位置のアミノ酸残基はアスパラギンである。
【0027】
より好ましくは、上記配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなる本発明の親グリコシドハイドロラーゼにおいて、配列番号2で示されるアミノ酸配列の下記表3(i)記載の位置に相当する位置のアミノ酸残基は、表3(ii)に記載のアミノ酸残基である。
【0029】
本発明の親グリコシドハイドロラーゼとなり得る、配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなるグリコシドハイドロラーゼの例としては、非特許文献3に記載のGHファミリー8に属する他の酵素:例えば、バチルス サーキュランス由来のセルロース分解性キシラナーゼ(GenBank accession no.AAP22946、アミノ酸配列同一性97%);パエニバチルス エスピーY412MC10由来のリケナーゼ(GenBank accession no.YP_003240630、アミノ酸配列同一性96%);パエニバチルス エスピーHGF5由来のglycosyl hydrolase family 8(GenBank accession no.ZP_08283397、アミノ酸配列同一性96%);パエニバチルス ボルテックスV453由来のリケナーゼ(GenBank accession no.ZP_07897964、アミノ酸配列同一性93%);及び、パエニバチルス ラクティス154由来のリケナーゼ(GenBank accession no.ZP_09002324、アミノ酸配列同一性83%)が挙げられる。上記に挙げたグリコシドハイドロラーゼは、配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するとともに、それらのアミノ酸配列上における、配列番号2の表3(i)記載の位置に相当する位置に、表3(ii)に記載のアミノ酸残基を有している。
【0030】
本明細書において、「相当する位置のアミノ酸残基」の特定は、公知のアルゴリズムを用いて、目的アミノ酸配列を参照配列(例えば、配列番号2で示されるアミノ酸配列)と比較し、各グリコシドハイドロラーゼのアミノ酸配列中に存在する保存アミノ酸残基に最大の相同性を与えるように配列を整列(アラインメント)させることにより行なうことができる。グリコシドハイドロラーゼのアミノ酸配列をこのような方法で整列させることにより、アミノ酸配列中にある挿入、欠失にかかわらず、相同アミノ酸残基の各グリコシドハイドロラーゼにおける配列中の位置を決めることが可能である。アラインメントは、例えば、上述のリップマン−パーソン法等に基づいて手作業で行うこともできるが、Clustal Wマルチプルアラインメントプログラム(Thompson,J.D.et al,(1994)Nucleic Acids Res.22,p.4673−4680)をデフォルト設定で用いることにより行うことができる。Clustal Wは、例えば、欧州バイオインフォマティクス研究所(European Bioinformatics Institute:EBI,[www.ebi.ac.uk/index.html])や、国立遺伝学研究所が運営する日本DNAデータバンク(DDBJ,[www.ddbj.nig.ac.jp/Welcome−j.html])のウェブサイトから利用することができる。
【0031】
当業者であれば、上記で得られたアラインメントを、必要に応じて最適なアラインメントとなるようにさらに微調整することできる。そのような最適アラインメントは、アミノ酸配列の類似性や挿入されるギャップの頻度等を考慮して決定するのが好ましい。ここでアミノ酸配列の類似性とは、2つのアミノ酸配列をアラインメントしたときにその両方の配列に同一又は類似のアミノ酸残基が存在する位置の数の全長アミノ酸残基数に対する割合(%)をいう。類似のアミノ酸残基とは、タンパク質を構成する20種のアミノ酸のうち、極性や電荷の点で互いに類似した性質を有しており、いわゆる保存的置換を生じるようなアミノ酸残基を意味する。そのような類似のアミノ酸残基からなるグループは当業者にはよく知られており、例えば、アルギニン及びリジン;グルタミン酸及びアスパラギン酸;セリン及びトレオニン;グルタミン及びアスパラギン;バリン、ロイシン及びイソロイシン等がそれぞれ挙げられるが、これらに限定されない。
【0032】
上述のアラインメントにより参照配列の任意の位置に対応する位置に整列した目的アミノ酸配列のアミノ酸残基の位置は、当該任意の位置に「相当する位置」とみなされ、当該アミノ酸残基は「相当する位置のアミノ酸残基」と称される。
【0033】
すなわち、上記方法を用いることにより、例えば、上述したグリコシドハイドロラーゼであるセルロース分解性キシラナーゼ(GenBank:AAP22946)において、配列番号2における(A)356位、(B)310位、(C)210位、(D)87位、(E)46位、(F)11位、(G)16位、(H)23位、(I)25位、(J)29位、(K)31位、(L)38位、(M)42位、(N)45位、(O)50位、(P)51位、(Q)61位、(R)79位、(S)85位、(T)90位、(U)107位、(V)109位、(W)141位、(X)146位、(Y)181位、(Z)202位、(AA)243位、(AB)259位、(AC)261位、(AD)275位、(AE)284位、(AF)288位、(AG)311位、(AH)334位、(AI)348位、(AJ)352位及び(AK)377位の各位置に相当する位置は、それぞれ、386位のグリシン残基、340位のアスパラギン残基、240位のアスパラギン残基、171位のグリシン残基、76位のアラニン残基、41位のチロシン残基、46位のイソロイシン残基、53位のグルタミン残基、55位のアラニン残基、59位のアラニン残基、61位のリジン残基、68位のリジン残基、72位のロイシン残基、75位のアラニン残基、80位のチロシン残基、81位のチロシン残基、91位のバリン残基、109位のアスパラギン酸残基、115位のチロシン残基、117位のアスパラギン酸残基、120位のチロシン残基、137位のトリプトファン残基、139位のグルタミン残基、176位のイソロイシン残基、211位のイソロイシン残基、232位のアラニン残基、273位のアスパラギン残基、289位のリジン残基、291位のチロシン残基、305位のチロシン残基、314位のロイシン残基、318位のアスパラギン残基、341位のロイシン残基、364位のトレオニン残基、378位のチロシン残基、382位のアラニン残基及び407位のチロシン残基というように特定することができる。
【0034】
N257グリコシドハイドロラーゼ(配列番号2)のアミノ酸配列の(A)356位、(B)310位、(C)210位、(D)87位、(E)46位、(F)11位、(G)16位、(H)23位、(I)25位、(J)29位、(K)31位、(L)38位、(M)42位、(N)45位、(O)50位、(P)51位、(Q)61位、(R)79位、(S)85位、(T)90位、(U)107位、(V)109位、(W)141位、(X)146位、(Y)181位、(Z)202位、(AA)243位、(AB)259位、(AC)261位、(AD)275位、(AE)284位、(AF)288位、(AG)311位、(AH)334位、(AI)348位、(AJ)352位及び(AK)377位に相当する位置及びアミノ酸残基の具体例を、上記で例示したセルロース分解性キシラナーゼ(GenBank:AAP22946)を含め、先述したアミノ酸配列において配列番号2と80%以上の同一性を有するパエニバチルス エスピーY412MC10由来のリケナーゼ(GenBank:YP_003240630)、パエニバチルス エスピーHGF5由来のglycosyl hydrolase family 8(GenBank:ZP_08283397)、パエニバチルス ボルテックスV453由来のリケナーゼ(GenBank:ZP_07897964)、及びパエニバチルス ラクティス154由来のリケナーゼ(GenBank:ZP_09002324)について示す(表4)。
【0036】
斯くして特定される「相当する位置」は、アミノ酸配列において高い同一性を有し且つグリコシドハイドロラーゼであるタンパク質同士の間では、その三次元構造中で同等の位置に存在すると考えられる。したがって、相当する位置に存在するアミノ酸残基の変異は、グリコシドハイドロラーゼの特異的機能に対して、互いに類似した効果を及ぼすと推定される。
【0037】
さらに、本発明の親グリコシドハイドロラーゼとしては、配列番号2で示されるアミノ酸配列のグリコシドハイドロラーゼが有する次の酵素学的性質のいずれか1つ以上を有するものが、より好ましい:
1)等電点電気泳動法により測定された等電点が9.3である;
2)カルボキシメチルセルロースを液化型で良好に分解する;
3)基質特異性:カルボキシメチルセルース、リケナン、結晶性セルロース又はセロトリオース以上のセロオリゴ糖及を分解し、還元糖を生成する;
4)最適反応pH:少なくともpH5〜10で作用し、最適pHは8.5である;
5)最適反応温度:グリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH8.5)で反応を行った場合、最適反応温度は55℃である;
6)安定pH範囲:30℃、60分間で処理した場合、pH5〜11の範囲で安定である;
7)耐熱性:トリス−塩酸緩衝液(pH7.0)中、15分間の処理において、55℃まで安定である;
8)分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法による推定分子量は、43kDaである。
【0038】
本発明の変異グリコシドハイドロラーゼにおいて、上記表2−1及び表2−2に記載のアミノ酸残基の置換は、天然に生じたものであっても、人工的に導入したものであってもよい。さらに、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼは、上記表2−1及び表2−2に記載された位置のアミノ酸残基の置換に加えて、そのグリコシドハイドロラーゼ活性及び耐熱性向上効果を妨げない限り、他の任意の位置における変異(例えば、欠失、置換、付加、挿入)を有していてもよい。当該任意の位置における変異もまた、天然に生じたものであっても、人工的に導入したものであってもよい。
【0039】
グリコシドハイドロラーゼのアミノ酸残基を置換する手段としては、当技術分野で公知の各種変異導入技術を使用することができる。例えば、本発明の親グリコシドハイドロラーゼのアミノ酸配列をコードするグリコシドハイドロラーゼ遺伝子(以下、親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子とも称する)内の置換対象のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列を、置換後のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列に変異させ、更にその変異遺伝子から変異グリコシドハイドロラーゼを発現させることにより、置換対象のアミノ酸残基が所望のアミノ酸残基に置換された変異グリコシドハイドロラーゼを得ることができる。
【0040】
親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子への目的の変異の導入は、例えば基本的には、親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を鋳型DNAとして用いるPCR増幅や各種DNAポリメラーゼによる複製反応に基づき、当業者に周知の様々な部位特異的変異導入法を用いて行うことができる。部位特異的変異導入法は、例えば、インバースPCR法やアニーリング法など(村松ら編、「改訂第4版 新遺伝子工学ハンドブック」、羊土社、p.82−88)の任意の手法により行うことができる。必要に応じてStratagene社のQuickChange II Site−Directed Mutagenesis Kitや、QuickChange Multi Site−Directed Mutagenesis Kit等の各種の市販の部位特異的変異導入用キットを使用することもできる。
【0041】
親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子への部位特異的変異導入は、最も一般的には、導入すべきヌクレオチド変異を含む変異プライマーを用いて行うことができる。そのような変異プライマーは、親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子内の置換対象のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列を含む領域にアニーリングし、かつその置換対象のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列(コドン)に代えて置換後のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列(コドン)を有するポリヌクレオチドを含むように設計すればよい。置換対象及び置換後のアミノ酸残基をコードするヌクレオチド配列(コドン)は、当業者であれば、通常の教科書等に基づいて適宜認識し選択することができる。
【0042】
変異導入はまた、導入すべきヌクレオチド変異を含む相補的な2つの変異プライマーを別々に用いて変異部位の上流側及び下流側をそれぞれ増幅したDNA断片を、SOE(splicing by overlap extension)−PCR(Horton R.M.et al.,Gene(1989)77(1),p.61−68)により1つに連結する方法を用いることもできる。このSOE−PCR法を用いた変異導入手順については、後述の実施例にも詳述している。
【0043】
親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を含む鋳型DNAは、上述したバチルス エスピーKSM−N257(FERM P-17473)、バチルス サーキュランス、パエニバチルス エスピーY412MC10、パエニバチルス エスピーHGF5、パエニバチルス ボルテックスV453、パエニバチルス ラクティス154、又はそれらの変異株から、常法によりゲノムDNAを抽出するか、又はRNAを抽出し逆転写によりcDNAを合成することによって、調製することができる。あるいは、親グリコシドハイドロラーゼのアミノ酸配列に基づいて、対応するヌクレオチド配列を合成して鋳型DNAとして用いてもよい。
【0044】
上記バチルス属菌株からのゲノムDNAの調製は、例えば、Pitcher et al.,Lett.Appl.Microbiol.,1989,8:p.151−156に記載の方法などを用いて行うことができる。親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を含む鋳型DNAは、調製したcDNA又はゲノムDNAから切り出した親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を含むDNA断片を任意のベクター中に挿入した形で調製してもよい。
【0045】
プライマーは、ホスホロアミダイト法(Nucleic Acids Research,17,7059−7071,1989)等の周知のオリゴヌクレオチド合成法により作製することができる。そのようなプライマー合成は、例えば市販のオリゴヌクレオチド合成装置(ABI社製など)を用いて作製することもできる。変異プライマーを含むプライマーセットを使用し、親グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を鋳型DNAとして上記のような部位特異的変異導入を行うことにより、目的の変異が導入された変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を得ることができる。本発明はこのようにして得られる変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子にも関する。なお本発明において「変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子」とは、変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子のアミノ酸配列をコードする任意の核酸断片(DNA、mRNA、及び人工核酸等を含む)を意味する。本発明に係る「遺伝子」は、オープンリーディングフレームに加えて非翻訳領域(UTR)などの他のヌクレオチド配列を含んでもよい。
【0046】
得られた変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を常法により任意のベクター中に挿入し連結することにより、組換えベクターを作製することができる。本発明で用いるベクターは特に限定されず、プラスミド、ファージ、ファージミド、コスミド、ウイルス、YACベクター、シャトルベクター等の任意のベクターであってよい。そのようなベクターとしては、限定するものではないが、細菌内、とりわけバチルス属細菌内で増幅可能なベクターがより好ましく、バチルス属細菌内で導入遺伝子の発現を誘導可能な発現ベクターであることが更に好ましい。中でも、バチルス属細菌と他の生物のいずれでも複製可能なベクターであるシャトルベクターは、変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を組換え生産する上で特に好適に用いることができる。好ましいベクターの例としては、限定するものではないが、pHY300PLK(大腸菌と枯草菌の両方を形質転換可能な発現ベクター;Ishikawa,H.and Shibahara,H.,Jpn.J.Genet,(1985)60,p.235−243)、pAC3(Moriyama,H.et al.,Nucleic Acids Res.(1988)16,p.8732)等のシャトルベクター、pUB110(Gryczan,T.J.et al.,J.Bacteriol.(1978)134,p.318−329)、pTA10607(Bron,S.et al.,Plasmid,18(1987)p.8−15)等のバチルス属細菌の形質転換に利用可能なプラスミド、分泌シグナルを組換えタンパク質に付与可能な分泌ベクター(山根他,「枯草菌分泌ベクターによる融合タンパク質」澱粉科学,34.(1987),p.163−170)等が挙げられる。また大腸菌由来のプラスミド(例えばpET22b(+)、pBR322、pBR325、pUC118、pUC119、pUC18、pUC19、pBluescript等)を用いることもできる。
【0047】
変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を組換え生産する目的では、ベクターは発現ベクターであることが好ましい。発現ベクターは、転写プロモーター、ターミネーター、リボソーム結合部位などの宿主生物における発現に必須な各種エレメントの他、選択マーカー遺伝子やポリリンカー、エンハンサーなどのシスエレメント、ポリA付加シグナル、リボソーム結合配列(SD配列)等の有用な配列を必要に応じて含み得る。
【0048】
変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を含む組換えベクターを用いて、形質転換体を作製することができる。本発明では、本発明に係る変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を含む組換えベクター(具体的には組換え発現ベクター)を宿主細胞に導入することにより形質転換体(形質転換細胞)を作製し、それを組換えタンパク質の発現が誘導される条件下で培養することにより、変異グリコシドハイドロラーゼを産生させることができる。
【0049】
組換えベクターを導入する宿主細胞としては、大腸菌や枯草菌等の細菌、酵母細胞を始めとする微生物の他、昆虫細胞、動物細胞(例えば、哺乳動物細胞)、植物細胞等の任意の細胞を使用することができる。本発明においては、特に、枯草菌やその変異株等のバチルス属細菌を使用することが好ましい。
【0050】
形質転換には、例えば、リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、パーテイクルガン法、PEG法等の周知の形質転換技術を適用することができる。例えばバチルス属細菌に適用可能な形質転換法としては、コンピテントセル形質転換法(Bott.K.F.and Wilson,G.A.,J.Bacteriol.(1967)93,1925)、エレクトロポレーション法(Brigidi.P.et al.,FEMS Microbiol.Lett.(1990)55,135)、プロトプラスト形質転換法(Chang,S.and Cohen,S.N.,Mol.Gen.Genet.,(1979)168,p.111−115)、Tris−PEG法(Takahashi W.et al.,J.Bacteriol.(1983)156,p.1130−1134)などが挙げられる。
【0051】
組換えタンパク質生産のための上記形質転換体の培養は、当業者には一般的な方法に従って行うことができる。例えば、大腸菌や酵母細胞等の微生物宿主に基づく形質転換体を培養する培地としては、宿主微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行える培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。培地には、薬剤選択マーカーの種類に対応してアンピシリンやテトラサイクリン等を添加してもよい。プロモーターとして誘導性のものを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養する場合は、必要に応じてインデューサーを培地に添加してもよい。例えば、Lacプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した細菌等を培養するときにはイソプロピル−1−チオ−β−D−ガラクトシド(IPTG)等を、trpプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養するときにはインドール酢酸(IAA)等を培地に添加することができる。培養条件は特に限定されないが、好ましくは形質転換に用いる宿主生物に適した条件下で行われる。例えば、組換えタンパク質を生産するための枯草菌形質転換体の培養には、例えば、LB培地、2×YT培地、2×L−マルトース培地、又はCSL発酵培地等を用いることができる。
【0052】
本発明に係る変異グリコシドハイドロラーゼは、無細胞翻訳系を使用して変異グリコシドハイドロラーゼ遺伝子又はその転写産物から発現させてもよい。「無細胞翻訳系」とは、宿主となる細胞を機械的に破壊して得た懸濁液にタンパク質の翻訳に必要なアミノ酸等の試薬を加えて、インビトロ転写翻訳系又はインビトロ翻訳系を構成したものである。発現された変異グリコシドハイドロラーゼは、タンパク質精製に用いられる一般的な方法、例えば遠心分離、硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等を単独で又は適宜組み合わせて用いることにより、培養液、細胞破砕液、又は無細胞翻訳系から取得することができる。また、遠心分離や限外濾過型フィルター等を用いて分離又は濃縮したその培養上清や溶菌液上清等の溶液は、粗酵素液としてそのまま使用することもできる。発現された変異グリコシドハイドロラーゼが細胞内から分泌されない場合には、その細胞を破砕してからタンパク質の分離精製を行えばよい。
【0053】
なお本発明において用いるmRNAの調製、cDNAの作製、PCR、RT−PCR、ライブラリーの作製、ベクター中へのライゲーション、細胞の形質転換、DNAの配列の決定、核酸化学合成、タンパク質のN末端側のアミノ酸配列決定、突然変異誘発、タンパク質の抽出等の実験は、通常の実験書に記載の方法によって行うことができる。そのような実験書としては、例えば、SambrookらのMolecular Cloning,A laboratory manual,(2001)3rd Ed.,Sambrook,J.&Russell,DW.Cold Spring Harbor Laboratory Pressを挙げることができる。特に、枯草菌の遺伝子組換え実験については例えば、吉川博文著"7.2 枯草菌系"「続生化学実験講座1.遺伝子研究法II」,(1986)東京化学同人社(東京),p.150−169等の枯草菌の遺伝子操作に関する一般的な実験書を参照することができる。
【0054】
斯くして、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼを得ることができる。従って、本発明はまた、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼをコードする遺伝子(ポリヌクレオチド)、当該遺伝子を含むベクター、及び当該ベクターを含む形質転換体、ならびに当該形質転換体を用いる変異グリコシドハイドロラーゼの製造方法を提供する。
【0055】
本発明の変異グリコシドハイドロラーゼは、本発明の親グリコシドハイドロラーゼに対して、上記表2−1又は表2−2に示される位置又はそれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される少なくとも1つ、少なくとも2つ、又は少なくとも3つのアミノ酸残基が置換されている。
【0056】
好ましくは、置換されたアミノ酸残基の位置は、配列番号2で示されるアミノ酸配列における356位、310位、210位、87位、46位、11位、25位、38位、45位、109位、275位、284位、288位及び377位からなる群、又は配列番号2で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列における上記位置に相当する位置からなる群より選択される少なくとも1つを含む。あるいは、置換された位置は、上記に挙げた位置からなる群より選択される少なくとも2つを含む。またあるいは、置換された位置は、上記に挙げた位置からなる群より選択される少なくとも3つを含む。
【0057】
上記に挙げた好ましい置換位置における置換後のアミノ酸残基の好ましい例としては、以下が挙げられる:
356位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましく;
310位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸が好ましく;
210位又はこれに相当する位置は、システインであり;
87位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸又はイソロイシンが好ましく;
46位又はこれに相当する位置は、システイン、アルギニン又はチロシンが好ましく;
11位又はこれに相当する位置は、フェニルアラニンであり;
25位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましく;
38位又はこれに相当する位置は、チロシンが好ましく;
45位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸であり;
109位又はこれに相当する位置は、チロシンが好ましく;
275位又はこれに相当する位置は、フェニルアラニンであり;
284位又はこれに相当する位置は、アラニンが好ましく;
288位又はこれに相当する位置は、アラニンであり;
377位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましい。
【0058】
さらに、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼにおいては、上記356位、310位、210位、87位、46位、11位、25位、38位、45位、109位、275位、284位、288位及び377位、又はこれらに相当する位置の単置換、二重又は多重置換に加えて、さらに上記表2−1及び表2−2に示される他の位置のアミノ酸残基が置換されていてもよい。
【0059】
本発明の変異グリコシドハイドロラーゼにおいては、好ましくは、配列番号2で示されるアミノ酸配列の63位に相当する位置のアミノ酸残基はグルタミン酸であり、124位に相当する位置のアミノ酸残基はアスパラギン酸であり、253位に相当する位置のアミノ酸残基はグルタミン酸であり、且つ263位に相当する位置のアミノ酸残基はアスパラギンである。より好ましくは、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼにおいて、配列番号2で示されるアミノ酸配列の上記表3(i)記載の位置に相当する位置のアミノ酸残基は、上記表3(ii)に記載のアミノ酸残基である。
【0060】
本発明の変異グリコシドハイドロラーゼは、グリコシドハイドロラーゼ活性、好ましくはアルカリセルラーゼ活性、リケナーゼ活性及びキシラナーゼ活性からなる群より選択される1つ以上の酵素活性、好ましくはセルラーゼ活性を有する。また本発明の変異グリコシドハイドロラーゼは、親グリコシドハイドロラーゼと比べて、耐熱性が向上している。
【0061】
よって本発明はまた、本発明の親グリコシドハイドロラーゼのアミノ酸残基を上述のとおり置換することを含む、グリコシドハイドロラーゼの耐熱性を向上させる方法を提供する。
【0062】
本発明の変異グリコシドハイドロラーゼは、各種洗剤配合用酵素、好ましくは、洗剤配合用酵素として有用である。本発明の変異グリコシドハイドロラーゼは耐熱性が向上しているため、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼを含有する液体洗剤は、保存中の温度変化に強く、また高温下でも高い洗浄力を発揮することができ、結果としてより強力な酵素洗浄力を発揮することができる。よって本発明はまた、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼを含有する洗浄剤組成物を提供する。
【0063】
本発明の洗浄剤組成物における本発明の変異グリコシドハイドロラーゼの含有量は、組成物の0.0001質量%から5質量%、好ましくは0.0001質量%から2質量%であり、均一に溶解又は分散可能な範囲で異なる活性を有する酵素を配合することもできる。
【0064】
本発明の洗浄剤組成物は、本発明のグリコシドハイドロラーゼに加えて、界面活性剤及び水等を含有する。界面活性剤としては、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、及び陽イオン性界面活性剤等の任意の界面活性剤を1種で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0065】
非イオン性界面活性剤としては、例えば、以下が挙げられる:
R
1O−(AO)m−H(R
1=C8−C22炭化水素、AO=C2−C5オキシアルキレン基、m=16〜35)〔特開2010−275468号公報〕;
R
1O−(EO)l−(AO)m−(EO)n−H(R
1=C8−C18炭化水素、EO=C2オキシアルキレン基、AO=C3−C5オキシアルキレン基、l=3〜30、m=1〜5、l+n=14〜50)〔特開2010−265445号公報、特開2011−63784号公報〕;
R
1O−(EO)m/(AO)n−H(R
1=C8−C22炭化水素、EO=C2オキシアルキレン基、AO=C3−C5オキシアルキレン基、m=10〜30、n=0〜5、EO及びAOはランダム又はブロック結合)〔特開2010−189551号公報〕;
R
1(CO)lO−(EO)m/(AO)n−R
2(R
1=C8−C22炭化水素、EO=C2オキシアルキレン基、AO=C3−C5オキシアルキレン基、l=0〜1、m=14〜50、n=1〜5、R
2=水素(l=0)又はC1−C3アルキル基、EO及びAOはランダム又はブロック結合)〔特開2010−229385号公報〕;
R
1O−(EO)m−(AO)n−H(R
1=C8−C22炭化水素、EO=C2オキシアルキレン基、AO=C3−C5オキシアルキレン基、m=15〜30、n=1〜5)〔特開2010−229387号公報〕;
R
1O−(AO)m/(Gly)n−H及び/又はR
2−COO−(AO)p/(Gly)q−H(R
1=C8−C22炭化水素基、R
2=C7−C21炭化水素基、AO=C2−C3オキシアルキレン基、Gly=グリセロール基、m=0〜5、n=2〜10、p=0〜5、q=2〜10、AO及びGlyはランダム又はブロック結合)〔特開2010−254881号公報〕;
R
1−COO−(PO)m/(EO)n−R
2(R
1=C7−C21炭化水素基,COO=カルボニルオキシ基、R
2=C1−C3アルキル基、PO=オキシプロピレン基、EO=オキシエチレン基、m=0.3〜5、n=8〜25、PO及びEOはランダム又はブロック結合)〔特開2010−265333号公報〕;
R
1O−(EO)l−(PO)m−(EO)n−H(R
1=C8−C20炭化水素、EO=C2オキシアルキレン基、PO=オキシプロピレン基、l>=1、n>=1、0<m<l+n、EO及びPOはブロック結合)〔WO98/24865〕;
R
1O−(EO)m−(PO)n−H(R
1=C10−C16のアルキル基又はアルケニル基、EO=エチレンオキシド基、PO=プロピレンオキシド基、m=5〜15、n=1〜3)〔特開平8−157867号公報〕;
R
1(CO)−(EO)m−OR
2(R
1=C11−C13直鎖又は分岐状アルキル基又はアルケニル基、R
2=C1−C3アルキル基、EO=エチレンオキシド基、m=10〜20)〔特開2008−7706号公報、特開2009−7451号公報、特開2009−155594号公報、特開2009−155606号公報〕;
R
1(CO)−(AO)m−OR
2(R
1=C9−C13直鎖又は分岐状アルキル基又はアルケニル基、AO=C2−C4オキシアルキレン基、R
2=C1−C3アルキル基、m=5〜30)〔特開2009−144002号公報、特開2009−173858号公報、特開2010−189612号公報〕;
ならびに、脂肪酸アルカノールアミド、脂肪酸アルカノールグルカミド、アルキルポリグルコシド等が挙げられる。
【0066】
陰イオン界面活性剤としては、例えば、カルボキシレート型陰イオン界面活性剤、スルホン酸型又は硫酸エステル型陰イオン界面活性剤、非石鹸系アニオン界面活性剤、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸又はその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−スルホ脂肪酸塩、脂肪酸石鹸、リン酸エステル塩系界面活性剤、アシルアラニネート、アシルタウレート、アルキルエーテルカルボン酸、アルコール硫酸エステル等が挙げられる。好ましくは炭素数8〜22の長鎖アルキル基を1つ有する第4級アンモニウム型界面活性剤、炭素数8〜22の長鎖アルキル基を1つ有する3級アミンが挙げられる。
【0067】
陽イオン界面活性剤としては、例えば長鎖アルキル基を有する第4級アンモニウム塩、長鎖アルキル基を1つ有する3級アミン、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩等が挙げられる。両性イオン活性剤としては、アルキル酢酸ベタイン、アルカノールアミドプロピル酢酸ベタイン、アルキルイミダゾリン、アルキルアラニン等、アルキルベタイン型、アルキルアミドベタイン型、イミダゾリン型、アルキルアミノスルホン型、アルキルアミノカルボン酸型、アルキルアミドカルボン酸型、アミドアミノ酸型又はリン酸型の両性界面活性剤等が挙げられる。好ましくは炭素数10〜18のアルキル基を有するスルホベタイン又はカルボベタインを挙げることができる。
【0068】
好ましくは、本発明の洗浄剤組成物は、液体洗剤組成物である。当該液体洗剤組成物は、濃縮液体洗剤組成物であってもよい。本明細書において、「濃縮液体洗剤」とは、界面活性剤を40質量%以上、水を60質量%未満含有する液体洗剤を意味し得る。好ましくは、界面活性剤を40〜90質量%、水を5質量%以上60質量%未満含有する液体洗剤であり得、より好ましくは、界面活性剤を45〜90質量%、水を5質量%以上55質量%未満含有する液体洗剤であり得、さらに好ましくは、界面活性剤を50〜75質量%、水を5〜50質量%未満含有する液体洗剤であり得る。上記のような「濃縮液体洗剤」の例としては、使用量が従来の半分程度又はそれ以下でよい液体洗剤、例えば、衣料用液体洗剤であれば、水槽式洗濯機で水30Lに対する標準使用量が7〜13g又はそれ以下と表示されているものを挙げることができる。
【0069】
本発明の液体洗剤組成物は、さらに、液体洗剤に通常使用される成分、例えば、水溶性ポリマー、水混和性有機溶剤、アルカリ剤、キレート剤、本発明の変異グリコシドハイドロラーゼ以外の他の酵素、酵素安定化剤、蛍光剤、再汚染防止剤及び分散剤、色移り防止剤、仕上げ剤、過酸化水素等の漂白剤、酸化防止剤、pH調製剤、緩衝剤、防腐剤、香料、塩、アルコール、糖類等を含み得る。
【0070】
水溶性ポリマーとしては、例えば、(i)炭素数2〜5のエポキシド由来の重合単位を含んで構成されるポリエーテル鎖部分と(ii)アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸から選ばれる一種以上の不飽和カルボン酸単量体由来の重合単位を含んで構成されるポリマー鎖部分とを有し、(i)又は(ii)はいずれかが幹鎖となり、他方が枝鎖となったグラフト構造を有する高分子化合物(特開2010−275468号公報)、ならびにアルキレンテレフタレート単位及び/又はアルキレンイソフタレート単位と、オキシアルキレン単位及び/又はポリオキシアルキレン単位を有する水溶性ポリマー(特開2009−155606号公報)等が挙げられる。
【0071】
水混和性有機溶剤としては、例えばアルカノール類、のアルキレングリコール類やグリセリン、ポリアルキレングリコール類、(ポリ)アルキレングリコール(モノ又はジ)アルキルエーテル類、アルキルグリセリルエーテル類、(ポリ)アルキレングリコールの芳香族エーテル類が挙げられる。エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、又はヘキシレングリコールなどの炭素数2〜6のアルキレングリコール類やグリセリン、又はポリエチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル等が好ましい。本発明の液体洗剤組成物における当該水混和性有機溶剤の含有量は、1〜40質量%、好ましくは1〜35質量%である。
【0072】
アルカリ剤としては、例えばC2−C4のアルカノールを1〜3個有するアルカノールアミンとして、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、又はポリオキシアルキレンアミン、ジメチルアミノプロピルアミン等が挙げられる。モノエタノールアミン、トリエタノールアミンが好ましい。本発明の液体洗剤組成物における当該アルカリ剤の含有量は、0〜20質量%、好ましくは0〜10質量%である。
【0073】
キレート剤としては、例えばニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、トリエチレンテトラアミン六酢酸、ジエンコル酸等のアミノポリ酢酸又はこれらの塩、ジグリコール酸、オキシジコハク酸、カルボキシメチルオキシコハク酸、クエン酸、乳酸、酒石酸、シュウ酸、リンゴ酸、オキシジコハク酸、グルコン酸、カルボキシメチルコハク酸、カルボキシメチル酒石酸等の有機酸又はこれらの塩、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、これらのアルカリ金属または低級アミン塩等が挙げられる。本発明の液体洗剤組成物における当該キレート剤の含有量は、0.1〜5質量%が好ましく、より好ましくは0.1〜4質量%である。
【0074】
有機酸又はその塩としては、例えば、飽和脂肪酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、またはそれらの塩などの多価カルボン酸類;クエン酸、リンゴ酸、グリコール酸、p−ヒドロキシ安息香酸、安息香酸又はそれらの塩等のヒドロキシカルボン酸類が挙げられ、なかでもクエン酸又はその塩が特に好ましい。本発明の液体洗剤組成物における当該有機酸又はその塩の含有量は、0〜5質量%、好ましくは0〜3質量%である。
【0075】
再汚染防止剤及び分散剤としては、例えばポリアクリル酸、ポリマレイン酸、カルボキシメチルセルロース、重量平均分子量5000以上のポリエチレングリコール、無水マレイン酸−ジイソブチレン共重合体、無水マレイン酸−メチルビニルエーテル共重合体、無水マレイン酸−酢酸ビニル共重合体、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、及び特開昭59−62614号公報の請求項1〜21(1頁3欄5行〜3頁4欄14行)記載のポリマーなどの再汚染防止剤及び分散剤を挙げることができるが、配合に適さない場合は除外してもよい。
【0076】
色移り防止剤としては、例えばポリビニルピロリドンが挙げられ、含有量は0.01〜10質量%が好ましい。
【0077】
漂白剤としては、例えば過酸化水素、過炭酸塩、過硼酸塩などの漂白剤は1〜10質量%配合するのが好ましい。漂白剤を使用するときは、テトラアセチルエチレンジアミン(TAED)や特開平6−316700号公報記載などの漂白活性化剤(アクチベーター)を0.01〜10質量%配合することができる。
【0078】
蛍光剤としては、例えばビフェニル型蛍光剤(チノパールCBS−Xなど)やスチルベン型蛍光剤(DM型蛍光染料など)が挙げられる。蛍光剤は0.001〜2質量%配合するのが好ましい。
【0079】
本発明の変異グリコシドハイドロラーゼ以外の他の酵素としては、例えば、プロテアーゼ、他のセルラーゼ、他のリケナーゼ、他のβ−グルカナーゼ、ヘミセルラーゼ、リパーゼ、ペルオキシダーゼ、ラッカーゼ、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、クチナーゼ、ペクチナーゼ、レダクターゼ、オキシダーゼ、フェノールオキシダーゼ、リグニナーゼ、プルラナーゼ、ペクチン酸リアーゼ、キシログルカナーゼ、他のキシラナーゼ、ペクチンアセチルエステラーゼ、ポリガラクツロナーゼ、ラムノガラクツロナーゼ、ペクチンリアーゼ、マンナナーゼ、ペクチンメチルエステラーゼ、セロビオヒドロラーゼ、及びトランスグルタミナーゼ等を始めとする加水分解酵素、ならびにそれらのうち2種以上の混合物が挙げられる。
【0080】
その他成分として、例えばホウ素化合物、カルシウムイオン源(カルシウムイオン供給化合物)、ビヒドロキシ化合物、蟻酸等の酵素安定化剤、ブチルヒドロキシトルエン、ジスチレン化クレゾール、亜硫酸ナトリウム及び亜硫酸水素ナトリウム等の酸化防止剤、パラトルエンスルホン酸、クメンスルホン酸、メタキシレンスルホン酸、安息香酸塩(防腐剤としての効果もある)などの可溶化剤、オクタン、デカン、ドデカン、トリデカンなどのパラフィン類、デセン、ドデセンなどのオレフィン類、塩化メチレン、1,1,1−トリクロロエタンなどのハロゲン化アルキル類、D−リモネンなどのテルペン類などの水非混和性有機溶剤、色素、香料、抗菌防腐剤、シリコーン等の消泡剤等が挙げられる。
【0081】
本発明の洗浄剤組成物は、限定するものではないが、好ましくは衣料用、又は布製品(シーツ、カーテン、カーペット、壁クロス等)用のものである。本発明に係る洗浄剤組成物は、本発明の耐熱性の高い変異グリコシドハイドロラーゼを含有することにより、従来品と比べて高温での安定性が高くなり、高い酵素洗浄力を発揮することができる。
【0082】
本発明の例示的実施形態として、さらに以下の組成物、方法、あるいは用途を本明細書に開示する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
【0083】
<1>配列番号2で示されるアミノ酸配列又は当該アミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列において、配列番号2で示されるアミノ酸配列の上記表1(i)記載の位置又はそれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基が、上記表1(ii)記載のアミノ酸残基であるアミノ酸配列からなる、変異グリコシドハイドロラーゼ。
【0084】
<2>上記配列同一性が90%以上、95%以上、97%以上、98%以上又は99%以上である<1>記載の変異グリコシドハイドロラーゼ。
【0085】
<3>配列番号2で示されるアミノ酸配列の63位に相当する位置におけるアミノ酸残基がグルタミン酸であり、配列番号2で示されるアミノ酸配列の124位に相当する位置におけるアミノ酸残基がアスパラギン酸であり、配列番号2で示されるアミノ酸配列の253位に相当する位置におけるアミノ酸残基がグルタミン酸であり、且つ配列番号2で示されるアミノ酸配列の263位に相当する位置におけるアミノ酸残基がアスパラギンである、<1>又は<2>記載の変異グリコシドハイドロラーゼ。
【0086】
<4>配列番号2で示されるアミノ酸配列の上記表3(i)記載の位置に相当する位置におけるアミノ酸残基が、上記表3(ii)記載のアミノ酸残基である、<1>〜<3>のいずれか1に記載の変異グリコシドハイドロラーゼ。
【0087】
<5>上記少なくとも1つのアミノ酸残基が、(A)356位、(B)310位、(C)210位、(D)87位、(E)46位、(F)11位、(I)25位、(L)38位、(N)45位、(V)109位、(AD)275位、(AE)284位、(AF)288位、及び(AK)377位、又はこれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される、<1>〜<4>のいずれか1に記載の変異グリコシドハイドロラーゼ。
【0088】
<6>配列番号2で示されるアミノ酸配列の以下の位置又はこれらに相当する位置からなる群より選択される少なくとも1つに、下記アミノ酸残基を有する、<1>〜<5>のいずれか1に記載の変異グリコシドハイドロラーゼ:
(A)356位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましく;
(B)310位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸が好ましく;
(C)210位又はこれに相当する位置は、システインであり;
(D)87位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸又はイソロイシンが好ましく;
(E)46位又はこれに相当する位置は、システイン、アルギニン又はチロシンが好ましく;
(F)11位又はこれに相当する位置は、フェニルアラニンであり;
(I)25位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましく;
(L)38位又はこれに相当する位置は、チロシンが好ましく;
(N)45位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸であり;
(V)109位又はこれに相当する位置は、チロシンが好ましく;
(AD)275位又はこれに相当する位置は、フェニルアラニンであり;
(AE)284位又はこれに相当する位置は、アラニンが好ましく;
(AF)288位又はこれに相当する位置は、アラニンであり;
(AK)377位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましい。
【0089】
<7>セルラーゼ活性、リケナーゼ活性及びキシラナーゼ活性からなる群より選択される1つ以上の酵素活性を有する、<1>〜<6>のいずれか1に記載の変異グリコシドハイドロラーゼ。
【0090】
<8><1>〜<7>のいずれか1に記載の変異グリコシドハイドロラーゼをコードする遺伝子。
【0091】
<9><8>記載の遺伝子を含有する組換えベクター。
【0092】
<10><9>記載の組換えベクターを含む形質転換体。
【0093】
<11><10>記載の形質転換体を用いる変異グリコシドハイドロラーゼの製造方法。
【0094】
<12><1>〜<7>のいずれか1に記載の変異グリコシドハイドロラーゼを含有する洗浄剤組成物。
【0095】
<13>液体洗剤組成物である、<12>記載の洗浄剤組成物。
【0096】
<14>配列番号2で示されるアミノ酸配列又は当該アミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなるグリコシドハイドロラーゼにおいて、配列番号2で示されるアミノ酸配列の上記表1(i)記載の位置又はこれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基を、上記表1(ii)記載のアミノ酸残基に置換することを含む、グリコシドハイドロラーゼの耐熱性を向上させる方法。
【0097】
<15>上記配列同一性が90%以上、95%以上、97%以上、98%以上又は99%以上である<14>記載の方法。
【0098】
<16>上記グリコシドハイドロラーゼにおいて、配列番号2で示されるアミノ酸配列の63位に相当する位置におけるアミノ酸残基がグルタミン酸であり、配列番号2で示されるアミノ酸配列の124位に相当する位置におけるアミノ酸残基がアスパラギン酸であり、配列番号2で示されるアミノ酸配列の253位に相当する位置におけるアミノ酸残基がグルタミン酸であり、且つ配列番号2で示されるアミノ酸配列の263位に相当する位置におけるアミノ酸残基がアスパラギンである、<14>又は<15>記載の方法。
【0099】
<17>上記グリコシドハイドロラーゼにおいて、配列番号2で示されるアミノ酸配列の上記表3(i)記載の位置に相当する位置におけるアミノ酸残基が、上記表3(ii)記載のアミノ酸残基である、<14>〜<16>のいずれか1に記載の方法。
【0100】
<18>上記少なくとも1つのアミノ酸残基が、(A)356位、(B)310位、(C)210位、(D)87位、(E)46位、(F)11位、(I)25位、(L)38位、(N)45位、(V)109位、(AD)275位、(AE)284位、(AF)288位、及び(AK)377位、又はこれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される、<14>〜<17>のいずれか1に記載の方法。
【0101】
<19>配列番号2で示されるアミノ酸配列の以下の位置又はこれらに相当する位置におけるアミノ酸残基からなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸残基が、下記アミノ酸残基に置換されている、<14>〜<18>のいずれか1に記載の方法:
(A)356位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましく;
(B)310位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸が好ましく;
(C)210位又はこれに相当する位置は、システインであり;
(D)87位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸又はイソロイシンが好ましく;
(E)46位又はこれに相当する位置は、システイン、アルギニン又はチロシンが好ましく;
(F)11位又はこれに相当する位置は、フェニルアラニンであり;
(I)25位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましく;
(L)38位又はこれに相当する位置は、チロシンが好ましく;
(N)45位又はこれに相当する位置は、グルタミン酸であり;
(V)109位又はこれに相当する位置は、チロシンが好ましく;
(AD)275位又はこれに相当する位置は、フェニルアラニンであり;
(AE)284位又はこれに相当する位置は、アラニンが好ましく;
(AF)288位又はこれに相当する位置は、アラニンであり;
(AK)377位又はこれに相当する位置は、トレオニンが好ましい。
【0102】
<20>上記グリコシドハイドロラーゼが、セルラーゼ活性、リケナーゼ活性及びキシラナーゼ活性からなる群より選択される1つ以上の酵素活性を有する、<14>〜<19>のいずれか1に記載の方法。
【実施例】
【0103】
以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
【0104】
参考例1 N257グリコシドハイドロラーゼの調製
グリコシドハイドロラーゼの調製方法について、バチルス サーキュランス(
Bacillus circulans)KSM−N257株(FERMP−17473)由来のN257グリコシドハイドロラーゼを例として以下に示す。
N257グリコシドハイドロラーゼ(配列番号2)をコードする遺伝子(配列番号1)〔以下、N257グリコシドハイドロラーゼ遺伝子とも称する;塩基配列はGenBankアクセッション番号AB059267に基づき入手可能;Hakamada et al.,Biochim.Biophys.Acta.,1570,2002,p.174−180〕におけるN257グリコシドハイドロラーゼのN末端アミノ酸からターミネーター配列までをコードする核酸断片を増幅した。さらに、S237セルラーゼをコードする遺伝子(配列番号3)〔以下、S237セルラーゼ遺伝子とも称する;塩基配列はGenBankアクセッション番号AB18420に基づき入手可能;Hakamada et al.,Biosci.Biotechnol.Biochem.,64(11),2000,p.2281−2289;特開2000−210081号公報〕のプロモーター及びシグナル配列の核酸断片を増幅した。
SOE−PCRにて2つの核酸断片を連結し、シャトルベクターpHY300PLK(ヤクルト本社;Ishiwa,H.&Shibahara,H.,Jpn.J.Genet.,1985,60,p.235−243)に導入することで、N257グリコシドハイドロラーゼ遺伝子を含む発現プラスミドを作製した。
【0105】
詳細には、初めにバチルス エスピー(
Bacillus sp.)KSM−S237株からゲノムDNAを常法により抽出し、これを鋳型DNAとして、表5に示すプライマーS237UB1 FW(配列番号4)とS237−PS RV(配列番号5)からなるプライマーセットを用いて、S237セルラーゼをコードする遺伝子(配列番号3)のプロモーター及びシグナル配列を含むDNA断片1を増幅した。
次に、バチルス サーキュランス(
Bacillus circulans)KSM−N257株からゲノムDNAを常法により抽出し、これを鋳型DNAとして、表5に示すN257mat−Qster FW(配列番号6)とN257−Cryter RV(配列番号7)からなるプライマーセットを用いて、N257グリコシドハイドロラーゼ遺伝子の成熟タンパク質コード領域及びターミネーター配列(配列番号1の338番塩基以降)を含むDNA断片2を増幅した。
上記DNA断片1、2の増幅は、GeneAmp PCRシステム(アプライドバイオシステムズ)を使用し、Pyrobest DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)と付属の試薬類を用いて、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により行った。PCRの反応液は、適宜希釈した鋳型DNAを1μL、センスプライマー及びアンチセンスプライマーを各々20pmol、及びPyrobest DNAポリメラーゼを2.5U混合し、水を加えて反応液総量を50μLにして調製した。PCR反応は、98℃で10秒間、55℃で30秒間及び72℃で1〜5分間(目的増幅産物に応じて調整したが、目安は1kb当たり1分間)の3段階の温度変化を30サイクル繰り返した後、72℃で5分間反応させる条件で行った。
上記で得られたDNA断片1及び2を鋳型として、S237セルラーゼのプロモーター及びシグナル配列とN257成熟タンパク質コード領域及びターミネーター配列とを含むDNA断片を、表5に示すS237UB1 Fw(配列番号4)とN257−Cryter Rv(配列番号7)からなるプライマーセットを用いて、SOE−PCRによって増幅した。
【0106】
【表5】
【0107】
シャトルベクターpHY300PLK(ヤクルト本社;Ishiwa,H.&Shibahara,H.,Jpn.J.Genet.,1985,60,p.235−243)をSmaIにて制限酵素処理し、これに増幅断片を挿入し、組換えプラスミドpHY−N257を構築した。プラスミド中に挿入されたN257グリコシドハイドロラーゼ遺伝子断片については、3100DNAシーケンサー(Applied Biosystems)を用いて配列決定することにより、S237セルラーゼをコードする遺伝子(配列番号3)のプロモーター及びシグナル配列とN257成熟タンパク質コード領域及びターミネーター配列とが連結したヌクレオチド配列を有することを確認した。次いでプロトプラスト形質転換法により、枯草菌(
Bacillus subtilis Marburg No.168株(Nature,390,1997,p.249))を組換えプラスミドpHY−N257を導入して形質転換した。
【0108】
プロトプラスト形質転換法では、まず、枯草菌株(
Bacillus subtilis Marburg No.168株:Nature,390,1997,p.249)を、50mLのLB培地(1%トリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl)中で37℃にて約2時間振盪培養し、600nmにおける吸光度が0.4となった時点で、室温で遠心分離(7000rpm、15分間)により菌体を集めた。集めた菌体を5mLのSMMP[0.5Mシュークロース、20mMマレイン酸二ナトリウム、20mM塩化マグネシウム6水塩、35%(w/v)Antibiotic Medium 3(Difco)]に懸濁後、SMMP溶液に溶解した500μLのリゾチーム溶液(30mg/mL)を加え、37℃で1時間保温して菌体をプロトプラスト化した。保温終了後、室温で遠心分離(2800rpm、15分間)によりプロトプラストを集め、5mLのSMMPに懸濁しプロトプラスト溶液を調製した。0.5mLのプロトプラスト溶液に、10μLのプラスミド溶液(N257グリコシドハイドロラーゼをコードする遺伝子を含むプラスミドベクターを含む)と1.5mLの40%(w/v)ポリエチレングリコール(PEG8000、Sigma)を加え、緩やかに攪拌して室温で2分間放置した後、直ちに5mLのSMMP溶液を混和し、室温で遠心分離(2800rpm、15分間)によりプロトプラストを集め、1mLのSMMP溶液に再懸濁した。プロトプラスト懸濁液を、37℃で90分間振盪(120rpm)した後、テトラサイクリン(15μg/mL、Sigma)を含むDM3再生寒天培地[0.8%(w/v)寒天(和光純薬)、0.5%コハク酸2ナトリウム6水塩、0.5%カザミノ酸テクニカル(Difco)、0.5%酵母エキス、0.35%リン酸1カリウム、0.15%リン酸2カリウム、0.5%グルコース、0.4%塩化マグネシウム6水塩、0.01%牛血清アルブミン(Sigma)、0.5%カルボキメチルセルロース、0.005%トリパンブルー(Merck)及びアミノ酸混液(トリプトファン、ロイシン、メチオニン各10μg/mL)]上に塗布し、30℃で72時間培養して、生育したコロニーを形質転換体として分離した。
【0109】
得られた形質転換体を10mLのLB培地(1%トリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl)で30℃にて一夜振盪培養を行い、更にこの培養液0.05mLを50mLの2×L−マルトース培地(2%トリプトン、1%酵母エキス、1%NaCl、7.5%マルトース、7.5ppm硫酸マンガン4−5水和物、15ppmテトラサイクリン)に接種し、30℃にて3日間振盪培養を行った。培養によって得られたN257グリコシドハイドロラーゼを含む培養液を遠心分離し、培養上清を得た。SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動にて、培養上清に含まれる蛋白質がN257グリコシドハイドロラーゼであることを確認した。
【0110】
参考例2 グリコシドハイドロラーゼ活性の測定
(1)グリコシドハイドロラーゼ蛋白量測定
培養上清中のグリコシドハイドロラーゼ蛋白量の測定は、プロテインアッセイラピッドキット(和光純薬工業)を用いて以下の通り行なった。すなわち、96穴プレートの各ウェルに、同キットの発色液250μLを加え、さらに適宜希釈した酵素液(グリコシドハイドロラーゼを含む培養上清)10μLを混和し、室温で30分間撹拌したのち、マイクロプレートリーダーVersaMax(Molecular Device社)を用いて600nmにおける吸光度を測定した。同キット付属の牛胸腺アルブミン(BSA)標準液を用いて同時に作製した検量線から、グリコシドハイドロラーゼタンパク濃度(mg/mL BSA相当)を算出した。
【0111】
(2)グリコシドハイドロラーゼのセルラーゼ活性測定(DNS法)
セルラーゼ活性測定は96穴プレートを用いて測定を行った。1.0%カルボキシメチルセルロース(CMC、日本製紙)及び50mMグリシン緩衝液(pH9.0)を調製し、基質溶液とした。この基質溶液90μLに対し、適当な濃度に希釈した酵素液(培養上清)10μLを加え、40℃で20分反応した後、ジニトロサリチル酸(DNS)溶液100μLを加えて100℃で5分間熱処理し、速やかに氷水中で冷却した。冷却した溶液100μLを96穴アッセイプレート(IWAKI)へと移し、マイクロプレートリーダー(Molecular Device社)を用いて535nmの吸光度を測定した。40℃、100℃での熱処理はDNA engine PTC−200(Bio−Rad)を使用した。また、サンプルの希釈、基質反応液への添加、DNS溶液の添加にはマルチディスペンサーEDR384S(バイオテック)を用いた。吸光度に基づいて酵素反応により生成した還元糖の量を測定し、上記条件下で1分間に1μmolのD−グルコース相当の還元糖を遊離する活性を1unit(U)として、グリコシドハイドロラーゼのセルラーゼ活性(U)を求めた。
【0112】
参考例3 グリコシドハイドロラーゼの保温後における残存活性の測定
50mMグリシン緩衝液(pH9.0)で適当な濃度に希釈した酵素液(グリコシドハイドロラーゼを含む培養上清)を60℃で10分間保温した。保温操作には、PCRプレートとPCRサイクラーDNA engine PTC−200(Bio−Rad)を用いた。保温前後のサンプルのセルラーゼ活性を参考例2と同様の方法にて測定し、保温前に対する保温後の残存活性(%)〔(保温後のセルラーゼ活性)/(保温前のセルラーゼ活性)×100〕を求めた。
【0113】
実施例1 グリコシドハイドロラーゼ変異体の作製
本発明のグリコシドハイドロラーゼ変異体の作製方法を、野生型(親)N257グリコシドハイドロラーゼ成熟酵素領域のアミノ酸配列(配列番号2)における11番目のチロシン(Y11)をフェニルアラニンに変異させた変異体「Y11F」の作製方法を例として、以下に示す。
【0114】
大腸菌から抽出し、十分に希釈したプラスミドpHY−N257(上記参考例1参照)を鋳型とし、表6−1に示したプライマーY11F−FW(配列番号8)とY11−RV(配列番号9)からなるプライマーセット、及びPrimeSTAR(登録商標)Mutagenesis Basal Kit(タカラバイオ)を用いて、インバースPCRを行った。詳細には、鋳型としてpHY−N257 100pg、各プライマー(フォワード、リバース)2μM、Kitに付属のPrimeSTAR MAX DNA polymerase 25μLを、滅菌水を用いて50μLに調製した。反応は、変性を98℃ 10秒、アニーリングを55℃ 5秒、伸長を72℃ 45秒で30サイクルにて行った。本PCRシステムでは、プラスミドを鋳型に5'側が15塩基オーバーラップしたプライマーを用いて、インバースPCRを行うことによって、オーバーラップ部分が5'側に突出したプラスミドの配列を全て含むPCR産物を得ることができる。この増幅産物は形質転換可能な環状構造をとることが出来るため、この増幅産物を用いることで形質転換を直接行うことができる。本実施例では、フォワードプライマーのオーバーラップ配列直後の3'側の3塩基を目的のアミノ酸の塩基配列に変えることで、同じ位置のアミノ酸残基を置換する場合には、リバースプライマーを共用できるようにした。以上の方法により、N257グリコシドハイドロラーゼ遺伝子の11位のチロシン残基に対応する位置をフェニルアラニンに置換した変異を含むpHY−N257_Y11Fを得た。制限酵素DpnI(TOYOBO)を用いて鋳型プラスミドを消化した後に、NucleoFast 96 PCR Plate(MACHREY−NAGEL)を用いて増幅産物を精製した。次いで、参考例1と同様に、組換えプラスミドpHY−N257_Y11Fを枯草菌に導入し、得られた形質転換体を培養した。得られた培養物から遠心分離にて菌体を除いて培養上清を取得した。この培養上清は、N257グリコシドハイドロラーゼのアミノ酸配列(配列番号2)の11位のチロシンがフェニルアラニンに置換された変異N257グリコシドハイドロラーゼ(以下、N257_Y11Fとも称する)を含む。
【0115】
同様に、Y11F−FW及びY11F−RVに代えて、下記表6−1〜6−3の「Forwardプライマー」欄及び「Reverseプライマー」欄に記載のプライマーをそれぞれ用いて同様の操作を行うことで、下記表6−1〜6−3の「N257変異」欄記載の変異を有するN257グリコシドハイドロラーゼ変異体を含む培養上清を得た。
【0116】
【表6-1】
【表6-2】
【表6-3】
【0117】
実施例2 変異グリコシドハイドロラーゼの耐熱性評価
参考例3記載の方法にて、実施例1で得た変異グリコシドハイドロラーゼの保温後における残存活性を測定した。同様の方法で測定した親グリコシドハイドロラーゼ(N257)の残存活性を100%としたときの、各変異グリコシドハイドロラーゼの相対残存活性を求め、酵素の耐熱性を評価した。
結果を表7に示す。全ての変異体は、親グリコシドハイドロラーゼと比較して耐熱性が向上していた。
【0118】
【表7】