JP2005270082A

JP2005270082A - グルコース脱水素酵素

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Publication number: JP2005270082A
Application number: JP2004124826A
Authority: JP
Inventors: Koji Hayade; 広司早出
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】グルコースに対する選択性が高い改変型水溶性ＰＱＱＧＤＨを提供すること。
【解決手段】本発明は、ピロロキノリンキノンを補酵素とするグルコース脱水素酵素において、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨの第１９３残基または他の種における同等の位置のアミノ酸残基が中性あるいは酸性の側鎖を有するアミノ酸残基で置換されていることを特徴とする改変型グルコース脱水素酵素を提供する。本発明はまた、上述の改変型グルコース脱水素酵素をコードする遺伝子、該遺伝子を含むベクターおよび該遺伝子を含む形質転換体、ならびに本発明の改変型グルコース脱水素酵素を含むグルコースアッセイキットおよびグルコースセンサーを提供する。
【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明

本発明はピロロキノリンキノンを補酵素とするグルコース脱水素酵素（ＰＱＱＧＤＨ）の製造、およびグルコースの定量におけるその使用に関する。

血中グルコース濃度は、糖尿病の重要なマーカーである。また、微生物を用いる発酵生産においては、プロセスをモニタリングするためにグルコース濃度を定量する。従来、グルコースはグルコースオキシダーゼ（ＧＯＤ）あるいはグルコース６リン酸脱水素酵素（Ｇ６ＰＤＨ）を用いる酵素法により定量されていた。しかし、ＧＯＤを用いる方法ではグルコース酸化反応にともない発生する過酸化水素を定量するためカタラーゼあるいはパーオキシダーゼをアッセイ系に添加する必要があった。Ｇ６ＰＤＨは分光学的手法に基づくグルコース定量に用いられてきたが、反応系に補酵素であるＮＡＤ（Ｐ）を添加しなければならない。

そこで、これまでのグルコース酵素定量方法に用いられてきた酵素にかわる新たな酵素としてＰＱＱＧＤＨの応用が注目されている。ＰＱＱＧＤＨは、ピロロキノリンキノンを補酵素とするグルコース脱水素酵素であり、グルコースを酸化してグルコノラクトンを生成する反応を触媒する。

ＰＱＱＧＤＨには、膜結合性酵素と水溶性酵素があることが知られている。膜結合性ＰＱＱＧＤＨは、分子量約８７ｋＤａのシングルペプチド蛋白質であり、種々のグラム陰性菌において広く見いだされている。例えば、ＡＭ．Ｃｌｅｔｏｎ−Ｊａｎｓｅｎｅｔａｌ．，Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．（１９９０）１７２，６３０８−６３１５を参照されたい。一方、水溶性ＰＱＱＧＤＨはＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓのいくつかの株においてその存在が確認されており（Ｂｉｏｓｃｉ．Ｂｉｏｔｅｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．（１９９５），５９（８），１５４８−１５５５）、その構造遺伝子がクローニングされアミノ酸配列が明らかにされている（Ｍｏｌ．Ｇｅｎ．Ｇｅｎｅｔ．（１９８９），２１７：４３０−４３６）。Ａ．ｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨは、分子量約５０ｋＤａのホモダイマーである。他のＰＱＱ酵素とは蛋白質の一次構造上でのホモロジーがほとんどない。

最近、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来の水溶性ＰＱＱＧＤＨのＸ線結晶構造解析の結果が報告され、活性中心をはじめとした本酵素の高次構造が明らかとなった。（Ａ．Ｏｕｂｒｉｅｅｔａｌ．，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．，２８９，３１９−３３３（１９９９）；Ａ．Ｏｕｂｒｉｅｅｔａｌ．，ＴｈｅＥＭＢＯＪｏｕｒｎａｌ，１８（１９）５１８７−５１９４（１９９９）；Ａ．Ｏｕｂｒｉｅｅｔａｌ．ＰＮＡＳ，９６（２１），１１７８７−１１７９１（１９９９））。これらの論文によれば、水溶性ＰＱＱＧＤＨは６つのＷ−モチーフから構成されるβプロペラ蛋白質であることが明かとなった。

ＰＱＱＧＤＨはグルコースに対して高い酸化活性を有していること、およびＰＱＱＧＤＨは補酵素結合型の酵素であるため電子受容体として酸素を必要としないことから、グルコースセンサーの認識素子をはじめとして、アッセイ分野への応用が期待されている。しかしながらＰＱＱＧＤＨはグルコースに対する選択性が低いことが問題であった。

発明が解決しようとする課題

したがって本発明は、グルコースに対する選択性が高い改変型水溶性ＰＱＱＧＤＨを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

本発明者は水溶性ＰＱＱＧＤＨを遺伝子工学的に改良してそのグルコースに対する選択性を高め、臨床検査や食品分析などに応用できる改変型ＰＱＱＧＤＨを開発すべく鋭意研究を行なった結果、水溶性ＰＱＱＧＤＨの特定の領域においてアミノ酸変異を導入することにより、グルコースに対する選択性が高い酵素を得ることに成功した。

すなわち、本発明は、ピロロキノリンキノンを補酵素とする水溶性グルコース脱水素酵素において、天然の水溶性グルコース脱水素酵素の１またはそれ以上のアミノ酸残基が他のアミノ酸残基で置換されており、かつ前記天然の水溶性グルコース脱水素酵素と比較してグルコースに対する高い選択性を有する改変型グルコース脱水素酵素を提供する。本発明の改変型グルコース脱水素酵素は、天然の水溶性グルコース脱水素酵素と比較してグルコースに対して高い選択性を有する。好ましくは本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨは、グルコースに対する反応性と比べて、ラクトースあるいはマルトースに対する反応性が野生型より低下している。より好ましくは、グルコースに対する反応性を１００％とした場合、マルトースに対する活性が４０％以下であり、より好ましくは３０％以下であり、さらに好ましくは２０％以下である。

本発明の１つの態様においては、本発明の改変型グルコース脱水素酵素において、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨの第１８６残基から第２０６残基の領域または他の種における同等の領域において１またはそれ以上のアミノ酸残基が他のアミノ酸残基（すなわち天然に存在するＰＱＱグルコース脱水素酵素中の対応するアミノ酸残基とは異なるアミノ酸残基）で置換されている。なお、本明細書においては、アミノ酸の位置は、開始メチオニンを１として番号付けする。

本明細書においてアミノ酸残基の位置または領域に関して用いる場合、「同等の」との用語は、構造上類似するが同一ではない２以上の蛋白質において、あるアミノ酸残基または領域が等価の生物学的または生化学的機能を有することを表す。例えば、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ以外の生物に由来する水溶性ＰＱＱＧＤＨにおいて、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨと８０％以上の相同性を有する蛋白質でかつグルコース脱水素酵素活性を有する酵素において第１８６残基から２０６残基の領域とアミノ酸配列類似性の高い領域が存在し、かつ蛋白質の二次構造から見て該領域がその蛋白質において同じ役割を果たしていると合理的に考えられる場合、該領域は「Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨの第１８６残基から２０６残基の領域と同等の領域」と言われる。さらに、該領域の第８番目のアミノ酸残基は「Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨの第１９３残基と同等の位置のアミノ酸残基」と言われる。

好ましくは、本発明の改変型グルコース脱水素酵素は、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨの１９３番目のロイシン残基、または他の種における同等の位置のアミノ酸残基が中性あるいは酸性の側鎖を有するアミノ酸残基で置換されている。

さらに好ましくは、本発明の改変型グルコース脱水素酵素は、配列番号１で表されるアミノ酸配列の１９３番目のロイシン残基がグルタミン酸、アスパラギン酸、ヒスチジン、チロシン、トレオニン、グルタミン、あるいはアスパラギン残基に置換されている。

また別の観点においては、本発明の改変型グルコース脱水素酵素は、配列：
Ｇｌｙ−Ａｒｇ−Ａｓｎ−Ｘａａ１−Ｘａａ２−Ａｌａ−Ｔｙｒ−Ｌｅｕ
（式中、Ｘａａ１、Ｘａａ２、は任意の天然アミノ酸残基である、ただし、Ｘａａ１がＧｌｎであるときＸａａ２はＧｌｕ，Ａｓｐ，Ｈｉｓ，Ｔｙｒ，Ｔｈｒ，ＧｌｎあるいはＡｓｎである）を含む。

本発明はまた、上述の改変型グルコース脱水素酵素をコードする遺伝子、該遺伝子を含むベクターおよび該遺伝子を含む形質転換体、ならびに本発明の改変型グルコース脱水素酵素を含むグルコースアッセイキットおよびグルコースセンサーを提供する。

本発明の改変型グルコース脱水素酵素の酵素蛋白質はグルコースに対して高い選択性を示し、かつグルコースに対して高い酸化活性を有していることから、グルコースの高選択的かつ高感度の測定に応用することができる。

改変型ＰＱＱＧＤＨの構造

本発明の好ましい改変型グルコース脱水素酵素においては、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨの第１８６残基から第２０６残基の領域または他の種における同等の領域において１またはそれ以上のアミノ酸残基が他のアミノ酸残基で置換されている。好ましくは、本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨは、配列番号１で表されるアミノ酸配列の１９３番目のロイシン残基がグルタミン酸、アスパラギン酸、ヒスチジン、チロシン、トレオニン、グルタミン、あるいはアスパラギン残基で置換されている。

また別の観点においては、本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨは、配列：
Ｇｌｙ−Ａｒｇ−Ａｓｎ−Ｘａａ１−Ｘａａ２−Ａｌａ−Ｔｙｒ−Ｌｅｕ
（式中、Ｘａａ１、Ｘａａ２、は任意の天然アミノ酸残基である、ただし、Ｘａａ１がＧｌｎであるときＸａａ２はＧｌｕ，Ａｓｐ，Ｈｉｓ，Ｔｙｒ，Ｔｈｒ，ＧｌｎあるいはＡｓｎである）を含む。

改変型ＰＱＱＧＤＨの製造方法
Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来の天然の水溶性ＰＱＱＧＤＨをコードする遺伝子の配列は配列番号２で規定される。本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨをコードする遺伝子は、天然の水溶性ＰＱＱＧＤＨをコードする遺伝子において、置換すべきアミノ酸残基をコードする塩基配列を、所望のアミノ酸残基をコードする塩基配列に置換することにより構築することができる。このような部位特異的塩基配列置換のための種々の方法が、当該技術分野において知られており、例えば、Ｓａｍｂｒｏｏｋら，”ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇ；ＡＬａｂｏｒａｔｏｒｙＭａｎｕａｌ”，第２版，１９８９，ＣｏｌｄＳｐｒｉｎｇＨａｒｂｏｒＬａｂｏｒａｔｏｒｙＰｒｅｓｓ，ＮｅｗＹｏｒｋに記載されている。

このようにして得た変異遺伝子を遺伝子発現用のベクター（例えばプラスミド）に挿入し、これを適当な宿主（例えば大腸菌）に形質転換する。外来性蛋白質を発現させるための多くのベクター・宿主系が当該技術分野において知られており、宿主としては例えば、細菌、酵母、培養細胞などの種々のものを用いることができる。

本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨにおいては、所望のグルコースデヒドロゲナーゼ活性を有する限り、さらに他のアミノ酸残基の一部が欠失または置換されていてもよく、また他のアミノ酸残基が付加されていてもよい。このような部位特異的塩基配列置換のための種々の方法が当該技術分野においてよく知られている。

さらに、当業者は、他の細菌に由来する水溶性ＰＱＱＧＤＨについても、蛋白質の一次構造を並列して比較すること、あるいは当該酵素の一次構造をもとに予測された二次構造を比較することにより、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来の水溶性ＰＱＱＧＤＨの第１８６残基から第２０６残基の領域にと同等の領域を容易に認識することができ、本発明にしたがって、この領域中のアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換することにより、グルコース選択性の向上した改変型グルコース脱水素酵素を得ることができる。これらの改変型グルコース脱水素酵素も本発明の範囲内である。

上述のようにして得られた、改変型ＰＱＱＧＤＨを発現する形質転換体を培養し、培養液から遠心分離などで菌体を回収した後、菌体をフレンチプレスなどで破砕するか、またはオスモティックショックによりペリプラズム酵素を培地中に放出させる。これを超遠心分離し、ＰＱＱＧＤＨを含む水溶性画分を得ることができる。あるいは、適当な宿主ベクター系を用いることにより、発現したＰＱＱＧＤＨを培養液中に分泌させることもできる。得られた水溶性画分を、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、ＨＰＬＣなどにより精製することにより、本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨを調製する。

酵素活性の測定方法
本発明のＰＱＱＧＤＨは、ＰＱＱを補酵素として、グルコースを酸化してグルコノラクトンを生成する反応を触媒する作用を有する。酵素活性の測定は、ＰＱＱＧＤＨによるグルコースの酸化にともなって還元されるＰＱＱの量を酸化還元色素の呈色反応により定量することができる。呈色試薬としては、例えば、ＰＭＳ（フェナジンメトサルフェート）−ＤＣＩＰ（２，６−ジクロロフェノールインドフェノール）、フェリシアン化カリウム、フェロセンなどを用いることができる。

グルコースに対する選択性
本発明のＰＱＱＧＤＨのグルコースに対する選択性は、基質としてガラクトース、およびマルトース等の各種の糖を用いて上述のように酵素活性を測定し、グルコースを基質としたときの活性に対する相対活性を調べることにより評価することができる。

本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨは野生型酵素と比較して、グルコースに対する選択性が向上しており、特にマルトースに対する反応性と比較してグルコースに対する反応性が高い。したがって、本改変型酵素を用いて作成されたアッセイキットあるいは酵素センサーはグルコース測定に関して選択性が高く、種々の糖が存在する試料においても高感度でグルコースが検出できるという利点を有する。

グルコースアッセイキット
本発明はまた、本発明に従う改変型ＰＱＱＧＤＨを含むグルコースアッセイキットを特徴とする。本発明のグルコースアッセイキットは、本発明に従う改変型ＰＱＱＧＤＨを少なくとも１回のアッセイに十分な量で含む。典型的には、キットは、本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨに加えて、アッセイに必要な緩衝液、メディエーター、キャリブレーションカーブ作製のためのグルコース標準溶液、ならびに使用の指針を含む。本発明に従う改変型ＰＱＱＧＤＨは種々の形態で、例えば、凍結乾燥された試薬として、または適切な保存溶液中の溶液として提供することができる。好ましくは本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨはホロ化した形態で提供されるが、アポ酵素の形態で提供し、使用時にホロ化することもできる。

グルコースセンサー
本発明はまた、本発明に従う改変型ＰＱＱＧＤＨを用いるグルコースセンサーを特徴とする。電極としては、カーボン電極、金電極、白金電極などを用い、この電極上に本発明の酵素を固定化する。固定化方法としては、架橋試薬を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、光架橋性ポリマー、導電性ポリマー、酸化還元ポリマーなどがあり、あるいはフェロセンあるいはその誘導体に代表される電子メディエーターとともにポリマー中に固定あるいは電極上に吸着固定してもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。好ましくは本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨはホロ化した形態で電極上に固定化するが、アポ酵素の形態で固定化し、ＰＱＱを別の層としてまたは溶液中で提供することもできる。典型的には、グルタルアルデヒドを用いて本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨをカーボン電極上に固定化した後、アミン基を有する試薬で処理してグルタルアルデヒドをブロッキングする。

グルコース濃度の測定は、以下のようにして行うことができる。恒温セルに緩衝液を入れ、ＰＱＱおよびＣａＣｌ_２、およびメディエーターを加えて一定温度に維持する。メディエーターとしては、フェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェートなどを用いることができる。作用電極として本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨを固定化した電極を用い、対極（例えば白金電極）および参照電極（例えばＡｇ／ＡｇＣｌ電極）を用いる。カーボン電極に一定の電圧を印加して、電流が定常になった後、グルコースを含む試料を加えて電流の増加を測定する。標準濃度のグルコース溶液により作製したキャリブレーションカーブに従い、試料中のグルコース濃度を計算することができる。

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
改変型酵素ＰＱＱＧＤＨ遺伝子の構築
配列番号２に示されるＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来ＰＱＱＧＤＨの構造遺伝子をもとに、変異の導入を行った。プラスミドｐＧＢ２は、ベクターｐＴｒｃ９９Ａ（ファルマシア社製）のマルチクローニング部位に、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来ＰＱＱＧＤＨをコードする構造遺伝子を挿入したものである。常法に従って部位特異的変異法により１９３番目のロイシン残基をコードする塩基配列をグルタミン酸残基をコードする塩基配列に置換した。部位特異的変異はプラスミドｐＧＢ２を用いて行った。変異に用いた合成オリゴヌクレオチドターゲットプライマーの配列を表１に示す。

ベクタープラスミドｐＫＦ１８ｋ（宝酒造（株））にＡｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来ＰＱＱＧＤＨをコードする遺伝子の一部を含むＫｐｎＩ−ＨｉｎｄＩＩＩ断片を組み込み、これをテンプレートとした。このテンプレート５０ｆｍｏｌと宝酒造（株）製Ｍｕｔａｎ（登録商標）−ＥｘｐｒｅｓｓＫｍキットに付属のセレクションプライマー５ｐｍｏｌ、リン酸化したターゲットプライマー５０ｐｍｏｌを全体（２０μｌ）の１／１０量の同キットのアニーリングバッファーとともに混合し、１００℃、３分間の熱処理でプラスミドを変性させ、１本鎖にした。セレクションプライマーはｐＫＦ１８ｋのカナマイシン耐性遺伝子上にある二重のアンバー変異を復帰させるためのものである。これを５分間氷上に置き、プライマーをアニーリングさせた。これに３μｌの同キットエクステンションバッファー、１μｌのＴ４ＤＮＡリガーゼ、１μｌのＴ４ＤＮＡポリメラーゼおよび５μｌの滅菌水を加えて相補鎖を合成した。これをＤＮＡのミスマッチ修復能欠損株であるＥ．ｃｏｌｉＢＭＨ７１−１８ｍｕｔＳに形質転換し、一晩振とう培養を行ってプラスミドを増幅させた。

次に、ここから抽出したプラスミドをＥ．ｃｏｌｉＭＶ１１８４に形質転換し、そのコロニーからプラスミドを抽出した。そしてこれらのプラスミドについてシークエンスを行い、目的とした変異の導入を確認した。この断片を、プラスミドｐＧＢ２上の野生型ＰＱＱＧＤＨをコードする遺伝子のＫｐｎＩ−ＨｉｎｄＩＩＩ断片と入れ替え、改変型ＰＱＱＧＤＨの遺伝子を構築した。

実施例２
改変型酵素の調製
野生型または改変型ＰＱＱＧＤＨをコードする遺伝子を、Ｅ．ｃｏｌｉ用の発現ベクターであるｐＴｒｃ９９Ａ（ファルマシア社）のマルチクローニングサイトに挿入し、構築されたプラスミドをＥ．ｃｏｌｉＤＨ５α株に形質転換した。これを４５０ｍｌのＬ培地（アンピシリン５０μｇ／ｍｌ、クロラムフェニコール３０μｇ／ｍｌ含有）で坂ロフラスコを用いて３７℃で一晩振とう培養し、１ｍＭＣａＣｌ_２、５００μＭＰＱＱを含む７１のＬ培地に植菌した。培養開始後約３時間でイソプロピルチオガラクトシドを終濃度０．３ｍＭになるように添加し、その後１．５時間培養した。培養液から遠心分離（５０００×ｇ、１０分、４℃）で菌体を回収し、この菌体を０．８５％ＮａＣｌ溶液で２回洗浄した。集菌した菌体をフレンチプレスで破砕し、遠心分離（１００００×ｇ、１５分、４℃）で未破砕の菌体を除去した。上清を超遠心分離（１６０５００×ｇ（４００００ｒ．ｐ．ｍ．）、９０分、４℃）し、水溶性画分を得た。これを粗精製酵素標品として以下の実施例において用いた。

実施例３
酵素活性の測定
実施例２で得られた野生型および各改変型ＰＱＱＧＤＨの粗精製酵素標品をそれぞれ１μＭＰＱＱ、１ｍＭＣａＣｌ_２存在下で１時間以上ホロ化した。これを１８７μｌずつ分注し、３μｌの活性試薬（６ｍＭＤＣＩＰ４８μｌ，６００ｍＭＰＭＳ８μｌ，１０ｍＭリン酸緩衝液ｐＨ７．０１６μｌ）および各濃度のＤ−グルコース溶液１０μｌを加え、酵素活性を測定した。

酵素活性の測定は、室温において、１０ｍＭＭＯＰＳ−ＮａＯＨ緩衝液（ｐＨ７．０）中においてＰＭＳ（フェナジンメトサルフェート）−ＤＣＩＰ（２，６−ジクロロフェノールインドフェノール）を用い、ＤＣＩＰの６００ｎｍの吸光度変化を分光光度計を用いて追跡し、その吸光度の減少速度を酵素の反応速度とした。このとき、１分間に１μｍｏｌのＤＣＩＰが還元される酵素活性を１ユニットとした。また、ＤＣＩＰのｐＨ７．０におけるモル吸光係数は１６．３ｍＭ^−１とした。

基質濃度対酵素活性のプロットから、Ｋｍを求めた。その結果グルコースに対して４８ｍＭであり、ガラクトースに対して１８ｍＭであり、マルトースに対して２０ｍＭであった。

実施例４
基質特異性の評価
各改変型酵素の粗精製酵素標品について基質特異性を調べた。実施例２で得られた野生型および各改変型ＰＱＱＧＤＨの粗精製酵素標品をそれぞれ１μＭＰＱＱ、１ｍＭＣａＣｌ_２存在下で１時間以上ホロ化した。これを１８７μｌずつ分注し、３μｌの活性試薬（６ｍＭＤＣＩＰ，６００ｍＭＰＭＳ，１０ｍＭリン酸緩衝液ｐＨ７．０を含む）および基質を加えた。基質として、種々の濃度のグルコースまたは他の糖を加えそれぞれの酵素活性を検討した。値はグルコースを基質としたときの活性を１００％とし、これに対する相対活性で表した。その結果、図１から求められる値としてグルコースを１００％とした場合、マルトースに対しては５％であり、本発明の酵素はマルトースに対する反応性と比較してグルコースに対する高い反応性を示した。

実施例６
酵素センサーの作製および評価
５ユニットのＬｅｕ１９３Ｇｌｕ改変型酵素にカーボンペースト２０ｍｇを加えて凍結乾燥させた。これをよく混合した後、既にカーボンペーストが約４０ｍｇ充填されたカーボンペースト電極の表面だけに充填し、濾紙上で研磨した。この電極を１％のグルタルアルデヒドを含む１０ｍＭＭＯＰＳ緩衝液（ｐＨ７．０）中で室温で３０分間処理した後、２０ｍＭリジンを含む１０ｍＭＭＯＰＳ緩衝液（ｐＨ７．０）中で室温で２０分間処理してグルタルアルデヒドをブロッキングした。この電極を１０ｍＭＭＯＰＳ緩衝液（ｐＨ７．０）中で室温で１時間以上平衡化させた。電極は４℃で保存した。

作製した酵素センサーを用いてグルコース濃度の測定を行った。本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨを固定化した酵素センサーを用いて、０．１ｍＭ−５ｍＭの範囲でグルコースを選択的に定量できた。

本発明の改変型ＰＱＱＧＤＨの活性の基質濃度依存性を示すグラフである。

Claims

ピロロキノリンキノンを補酵素とする水溶性グルコース脱水素酵素において、天然の水溶性グルコース脱水素酵素の１またはそれ以上のアミノ酸残基が他のアミノ酸残基で置換されており、かつ前記天然の水溶性グルコース脱水素酵素と比較してグルコースに対する高い選択性を有する改変型グルコース脱水素酵素。
ピロロキノリンキノンを補酵素とするグルコース脱水素酵素において、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒｃａｌｃｏａｃｅｔｉｃｕｓ由来水溶性ＰＱＱＧＤＨの１９３番目のロイシン残基もしくは他の種における同等の位置のアミノ酸残基が中性あるいは酸性の側鎖を有するアミノ酸残基で置換されている、請求項１記載の改変型グルコース脱水素酵素。
配列番号１で表されるアミノ酸配列の１９３番目のロイシン残基がグルタミン酸、アスパラギン酸、ヒスチジン、チロシン、トレオニン、グルタミン、あるいはアスパラギン残基に置換されている、請求項７記載の改変型グルコース脱水素酵素。
ピロロキノリンキノンを補酵素とするグルコース脱水素酵素において、配列
Ｇｌｙ−Ａｒｇ−Ａｓｎ−Ｘａａ１−Ｘａａ２−Ａｌａ−Ｔｙｒ−Ｌｅｕ
（式中、Ｘａａ１、Ｘａａ２、は任意の天然アミノ酸残基である、ただし、Ｘａａ１がＧｌｎであるときＸａａ２はＧｌｕ，Ａｓｐ，Ｈｉｓ，Ｔｙｒ，Ｔｈｒ，ＧｌｎあるいはＡｓｎである）
を含むことを特徴とする改変型グルコース脱水素酵素。
請求項１−４のいずれかに記載の改変型グルコース脱水素酵素をコードする遺伝子。
請求項５に記載の遺伝子を含むベクター。
請求項５に記載の遺伝子を含む形質転換体。
請求項５に記載の遺伝子が主染色体に組み込まれている、請求項７記載の形質転換体。
請求項１−５のいずれかに記載の改変型グルコース脱水素酵素を含むグルコースアッセイキット。
請求項１−５のいずれかに記載の改変型グルコース脱水素酵素を含むグルコースセンサー。