JP4405627B2 - Novel polypeptide, DNA encoding the polypeptide, and uses thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インドールの7位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチド、そのポリペプチドをコードするDNA、前記DNAを組み込んで得られる組み換え体DNA、前記組み換え体DNAを保持する微生物、インドールの7位を水酸化する酵素を産生する微生物または前記組み換え体DNAを保持する微生物を用いた医薬、染料及び試薬の原料として有用な7−ヒドロキシインドール及び7−ヒドロキシトリプトファンの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、7−ヒドロキシインドールは合成法によって製造されているが、数工程を要し製造コストがかかっている。また、微生物変換法による製造方法としては3−ヒドロキシ−2−アミノ−安息香酸を遺伝子操作した大腸菌に添加してトリプトファン−アントラニル酸サイクルを用いて製造する方法(WO 9534657)が知られているが、インドールの7位を微生物あるいは酵素を用いて水酸化することによる製造法は知られていない。一方、7−ヒドロキシトリプトファンの製造法としては合成法の他に微生物変換法として、先に述べた微生物変換法の他に合成法によって製造された7−ヒドロキシインドールを微生物によって7−ヒドロキシトリプトファンに変換する方法(特開昭49-20392)が知られているが、微生物を用いてインドールから7−ヒドロキシトリプトファンを直接製造する方法は知られていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、医薬、染料及び試薬の原料として重要視されている7−ヒドロキシインドールおよび7−ヒドロキシトリプトファンを安価に製造するために、インドールの7位を水酸化する酵素活性を有するポリペプチド群およびそれらポリペプチドをコードする遺伝子を提供すると共に、その遺伝子を保持する微生物を用いた7−ヒドロキシインドールおよび7−ヒドロキシトリプトファンの製造法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題に鑑みて、インドールの7位を水酸化する微生物の探索を行ない、土壌から分離されたキサントモナス属に属する微生物が培地に添加したインドールの7位を水酸化して7−ヒドロキシインドールを生産する能力を有していることを発見し、さらに7−ヒドロキシトリプトファンをも生産することを発見した。次に、本発明者らは該微生物からインドールの7位の水酸化に関与する遺伝子のクローニングを試み、その遺伝子群のクローニングに成功し本発明を完成するに至った。
【0005】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のポリペプチドとしては、インドールの7位を水酸化する活性を有するポリペプチドであればいずれも用いることができ、例えば、配列番号1で示される塩基配列中、(1)2602番目から2796番目の配列を有するDNAでコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド、(2)2825番目から3829番目の配列を有するDNAでコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド、(3)3847番目から4116番目の配列を有するDNAでコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド、(4)4145番目から5704番目の配列を有するDNAでコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド、(5)5740番目から6099番目の配列を有するDNAでコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド、(6)6126番目から7181番目の配列を有するDNAでコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド、(7)7190番目から7528番目の配列を有するDNAでコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド、あるいは(1)〜(7)で表わされるアミノ酸配列を有するポリペプチド群のアミノ酸配列とは一個以上のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加したアミノ酸配列を有し、かつインドールの7位を水酸化する活性を有するポリペプチドを挙げることができる。
【0006】
本発明には(1)前記配列番号1で示されるDNAおよびそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAのほか、前記配列番号1で示される塩基配列中、(2)2602番目から2796番目の配列を有するDNAまたはそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA、(3)2825番目から3829番目の配列を有するDNAまたはそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA、(4)3847番目から4116番目の配列を有するDNAまたはそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA、(5)4145番目から5704番目の配列を有するDNAまたはそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA、(6)5740番目から6099番目の配列を有するDNAまたはそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA、(7)6126番目から7181番目の配列を有するDNAまたはそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA、(8)7190番目から7528番目の配列を有するDNAまたはそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA、(9)配列番号2で示されるDNAまたはそのDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAが含まれる。
【0007】
また本発明には、前記(1)〜(9)のDNAの少なくとも1種、および2種以上8種までのDNAの任意の組み合わせを組み込んで得られる組み換え体DNA、前記組み換え体DNAを保持する微生物、および前記(1)〜(7)の少なくとも1種、2種〜7種の任意の組み合わせ、およびこれらの全てを含むポリペプチド(ポリペプチド群)を発現させるための条件下で前記の微生物を培養し、その培養液もしくは培養液から分離した細胞を含む液にインドールもしくはインドールの誘導体を添加して反応させることによって、7−ヒドロキシインドールもしくは7−ヒドロキシトリプトファンを生産蓄積せしめ、これらを採取することを特徴とする7−ヒドロキシインドールまたは7−ヒドロキシトリプトファンの製造方法が含まれる。
【0008】
本発明を実施するに当たって好適な微生物としては、例えばキサントモナス・マルトヒィリアMer−H108株を挙げることができる。本菌株は藤沢市の畑の土壌から分離した菌株で、その形態は幅0.4μmの長桿菌で極鞭毛による運動性があり、酵母エキス 0.1%、ペプトン 0.1%、KH2PO4 0.1%、グルコース 0.1%、寒天2%からなる寒天培地(加熱殺菌前にpH 6.8に調整)上で好気的に成育し31℃で1日培養すると0.5mm以下の点状で淡黄色の扁平状のコロニーを形成するグラム染色陰性の細菌である。これらの性質からバージェイズマニュアル・オブ・システマチックバクテリオロジーに基づき本菌株をキサントモナス属のマルトヒィリアと同定し、キサントモナス・マルトヒィリアMer−H108と命名した。ただし、本発明に使用できる菌株は本菌株に限定されるものではなく、その目的を達成できる菌株であればすべて使用できる。なお、本菌株Mer−H108は、工業技術院生命工学工業技術研究所にキサントモナス・マルトヒィリアH108として寄託されている(受託番号FERM P-17359)。
【0009】
次にキサントモナス・マルトヒィリアMer−H108株からのインドールの7位水酸化に関る遺伝子のクローニングについて詳細に説明する。
1)非変換株の取得
キサントモナス・マルトヒィリアMer−H108株をインドール100μg/mlを含む分離培地(Yeast Extract (Difco) 0.1%,Bacto Peptone (Difco) 0.1%,KH2PO4 0.1%,FeSO4・7H2O 0.01%,pH 6.8)50mlに斜面培地から一白金耳植菌し、28℃で一晩振盪培養した。これを種菌としてその培養液500μlを分離培地50mlに植菌し、28℃で6時間振盪培養した。この培養液から菌体を5000×g、10分間の遠心分離で集菌し、0.1Mリン酸バッファー(pH 7.0)で一回洗浄し、0.1Mリン酸バッファー(pH 7.0)5mlに懸濁した。この菌体懸濁液にNTGを終濃度1mg/ml加え、28℃で30分間振盪培養した。この培養液から集菌した菌体を0.1Mリン酸バッファー(pH 7.0)で一回洗浄し、全量を分離培地50mlに植菌し、28℃で一晩振盪培養した。この培養液を500μlずつ分注し、−70℃で凍結保存したものを変異株保存液とした。
【0010】
この変異株保存液を滅菌水で1000倍希釈し、8cmシャーレのインドール100μg/mlを含む分離寒天培地(Yeast Extract (Difco) 0.1%,Bacto Peptone (Difco) 0.1%,KH2PO4 0.1%,FeSO4・7H2O 0.01%,寒天1.5%,pH 6.8)に100μlずつ塗布し、28℃で一週間培養した。生えてきたコロニーのうち白色を呈しているコロニーを分離培地1mlに植菌し、28℃で二日間振盪培養した。この培養液20μlをシリカゲルTLCプレートの各レーンにスポットし乾燥させた。このプレートをクロロホルム:ジエチルエーテル(3:2)からなる溶媒系で展開し、Ehrlich発色して各レーン毎に7−ヒドロキシインドールの有無を調べた。このようにして変異株の中からインドールを全く7−ヒドロキシインドールに変換しない18−9変異株を分離した。この変異株は工業技術院生命工学工業技術研究所にキサントモナス・マルトヒィリア・ミュータント18−9として寄託されている(受託番号FERM P-17420)。
【0011】
2)ホスト−ベクター系、形質転換系の構築
キサントモナス・マルトヒィリアMer−H108株を分離培地3mlに植菌し、32℃で一晩振盪培養した。これを種菌としてその培養液100μlを分離培地50mlに植菌し、32℃で5時間振盪培養した。この培養液から菌体を5000×g、10分間の遠心分離で集菌し、10%グリセロール溶液で一回洗浄し、10%グリセロール溶液200μlに懸濁したものをエレクトロセルとした。このエレクトロセルにブロード・ホスト・レインジ・ベクター(Broad Host Range Vector)pBBR122(Mo Bi Tec社)200μg/ml TE溶液1μlを加えた。これを0.2cmのエレクトロキュベット(Electrocuvette)(BIORAD社)に入れ、ジーンパルサー(Gene Pulser)II(BIORAD社)を用い2.5KV、200Ω、25μFの条件で一回電気パルスをかけた。このセルをファルコン(Falcon)チューブに入れ、氷冷した分離培地1mlを加え、32℃で2時間振盪培養した。この培養液をカナマイシン硫酸塩20μg/mlを含む分離寒天培地に塗布し、32℃で三日間培養した。1.0×104個の形質転換株を得た。
【0012】
3)プラスミドpCF704の構築
末端にEcoRIサイトとNcoIサイトを付着したプライマーを合成(ファルマシア社)し、Taqポリメラーゼ(Taq polymerase)(ファルマシア社)とPCRサーマルサイクラー(Thermal Cycler)PERSONAL(TaKaRa社)を用い、pUC18のマルチクローニングサイトとその周辺領域95bpを増幅した。このDNA断片を制限酵素EcoRIとNcoIで消化し、pBBR122のEcoRI、NcoIサイトにライゲーション・キット・ヴァージョン2(Ligation Kit version 2)(TaKaRa社)を用いて連結反応した。この反応液でE.coliコンピテント細胞JM109(TaKaRa社)を形質転換して得た形質転換株からプラスミドpCF704をキアーゲン・プラスミド・ミディ・キット(QIAGEN Plasmid Midi Kit)を用いて調製した。
【0013】
4)プラスミドpIZ311の構築
キサントモナス・マルトヒィリアMer−H108株のゲノムDNAをキアーゲン・ブラッド・アンド・セル・カルチャーDNAキット(QIAGEN Blood and Cell Culture DNA Kit)に従って抽出精製した。このゲノムDNAを制限酵素SauIIIAIで部分分解し、その4〜8Kbp断片をアガロースゲルから切り出し、ウルトラフリーC3ユニット0.45μm(ミリポア社)を用いてDNAを回収精製しTE溶液に溶解したものをインサートDNA溶液とした。一方、pCF704を制限酵素BamHIで消化し、アルカリホスファターゼで脱リン酸化した。これとインサートDNA溶液とをライゲーション・キット・ヴァ−ジョン2(Ligation Kit version 2)(TaKaRa社)を用いて連結反応したものをDNAライブラリーとした。
【0014】
このDNAライブラリーを18−9変異株のエレクトロセルに加え、電気パルスをかけた。このセルをファルコン(Falcon)チューブに入れ、氷冷した分離培地1mlを加え、32℃で2時間振盪培養した。この培養液全量をカナマイシン硫酸塩20μg/mlとインドール100μg/mlとを含む8cmシャーレの分離寒天培地に100μlずつ塗布し、32℃で3週間培養した。生えてきたコロニーのうち赤色を呈しているコロニーをカナマイシン20μg/mlとインドール100μg/mlとを含む8cmシャーレの分離寒天培地に塗布し、32℃で5日間培養した。生えてきた菌体を寒天ごとコルクボーラーでくりぬき、メタノール抽出し、HPLC分析(移動相:50%CH3CN、流速:0.5mL/分、検出波長:280nm、カラム温度:35℃、カラム:YMC-Pack ODS A-312 S-5 120A、6×150mm)で7−ヒドロキシインドールを検出し、インサートDNAがインドールの7位水酸化活性変異を相補していることを確認した。この相補株からキアーゲン・プラスミド・ミディ・キット(QIAGEN Plasmid Midi Kit)を用いてプラスミドを調製し、さらにこのプラスミドでE.coli JM109を形質転換し、再度調製したプラスミドをpIZ311とした。pIZ311には約9.5KbpのインサートDNAが挿入されていた。pIZ311で形質転換したキサントモナス・マルトヒィリア・H108は工業技術院生命工学工業技術研究所にキサントモナス・マルトヒィリア・H108(pIZ311)として寄託されている(受託番号FERM P-17421)。
【0015】
pIZ311で形質転換したE.coli JM109をカナマイシン硫酸塩20μg/mlを含むL培地(Polypepton 1.0%,Yeast extract 0.5%,NaCl 0.5%,Glucose 0.1%,pH 7.2)に植菌し、32℃で一晩振盪培養した。この培養上清をHPLC分析したところ、7−ヒドキシインドールが約20μg/ml検出された。これは導入したキサントモナス・マルトヒィリアMer−H108株由来のインドールの7位水酸化に関る遺伝子がE.coli JM109で発現し、その活性を維持し、E.coliのトリプトファン合成あるいは分解経路により生成されるインドールの7位の水酸化を行なっているものと考えられる。このことはクローニングしたpIZ311上にインドールの7位水酸化に関る遺伝子が存在することを示している。
【0016】
5)pIZ311インサート領域の遺伝子塩基配列の決定
pIZ311インサート領域についてABIPRISM 377 XL DNA Sequencer(Perkin Elmer社)を用いプライマーウォーキング法により塩基配列を決定した(配列番号1)。さらに配列番号1の配列について、Bibbらの方法(Gene,30,157 (1984))に従ってオープンリーディングフレーム(ORF)を調べた結果、IoxA(配列番号1中、2602〜2796番)、IoxB(配列番号1中、2825〜3829番)、IoxC(配列番号1中、3847〜4116番)、IoxD(配列番号1中、4145〜5704番)、IoxE(配列番号1中、5740〜6099番)、IoxF(配列番号1中、6126〜7181番)、IoxG(配列番号1中、7190〜7528番)、IoxH(配列番号1中、7258〜8496番)、IoxR(配列番号1中、2287〜580番(逆向き))と名付けたORFおよびIoxIの一部(配列番号1中、8544〜9320番)が見出された。これら塩基配列によりコードされていると考えられるアミノ酸配列をも示した。またIoxRについては逆向きにコードされているのでSacI site 2730塩基から配列番号2に示した。なお、配列番号1中、2591〜2596、2815〜2820、3837〜3849、4134〜4139、5739〜5740、6114〜6118、7182〜7185、7551〜7555、8553〜8536にはシャイン・ダルガーノ(Shine-Dalgarno)配列と思われる配列が存在している。
【0017】
上記IoxA、IoxB、IoxC、IoxD、IoxE、IoxF、IoxG、IoxH、IoxRおよびIoxIによりコードされていると考えられるアミノ酸配列についてFASTA searchをかけた結果を表1に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
表1から明らかなようにpIZ311インサート領域は全体にわたり種々のフェノールヒドロキシラーゼ(Phenolhydroxylase)と相同性が高く、特にPseudomonas sp. Strain CF600のフェノールヒドロキシラーゼ(Phenolhydroxylase)との相同性が高い。
【0020】
これらの結果から、インドール−7−ヒドロキシラーゼ活性に関与するORFはIoxA,B,C,D,E,F,GおよびIoxRであると考えられた。IoxAの上流には種々のフェノールヒドロキシラーゼと同様にσ54依存−24/−12タイププロモ−タ−のコンセンサス配列TGGC−N8−TGCAが存在しており(配列番号1中、2548〜2563番)、転写調節タンパク質IoxR、DNA結合タンパク質IHF、およびσ54によりIoxオペロンの転写制御がなされているものと考えられる。
【0021】
6)各種デレーションミュータントを用いたインドールの7位水酸化に必要な遺伝子(ORF)領域の検討
(i)Ioxデレーションミュータント(deletion mutant)の作成
まず、種々のORFに沿って特異的な配列番号3〜4のセンスプライマー(Sense primer)と配列番号5〜7のアンチセンスプライマー(Antisense primer)(各々28mer)を作製した(下線部は制限酵素XbaIの認識配列である。)。
【0022】
ioxRRF:CTTCTAGAGGCATTCGGTGAAGGCATGC(配列番号3)、
ioxAF:TTTCTAGACTTGTCTCCTCCTGCGTGCC(配列番号4)、
comp.R:GATCTAGATCCAGTGGCCGCATTTGCCG(配列番号5)
ioxGR:GATCTAGATTATGCTTGTTTGGTACAGC(配列番号6)、
ioxFR:GTTCTAGACTAGATGCGCTTGAACAGCG(配列番号7)。
【0023】
上記プライマーとTaKaRa LA Taq(TaKaRa製)を用い、pIZ311を鋳型としてPCR反応(反応条件:96℃で3分間、その後98℃で20秒−60℃で20秒−68℃で10分間の25サイクル)を行なった。アガロースゲル電気泳動にてPCR産物ができていることを確認し、反応溶液をキアクイック・PCRピュリフィケーション・キット(QIAquick PCR Purification Kit,QIAGE製)を用いて精製した。精製産物をDNAライゲーション・キット・ヴァージョン2(Ligation Kit Ver.2,TaKaRa製)を用いて大腸菌ベクターpT7−Blue(Novagen製)に連結し、大腸菌JM109株(TaKaRa製)を形質転換し、アンピシリン50μg/mlを添加したLB寒天培地(ポリヘプトン 1.0%,酵母エキス 0.5%,NaCl 0.5%,グルコース 0.1%,寒天 1.5%)にプレーテイングを行なった。翌朝、コロニーができていることを確認し、LB培地(ポリペプトン 1.0%、酵母エキス 0.5%、NaCl 0.5%、グルコース 0.1%)に接種後、プラスミドの抽出を行なった。制限酵素XbaI(TaKaRa製)にて処理後、アガロースゲル電気泳動を行ない断片の有無を確認した。ioxRRFプライマーとcomp.Rプライマーを用いてプラスミドpIOXRComp.を、ioxRRFプライマーとioxFRプライマーを用いてプラスミドpIOXRFを、ioxRRFプライマーとioxGRプライマーを用いてプラスミドpIOXRGを、ioxAFプライマーとioxFRプライマーを用いてプラスミドpIOXAFを、ioxAFプライマーとioxGRプライマーを用いてプラスミドpIOXAGを構築した。
【0024】
(ii)デレーションミュータントの培養試験
常法によりプラスミドpIOXRComp.、pIOXR、pIOXRG、pIOXAF、pIOXAGで大腸菌JM109株を形質転換してそれぞれのクローンを得た。各クローンをアンピシリン50μg/mlを添加したLB培地に植菌して37℃で一晩震盪培養を行なった。培養液500μlをアンピシリン50μg/mlを添加したLB培地(50ml/250ml容のエルレンマイヤーフラスコ)に植菌し、37℃でロータリーシェーカー上で震盪培養を開始し、培養8時間目で終濃度が100μg/mlになるようにインドールとFeSO4・7H2Oをそれぞれ添加した。その後、経時的に培養液2mlのサンプリングを行ない、培養液から遠心分離によって菌体を除きその上清中のインドールと7位水酸化インドールの定量をHPLC(カラム:YMC-PackA-312ODS(4.6×150mm),移動相:50%アセトニトリル,流速:0.5ml/min,検出:280nm)を用いて行なった。その結果、それぞれの形質転換株の7位水酸化インドール蓄積量は、pIOXAF転換株で11.8μM、pIOXAG転換株で66.6μm、pIOXRF転換株で21.4μM、pIOXRG転換株で59.4μM、pIOXRComp.転換株で98μMであった。このことからインドールの7位を水酸化するのに必要なORFはIoxA、IoxB、IoxC、IoxD、IoxE、IoxFであることが分かった。
【0025】
以上の結果及び前記表1の結果から、配列番号1の塩基配列でコードされるポリペプチド群の予想される役割を図1に示す。
【0026】
次に前記の方法にてクローニングされた遺伝子で形質転換された微生物もしくは該遺伝子を染色体上に有する微生物の培養方法および生産された7位水酸化インドールおよび7位水酸化トリプトファンの製造法について詳細に説明する。
本発明で使用する培地組成は、使用する微生物が良好に生育し、かつインドール誘導体の7位を水酸化する活性を発現するのに適当な炭素源、窒素源、無機塩及び天然有機栄養物等により成り立っている。炭素源としては、グルコース、フラクトース、グリセロール、ソルビトール、アルコール類、酢酸、澱粉等を単独に用いるかもしくは併用でき、その使用濃度は特に限定されず、おおよそ1〜10%が適当である。窒素源としてはアンモニア、尿素、硫安、硝安、酢安等の化合物を一種または二種以上使用することができる。無機塩としては、燐酸一カリウム、燐酸二カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸マンガン、硫酸第一鉄などの塩類を使用することが出きる。さらに使用菌の生育促進効果を持つ有機栄養源としては、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスチーブリカー、カザミノ酸などが用いられ、さらにビタミン類、核酸類を少量培地に含有せしめることもできる。
【0027】
インドールの7位を水酸化するためのインドールの添加時期は、菌体の生育の最初から及び生育後のいずれでもよく、また、培養液から菌体を回収し菌体を適当な水溶液に懸濁させた液中に添加してもよい。インドールは種々の濃度で用いることが出きるが、約0.1g/リットルから1g/リットルの濃度で用いることが望ましく、これを一括添加しても分割して添加してもよい。
培養は通気撹拌培養、振盪培養等の好気的条件下、あるいは静置培養でもよい。培養中のpHは中性ないし弱アルカリ性が好適であり、このためのpH中和剤としては、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カルシウム、塩酸等の公知のものが使用できる。培養温度は20〜40℃の範囲で使用菌の成育に最適な温度で培養できる。培養時間は使用菌株の相違、原料の添加方法、添加濃度等により差はあるが、おおよそ1〜4日で7−ヒドロキシインドール及び7−ヒドロキシトリプトファンが生成蓄積する。
【0028】
生成蓄積した7−ヒドロキシインドール及び7−ヒドロキシトリプトファンは、それ自体公知の方法に準拠して単離・精製することができる。すなわち、疎水性の担体あるいはイオン吸着樹脂に吸着せしめ、有機溶媒あるいはアルカリ水、酸性水で溶出し、濃縮後、結晶化等によって回収される。
【0029】
【実施例】
以下に実施例によって本発明を詳細に説明する。
実施例1:
酵母エキス 0.1%、ペプトン 0.1%、KH2PO4 0.1%、グルコース 0.1%、寒天2%からなる斜面寒天培地(加熱殺菌前にpH 6.8に調整)上で成育したキサントモナス・マルトヒィリアMer−H108株を一白金耳取り、酵母エキス 0.1%、ペプトン 0.1%、KH2PO4 0.1%からなる培地(加熱殺菌前にpH 6.8に調整)50mlを含む250ml容のエルレンマイヤーフラスコに植菌し、28℃で19時間ロータリーシェーカー上で培養を行なった。この種母培養液15mlをインドール 0.01%、酵母エキス 0.1%、ペプトン 0.1%、KH2PO4 0.1%からなる培地(加熱殺菌前にpH 6.8に調整)1.5リットルを含む3リットル容のジャーファメンターに植菌し28℃で21時間、通気撹拌培養(通気量0.75リットル/分、撹拌400rpm)を行ない、培養液中に7−ヒドロキシインドールを25μg/ml生成蓄積させた。培養液から菌体を遠心分離によって除いた後、培養上清1.4リットルを水で充填したダイヤイオンHP−20カラム(樹脂は三菱化成製、7φ×12cm)に通塔し、7−ヒドロキシインドールを樹脂に吸着させ1リットルの水で洗浄後、500mlのメタノールでカラムから7−ヒドロキシインドールを溶出させた。溶出液から7−ヒドロキシインドール溶出画分を集めてエバポレーターで減圧下に濃縮して水およびメタノールを留去し7−ヒドロキシインドールを結晶として23mg得た。こうして得た7−ヒドロキシインドールについてFAB−MSおよび1H−NMRを測定した。
【0030】
FAB−MS(マトリックス;グリセリン):m/z 133(M+)、
1H−NMR(400MHz、CD3OD):δ 6.39 (1H, d, J=3.3Hz), 6.49 (1H, d, J=7.7Hz), 6.79 (1H, dd, J=7.7Hz, J=7.7Hz), 7.03 (1H, d, J=7.7Hz), 7.15 (1H, d, J=3.3Hz)。
【0031】
実施例2:
酵母エキス 0.1%、ペプトン 0.1%、KH2PO4 0.1%、グルコース 0.1%、寒天2%からなる斜面寒天培地(加熱殺菌前にpH 6.8に調整)上で成育したキサントモナス・マルトヒィリアMer−H108株を一白金耳取り、酵母エキス 0.1%、ペプトン 0.1%、KH2PO4 0.1%からなる培地(加熱殺菌前にpH 6.8に調整)50mlを含む250ml容エルレンマイヤーフラスコに植菌し、28℃で19時間ロータリーシェーカー上で培養を行なった。この種母培養液150mlをインドール 0.01%、酵母エキス 0.1%、ペプトン 0.1%、KH2PO4 0.1%、0.01% FeSO4・7H2Oからなる培地(加熱殺菌前にpH 6.8に調整)15リットルを含む30リットル容ジャーファメンターに植菌し、28℃で通気撹拌培養(通気量 7.5リットル/分、撹拌200rpm)を行なった。培養15時間目にL−セリンを7.5g添加し26時間まで培養を行ない、培養液中に7−ヒドロキシトリプトファンを9μg/ml生成蓄積させた。培養終了後、培養液から菌体を遠心分離によって除き、得られた培養上清14リットルを強塩基性イオン交換樹脂ダイアイオンPA306sカラム(樹脂は三菱化成製、7φ×15cm)に通塔し、7−ヒドロキシトリプトファンを樹脂に吸着させ1リットルの水で洗浄後、2リットルの0.1N塩酸で7−ヒドロキシトリプトファンを溶出させた。溶出液から7−ヒドロキシトリプトファンの溶出画分を合わせて1N NaOHでpH 6.0にしてからエバポレーターで減圧下に濃縮後、凍結乾燥を行なって粗精製物を21.3g得た。これを20mMリン酸緩衝液(pH 6.8)10mlに溶かし、分取HPLC(カラム:Inertsil PREP-ODS(2×25cm、ガスクロ工業)、移動相:5% MeOH 20mMリン酸緩衝液(pH 6.8)、流速:7.0ml/分、検出:UV210nm)にかけ保持時間34.6分の7−ヒドロキシトリプトファンのピークを分取した。分取した画分を脱塩するため移動相を水とした他は先と同じ条件の分取HPLCで7−ヒドロキシトリプトファンのピークを分取し凍結乾燥して7−ヒドロキシトリプトファンをナトリウム塩として86mg得た。こうして得た7−ヒドロキシトリプトファンのFAB−MSおよび1H−NMRを測定した。
【0032】
FAB−MS(マトリックス;NBA):m/z221((M+H)+)、
1H−NMR(400MHz、CD3OD):δ 3.05 (1H, dd, J=9.5Hz, J=15.0Hz), 3.45 (1H, dd, J=3.3Hz, J=15.0Hz), 3.79 (1H, dd, J=4.0Hz, J=9.5Hz), 6.57 (1H, d, J=7.7Hz), 6.85 (1H, dd, J=7.7Hz, J=7.7Hz), 7.13 (1H, s), 7.19 (1H, d, J=7.7Hz)。
【0033】
実施例3:
pIZ311で形質転換したE.coli JM109をカナマイシン硫酸塩20μg/mlを含むL培地(ポリペプトン 1.0%,酵母抽出液(Yeast extract)0.5%,NaCl 0.5%,グルコース 0.1%,pH 7.2)に植菌し、32℃で一晩振盪培養した。この培養液から菌体を遠心分離によって除いた後、培養上清をHPLC(カラム:ODS−A(0.6×15cm)、YMC)、移動相:50%アセトニトリル、流速:0.5ml/分、検出:UV280nm)にかけ保持時間 10.08分の7−ヒドロキシインドールのピークを検出した。7−ヒドロキシインドールが約20μg/ml検出された。
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による遺伝子でコードされるポリペプチド群の予想される役割を示す。図中太線矢印はプライマーを示し、細線矢印は遺伝子の大きさと向きを示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polypeptide having an enzyme activity that hydroxylates 7-position of indole, DNA encoding the polypeptide, recombinant DNA obtained by incorporating the DNA, microorganisms holding the recombinant DNA, indole 7 The present invention relates to a method for producing 7-hydroxyindole and 7-hydroxytryptophan useful as a raw material for pharmaceuticals, dyes and reagents using a microorganism that produces an enzyme that hydroxylates the position or a microorganism that retains the recombinant DNA.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, 7-hydroxyindole is produced by a synthesis method, but requires several steps and is expensive to produce. Further, as a production method by a microbial conversion method, a method (WO 9534657) is known in which 3-hydroxy-2-amino-benzoic acid is added to genetically engineered Escherichia coli and produced using a tryptophan-anthranilic acid cycle. There is no known production method by hydroxylating the 7-position of indole using a microorganism or an enzyme. On the other hand, as a method for producing 7-hydroxytryptophan, in addition to the synthesis method, as a microbial conversion method, in addition to the microbial conversion method described above, 7-hydroxyindole produced by the synthesis method is converted into 7-hydroxytryptophan by a microorganism. However, there is no known method for directly producing 7-hydroxytryptophan from indole using microorganisms.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a polypeptide having an enzyme activity for hydroxylating the 7-position of indole in order to produce 7-hydroxyindole and 7-hydroxytryptophan, which are regarded as important raw materials for pharmaceuticals, dyes and reagents, at low cost. It is to provide a method for producing 7-hydroxyindole and 7-hydroxytryptophan using a microorganism retaining the gene, as well as providing a group and a gene encoding the polypeptide.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, the present inventors searched for a microorganism that hydroxylates 7th position of indole, and hydroxylated 7th position of indole added to the medium by microorganisms belonging to the genus Xanthomonas isolated from soil. It has been discovered that it has the ability to produce 7-hydroxyindole and also produces 7-hydroxytryptophan. Next, the present inventors attempted to clone a gene involved in hydroxylation at the 7-position of indole from the microorganism, and succeeded in cloning the gene group to complete the present invention.
[0005]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
As the polypeptide of the present invention, any polypeptide can be used as long as it has an activity of hydroxylating position 7 of indole. For example, in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, (1) from 2602 to 2796 A polypeptide having an amino acid sequence encoded by DNA having the second sequence, (2) a polypeptide having an amino acid sequence encoded by DNA having the sequence from 2825 to 3829, (3) from 3847 to 4116 A polypeptide having an amino acid sequence encoded by DNA having a sequence, (4) a polypeptide having an amino acid sequence encoded by DNA having a sequence from 4145th to 5704th, and (5) a sequence from 5740th to 6099th A polypeptide having an amino acid sequence encoded by DNA having (6) an amino acid sequence encoded by DNA having a sequence from 6126 to 7181 One amino acid sequence of a polypeptide, (7) a polypeptide having an amino acid sequence encoded by DNA having the 7190th to 7528th sequence, or a group of polypeptides having an amino acid sequence represented by (1) to (7) Mention may be made of a polypeptide having an amino acid sequence in which the above amino acids are deleted, substituted or added, and having an activity of hydroxylating position 7 of indole.
[0006]
The present invention includes (1) the DNA represented by SEQ ID NO: 1 and DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions, as well as (2) 2602 to 2796 in the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. DNA having the second sequence or DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions, (3) DNA having the 2825th to 3829th sequences or DNA with the DNA that hybridizes under the stringent conditions ( 4) DNA having the 3847th to 4116th sequence or DNA hybridizing under stringent conditions, (5) DNA having the 4145th to 5704th sequence or DNA thereof under stringent conditions DNA that hybridizes, (6) DNA having the sequence from 5740th to 6099th, or stringent with the DNA DNA that hybridizes under conditions, (7) DNA having a sequence from 6126 to 7181 or DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions, (8) DNA having a sequence from 7190 to 7528, or DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions, (9) DNA represented by SEQ ID NO: 2 or DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions.
[0007]
The present invention also holds a recombinant DNA obtained by incorporating any combination of at least one of the DNAs of (1) to (9) and two or more and up to 8 types of DNA, and the recombinant DNA. Microorganisms and the microorganisms described above under conditions for expressing at least one of (1) to (7), any combination of two to seven, and a polypeptide (polypeptide group) containing all of them 7-hydroxyindole or 7-hydroxytryptophan is produced and accumulated by adding indole or an indole derivative to the culture solution or a solution containing cells separated from the culture solution, and collecting them. And a process for producing 7-hydroxyindole or 7-hydroxytryptophan.
[0008]
As a microorganism suitable for carrying out the present invention, for example, Xanthomonas maltophilia Mer-H108 strain can be mentioned. This strain is a strain isolated from the field soil of Fujisawa City, and its form is 0.4 μm wide gonococci with motility by polar flagella, yeast extract 0.1%, peptone 0.1%, KH 2 PO Four Grows aerobically on an agar medium (adjusted to pH 6.8 before heat sterilization) consisting of 0.1%, glucose 0.1%, and agar 2%. When cultured at 31 ° C for 1 day, it is a pale yellow flat with a spot of 0.5 mm or less Gram-stained negative bacteria that form a colony. Based on these properties, the strain was identified as Xanthomonas maltophilia based on Barjays Manual of Systematic Bacteriology, and named Xanthomonas maltophilia Mer-H108. However, the strain that can be used in the present invention is not limited to this strain, and any strain that can achieve its purpose can be used. This strain Mer-H108 has been deposited as Xanthomonas maltophilia H108 at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Accession No. FERM P-17359).
[0009]
Next, the cloning of the gene related to the 7-position hydroxylation of indole from Xanthomonas maltophilia Mer-H108 strain will be described in detail.
1) Acquisition of non-converted shares
Xanthomonas maltophilia Mer-H108 strain containing 100 μg / ml indole (Yeast Extract (Difco) 0.1%, Bacto Peptone (Difco) 0.1%, KH 2 PO Four 0.1%, FeSO Four ・ 7H 2 (O 0.01%, pH 6.8) 50 ml of a platinum ear was inoculated from the slant medium and cultured overnight at 28 ° C. with shaking. Using this as an inoculum, 500 μl of the culture solution was inoculated into 50 ml of a separation medium, and cultured with shaking at 28 ° C. for 6 hours. The cells were collected from this culture by centrifugation at 5000 × g for 10 minutes, washed once with 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0), and suspended in 5 ml of 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0). . NTG was added to this cell suspension at a final concentration of 1 mg / ml, and cultured with shaking at 28 ° C. for 30 minutes. The cells collected from this culture solution were washed once with 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0), the entire amount was inoculated into 50 ml of a separation medium, and cultured with shaking at 28 ° C. overnight. 500 μl of this culture solution was dispensed and stored frozen at −70 ° C. as a mutant stock solution.
[0010]
This mutant stock solution is diluted 1000-fold with sterilized water, and an agar medium (Yeast Extract (Difco) 0.1%, Bacto Peptone (Difco) 0.1%, KH) containing 100 μg / ml indole of 8 cm petri dish. 2 PO Four 0.1%, FeSO Four ・ 7H 2 O 0.01%, agar 1.5%, pH 6.8) was applied in a volume of 100 μl and cultured at 28 ° C. for one week. Among the colonies that had grown, colonies showing white were inoculated into 1 ml of a separation medium, and cultured with shaking at 28 ° C. for 2 days. 20 μl of this culture solution was spotted on each lane of a silica gel TLC plate and dried. The plate was developed with a solvent system consisting of chloroform: diethyl ether (3: 2), Ehrlich color was developed, and the presence or absence of 7-hydroxyindole was examined for each lane. In this way, 18-9 mutant strains that did not convert indole to 7-hydroxyindole at all were isolated from the mutant strains. This mutant strain has been deposited as Xanthomonas maltilia mutant 18-9 at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Accession No. FERM P-17420).
[0011]
2) Construction of host-vector system and transformation system
Xanthomonas maltophilia Mer-H108 strain was inoculated into 3 ml of a separation medium and cultured overnight at 32 ° C. with shaking. Using this as an inoculum, 100 μl of the culture solution was inoculated into 50 ml of a separation medium and cultured with shaking at 32 ° C. for 5 hours. Cells were collected from this culture by centrifugation at 5000 × g for 10 minutes, washed once with a 10% glycerol solution, and suspended in 200 μl of a 10% glycerol solution as an electrocell. 1 μl of a 200 μg / ml TE solution of Broad Host Range Vector pBBR122 (Mo Bi Tec) was added to the electrocell. This was placed in a 0.2 cm Electrocuvette (BIORAD), and an electric pulse was applied once under the conditions of 2.5 KV, 200Ω, and 25 μF using Gene Pulser II (BIORAD). The cell was placed in a Falcon tube, 1 ml of ice-cooled separation medium was added, and the mixture was cultured with shaking at 32 ° C. for 2 hours. This culture solution was applied to a separated agar medium containing 20 μg / ml of kanamycin sulfate and cultured at 32 ° C. for 3 days. 1.0 × 10 Four Individual transformants were obtained.
[0012]
3) Construction of plasmid pCF704
Primer with EcoRI site and NcoI site attached to the end (Pharmacia), Taq polymerase (Pharmacia) and PCR thermal cycler (Thermal Cycler) PERSONAL (TaKaRa), cloning site of pUC18 And its peripheral region 95 bp were amplified. This DNA fragment was digested with restriction enzymes EcoRI and NcoI, and ligated to the EcoRI and NcoI sites of pBBR122 using Ligation Kit version 2 (TaKaRa). Plasmid pCF704 was prepared from a transformant obtained by transforming E. coli competent cells JM109 (TaKaRa) with this reaction solution using a QIAGEN Plasmid Midi Kit.
[0013]
4) Construction of plasmid pIZ311
Genomic DNA of Xanthomonas maltophilia Mer-H108 strain was extracted and purified according to QIAGEN Blood and Cell Culture DNA Kit. This genomic DNA was partially digested with the restriction enzyme SauIIIAI, the 4-8 Kbp fragment was excised from the agarose gel, the DNA was recovered and purified using Ultra Free C3 unit 0.45 μm (Millipore), and dissolved in TE solution. It was set as the solution. On the other hand, pCF704 was digested with the restriction enzyme BamHI and dephosphorylated with alkaline phosphatase. A DNA library was prepared by ligation reaction between this and the insert DNA solution using Ligation Kit version 2 (TaKaRa).
[0014]
This DNA library was added to the electrocell of the 18-9 mutant strain, and an electric pulse was applied. The cell was placed in a Falcon tube, 1 ml of ice-cooled separation medium was added, and the mixture was cultured with shaking at 32 ° C. for 2 hours. 100 μl of the whole culture was applied to an 8 cm petri dish-separated agar medium containing 20 μg / ml kanamycin sulfate and 100 μg / ml indole, and cultured at 32 ° C. for 3 weeks. Among the colonies that had grown, the colonies showing red color were spread on an 8 cm petri dish-separated agar medium containing 20 μg / ml of kanamycin and 100 μg / ml of indole, and cultured at 32 ° C. for 5 days. Grow the cells that have grown with a cork borer and extract with methanol, HPLC analysis (mobile phase: 50% CH Three CN, flow rate: 0.5 mL / min, detection wavelength: 280 nm, column temperature: 35 ° C., column: YMC-Pack ODS A-312 S-5 120A, 6 × 150 mm), 7-hydroxyindole was detected, and the insert DNA was detected It was confirmed that the 7-position hydroxylation activity mutation of indole was complemented. A plasmid was prepared from this complementary strain using a QIAGEN Plasmid Midi Kit, E. coli JM109 was further transformed with this plasmid, and the re-prepared plasmid was designated pIZ311. An insert DNA of about 9.5 Kbp was inserted into pIZ311. Xanthomonas maltophilia H108 transformed with pIZ311 is deposited as Xanthomonas maltilia H108 (pIZ311) at the Biotechnology Institute of Industrial Science and Technology (Accession No. FERM P-17421).
[0015]
E. coli JM109 transformed with pIZ311 was inoculated into L medium (Polypepton 1.0%, Yeast extract 0.5%, NaCl 0.5%, Glucose 0.1%, pH 7.2) containing 20 μg / ml of kanamycin sulfate, and then inoculated at 32 ° C. The culture was shaken overnight. When this culture supernatant was analyzed by HPLC, 7-hydroxyindole was detected at about 20 μg / ml. The gene related to the 7-position hydroxylation of indole derived from the introduced Xanthomonas maltophilia Mer-H108 strain is expressed in E. coli JM109 and maintained in its activity, and is generated by the tryptophan synthesis or degradation pathway of E. coli. It is considered that the indole is hydroxylated at the 7-position. This indicates that the gene related to hydroxylation at the 7-position of indole exists on the cloned pIZ311.
[0016]
5) Determination of gene base sequence of pIZ311 insert region
The base sequence of the pIZ311 insert region was determined by the primer walking method using ABIPRISM 377 XL DNA Sequencer (Perkin Elmer) (SEQ ID NO: 1). Furthermore, the method of Bibb et al. (Gene, 30 157 (1984)), as a result of examining the open reading frame (ORF), IoxA (SEQ ID NO: 1, 2602-2796), IoxB (SEQ ID NO: 1, 2825-3829), IoxC (SEQ ID NO: 1) , 3847-4116), IoxD (SEQ ID NO: 1, 4145-5704), IoxE (SEQ ID NO: 1, 5740-6099), IoxF (SEQ ID NO: 1, 6126-7181), IoxG (SEQ ID NO: 1) ORF and a part of IoxI (SEQ ID NO: 1, 7190-7528), IoxH (SEQ ID NO: 1, 7258-8496), IoxR (SEQ ID NO: 1, 2287-580 (reverse)) 1) Nos. 8544-9320) were found. Amino acid sequences considered to be encoded by these base sequences are also shown. Since IoxR is encoded in the reverse direction, it is shown in SEQ ID NO: 2 from SacI site 2730 bases. In SEQ ID NO: 1, Shine-Dalgarno (Shine-) is included in 2591-2596, 2815-2820, 3837-3849, 4134-4139, 5739-5740, 6114-6118, 7182-7185, 7551-7555, 8553-8536. Dalgarno) The sequence that seems to be the sequence exists.
[0017]
Table 1 shows the results of FASTA search for the amino acid sequences considered to be encoded by the above IoxA, IoxB, IoxC, IoxD, IoxE, IoxF, IoxG, IoxH, IoxR and IoxI.
[0018]
[Table 1]
[0019]
As is apparent from Table 1, the pIZ311 insert region has a high homology with various phenol hydroxylases (Phenolhydroxylase) throughout, and particularly has a high homology with Pseudomonas sp. Strain CF600 phenol hydroxylase (Phenolhydroxylase).
[0020]
From these results, it was considered that ORFs involved in indole-7-hydroxylase activity were IoxA, B, C, D, E, F, G, and IoxR. As with various phenol hydroxylases, a consensus sequence TGGC-N8-TGCA of σ54-dependent -24 / -12 type promoter is present upstream of IoxA (SEQ ID NO: 1, 2548 to 2563), It is considered that transcription control of the Iox operon is performed by the transcriptional regulatory protein IoxR, the DNA binding protein IHF, and σ54.
[0021]
6) Examination of the gene (ORF) region necessary for 7-position hydroxylation of indole using various deletion mutants
(i) Creation of Iox deletion mutant
First, specific sense primers (Sense primer) of SEQ ID NOs: 3 to 4 and antisense primers (SEQ ID NO: 5 to 7) (each 28 mer) were prepared along various ORFs (underlined portions are restriction enzymes). XbaI recognition sequence.)
[0022]
ioxRRF: CT TCTAGA GGCATTCGGGTGAAGGGCATGC (SEQ ID NO: 3),
ioxAF: TT TCTAGA CTTGTCTCCCTCCTCGCGTGCC (SEQ ID NO: 4),
comp. R: GA TCTAGA TCCAGTGGCCCCATTTGCCG (SEQ ID NO: 5)
ioxGR: GA TCTAGA TTAGCTCTGTTTGGTACAGC (SEQ ID NO: 6),
ioxFR: GT TCTAGA CTAGATGCGCTTGAACAGCG (SEQ ID NO: 7).
[0023]
PCR reaction using the above primers and TaKaRa LA Taq (TaKaRa) and pIZ311 as a template (reaction conditions: 96 ° C. for 3 minutes, then 98 ° C. for 20 seconds to 60 ° C. for 20 seconds to 68 ° C. for 10 minutes for 25 cycles) ). It was confirmed that the PCR product was formed by agarose gel electrophoresis, and the reaction solution was purified using a QIAquick PCR Purification Kit (QIAquick PCR Purification Kit, manufactured by QIAGE). The purified product was ligated to Escherichia coli vector pT7-Blue (manufactured by Novagen) using DNA Ligation Kit Version 2 (manufactured by TaKaRa), transformed into Escherichia coli JM109 strain (manufactured by TaKaRa), and 50 μg of ampicillin. / LB was added to LB agar medium (polyheptone 1.0%, yeast extract 0.5%, NaCl 0.5%, glucose 0.1%, agar 1.5%). The next morning, it was confirmed that colonies were formed, and the plasmid was extracted after inoculating LB medium (polypeptone 1.0%, yeast extract 0.5%, NaCl 0.5%, glucose 0.1%). After treatment with restriction enzyme XbaI (TaKaRa), agarose gel electrophoresis was performed to confirm the presence or absence of fragments. ioxRRF primer and comp. The plasmid pIOXRComp. Construct plasmid pIOXRF using ioxRRF primer and ioxFR primer, plasmid pIOXRG using ioxRRF primer and ioxGR primer, plasmid pIOXAF using ioxAF primer and ioxFR primer, and plasmid pIOXAG using ioxAF primer and ioxGR primer did.
[0024]
(ii) Culture test of delation mutant
The plasmid pIOXRComp. PIOXR, pIOXRG, pIOXAF, and pIOXAG were used to transform Escherichia coli JM109 strain to obtain respective clones. Each clone was inoculated into LB medium supplemented with 50 μg / ml of ampicillin and cultured overnight at 37 ° C. with shaking. 500 μl of the culture solution was inoculated into LB medium (50 ml / 250 ml Erlenmeyer flask) supplemented with 50 μg / ml ampicillin, and shaking culture was started on a rotary shaker at 37 ° C., and the final concentration reached 8 hours after culturing. Indole and FeSO to 100 μg / ml Four ・ 7H 2 O was added respectively. Thereafter, 2 ml of the culture solution was sampled over time, the cells were removed from the culture solution by centrifugation, and the indole and 7-position hydroxylated indole in the supernatant were quantified by HPLC (column: YMC-PackA-312ODS (4.6 × 150 mm), mobile phase: 50% acetonitrile, flow rate: 0.5 ml / min, detection: 280 nm). As a result, the 7-position hydroxylated indole accumulated in each transformant was 11.8 μM for the pIOXAF transformant, 66.6 μm for the pIOXAG transformant, 21.4 μM for the pIOXRF transformant, 59.4 μM for the pIOXRG transformant, and pIOXRComp. The converted strain was 98 μM. From this, it was found that the ORFs required for hydroxylating the 7-position of indole were IoxA, IoxB, IoxC, IoxD, IoxE, and IoxF.
[0025]
From the above results and the results of Table 1, the expected role of the polypeptide group encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is shown in FIG.
[0026]
Next, a method for culturing a microorganism transformed with the gene cloned by the above method or a microorganism having the gene on the chromosome and a method for producing the produced 7-position hydroxylated indole and 7-position hydroxylated tryptophan are described in detail. explain.
The medium composition used in the present invention is a carbon source, nitrogen source, inorganic salt, natural organic nutrient, etc. suitable for the microorganism used to grow well and to express the activity of hydroxylating position 7 of the indole derivative. It consists of. As the carbon source, glucose, fructose, glycerol, sorbitol, alcohols, acetic acid, starch and the like can be used alone or in combination, and the concentration used is not particularly limited, and approximately 1 to 10% is suitable. As the nitrogen source, one or more compounds such as ammonia, urea, ammonium sulfate, ammonium nitrate, and ammonium acetate can be used. As the inorganic salt, salts such as monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium sulfate, manganese sulfate, ferrous sulfate can be used. Furthermore, peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casamino acid and the like are used as organic nutrient sources having an effect of promoting the growth of the used bacteria, and vitamins and nucleic acids can also be contained in a small amount of medium.
[0027]
The indole can be added to hydroxylate the 7-position of indole either from the beginning of the growth of the cells or after the growth. The cells are recovered from the culture and suspended in a suitable aqueous solution. You may add in the made liquid. Indole can be used at various concentrations, but it is desirable to use it at a concentration of about 0.1 g / liter to 1 g / liter, and it may be added all at once or dividedly.
The culture may be aerobic conditions such as aeration and agitation culture and shaking culture, or stationary culture. The pH during the culture is preferably neutral to weakly alkaline, and known pH neutralizing agents such as ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium carbonate, hydrochloric acid and the like can be used. The culture temperature can be in the range of 20 to 40 ° C. at a temperature optimal for the growth of the bacteria used. Although the culture time varies depending on the strain used, the method of adding raw materials, the concentration of addition, etc., 7-hydroxyindole and 7-hydroxytryptophan are produced and accumulated in approximately 1 to 4 days.
[0028]
The produced and accumulated 7-hydroxyindole and 7-hydroxytryptophan can be isolated and purified according to a method known per se. That is, it is adsorbed on a hydrophobic carrier or ion-adsorbing resin, eluted with an organic solvent, alkaline water, or acidic water, concentrated, and then recovered by crystallization or the like.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.
Example 1:
Yeast extract 0.1%, peptone 0.1%, KH 2 PO Four One Xanthomonas maltophila Mer-H108 strain grown on a slope agar medium (adjusted to pH 6.8 before heat sterilization) consisting of 0.1%, glucose 0.1%, and agar 2%, yeast extract 0.1%, peptone 0.1% , KH 2 PO Four A 250 ml Erlenmeyer flask containing 50 ml of 0.1% medium (adjusted to pH 6.8 before heat sterilization) was inoculated and cultured on a rotary shaker at 28 ° C. for 19 hours. 15 ml of this seed culture solution is 0.01% indole, 0.1% yeast extract, 0.1% peptone, KH 2 PO Four Inoculate a 3 liter jar fermenter containing 1.5 liters of 0.1% culture medium (adjusted to pH 6.8 before heat sterilization) and aeration and agitation culture at 28 ° C. for 21 hours (aeration 0.75 liter / min, agitation 400 rpm) Then, 7-hydroxyindole was produced and accumulated in the culture solution at 25 μg / ml. After removing the cells from the culture solution by centrifugation, they were passed through a Diaion HP-20 column (resin made by Mitsubishi Kasei, 7φ × 12 cm) filled with 1.4 liters of the culture supernatant, and 7-hydroxyindole was added. After adsorption onto the resin and washing with 1 liter of water, 7-hydroxyindole was eluted from the column with 500 ml of methanol. The fraction eluted with 7-hydroxyindole was collected from the eluate and concentrated under reduced pressure with an evaporator to distill off water and methanol to obtain 23 mg of 7-hydroxyindole as crystals. The 7-hydroxyindole thus obtained was subjected to FAB-MS and 1 1 H-NMR was measured.
[0030]
FAB-MS (matrix; glycerin): m / z 133 (M + ),
1 H-NMR (400 MHz, CD Three OD): δ 6.39 (1H, d, J = 3.3Hz), 6.49 (1H, d, J = 7.7Hz), 6.79 (1H, dd, J = 7.7Hz, J = 7.7Hz), 7.03 (1H, d , J = 7.7Hz), 7.15 (1H, d, J = 3.3Hz).
[0031]
Example 2:
Yeast extract 0.1%, peptone 0.1%, KH 2 PO Four One Xanthomonas maltophila Mer-H108 strain grown on a slope agar medium (adjusted to pH 6.8 before heat sterilization) consisting of 0.1%, glucose 0.1%, and agar 2%, yeast extract 0.1%, peptone 0.1% , KH 2 PO Four A 250 ml Erlenmeyer flask containing 50 ml of a 0.1% medium (adjusted to pH 6.8 before heat sterilization) was inoculated and cultured on a rotary shaker at 28 ° C. for 19 hours. 150 ml of this seed culture solution is 0.01% indole, 0.1% yeast extract, 0.1% peptone, KH 2 PO Four 0.1%, 0.01% FeSO Four ・ 7H 2 A 30-liter jar fermenter containing 15 liters of a medium consisting of O (adjusted to pH 6.8 before heat sterilization) was inoculated, and aerated and agitated culture (aerated volume 7.5 liters / minute, agitated 200 rpm) was performed at 28 ° C. At 15 hours of culture, 7.5 g of L-serine was added, and the culture was continued for 26 hours. 7-hydroxytryptophan was produced and accumulated in the culture solution at 9 μg / ml. After completion of the culture, the cells were removed from the culture by centrifugation, and 14 liters of the obtained culture supernatant was passed through a strongly basic ion exchange resin Diaion PA306s column (resin is manufactured by Mitsubishi Kasei, 7φ × 15 cm). 7-Hydroxytryptophan was adsorbed on the resin, washed with 1 liter of water, and then 7-hydroxytryptophan was eluted with 2 liters of 0.1N hydrochloric acid. The elution fractions of 7-hydroxytryptophan were combined from the eluate, adjusted to pH 6.0 with 1N NaOH, concentrated under reduced pressure with an evaporator, and lyophilized to obtain 21.3 g of a crude product. This was dissolved in 10 ml of 20 mM phosphate buffer (pH 6.8), preparative HPLC (column: Inertsil PREP-ODS (2 × 25 cm, Gaschrom Industries), mobile phase: 5% MeOH 20 mM phosphate buffer (pH 6.8), The peak of 7-hydroxytryptophan with a retention time of 34.6 minutes was collected by applying a flow rate of 7.0 ml / min and detection of UV 210 nm. The desiccated fraction was desalted to remove the 7-hydroxytryptophan peak by preparative HPLC under the same conditions as above except that the mobile phase was water, and lyophilized to 86 mg of 7-hydroxytryptophan as a sodium salt. Obtained. FAB-MS of 7-hydroxytryptophan thus obtained and 1 1 H-NMR was measured.
[0032]
FAB-MS (matrix; NBA): m / z 221 ((M + H) + ),
1 H-NMR (400 MHz, CD Three OD): δ 3.05 (1H, dd, J = 9.5Hz, J = 15.0Hz), 3.45 (1H, dd, J = 3.3Hz, J = 15.0Hz), 3.79 (1H, dd, J = 4.0Hz, J = 9.5Hz), 6.57 (1H, d, J = 7.7Hz), 6.85 (1H, dd, J = 7.7Hz, J = 7.7Hz), 7.13 (1H, s), 7.19 (1H, d, J = 7.7 Hz).
[0033]
Example 3:
E. coli JM109 transformed with pIZ311 was inoculated into L medium (polypeptone 1.0%, yeast extract 0.5%, NaCl 0.5%, glucose 0.1%, pH 7.2) containing 20 μg / ml kanamycin sulfate. The culture was shaken overnight at 32 ° C. After microbial cells were removed from the culture by centrifugation, the culture supernatant was HPLC (column: ODS-A (0.6 × 15 cm), YMC), mobile phase: 50% acetonitrile, flow rate: 0.5 ml / min, detection: A peak of 7-hydroxyindole having a retention time of 10.08 minutes was detected by UV irradiation at 280 nm. About 20 μg / ml of 7-hydroxyindole was detected.
[Sequence Listing]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the expected role of a group of polypeptides encoded by genes according to the invention. In the figure, bold arrows indicate primers, and thin arrows indicate the size and direction of genes.
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