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JPH09506003A - Thermostable xylanase - Google Patents

Thermostable xylanase

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Publication number
JPH09506003A
JPH09506003A JP8501640A JP50164095A JPH09506003A JP H09506003 A JPH09506003 A JP H09506003A JP 8501640 A JP8501640 A JP 8501640A JP 50164095 A JP50164095 A JP 50164095A JP H09506003 A JPH09506003 A JP H09506003A
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JP
Japan
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xylanase
enzyme
temperature
pulp
minutes
Prior art date
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Pending
Application number
JP8501640A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
ヴィーダル グレーンベルイ
ダイアン ピー ウィリアムズ
サラ アイヴァーソン
シモン フォースター
ディーン ムーディー
ロバータ リー ファーレル
ピーター レナード バーグキスト
ロイ マッキーヴァー ダニエル
ヒュー ウィリアム モーガン
ウィルヘルムス ヨハネス クァックス
マルガレータ アドリアーナ ヘルウェイイェール
ブライアン エドワード ジョーンズ
Original Assignee
ギスト ブロカデス ベスローテン フェンノートシャップ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by ギスト ブロカデス ベスローテン フェンノートシャップ filed Critical ギスト ブロカデス ベスローテン フェンノートシャップ
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  • Paper (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は、キシラナーゼ活性を有する酵素を開示する。このキシラナーゼは、80℃以上の温度で活性である事を特徴とする。この酵素は、嫌気性好熱性バクテリアから得られる。この酵素は、紙・パルプ製造方法での使用に適する。又、本発明は、寄託された株から得られるキシラナーゼ活性を有する遺伝子のクローニング及び発現を開示する。 (57) Summary The present invention discloses an enzyme having xylanase activity. This xylanase is characterized by being active at a temperature of 80 ° C. or higher. This enzyme is obtained from anaerobic thermophilic bacteria. This enzyme is suitable for use in paper / pulp manufacturing processes. The present invention also discloses cloning and expression of a gene having xylanase activity obtained from the deposited strain.

Description

【発明の詳細な説明】 熱安定性キシラナーゼ 技術分野 本発明は、新規な微生物及び新規な酵素、特に熱安定性キシラナーゼに関する 。 これらのキシラナーゼは、嫌気性好熱性バクテリアから得られ、紙・パルプ工 業で使用される条件、即ちpH9以上、温度70℃以上の条件下で使用出来、こ の酵素は特に温度80℃で活性である。 発明の背景 キシランは、植物ヘミセルロースの一構成成分であり、キシランは、1,4− グルコシド結合のβ−D−キシロース基質から成る。普通、キシランは、キシロ ース及び他のペントース、ヘキソース、ウロン酸及びアセチル基を含む側鎖又は 基を有する。 紙の製造方法において、パルプの漂白は最も重要な工程である。紙・パルプ工 業においてパルプ処理に使用される方法は、図式的には次の様に行われる。 パルプは、所謂酸素脱リグニン工程で、大部分のリグニンを除去する為に、p H10〜12で、温度80℃で処理される。処理後のパルプは、2〜5%のリグ ニンを含む。このリグニンは、パルプを褐色にする。次いで、このパルプは、多 段漂白方法で漂白される。この漂白方法で、塩素、二酸化塩素、過酸化水素及び /又はオゾンの様な化学物質が使用され、高品質紙の白色パルプが得られる。 塩素及び塩素含有化学物質は、この漂白方法でよく使用される。然しながら、 これら化学物質の使用は、ダイオキシン及びその他の塩素化有機化合物を形成す る事となり、それらは環境への脅威となる。それ故、この種の廃棄生成物を発生 する化学物質の使用を制限する傾向が出てきている。 これは、無塩素方法、つまり完全無塩素(TCF)及び基本的無塩素(ECF ) の方法の開発傾向を促進した。これらの方法では、過酸化水素又はオゾンが漂白 の為に使用される。然しながら、これらの酸化化学物質の使用は、紙の品質、特 に紙の強度においてマイナス効果を持つ可能性がある。 或る種の酵素は、漂白剤をより一層受容可能なパルプとし、それにより漂白量 を減少させる事が分かっている。特に、キシラナーゼは、紙・パルプ処理におい て非常に有用である事が分かっている。キシラナーゼがパルプからのリグニンの 抽出性を増大する事は報告されている。現在の方法では、キシラナーゼは、それ らが酸素脱リグニンの際に使用される条件下では活性ではなく、生存しないので 、酸素脱リグニン工程の後で使用されるのが殆どである。 キシラナーゼは、リグニンのセルロースの網目構造への密着に関与するヘミセ ルロース鎖を開裂する。キシラナーゼ処理後、リグニンは、次工程において一層 容易に除去される。 それ故、キシラナーゼの使用は、25〜30%の予備漂白で、活性塩素の消費 の減少につながる。塩素のこの減少は、得られる紙の品質係数に影響しない(Vii kari et al.,1986.Proc.of the third Int.Conf.Biotechnology in Pulp a nd Paper Ind.,Stockholm,p.67-69 and Bajpai and Bajpai.1992.Process B iochemistry.27: 319-325)。 又、キシラナーゼ処理は、漂白方法での他の化学物質、例えば過酸化水素の必 要性を減少する。 クラフトパルプの漂白での菌源由来のキシラナーゼの使用が報告されている。 それらは酸性キシラナーゼであり、この酵素の最適pH及び温度は、pH=3〜 5、温度=30〜50℃である。これらの値は、効果的な条件が、pH≧9で温 度≧70℃である漂白方法での使用には理想的ではない。 最適な高いpH及び/又は温度を持つバクテリア源由来のキシラナーゼが、漂 白方法に使用される事は報告されている。これらの幾つかは、次の種由来のもの である(括弧内は報告されたキシラナーゼ活性の最適pHと温度である): バチルス・ピュミラス(Bacillus pumilus)(pH=7〜9、温度=40℃,Nissen et al.,1992.Progress in Biotechnology 7: 325-337)、バチルス・ステアロサー モフィラス (Bacillus stearothermophilus)(pH=7、温度=65℃、国際特 許出願 WO 91/10724)、ディクトボグロマス・サーモフィリウム(Dictvoglomus t hermophirium)(pH=6〜8、温度=70℃、ヨーロッパ特許出願EPO 511933)、ロー ドサーマス( Rhodothermus)(pH=5.5 〜6.5、温度=80 〜100℃、ヨーロッパ特許出 願EPO 538177)、サーモトーガ(Thermotoga)(pH=5〜6、温度=90℃、国際特許 出願 WO 93/19171)及びサーモアナエロバクテル・エタノリカス(Thermoanaeroba cter ethanolicus(温度=68 ℃、Deblois and Wiegel.1992.Progress in Biote chnology 7: 487-490)。 漂白用としてこれらのキシラナーゼの幾つかの使用が請求されているが、≧80 ℃の温度で、顕著な脱リグニン活性として望ましい特性を有する事は、今日まで 報告されていない。 発明の要約 本発明は、ニュージーランドの温泉から純粋培養で単離された嫌気性好熱性微 生物から得られるキシラナーゼを開示する。この微生物は、1994年4月14日付け で、オランダ国のバルン(Baarn)の中央微生物寄託所(Centraal Bureau voor Sch immelcultures)(CBS)に寄託された。 また、本発明は、少なくとも80℃の温度で相当なキシラナーゼ活性を有する酵 素を開示する。更に、本発明は、前記キシラナーゼが、少なくとも80℃の温度で 顕著な脱リグニン活性を有する事を開示する。前記酵素は寄託された株から得ら れる。 更に、本発明は、80℃の温度で活性なキシラナーゼの調製方法を開示する。こ の方法は、適当な培地での本発明の寄託微生物の培養と、次いで表示した活性を 有するこの酵素の回収を含む。 又、本発明は、上記キシラナーゼをコードする遺伝子のクローニングを開示す る。また、宿主細胞でのこれら遺伝子の発現が開示される。この酵素は、この方 法で得られた時は略純粋である。この様に、また本発明は、キシラナーゼを得る 為のその他の方法、即ち組み換えDNA の発現を開示する。 更に、本発明は、高温で、高いpHを使用する工業的適用条件に等しい条件下で のキシラナーゼの適用を開示する。 図面の簡単な説明 図1は、6つのエクストレモフィル株(extremophilic strains)の内部共通配 列(internal consensus sequence)の系統分析を示す。配列は、次の順に命名さ れる: 微生物/前進プライマー/組み換え数。表示された枝番は、この配列のブ ーツストラップ分析(boot-strap analysis)から得た値である。 図2は、ファミリーGの内部共通配列の順次配列を示す。 図3は、pJLA602 中のSph1-BamH1フラグメントとして挿入されたTG456 由来の xynDのキシラナーゼドメインを示す。 図4は、実施例15で開示されている漂白された広葉樹パルプTCFから調製 された紙の紙質を示す。Ref は酵素無し、715 はTG456 xynD、716 はTG53 xynD である。ショッペン−リーグラー値(Schoppen-Riegler values)に関する引っ張 り係数(A)、空隙率(B)、引き裂き(C)及び破裂(D)が与えられる。 図5は、実施例15で開示されている漂白された広葉樹パルプECFから調製 された紙の紙質を示す。Ref は酵素無し、715 はTG456 xynD、716 はTG53 xynD である。ショッペン- リーグラー値(Schoppen-Riegler values)に関する引っ張 り係数(A)、空隙率(B)、引き裂き(C)及び破裂(D)が与えられる。 図6は、実施例15で開示されている漂白された針葉樹パルプTCFから調製 された紙の紙質を示す。Ref は酵素無し、715 はTG456 xynD、716 はTG53 xynD である。ショッペン- リーグラー値(Schoppen-Riegler values)に関する引っ張 り係数(A)、空隙率(B)、引き裂き(C)及び破裂(D)が与えられる。 図7は、実施例15で開示されている漂白された針葉樹パルプECFから調製 された紙の紙質を示す。Ref は酵素無し、715 はTG456 xynD、716 はTG53 xynD である。ショッペン- リーグラー値(Schoppen-Riegler values)に関する引っ張 り係数(A)、空隙率(B)、引き裂き(C)及び破裂(D)が与えられる。 図8は、TCF(A)及びECF(B)漂白広葉樹パルプ及びTCF(C)及 びECF(D)漂白針葉樹パルプの、実施例15で決定される精製曲線を示す。 Ref は酵素無し、715 はTG456 xynD、716 はTG53 xynD である。 図9は、TG456 xynDキシラナーゼと、パルプチームHB(Pulpzyme HB)(ノボノル ディスク社)の最適pH(A)と最適温度(B)との比較を示す。 図10は、80℃、pH7.0(A)と65℃、pH9.0(B)での、TG456 xynDキシラナーゼと、 パルプチームHB(Pulpzyme HB)(ノボノルディスク社)の熱安定性の比較を示す。 発明の詳細な説明 本発明は、ニュージーランドの温泉から単離された微生物を開示する。これら 微生物は、嫌気性好熱性バクテリアとしての特徴を持ち、レイニイ(Rainey)(199 2.PhD thesis,University of Waikato,Hamilton,New Zealand)によって分類 された。 この微生物は、キシラン−アガー分散アッセイを使用して順次スクリーンされ た。このテストで透明帯を示した株は潜在的キシラナーゼ産生株として選択され た。この株は、pH7.0 と、微生物による温度75又は80℃の嫌気性条件下で増殖 した。限外ろ過で濃縮後、培養ブロスのキシラナーゼ活性を、pH=6.5及び9、温 度=80℃でのアッセイで分析した(実施例1)。 6つの異なる株が、表示された条件下でキシラナーゼ活性を産生する事が分か った。これら微生物は、1994年4月14日付で、寄託番号CBS211.94、C BS212.94、CBS213.94、CBS214.94、CBS215.94及びCBS216.94で寄 託された。 又、本発明は、キシラナーゼ活性を有する酵素、特に少なくとも80℃の温度で 、且つpH6以上で顕著なキシラナーゼ活性を有する酵素を開示する。前記酵素は 、寄託株の突然変異株及び変種からも得られる。 「顕著な活性」なる表現は、本発明の酵素が、少なくとも80℃で、少なくと も40%の活性を有する事を意味するので、これらは、70℃では、好ましくは これは少なくとも60%であり、より好ましくは約少なくとも80%であり、よ り一層好ましくは約200%である。 更に、本発明は、約80℃の温度で活性であるか、又はこれらの条件下で顕著 な活性を有するキシラナーゼの調製方法を開示する。この方法は、適当な培地で 本発明の寄託された微生物の培養、次いで表示の活性を有する酵素の回収を含む 。キシラナーゼの単離及び精製は、常法に従って行う事が出来る。 酵素の部分的精製は、実施例2で例示される。この実施例では、細胞は、まず 始めに中空繊維ろ過(hollow fiber filtration)で除去される。次いで、タンパ ク質が、1Mの最終濃度までの硫酸アンモニウムの添加によって更に精製される 。この溶液を、次いでフェニルセファロースカラムに入れ、タンパク質が、1M 塩化ナトリウムで溶出される。最後に、このタンパク質が、限外ろ過で濃縮され 、塩は隔膜ろ過(diafiltration)で除去される。 アルカリpHでのキシラナーゼのキシラン分解能を確認するため、pH7及び 9で、表示の株から単離したキシラナーゼの活性の比較を、異なる基質を使用し て、70℃で行った(実施例3)。このキシラナーゼは、アルカリpHで著しい 活性を有する事を示した。基質及びアッセイによって、pH9では、このキシラ ナーゼは、pH7でそれらが有する活性の約20%以上を有する。或るキシラナ ーゼは、pH9で、pH7での活性の80%を保持する事を示した。 表示の株から単離されたキシラナーゼの熱安定性は、著しく変化する。幾つか のキシラナーゼは、非常に熱安定性である。それらは、pH=9で、温度80℃で2時 間以上の半減期を有する(実施例4参照)。本発明のキシラナーゼのpH=9で、温 度80℃での半減期は、少なくとも10分、好ましくはこれらの条件下で20分以 上、より好ましくは30分以上、なお一層好ましくは60分以上で、最も好まし くは、半減期は120分以上である。 又、本発明は、嫌気性好熱性株から得られるキシラナーゼをコードする事を特 徴とするDNA配列のクローン化及び発現を開示する。本発明は、本発明のキシ ラナーゼをコードするDNA配列を含む事を特徴とする発現ベクターを含むベク ターを開示する。それらのベクターの一つで形質転換される事を特徴とする微生 物宿主細胞も開示される。 本発明のキシラナーゼをコードするDNA配列の配列分析は、得られる配列が 二つの酵素類、即ちギルケス等(Gilkes et al.)(1991、Microbiol.Rev.55:303 -315)によって以前に定義されたF-型及びG-型に分類される事を示した。 本発明の微生物から得られるxynA、xynB及びxynC配列は、F-型キシラナーゼに 属する。これらの微生物から得られるxynD配列は、G-型キシラナーゼに属する( 実施例6、7、8及び9参照)。好熱性微生物由来のG-型キシラナーゼが、今ま でで最上のものである事を既に開示したものはない。本発明のキシラナーゼの源 であるこの好熱性微生物は、ここにおいて、65℃より高い最適増殖温度を持つ微 生物と定義される。好ましくは、この最適増殖温度は68℃より高く、より好まし くはこの最適増殖温度は70℃より高く、最も好ましくはこの最適増殖温度は75℃ 以上である。大腸菌での本発明の、F-型及びG-型二つのキシラナーゼDNA 配列の 発現は、活性タンパク質を与える事が示される(実施例10及び11参照)。こ のタンパク質は、80℃の温度で活性である。 本発明開示の実施例で証明されたクローン化及び発現は、相同性微生物での遺 伝子の発現を可能とする。また、発現は、適切な発現と分泌調節配列(secretion regulating sequences)を使用して、他の微生物において行う事も出来る。使用 される微生物としては、酵母、菌及びバクテリアが挙げられる。特定の微生物と しては、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、クルイベロミセス・ラ クチス(Kluyveromyces lactis)及びバチルスリケニフォルミス(Bacilluslicheni formis)から選ばれた株が挙げられる。 本発明の酵素は、オートスペルト(oat spelt)キシラン及びカンバ材キシラン に関して著しい活性を有する事を示した。更に、本発明の酵素は、それらの漂白 能力が試験された。この漂白能力は本発明の酵素の脱リグニン化活性によって決 定される。本発明は、幾つかの木材パルプで測定された様な、顕著な脱リグニン 化活性を有する酵素を開示する。酵素調製物、キシラナーゼは、少なくとも80℃ の温度で、木材パルプの脱リグニン化を可能とする。「木材パルプ」なる表現は 、広い意味で理解されるべきもので、一切のリグノセルロース物質を含む事を意 図するものである。 この酵素は、広葉樹及び針葉樹パルプの両方について、それらの漂白能力が試 験された。リグニン除去は、二種類の方法で測定された(実施例5)。培地での リグニンは、A300試験で決定された。この試験で、全ての調製物が、広葉樹 、針葉樹のいずれについても、80℃で顕著な脱リグニン化活性を示した。pH 9 で、80℃で針葉樹についての活性は、pH6での活性の少なくとも43%であ り、広葉樹については、3つの株が、pH9で、pH6での活性に比べて50% 以上の活性を示し、他の3つが18〜30%の活性を示した。又、針葉樹パルプ の漂白は、カッパ(kappa)試験を使用して、パルプのリグニン含量の減少を決定 する事によって測定された。カッパ値(kappa number)は、キシラナーゼ調製物で 以て、pH9の80℃でのパルプ培養後に、0.5〜0.4単位減少した。 更に、本発明の酵素の漂白能力は、例えば、常法で処理されたパルプで造られ た紙、更に前記の酵素で培養したパルプで造られた紙と、酵素無しの培養で造ら れた紙とを比較して、そのISO白色度の増加でもって測定出来る。前記の常法 処理は、従来技術により過酸化水素、オゾン、塩素ガス或いは二酸化塩素の如き 漂白剤への曝露を含む。 大腸菌で発現される本発明のクローン化F-型及びG-型キシラナーゼは、針葉樹 及び広葉樹パルプ両方についてのECF 漂白実験で、それらの性能が試験された( 実施例12参照)。驚くべきことに、G-型キシラナーゼ(xynD遺伝子でコード化 された)は、最上のF-型キシラナーゼで、せいぜい1.2%ISO 白色度増加に比べて 、酵素無しの対照より6.8%ISO デルタ白色度までの、F-型キシラナーゼと比較し て、針葉樹及び広葉樹の両方の漂白処理において一層良好な性能を示す事が観察 された。更に、熱安定性G-型キシラナーゼの試験は、これらが、針葉樹及び広葉 樹パルプ双方についてのTCF 漂白実験でも優れた結果を生む事を示した(実施例 14及び15参照)。この様にして漂白されたパルプから造られた紙の性質の検 証は、酵素無しの対照の紙と殆ど変わらない事を示した。 クローン化G-型キシラナーゼは、高いpHにおいても極めて熱安定性である。8 0℃、pH7.0で、30分以上の半減期が測定された。65℃、pH9.0では、この 酵素の半減期は、120分の培養後でも顕著に減少しない(実施例16参照)。 本発明のG-型キシラナーゼの、pH9.0で65℃での半減期は、少なくとも10 分であり、好ましくはこれらの条件下での半減期は、20分以上、より好ましく は30分以上、なお一層好ましくは60分以上で、最も好ましくは半減期は12 0分以上である。 本発明は、その内部共通フラグメント(internal consensus fragment)(ICF)が 、 配列番号12のICF と80% 以上の同一性を示す熱安定性G-型キシラナーゼをコード 化するDNA配列を開示する。このG-型ICF は、ここにおいて、配列番号12にお いて、配列番号4及び配列番号5に相当する配列の間(ヌクレオチド位置295 〜623)に在るフラグメント、と定義される。好ましくは、このG-型ICF との 同一性は、87% 以上、より好ましくはこの同一性は95% 以上、最も好ましくは、 この同一性は99% 以上である。 更に、その他の実施態様において、本発明は、配列番号13のアミノ酸配列で、 少なくとも70% の同一性を共有するG-型キシラナーゼを開示する。好ましくは、 このアミノ酸同一性は、80% 以上、より好ましくは、このアミノ酸同一性は90% 以上、なお一層好ましくはこのアミノ酸同一性は95% 以上、最も好ましくはこの アミノ酸同一性は99% 以上である。 本発明の酵素は、上に述べたパルプ調製方法での酸素脱リグニン工程後に直ち に使用出来る。この酵素の温度並びにpH特性の結果として、高価な冷却及びpH調 節が避けられる。本発明のまた別の実施態様では、この酵素は酸素脱リグニン工 程の前又は工程中で使用される。この工程前ではリグニン濃度が高く、従ってキ シラナーゼの適用効果は一層大きい。 更に、本発明の酵素調製物の適用として、特に、木材が本発明による前記酵素 調製物で処理される方法が開示される。 同様に、フラッフパルプ(fluff pulp)が、本発明の酵素調製物で処理出来る。 更に、本発明は、本発明の酵素調製物で処理された木材パルプから作られる紙 、ボード及びフラッフパルプに関する。 実施例1 熱安定性キシラナーゼ活性産生株の単離 キシラナーゼ産生微生物を、ニュージーランドの様々な高温地域にある温泉か ら得た。この株は、70℃以上の温度で、6.0〜8.5の間のpHの温泉から、基質 としてオートスペルトキシランを使用して、現場での濃縮で単離された。株の 培養物は、サンプルが採取された現場の温度に相当する温度(70°、75°又 は85℃)で、2/1培地+キシランの実験室での、更なる嫌気性培養で得られ た。 2/1培地+キシランの組成は次の通りである。嫌気性2/1培地 レサズリン(Resazurin)(0.1%) 1.0 ml/l SL10 微量元素 1.0 ml/l 塩化第二鉄溶液(0.28 mg/ml) 1.0 ml/l ウオーリンビタミン(Wolin's Vitamins) 0.1 ml/l 食塩 0.9 g/l 塩化マグネシウム・6水和物 0.2 g/l リン酸水素二カリウム 1.5 g/l リン酸二水素カリウム 0.75g/l 塩化アンモニウム 0.9 g/l シスチン 0.75g/l 酵母抽出物 0.5 g/l バクトトリプトン(Bacto Tryptone) 1.0 g/l オートスペルトキシラン 2 g/lpH7.0 窒素ガスの下で調剤する。ウオーリンビタミン混合物 mg/100ml ビオチン(Biotin) 2.0 葉酸 2.0 ピリドキシン塩酸 10.0 リボフラビン 5.0 チアミン 5.0 ニコチン酸 5.0 パントテン酸 5.0 ビタミン B12 0.1 p-アミノ安息香酸 5.0 チオクト酸 5.0SL10 微量元素(変性された) 5M塩酸 15ml mg/l 塩化亜鉛 70 塩化マグネシウム・4水和物 100 ほう酸 6 塩化コバルト・6水和物 130 塩化第二銅・2水和物 2 塩化ニッケル・2水和物 24 モリブデン酸ナトリウム・2水和物 36 株の純粋培養物は、アガー・ロールチューブの単一コロニーから得た。限外ろ 過で得た培養濃縮物を、染色キシラン法(dyed xylan method)(以下で参照)及 びPAHBAH法(実施例3参照)を使用して、70℃及び80℃で、pH6.5 及び9.0でのキシラナーゼ活性について試験した。 CBS(Centraal Bureau voor Schimmelcultures)に寄託した6つの株は、表 1に示される。 レマゾールブリリアントブルーR(Remazol Brilliant Blue R)(シグマ)に結 合したカラマツ樹キシランから成る染色キシランを、ビーリイ等(Biely et al.) (1985.Anal.Biochem 144,142-146)により開示された方法に従って調製した。 カラマツ樹キシラン(6.7g)を、250ml の水に入れ、数時間、室温で攪拌して溶 解した。レマゾールブリリアントブルーR(10.0g)をこの混合物に添加した。溶 解後、20mlの酢酸ナトリウム溶液(20mlの蒸留水中に2.7gの酢酸ナトリウム)滴 状で添加した。次いで、水70ml中の水酸化ナトリウム6gの溶液を添加し、攪拌を 18時間続けた。形成された染色キシランを、96% エタノール700ml を添加して沈 殿させた。6時間静置した後、沈殿物をろ過(Whatman GF/A)で分離した。フィル ターケークを、96% エタノール/0.05M酢酸ナトリウムの2:1 の混合物の3lで、 次いで96% エタノール 1l及びアセトン3 lで、ろ液が透明になるまで洗浄した 。収量は10.5g 染色キシランであった。 酵素アッセイの為、5.1gの染色キシランを、150ml の0.1M MOPS バッファー、 pH6.8 に溶解した。混合物を、70℃で、4時間攪拌して溶解した。室温まで冷却 後、不溶解物を、10,000 x gで、遠心分離機で除去した。活性アッセイの為、3. 34% w/v 染色キシランを含む貯蔵溶液を、0.1M MOPS バッファー、pH6.8 で希釈 して、0.5%染色キシラン作業溶液を得た。 染色キシランを使用する酵素アッセイは、混合しながら、適当なバッファーで 、0.9ml 染色キシラン溶液(0.5%)を、0.6ml 酵素調製物に添加して行った。この 混 合物の一部(0.4ml)を、対照(ブランク)として96% エタノールの0.8ml 中に移 した。残りの溶液を、70℃で、90分間培養した。この試験混合物の0.4ml を、96 % エタノールの0.8ml に移す事によって、反応を停止させた。この溶液を、未開 裂染色キシランを沈殿させる為に、室温で、30分間放置した。この試験サンプル を、ベックマンマイクロフュージE(Beckman Microfuge E)で、全速力で5分間遠 心分離に掛け、上澄み液の吸光度を、分光光度計で、595nmで測定した。 実施例2 酵素調製物の単離 嫌気性醗酵を、75又は80℃のいづれかの温度(培養される微生物による) で、24時間、静置培養で、2/1+キシラン培地の1800mlを含む2lの スコット瓶(Schott bottle)中で行った。ウエル増殖培養物の10lから、0.01 %トリトン X100(Amicon DC 10 LA及びAmicon 0.1μm H5MP01-43 フィルター )を使用して、中空繊維ろ過で、細胞を除去した。最終濃度の1Mまで、硫酸ア ンモニウムを、細胞無しの培養培地に添加した。得られた溶液を、1M硫酸アン モニウムで平衡にされたフェニルセファロース(Pharmacia-Fast Flow-low置換 )の1lを含む9x15cmのカラムにポンプで送った。流速は150-200ml/分であ った。カラムを、5lの1M硫酸アンモニウムで洗浄した。キシラナーゼを5l の1M塩化ナトリウムで溶出した。画分を、500-1000ml容量で収集した。 キシラナーゼ活性をその画分で決定し(実施例3で開示されるPAHBAH法で )、活性画分をプールし、少容量まで限外ろ過し、YM2膜を備えたアミコン攪 拌セル(Amicon Stirred Cell)(Model 2000A 又は8400)を使用して、塩濃度を低 下させる為に隔膜ろ過した。 実施例3 部分的精製酵素調製物のキシラナーゼ活性の特徴 分析方法 キシラナーゼ活性のアッセイは、サムナーアッセイ(Sumner assay)(Sumner et al.,1921.J.Biol.Chem.47: 5-9)を変更した方法を使用して行った。別に 、キシラナーゼ活性を、レバー(Lever)(1973.Biol.Med.1: 274-281)の方法を 基本とした、変更PAHBAHアッセイを使用して決定した。方法1 オートスペルトキシランについてのキシラナーゼ活性のサムナーアッセイ オートスペルトキシラン基質溶液を、次の様にして調製した。 4gのオートスペルトキシランを、100mlの蒸留水に懸濁し、この懸濁液 を6分間、超音波処理し(超音波装置:ソニックアンドマテリアルス、ビブラセ ル タイプVC250B)、100℃で、10分間培養し、ソーバルRC−5B 遠心分離機で、10,000rpmで10分間遠心分離に掛けた。この上澄み液 を基質溶液として使用した。約2%のオートスペルトキシランを含有する。 アッセイは、次の様にして行った。 試験管を、200μlのオートスペルトキシラン溶液、適当なバッファーで希 釈した酵素調製物(実施例2)の600μl液で充たした。この試験管を、水浴 中で、15分間、測定条件下で培養した。培養後、7.2mlのDNS(dinitrosal icyli cacid、ジニトロサリチル酸)試薬を添加した。この混合物を、水浴中、 100℃で10分間加熱し、その後、この試験管を氷上で冷却した。吸光度は、 575nmで測定した。この酵素試料のバックグラウンド吸光度を取り除く為、 対照実験を次の様にして行った。 酵素調製物無しの基質を含む試験管を、前記試験試料と同様の条件下で培養し た。15分の培養後、7.2mlのDNSと酵素試料を、この順序で添加した。 一単位のキシラナーゼ活性(xU)とは、還元糖として測定される、1μモル のキシロース当量を産生する酵素の量と定義される。 実際の測定条件は、pH7.0、9.0及び70℃であった。pH7では、50mM リン酸塩バッファーを使用し、pH9では、50mNほう酸塩/KOHバッファ ーを使用した。 方法2 カバ材キシランについてのキシラナーゼ活性のサムナーアッセイ 方法1で開示の方法と殆ど同じ方法を使用した。オートスペルトキシラン溶液 に代えて、カバ材キシラン懸濁液を使用した。カバ材キシラン基質溶液は、次の 様にして調製した。 4gのカバ材キシランを、0.2NNaOH50mlに懸濁し、明らかに溶解する まで震盪した。溶液のpHを氷酢酸で7.0に調整し、水を加えて100mlとし 、この溶液を、ソーバルRC−5B遠心分離機で、10,000rpmで遠心分 離に掛けた。この上澄み液を基質溶液として使用した。約3%のカバ材キシラン を含有する。試験条件は、pH7及び9で、70℃であった。結果を表3に示す 。 方法3オートスペルトキシランについてのキシラナーゼ活性のPAHBAHアッセイ PAHBAH法(Lever,1973)の変更は、PAHBAH試薬に対して行い、次の 通りである: 0.05Mクエン酸三ナトリウム、0.1M亜硫酸ナトリウム、0.02M塩化カルシ ウム、0.5M水酸化ナトリウム及び0.1Mp−ヒドロキシ安息香酸ヒドラジド(P AHBAH)。 酵素調製物のアッセイの為、0.05ml又は0.1mlの酵素調製物を、0.3mlの 基質バッファー(50mMビス−トリス−プロパン、必要とされるpH、+0.2 %オートスペルトキシラン懸濁液)と混合した。適当量の水を、最終容量が0.5 mlになるまで添加した。培養は、通常通り、70℃、30分間で行った。反応 停止の為、1.0mlのPAHBAH試薬を培養後に添加し、この試料を、100 ℃で6分間加熱した。ブランクは、酵素がPAHBAH試薬の後に添加される試 料と同じに培養した基質バッファーから成る。420nmでの吸光度を決定する 前に、上澄み液から、懸濁したキシランを除去する為に、全ての試料をベックマ ンマイクロフュージE(Beckman Microfuge E)で、全速力で1分間遠心分離に掛け た。結果を表4に示す。この表から、pH9.0、80℃で、全ての株は、pH6.0 、70℃に比較して、尚顕著な活性を有する事が結論付けられる。 実施例4 キシラナーゼ活性の熱安定性 酵素調製物のキシラナーゼ活性の半減期は、次の様にして決定した。 酵素調製物を、100mMTAPSバッファー(80℃でpH9.0)中で、1 /10に希釈し、80℃で培養した。試料を、0、10、20、40、60及び 120分で取り出し、この最終アッセイに都合のよい1/20〜1/100の最 終希釈まで、氷上の100mM MOPSバッファー(70℃でpH6.0)に添 加した。この試料を、それらが実施例3の方法3に記載されたPAHBAHアッ セイ法を使用して、70℃、pH6.0でアッセイされるまで氷上に保持した。結 果を表5に示す。 実施例5 脱リグニン活性 キシラナーゼの脱リグニン性能は、二種類の方法で決定した。A300法を使 用して、酵素処理後にパルプから放出されたリグニン量を推定した。カッパアッ セイ(kappa assay)を使用して、処理後のパルプの残留リグニン含有量を測定し た。方法1:A300試験 A300アッセイで脱リグニンを測定する為、酵素調製物を、針葉樹又は広葉 樹パルプと一緒に、湿潤パルプのグラム当たり2PAHBAH単位の濃度(乾燥 パルプのグラム当たり約6PAHBAH単位)で培養した。培養は、80℃で、 MOPSバッファーで、pH6.0とTAPSバッファーで、pH9.0の両方で2時 間行った。培養でのパルプ濃度は、0.1g湿潤重量/mlであった。二種類のパ ルプを使用した。即ち、酸素脱リグニン後のクラフト針葉樹パルプ及び酸素脱リ グニン後のクラフト広葉樹パルプである。これらパルプの性質を表6に示す。 パルプから除去されたリグニンの量は、焼結ガラスフィルターの上に支持され たワットマンGF/Cフィルターでの吸引ろ過でパルプから上澄み液を分離した 後、300nmでのその上澄み液の吸光度を測定して決定した。A300試験の 結果を表7に示す。このアッセイで、≧0.2のデルタA300値は、バックグ ラウンド水準より著しく高かった。それ故、この試料は、酵素が、80℃で著し い脱リグニン化活性を持つ事を示す。 方法2:カッパ試験 カッパ試験は、TAPPIプロトコルT236(TAPPI、Technology Par k,Atranta,USA、から入手可能)に依り、幾らかの変更を加えて行った。酵素 調製物を、10 xU/gパルプ(乾燥重量)の投与量で添加し、pH9、80℃で2 時間培養した。対照として、パルプを、同じ時間、同じ条件下で、酵素添加無し で培養した。表6で示した性質の酸素脱リグニン化針葉樹パルプを使用した。 酵素添加のカッパ値と、酵素添加無しのカッパ値の間の相違は、カッパ減少と 呼び、脱リグニンの値である。カッパ減少は、表8に示される。このアッセイで 、≧0.5の値は、バックグラウンド水準より著しく高い値である。それ故、前の 実施例同様に、この試料は、酵素が、80℃で著しい脱リグニン化活性を持つ事 を示す。 実施例6 熱安定性F-型キシラナーゼをコード化する遺伝子の内部一致フラグメントのコ ローニング及び配列決定 6.1 キシラナーゼ遺伝子の内部フラグメントのPCR増幅 3つのPCRプライマーを、キシラナーゼ遺伝子の内部共通フラグメントを増 幅するのに使用した。即ち、2種類の前進プライマー(xynFA、{5′CAC ACK C TK GTK TGG CA 3′、配列番号1}及びxynFB、{5′CAT ACK TTK GTT TGG CA 3′、配列番号2})及び1種類の復帰プライマー(xynR、{TMG TTK ACM ACR TCC CA、配列番号3})。xynFA 及びxynFB プライマーは、同じ場所に結合して いるが、前進共通領域でのキシラナーゼ遺伝子の配列における僅かな相違で配列 において僅かに相違する。PCR 条件は、次の通りであった:(94℃で1分、50℃ で1分、72℃で1分)x30。全てのファミリーF内部共通フラグメントは、略 350bpであった。6.2 PCR生成物の配列決定 全ての内部キシラナーゼPCR−生成物(約350bp)は、M13mp10 配列ベクターのSma1(ホスファターゼ化)部位にクローニングする前に、以 下に記述の様に、末端修復(逆充填)された。 ステップ1−酢酸アンモニウム沈殿: (a)50μlPCR混合物を、TEバッファー(10mMTris-Cl、1mMEDT A、pH8.0)で100μlとする。(b)100μlの4M酢酸アンモニウムと250 μlの100%エタノールを添加する。(c)氷上で15分間(又は−20℃で一昼 夜)培養する。(d)16,000rpmで15分間遠心分離に掛け、上澄み液 を棄てる。(e)500μlの冷い70%エタノール中でペレットを洗浄する。 再遠心分離(16,000rpmで5分間)に掛け、上澄み液を棄てる。(f) ペレットを、真空下で5分間乾燥し、20μlのTEバッファーに再懸濁する。 ステップ2−PCRフラグメントの末端修復: (a)20μlの沈殿DNAに、3μlの10xリガーゼバッファー(ベーリン ガーマンハイム)、1μlの12.5mMdNTP's(ファーマシアDNA重合混 合物)、0.5μl(5U)の大腸菌DNAポリメラーゼラージ(クレノウ(Klenow ))フラグメント(BRLテクノロジー Ltd.)、0.25μl(2.5U)のT4DNA ポリメラーゼ(ベーリンガーマンハイム)、0.25μl(2.5U)のT4ポリヌク レオチドキナーゼ(ベーリンガーマンハイム)及び水を、30μlまで添加する 。(b)37℃で30分間培養し、70℃、10分間の培養で酵素を熱的に死滅 させる。 ステップ3−末端修復されたキシラナーゼフラグメントのゲル精製: (a)DNAを、1xトリス−アセテートバッファー(pH7.8)の2%LM Pアガロースに通す。(b)アガロースから、350bpキシラナーゼバンドを 削除する。(c)ジェンクリーン方法(GeneClean procedure)(Bio 101 Inc.)を使用して、アガローススライスからDNAを精製する。 ステップ4−M13mp10(Sma1−ホスファターゼ化)中への連結反応: (a)1μlのM13mp10ベクターDNA(約10ng/μlまで適当に希 釈した)、20〜50ngのインサートDNA(キシラナーゼ共通プライマーフ ラグメント)、1μlの10xリガーゼバッファー(ベーリンガーマンハイム) 、1μlのT4DNAリガーゼ(ベーリンガーマンハイム)及び水を10μlま で混合する。(b)室温で、一昼夜培養する。 ステップ5−大腸菌株JM101への連結反応混合物の形質転換: (a)チュン等(Chung et al.)(1989.Proc.Natl.Acad.Sci.86: 2172-217 5.)のDMSO−仲介形質転換技術を使用して、全体で10μlの連結反応混合物で JM101を形質転換する。(b)M13/JM101をプレートにして、標準 方法(サムブルック等(Sambrook et al.)、1989.Cold Spring Harbour Laborat ory Press)を使用して、組み換えM13 プラスミドを単離する。 内部キシラナーゼ共通フラグメントを含む組み換えM13ファージを、染色− プライマー化学を使用して(使用されたシークエンスプライマーは、一般的なM 13前進(染色標識化)プライマー(ABI Ltd.)であった)、アプライドバイ オシステム373A自動化DNAシークエンサーで、ssDNA(Sambrook et al .1989)から配列した。全てのDNA配列データは、シリコングラフィックパー ソナルイリスワークステーション(Silicon Graphics Personal Iris Workstatio n)で作動するG C G 配列分析ソフト(イリスに装着されている)を使用して分析 、処理された。ファミリーFキシラナーゼ内部フラグメント配列結果 : キシラナーゼ共通プライマーを使用して、表1に示される6つの株から増幅さ れたPCRフラグメントを基にして、各微生物は、ファミリーFキシラナーゼ遺 伝子を1〜3の間で含む事が予測された。この結果は、公知のブートストラップ 分析(boot-strap analysis)(Wisconsin Molecular Biology Pakage,Devereux ,1984,Nucleic Acids Res.12,387-394)で分析された。図1において、種々 のキシラナーゼ及び株の系統樹が示される。ファミリーF共通フラグメントのヌ クレオチド配列から、各微生物は3つの異なるファミリーF遺伝子を含む事が明 らかである。各微生物のファミリーFキシラナーゼ遺伝子の各々は、クラスター A、クラスターB及びクラスターCと表示される別々のキシラナーゼクラスター (ヌクレオチドと1級アミノ酸配列相同性を基とした)に属する。TG456か ら増幅された完全な長さのキシラナーゼは、クラスターAに属し、後にTG45 6 xynAと命名された。更に、TG456クラスターBキシラナーゼ(TG456 xynB)とクラスターCキシラナーゼ(TG456 xynC)から内部共通フラグメン トが同定された。 実施例7 熱安定性G-型キシラナーゼをコード化する遺伝子の内部共通フラグメントのク ローニング及び配列決定 7.1 G−型キシラナーゼ遺伝子の内部フラグメントのPCR増幅 ファミリーGの内部共通フラグメント(ICFs)を、前進及び復帰ファミリーG共 通プライマー(GF及びGR)を使用して、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)で 単離した。このPCRの内容は次の通りであった。注:℃は摂氏度を表し、xは サイクルの数を表す(即ち、x1は1サイクルに等しい)。 (94℃で4分)x1 (94℃で1分、45℃で1分、72℃で1分)x35 (94℃で1分、45℃で1分、72℃で6分)x1 PCRは、50μlの反応中で、次の成分を使用して行った:100ngのG Fプライマー、100ngのGRプライマー、0.25mMdNTPs、1単位 のタックポリメラーゼ(Taq Polymerase)、0.25mM塩化マグネシウム、10 mMトリス−塩酸、pH8.8、50mM塩化カリ、0.001%ゼラチン、1 〜10ngの鋳型DNA。 2つのPCRプライマーを、キシラナーゼ遺伝子の共通フラグメントを増幅す るのに使用した: GF:TATNTGRSTNTMTATGGWTGG(前進内部共通プライマ ー)配列番号4。 GR:CCGCTNCTTTGGTANCCTTC(復帰内部共通プライマー )配列番号5。 6つの株全てで、PCRフラグメントは、共通プライマーでの増幅によって見 出された。 2種類のPCR生成物(DNAフラグメント)が増幅された:予想通りのサイ ズの300bpフラグメントと、予想外の600bpPCR生成物−この600 bpフラグメントは300bpPCR−生成物の頭−尾ディマーであった:多分 、この600bp種は、GFとGRプライマーの間の相同の結果として、PCR 反応中での自己プライミング(self-priming)の結果である。7.2 PCR生成物の配列決定 各微生物から増幅された300bpフラグメントが末端修復された(実施例6 参照)。 末端修復されたフラグメントを、次いでジエンクリーン方法(GeneClean proce dure)(Bio 101、La Jolla、Calif.)を使用して、1%低溶融温度アガ ロースゲルから精製した(トリス−アセテート実行バッファー中で実行する)。 凡そ10ngの末端修復された、ゲル精製300ICFs が、10μl の反応中で、BM T 4 DNA リガーゼを使用して、M13mp10 のSma1部位に連結された。7.3 PCR生成物の配列決定 株TG457とTG53由来の6つの独立ファージを配列した。これらの株の 各々には、一本鎖のG−型キシラナーゼ遺伝子のみが存在する事が、この配列( 図2)から明らかである。更に、TG453、TG456、TG479及びTG 631由来のファミリーG−ICFs から成るM13mp10 組み換え体を配列した。 これらの微生物は、DNA配列での変化は13%までであるが、殆ど同じキシラ ナーゼをコード化する全てのファミリーGキシラナーゼ遺伝子から成っていた。 実施例8 完全な長さのF−型キシラナーゼの配列 内部PCRフラグメントの基体につき、3つの異なるタイプのF−キシラナー ゼ遺伝子が同定された:xynA、xynB及びxynC。 ゲノムウオーキングPCR(Genome Walking PCR)(GWPRCR)を使用して、完全な長 さのキシラナーゼ遺伝子が、殆どの株から単離された。 TG456xynA遺伝子の完全に長い配列が決定された。xynA遺伝子の完全な配 列は、配列番号6で与えられる。TG456キシラナーゼAのコード化アミノ酸 配列は、配列番号7で与えられる。 xynB及びxynCに対しては、遺伝子が、1つのキシラナーゼドメインで複数ドメ イン酵素をコード化する事が発見された。これらのキシラナーゼドメインは、キ シラナーゼドメインの境界にある配列上で設計されたPCRプライマーを使用し てサブクローン化された。 TG456由来のxynB及びxynCの為の部分配列情報は、配列番号8及び配列番 号10のそれぞれで与えられる。TG456キシラナーゼB及びCのコード化さ れたアミノ酸配列は、配列番号9及び配列番号11のそれぞれで与えられる。 実施例9 G−型キシラナーゼ遺伝子の完全な配列 ゲノムウオーキングPCR(Genome Walking PCR)(GWPRCR)を使用して、完全な長 さのxynD遺伝子が、殆どの株から単離された。 TG456のxynD遺伝子の完全な配列は、配列番号12で与えられ、コード化T G456キシラナーゼDアミノ酸配列は配列番号13で与えられる。 実施例10 クローン化遺伝子からのキシラナーゼ産生の為の発現ベクターと宿主の構築 共通PCRプライマーにおいて、適当な発現ベクターでキシラナーゼ遺伝子の サブクローニングを許す適当な制限部位が設計された。 xynA及びxynC遺伝子は、フレーム融合(in-flame fusion)の為に、ランブダL 及びR プロモーター(lambda L and R promorters)[Gibbs,M.G.Saul D.J,Lu thi,E.,and Bergquist,P.L.(1992).「カルドセラムサッカロリチカム」(C aldocellum saccharolyticum)由来のβ- マンナナースは、複数ドメイン酵素の 一部である。Appl.Environ.Microbiol.58(12): 3864-3867]で以て、pJLA602 の発現ベクターのNcol-BamHIの中に挿入される[Schauder,B.,Bluker,H.,Fra nk R.,and McCarthy,J.E.G.(1987).Inducible Expression Vectors Incor porating the Escherichia coli atpE Transcriptional Initiation Region.Ge ne 52: 279-283]。 xynB 及びxynD遺伝子は、pJLA602 の非反復Sph1-BamHI部位に挿入された。 構築物は、標準の形質転換技術を使用して、大腸菌JM101 及び大腸菌DH5α中 に転移された。 図3は、Sph1-BamHIフラグメントのpJLA602 に挿入されたTG456 由来のxynDの キシラナーゼドメインの配列を示す。 実施例11 クローン化キシラナーゼの産生及び回収 クローン化F-型キシラナーゼ由来のタンパク質試料を得る為に、大腸菌クロー ンを、10.0リットル容量のLH醗酵器(シリーズ210)で醗酵させた。この培養 物を、通気(4.8l/分)、震盪(500rpm)、及びpH調節(pH7.1)を続けなが ら、誘導(42 ℃)まで30℃に維持した。使用した培地及びその他の添加物は以下 の通りである。 ルリアブロス(接種培養用): トリプトン 10g 酵母抽出物 5g 塩化ナトリウム 10g 水 1000mlまで 醗酵器実行用BGM2バルク増殖培地(量は最終培地用、即ち8.5lの2バッ チ): 塩化アンモニウム 3.22g リン酸二水素カリウム 1.05g 硫酸マグネシウム・7水和物 0.135g 硫酸カリウム 0.043g 硫酸第一鉄・7水和物 0.003g SL−10微量元素 1ml トリプトン 10g 酵母抽出物 4.7g グリセロール 34ml 水 1000mlまで その中に水約6リットルの入った醗酵容器を121℃で30分間、加圧加熱処 理で殺菌した後、30℃に冷却した。培地濃縮物(8.5折り畳み濃縮物(fold concentrate))を、殺菌した0.2μmカートリッジフィルター(Sartorius)を 通して汲み上げた。培養前に、次の様な添加を行った。 消泡剤(ベバロイド5901) 10ml(加圧加熱処理) 塩化カルシウム 1ml(加圧加熱処理) アンピシリン 850mg(フィルター殺菌処理) チアミン(JM101培養物のみ) 8.7mg(フィルター殺菌処理) 液容量を、次いで8.5lに調整した。培地のpHを7.1に調整した。4.8l/分 の流速で、醗酵器を通してフィルター殺菌した空気を散布した。フィンガープロ ーブを通して、温冷水循環で醗酵器温度を30℃に保持した。pH調節は、オー トクレーブ下の水酸化ナトリウム(5M)又は硫酸(2M)の添加によって行っ た。醗酵器の攪拌速度は500rpmであった。 培養は、0.2〜0.4のOD650の100μg/mlのアンピシリンと、ルリアブ ロスで増殖した大腸菌クローンの新鮮な培養物の液(約10.0ml)で開始した。 この細胞を、30℃で11〜13の間のOD650に増殖し、次いで、培地濃縮物 で回分飼育(fed-batced)し、回収し、14〜16の間のOD650に増殖した。こ れらは、温度を42℃に上昇する事によって、続いて誘発された。 細胞は、最大OD650が達成された後4時間で採取された。この細胞を、中空 繊維ろ過(0.1μm、アミコン)で回収し、50mMトリス−塩酸(pH8.0)、 7.5mMEDTA、7.5mMβ−メルカプトエタノール、0.02%PMSF、1.0μ MペプスタチンA、0.02%DNアーゼ及び0.02%リゾチーム中に再懸濁し、4℃ で1時間培養した(全容量約1l)。この細胞を、溶解するまで(顕微鏡で観察 される)1分ブラストで4〜6分間、160mlバッチで、氷上で超音波処理し た。56mMPMSFの液(イソプロパノール中)を、それぞれ2分の超音波処 理に対して、1mMPMSF未満の最終濃度まで添加した(それぞれ の添加は160μMに相当)。溶解が完結後、細胞の残骸を遠心分離で除去した 。上澄み液を、タンパク質の明らかな沈殿が生起するまで(普通約20〜30分 )70℃で加熱処理し、この変性タンパク質を遠心分離で除去した。フェニル− セファロースクロマトグラフィーの前に、硫酸アンモニウムを、この加熱処理し た上澄み液に、1.0Mの最終濃度まで添加した(これを、1°加熱処理抽出物と 名付ける)。超音波処理細胞からの細胞ペレットを、50mMトリス−塩酸(p H8.0)、5mMEDTA、7mMβ−メルカプトエタノールの1リットル懸濁 液で再抽出し、次いで70℃で15分間の第二加熱処理し、沈殿したタンパク質 を遠心分離で再度除去した。これは、更に20〜40%のキシラナーゼを抽出し た事が分かった。これを2°加熱処理抽出物と名付けた。硫酸アンモニウムを、 この2°加熱処理抽出物に、1.0Mまで添加し、1°及び2°加熱処理抽出物を フェニル−セファロース分離前にプールした。キシラナーゼ活性を、1.0M塩化 ナトリウムを使用して、1100mlベッド容量フェニル−セファロースカラム から段階的に溶出し(1.0M硫酸アンモニウムでの多量な洗浄後に、ベースライ ンへ戻す)、この溶出タンパク質を濃縮して、YM3隔膜(アミコン)の限外ろ 過で塩分除去した。調製物の最終濃度は、25mMトリス−塩酸(pH8.0)、5 mMEDTA、7mMβ−メルカプトエタノール、約250mM塩化ナトリウム 、20%グリセロール及び0.05%ナトリウムアジドである。 G−型キシラナーゼの産生の為のこの方法は、抽出(pH8.0)及び脱塩(p H7.3)工程の為のトリス−塩酸に代えてHEPESバッファーが使用された以 外は上述の方法と殆ど同じである。最終の調製物は、50mMHEPES、pH 7.3、1mMEDTA、7mMβ−メルカプトエタノール、0.05%ナトリウムア ジド、20.0%グリセロール及び±250mM塩化ナトリウムのバッファー組成を 有した。 全部で、6つのF−型調製物(5つのxynA及び1つのxynB)と、2つのG−型 調製物の十分な純度のものが得られた。F−型及びG−型調製物のタンパク質濃 度は、標準BCA法(Pierce,Rockford,Illinois,USA)で決定した。試料の純 度は、SDS-PADEゲル(Phast-system,Pharmacia,20% gel)を使用して、F-型の約 40kDa、及びG-型の約25kDa でのバンドの厚さを、不純物のバンドの厚さと比較 する事によって概算で推定した。試料の純度は、20〜70%の間で変化した(表9 )。 実施例12 クローン化F−及びG−型キシラナーゼでのECF漂白結果 ECF漂白を、スウェーデンのパルプ工場からの酸素脱リグニン化クラフトパ ルプを使用して行った。この針葉樹パルプ(SW)は、16.0のカッパ値を有し、 広葉樹パルプ(HW)は10.6のカッパ値を有していた。表10で示される条件下 で、XDEDの順序が使用された。 これらの実験結果は、表11に示される。酵素タンパク質の基体について比較 すると、G−型キシラナーゼは、F−型キシラナーゼに比べて極めて良好に作用 する事が分かる。 実施例13 クローン化G−型キシラナーゼでのECF投与−応答曲線 実施例12に記載されたものと同じXDED漂白順序を使用して、2つのG− 型キシラナーゼの投与量を変えた。結果を表12に示す。1〜3μg/gパルプ の投与量は、少なくとも2点のISO白色度で増加を示す。 実施例14 クローン化G−型キシラナーゼでのTCF漂白結果 2つのG−型キシラナーゼを、以下の実施例15で記載されるXQPP順序を 使用して、TCF漂白順序で試験した。酸素脱リグニン化広葉樹クラフトパルプ を使用した(30g o.d./試料)。G−型キシラナーゼの投与量は表13で示し た様に変化させた。X、P1及びP2段階後に各試料に対して得られたISO白 色度値は、表13に示される。この値は、2つの試料の平均値を表す。 この実験を、3及び6μgタンパク質/gパルプの投与量を使用して繰り返し た。P2段階後に得られた白色度値のみを決定した。結果を表14に示す。 実施例15 ECF及びTCFの結果と紙の性質 スウエーデンのパルプ工場から供給されたクラフトH/WとクラフトS/Wパ ルプのECF及びTCFでの漂白効果について、キシラナーゼ試料を試験した。 TG456xynDとTG53xynD(実施例中では、それぞれ715及び716と呼 ぶ)を、「酵素無し」の参考例(Ref)と比較した。ランペンボールミル(Lampen b all mill)での精製試験は、715 が、引き裂き係数で顕著な改善を、そして引っ 張り及び破裂係数で著しい低下なしに、全体にわたって最高の効果を与える事を 示した。 スクリーニングプロトコル 未漂白パルプの性質 試験される漂白パラメーター 漂白条件 A) TCF H/W及びS/W(両方のパルプに対して同じ漂白条件) B) ECF H/W C) ECF S/W 上記実験で得られた結果を、表15(広葉樹)及び表16(針葉樹)に示す。 紙の性質の検証 全ての順序が完全に漂白された後、30g の試料を取り、ランペンボールミルで 、10,000、20.000及び30,000回転で精製した。ショッパーリーグラー(Schopper- Rieglers)を測定し、その後、引っ張り係数、空隙率、引き裂き係数及び破裂係 数測定の為に、約2gのシートを作製した。このシートを、23℃で、50%相 対湿度で24時間の条件に置いた。得られた結果を図4〜8に示す。 実施例16 TG456xynDの最適pH、最適温度及び熱安定性 基質としてオートスペルトキシランを用いて、実施例2の方法1で活性を測定 した。全てのアッセイは、50mMリン酸バッファー中で、pH及び温度は指示 の通りにして行った。結果を図9及び10に示す。 TG456キシラナーゼDは、参考の酵素パルプチーム(Pulpzyme HB)(ノボ ノルディスク社)と比較して、より一層熱安定性であり、僅かに高い最適pHを 有する。 Detailed Description of the Invention                           Thermostable xylanase                                 Technical field   The present invention relates to novel microorganisms and novel enzymes, especially thermostable xylanase. .   These xylanases are derived from anaerobic thermophilic bacteria and are used in paper and pulp industry. It can be used under the conditions used in industry, that is, pH 9 or higher and temperature 70 ° C or higher. Is particularly active at temperatures of 80 ° C.                                BACKGROUND OF THE INVENTION   Xylan is a constituent of plant hemicellulose and xylan is 1,4- It consists of a glucosidic linked β-D-xylose substrate. Usually, xylan is xylo Side chains containing sugars and other pentoses, hexoses, uronic acids and acetyl groups or Having a group.   Bleaching pulp is the most important step in the paper manufacturing process. Paper / pulper The method used for pulp treatment in the industry is performed diagrammatically as follows.   Pulp has a so-called oxygen delignification process, in order to remove most of the lignin, p Treatment with H10-12 at a temperature of 80 ° C. Treated pulp is 2-5% rig Contains nin. This lignin makes the pulp brown. This pulp is then It is bleached by the stage bleaching method. With this bleaching method, chlorine, chlorine dioxide, hydrogen peroxide and And / or chemicals such as ozone are used to obtain white pulp of high quality paper.   Chlorine and chlorine-containing chemicals are commonly used in this bleaching method. However, The use of these chemicals forms dioxins and other chlorinated organic compounds. And they pose a threat to the environment. Therefore, generate this type of waste product There is a growing tendency to limit the use of certain chemicals.   This is a chlorine-free method, namely complete chlorine-free (TCF) and basic chlorine-free (ECF). ) Promoted the development trend of the method. In these methods, hydrogen peroxide or ozone is bleached. Used for. However, the use of these oxidizing chemicals is not Can have a negative effect on paper strength.   Some enzymes make pulp more acceptable for bleach, which results in bleach levels. Is known to reduce. In particular, xylanase is not suitable for paper and pulp processing. Have proved to be very useful. Xylanase is the lignin from pulp Increased extractability has been reported. In the current method, xylanase They are not active and do not survive under the conditions used during oxygen delignification. It is mostly used after the oxygen delignification step.   Xylanase is a hemicase involved in the adhesion of lignin to the cellulose network structure. Cleave the lulose chain. After treatment with xylanase, the lignin is more Easily removed.   Therefore, the use of xylanase does not consume active chlorine at 25-30% prebleaching. Leads to a decrease in This reduction of chlorine does not affect the quality factor of the resulting paper (Vii kari et al., 1986. Proc. of the third Int. Conf. Biotechnology in Pulp a nd Paper Ind., Stockholm, p.67-69 and Bajpai and Bajpai. 1992. Process B iochemistry. 27: 319-325).   The xylanase treatment also requires the use of other chemicals in the bleaching process, such as hydrogen peroxide. Reduce the need.   The use of xylanase from a bacterial source in bleaching kraft pulp has been reported. They are acid xylanases, the optimum pH and temperature of this enzyme is pH = 3 ~ 5, temperature = 30-50 degreeC. These values are effective conditions when pH ≥ 9 Not ideal for use in bleaching processes where the degree ≧ 70 ° C.   Xylanase from bacterial sources with optimally high pH and / or temperature will It has been reported to be used in the white method. Some of these are from the following species (In parentheses is the reported optimum pH and temperature for xylanase activity):   Bacillus pumilas(Bacillus pumilus) (pH = 7-9, temperature = 40 ℃, Nissen et al., 1992. Progress in Biotechnology7: 325-337),Bacillus stearosa Mophyrus (Bacillus stearothermophilus) (pH = 7, temperature = 65 ° C, international special Permit application WO 91/10724),Dictobogromas thermophilium(Dictvoglomus t hermophirium) (pH = 6-8, temperature = 70 ° C., European patent application EPO 511933),Low Do Thermus ( Rhodothermus) (pH = 5.5-6.5, temperature = 80-100 ° C, European patent issued Wish EPO 538177),Thermo toga(Thermotoga) (pH = 5-6, temperature = 90 ° C, international patent (Application WO 93/19171) andThermoanaerobacter Ethanolicus(Thermoanaeroba cter ethanolicus (Temperature = 68 ℃, Deblois and Wiegel. 1992. Progress in Biote chnology 7: 487-490).   The use of some of these xylanases for bleaching is claimed, ≧ 80 To date, it has been found that at the temperature of ° C it has the desirable property of having outstanding delignification activity. Not reported.                               SUMMARY OF THE INVENTION   The present invention is based on anaerobic thermophilic microbes isolated from New Zealand hot springs in pure culture. A xylanase obtained from an organism is disclosed. This microorganism was dated April 14, 1994 At the Centraal Bureau voor Sch of Baarn, the Netherlands. deposited with immelcultures) (CBS).   Further, the present invention is an enzyme having a considerable xylanase activity at a temperature of at least 80 ° C. Disclose the element. Furthermore, the present invention provides that the xylanase has a temperature of at least 80 ° C. It is disclosed that it has a remarkable delignification activity. The enzyme was obtained from the deposited strain It is.   Furthermore, the present invention discloses a method for preparing a xylanase active at a temperature of 80 ° C. This The method of culturing the deposited microorganism of the present invention in an appropriate medium and then performing the indicated activity. Includes recovery of this enzyme.   The present invention also discloses cloning of a gene encoding the above xylanase. You. Also disclosed is the expression of these genes in host cells. This enzyme is It is almost pure when obtained by law. Thus, also the present invention provides a xylanase An alternative method for expressing recombinant DNA is disclosed.   Furthermore, the present invention provides that at high temperature, under conditions equivalent to industrial application conditions using high pH. The application of xylanase is disclosed.                             Brief description of the drawings   Figure 1 shows the internal common distribution of 6 extremophilic strains. The phylogenetic analysis of an internal consensus sequence is shown. The sequences are named in the following order Included: Microorganisms / forward primers / recombination numbers. The branch number displayed is the block number of this array. This is the value obtained from bootstrap analysis.   FIG. 2 shows the sequential sequence of the internal common sequence of family G.   FIG. 3 shows that TG456 was inserted as a Sph1-BamH1 fragment in pJLA602. The xylanase domain of xynD is shown.   FIG. 4 is prepared from the bleached hardwood pulp TCF disclosed in Example 15. The paper quality of the prepared paper is shown. Ref is enzyme-free, 715 is TG456 xynD, 716 is TG53 xynD It is. A pull on Schoppen-Riegler values The modulus (A), porosity (B), tear (C) and rupture (D) are given.   FIG. 5: Prepared from the bleached hardwood pulp ECF disclosed in Example 15. The paper quality of the prepared paper is shown. Ref is enzyme-free, 715 is TG456 xynD, 716 is TG53 xynD It is. Schoppen-Riegler values pull The modulus (A), porosity (B), tear (C) and rupture (D) are given.   FIG. 6 is prepared from the bleached softwood pulp TCF disclosed in Example 15. The paper quality of the prepared paper is shown. Ref is enzyme-free, 715 is TG456 xynD, 716 is TG53 xynD It is. Schoppen-Riegler values pull The modulus (A), porosity (B), tear (C) and rupture (D) are given.   FIG. 7: Prepared from bleached softwood pulp ECF disclosed in Example 15 The paper quality of the prepared paper is shown. Ref is enzyme-free, 715 is TG456 xynD, 716 is TG53 xynD It is. Schoppen-Riegler values pull The modulus (A), porosity (B), tear (C) and rupture (D) are given.   FIG. 8 shows TCF (A) and ECF (B) bleached hardwood pulp and TCF (C) and Figure 16 shows the refining curves determined in Example 15 for E. coli and ECF (D) bleached softwood pulp. Ref is no enzyme, 715 is TG456 xynD and 716 is TG53 xynD.   Figure 9 shows TG456 xynD xylanase and Pulpzyme HB (Novonor A comparison between the optimum pH (A) and the optimum temperature (B) of Disc Co.) is shown.   Figure 10 shows TG456 xynD xylanase at 80 ° C, pH 7.0 (A) and 65 ° C, pH 9.0 (B), The comparison of the thermal stability of Pulpzyme HB (Novo Nordisk) is shown.                           Detailed Description of the Invention   The present invention discloses microorganisms isolated from New Zealand hot springs. these Microorganisms are characterized by anaerobic thermophilic bacteria, and Rainey (199 2. PhD thesis, University of Waikato, Hamilton, New Zealand) Was done.   This organism was screened sequentially using the Xylan-Agar dispersion assay. Was. Strains showing zona pellucida in this test were selected as potential xylanase-producing strains Was. This strain grows under anaerobic conditions of pH 7.0 and microorganisms at temperatures of 75 or 80 ℃. did. After concentration by ultrafiltration, the xylanase activity of the culture broth was adjusted to pH = 6.5 and 9, Analyzed in assay at degree = 80 ° C. (Example 1).   6 different strains were found to produce xylanase activity under the indicated conditions Was. These microorganisms were deposited on April 14, 1994 with deposit numbers CBS211.94, C By BS212.94, CBS213.94, CBS214.94, CBS215.94 and CBS216.94 Was entrusted.   The present invention also relates to an enzyme having xylanase activity, especially at a temperature of at least 80 ° C. , And an enzyme having a remarkable xylanase activity at pH 6 or higher is disclosed. The enzyme is , Mutant strains and variants of the deposited strain.   The expression “significant activity” means that the enzyme of the present invention is at least at 80 ° C. Also have 40% activity, so these are preferably at 70 ° C. This is at least 60%, more preferably at least about 80%, More preferably, it is about 200%.   Furthermore, the present invention is active at temperatures of about 80 ° C. or significantly under these conditions. A method for preparing xylanase having various activities is disclosed. This method is Includes cultivation of the deposited microorganism of the invention, followed by recovery of the enzyme having the indicated activity . Isolation and purification of xylanase can be performed according to a conventional method.   Partial purification of the enzyme is exemplified in Example 2. In this example, the cells are first First, it is removed by hollow fiber filtration. Then tamper The protein is further purified by the addition of ammonium sulfate to a final concentration of 1M. . The solution was then loaded onto a Phenyl Sepharose column and the protein was Elute with sodium chloride. Finally, the protein was concentrated by ultrafiltration , Salts are removed by diafiltration.   To confirm the xylan-degrading ability of xylanase at alkaline pH, pH 7 and 9, a comparison of the activity of xylanases isolated from the indicated strains using different substrates And 70 ° C. (Example 3). This xylanase is remarkable at alkaline pH It was shown to have activity. Depending on the substrate and assay, at pH 9, this xyla Naseses have about 20% or more of the activity they have at pH 7. A xylana The enzyme was shown to retain 80% of the activity at pH 7 at pH 9.   The thermostability of xylanase isolated from the indicated strains varies significantly. Some Xylanase is highly thermostable. They are pH = 9 and temperature is 80 ℃ at 2:00 It has a half-life greater than or equal to (see Example 4). The pH of the xylanase of the present invention is 9 and the temperature is The half-life at 80 ° C is at least 10 minutes, preferably 20 minutes or less under these conditions. Above, more preferably 30 minutes or more, still more preferably 60 minutes or more, most preferred In other words, the half-life is 120 minutes or more.   The present invention is also characterized by encoding a xylanase obtained from an anaerobic thermophilic strain. Disclosed is the cloning and expression of characteristic DNA sequences. The present invention provides the Vector containing an expression vector characterized in that it contains a DNA sequence coding for Lanase Is disclosed. Microbiota characterized by being transformed with one of those vectors Physical host cells are also disclosed.   Sequence analysis of the DNA sequence encoding the xylanase of the invention reveals that the resulting sequence is Two enzymes, Gilkes et al. (1991, Microbiol. Rev. 55: 303. -315), it was classified into the F-type and G-type previously defined.   The xynA, xynB and xynC sequences obtained from the microorganism of the present invention are F-type xylanase. Belong. The xynD sequences obtained from these microorganisms belong to the G-type xylanase ( See Examples 6, 7, 8 and 9). G-type xylanase derived from thermophilic microorganism Nothing has already disclosed that it is the best in. Source of Xylanase of the Invention This thermophilic microorganism, which is Defined as a living being. Preferably, this optimal growth temperature is above 68 ° C, and more preferably Most preferably, this optimal growth temperature is above 70 ° C, most preferably this optimal growth temperature is 75 ° C. That is all. Of the F-type and G-type two xylanase DNA sequences of the present invention in E. coli. Expression is shown to give the active protein (see Examples 10 and 11). This Protein is active at a temperature of 80 ° C.   The cloning and expression proved in the examples of the present disclosure show that the cloning and expression in homologous microorganisms was successful. Allows expression of genes. In addition, the expression depends on appropriate expression and secretory regulatory sequences (secretion  It can also be performed on other microorganisms using the regulating sequences). use Microorganisms that may be mentioned include yeasts, fungi and bacteria. With specific microorganisms Aspergillus niger, Kluyveromyces la Kluyveromyces lactis and Bacillus licheni formis).   The enzyme of the present invention comprises oat spelt xylan and birch xylan. It was shown to have remarkable activity with respect to. Furthermore, the enzymes of the present invention are not The ability was tested. This bleaching ability depends on the delignification activity of the enzyme of the present invention. Is determined. The present invention provides significant delignification, as measured on some wood pulps. Disclosed are enzymes having activating activity. Enzyme preparation, xylanase, at least 80 ° C It enables delignification of wood pulp at the temperature of. The expression "wood pulp" is It should be understood in a broad sense and is meant to include any lignocellulosic material. It is to be illustrated.   This enzyme tested its bleaching ability on both hardwood and softwood pulps. I was tested. Lignin removal was measured in two ways (Example 5). In the medium Lignin was determined in the A300 test. In this test, all preparations were hardwood All of the softwoods showed remarkable delignification activity at 80 ° C. pH 9 At 80 ° C, the activity on conifers is at least 43% of the activity at pH 6. In the case of hardwood, the three strains at pH9 showed 50% of the activity at pH6. The above three activities were shown, and the other three showed 18 to 30% activity. Also, softwood pulp Bleaching of Pulp Determines Reduction of Pulp Lignin Content Using the Kappa Test Was measured by The kappa number is the xylanase preparation Thus, there was a 0.5-0.4 unit reduction after pulp culture at pH 9 at 80 ° C.   Further, the bleaching capacity of the enzyme of the present invention is, for example, produced by a conventional processed pulp. Paper, further paper made from pulp cultivated with the above enzymes, and paper made without enzyme It can be measured by the increase of its ISO whiteness in comparison with the prepared paper. The conventional method Treatment is performed using conventional techniques such as hydrogen peroxide, ozone, chlorine gas or chlorine dioxide. Includes exposure to bleach.   The cloned F-type and G-type xylanase of the present invention expressed in E. coli are coniferous trees. Their performance was tested in an ECF bleaching experiment on both and hardwood pulp ( See Example 12). Surprisingly, G-type xylanase (encoded in the xynD gene Was the best F-type xylanase, at most 1.2% compared to ISO brightness increase Compared to F-type xylanase, up to 6.8% ISO delta brightness than no enzyme control It was observed that the performance of bleaching of both softwood and hardwood is better. Was done. Furthermore, tests for thermostable G-type xylanase showed that these were coniferous and broadleaf. It was also shown that TCF bleaching experiments on both wood pulp produced excellent results (Examples). 14 and 15). Examination of the properties of papers made from pulp bleached in this way The testimony showed that it was almost the same as the control paper without enzyme.   Cloned G-type xylanase is extremely thermostable even at high pH. 8 A half-life of 30 minutes or longer was measured at 0 ° C and pH 7.0. At 65 ° C and pH 9.0, this The half-life of the enzyme is not significantly reduced even after 120 minutes of incubation (see Example 16).   The G-type xylanase of the present invention has a half-life of at least 10 at pH 9.0 and 65 ° C. The half-life under these conditions is preferably 20 minutes or more, more preferably Is 30 minutes or more, even more preferably 60 minutes or more, and most preferably a half-life of 12 It is 0 minutes or more.   The present invention is based on the fact that its internal consensus fragment (ICF) , Encodes a thermostable G-type xylanase showing 80% or more identity with the ICF of SEQ ID NO: 12. The DNA sequences that convert are disclosed. This G-type ICF is shown here in SEQ ID NO: 12. Between the sequences corresponding to SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5 (nucleotide position 295 ~ 623). Preferably, with this G-type ICF The identity is 87% or more, more preferably this identity is 95% or more, and most preferably, This identity is greater than 99%.   In yet another embodiment, the invention provides the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13, Disclosed are G-type xylanases that share at least 70% identity. Preferably, The amino acid identity is 80% or higher, more preferably the amino acid identity is 90%. More preferably, the amino acid identity is greater than 95%, and most preferably Amino acid identity is greater than 99%.   The enzyme of the present invention is used immediately after the oxygen delignification step in the pulp preparation method described above. Can be used for Expensive cooling and pH adjustment as a result of the temperature and pH characteristics of this enzyme. Avoid knots. In another embodiment of the invention, the enzyme is an oxygen delignification engineer. Used before or during the process. Prior to this step the lignin concentration was high and therefore the key The application effect of silanase is even greater.   Furthermore, as an application of the enzyme preparation of the invention, in particular wood is Methods of treating with the preparation are disclosed.   Similarly, fluff pulp can be treated with the enzyme preparation of the present invention.   Furthermore, the invention relates to a paper made from wood pulp treated with the enzyme preparation of the invention. , Board and fluff pulp.                                 Example 1                   Isolation of a thermostable xylanase activity producing strain   Are xylanase-producing microorganisms in hot springs in various hot areas of New Zealand? I got it. This strain is used as a substrate from hot springs with a pH of between 6.0 and 8.5 at temperatures above 70 ° C. Isolated by in-situ concentration using autospertoxylan as. Of stock The culture should be at a temperature (70 °, 75 ° or 85 ° C.), obtained by further anaerobic culture in a 2/1 medium + xylan laboratory Was. The composition of 2/1 medium + xylan is as follows.Anaerobic 2/1 medium Resazurin (0.1%) 1.0 ml / l SL10 Trace element 1.0 ml / l Ferric chloride solution (0.28 mg / ml) 1.0 ml / l Wolin's Vitamins 0.1 ml / l Salt 0.9 g / l Magnesium chloride hexahydrate 0.2 g / l Dipotassium hydrogen phosphate 1.5 g / l Potassium dihydrogen phosphate 0.75g / l Ammonium chloride 0.9 g / l Cystine 0.75g / l Yeast extract 0.5 g / l Bacto Tryptone 1.0 g / l Auto spelled xylan 2 g / lpH 7.0 Dispensing under nitrogen gas.Warin vitamin mixture                                                 mg / 100ml Biotin 2.0 Folic acid 2.0 Pyridoxine hydrochloride 10.0 Riboflavin 5.0 Thiamin 5.0 Nicotinic acid 5.0 Pantothenic acid 5.0 Vitamin B12 0.1 p-aminobenzoic acid 5.0 Thioctic acid 5.0SL10 Trace element (modified) 5M hydrochloric acid 15ml                                                 mg / l Zinc chloride 70 Magnesium chloride tetrahydrate 100 Boric acid 6 Cobalt chloride hexahydrate 130 Cupric chloride dihydrate 2 Nickel chloride dihydrate 24 Sodium molybdate dihydrate 36   A pure culture of the strain was obtained from a single colony in an agar roll tube. Ultra The culture concentrate obtained in excess was dyed xylan method (see below) and And PAHBAH method (see Example 3) at 70 ° C. and 80 ° C. at pH 6.5. And xylanase activity at 9.0.   The six strains deposited with CBS (Centraal Bureau voor Schimmelcultures) are 1 is shown.   Connected to Remazol Brilliant Blue R (Sigma) A dyed xylan consisting of combined larch tree xylan was prepared using Biily et al. (1985. Anal. Biochem 144, 142-146).   Add larch xylan (6.7 g) to 250 ml of water and stir at room temperature for several hours to dissolve. I understand. Remazole Brilliant Blue R (10.0 g) was added to this mixture. Dissolution After solution, drop 20ml sodium acetate solution (2.7g sodium acetate in 20ml distilled water) drop Added in the form of. Then a solution of 6 g of sodium hydroxide in 70 ml of water was added and stirred. I continued for 18 hours. The dyed xylan formed was precipitated by adding 700 ml of 96% ethanol. I let you. After standing for 6 hours, the precipitate was separated by filtration (Whatman GF / A). fill Turke with 3 liters of a 2: 1 mixture of 96% ethanol / 0.05M sodium acetate, Then, it was washed with 1 liter of 96% ethanol and 3 liter of acetone until the filtrate became transparent. . The yield was 10.5 g stained xylan.   5.1 g of stained xylan was added to 150 ml of 0.1 M MOPS buffer for enzyme assay. It dissolved in pH 6.8. The mixture was stirred at 70 ° C. for 4 hours to dissolve. Cool to room temperature The insoluble matter was then removed by centrifugation at 10,000 xg. For activity assay, 3. Stock solution containing 34% w / v stained xylan diluted in 0.1M MOPS buffer, pH 6.8. Then, a 0.5% dyed xylan working solution was obtained.   Enzyme assays using stained xylan should be mixed with the appropriate buffer while mixing. , 0.9 ml stained xylan solution (0.5%) was added to 0.6 ml enzyme preparation. this Mixed A portion (0.4 ml) of the compound was transferred into 0.8 ml of 96% ethanol as a control (blank). did. The remaining solution was incubated at 70 ° C. for 90 minutes. 0.4 ml of this test mixture is added to 96 The reaction was stopped by transferring to 0.8 ml of% ethanol. This solution is It was left at room temperature for 30 minutes to precipitate the split-stained xylan. This test sample With a Beckman Microfuge E at full speed for 5 minutes Upon heart separation, the absorbance of the supernatant was measured with a spectrophotometer at 595 nm.                                 Example 2                             Isolation of enzyme preparation   Anaerobic fermentation, either at a temperature of 75 or 80 ° C (depending on the microorganism to be cultured) In static culture for 24 hours, 2 liters of 2/1 + xylan medium containing 1800 ml Performed in a Schott bottle. From 10 liters of well growth culture to 0.01 % Triton X100 (Amicon DC 10 LA and Amicon 0.1 μm H5MP01-43 filter ) Was used to remove cells by hollow fiber filtration. Sulfuric acid up to a final concentration of 1M The ammonium was added to the cell-free culture medium. The resulting solution was treated with 1M sulfuric acid Phenyl Sepharose equilibrated with monium (Pharmacia-Fast Flow-low displacement) ) Was pumped into a 9 × 15 cm column containing 1 liter. Flow rate is 150-200ml / min Was. The column was washed with 51 of 1 M ammonium sulfate. 5 liters of xylanase Eluted with 1M sodium chloride. Fractions were collected in 500-1000 ml volumes. Xylanase activity was determined in that fraction (by the PAHBAH method disclosed in Example 3). ), The active fractions were pooled, ultrafiltered to a small volume and Amicon stirred with a YM2 membrane. Use an Amicon Stirred Cell (Model 2000A or 8400) to reduce the salt concentration. The membrane was filtered for lowering.                                 Example 3               Characteristics of xylanase activity of partially purified enzyme preparations. Analysis method   The xylanase activity assay is based on the Sumner assay (Sumner et al.  al., 1921. J. Biol. Chem. 47: 5-9) using a modified method. Apart , Xylanase activity was determined by the method of Lever (1973. Biol. Med. 1: 274-281). Determined using the base, modified PAHBAH assay.Method 1 Sumner assay of xylanase activity for oat spelled xylan   An autospertoxylan substrate solution was prepared as follows.   4 g of oat spelled xylan was suspended in 100 ml of distilled water, Ultrasonic treatment for 6 minutes (ultrasonic device: Sonic and Materials, Vibrase Type VC250B), incubated at 100 ° C. for 10 minutes, and Sorval RC-5B Centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes in a centrifuge. This supernatant Was used as the substrate solution. Contains about 2% oat spelled xylan.   The assay was performed as follows.   Dilute the test tube with 200 μl of autospertoxylan solution and an appropriate buffer. The diluted enzyme preparation (Example 2) was filled with 600 μl. Take this test tube in a water bath Incubated for 15 minutes under measurement conditions. After culturing, 7.2 ml of DNS (dinitrosal) icylic acid, dinitrosalicylic acid) reagent was added. This mixture is placed in a water bath, Heat at 100 ° C. for 10 minutes, then cool the tube on ice. Absorbance is It was measured at 575 nm. To remove the background absorbance of this enzyme sample, The control experiment was conducted as follows.   Test tubes containing the substrate without enzyme preparation were incubated under the same conditions as the test samples above. Was. After 15 minutes of incubation, 7.2 ml of DNS and enzyme sample were added in that order.   One unit of xylanase activity (xU) is 1 μmol measured as reducing sugar It is defined as the amount of enzyme that produces xylose equivalents of.   The actual measurement conditions were pH 7.0, 9.0 and 70 ° C. 50 mM at pH 7 50mN borate / KOH buffer at pH 9 using phosphate buffer Used. Method 2 Sumner assay of xylanase activity for birch xylan   Almost the same method as disclosed in Method 1 was used. Autospeltoxylan solution Instead, a birch xylan suspension was used. The birch xylan substrate solution It was prepared in this manner. 4 g of birch xylan is suspended in 50 ml of 0.2 N NaOH and is clearly dissolved. I was shaken up to. Adjust the pH of the solution to 7.0 with glacial acetic acid and add water to 100 ml. This solution was centrifuged at 10,000 rpm in a Sorvall RC-5B centrifuge. I took it off. This supernatant was used as a substrate solution. About 3% xylan birch Contains. The test conditions were pH 7 and 9 and 70 ° C. The results are shown in Table 3. . Method 3PAHBAH Assay of Xylanase Activity for Autospertoxylan   Modification of the PAHBAH method (Lever, 1973) was performed on the PAHBAH reagent and Is as follows:   0.05M trisodium citrate, 0.1M sodium sulfite, 0.02M calci chloride Um, 0.5M sodium hydroxide and 0.1M p-hydroxybenzoic acid hydrazide (P AHBAH).   For assay of enzyme preparation, 0.05 ml or 0.1 ml enzyme preparation was added to 0.3 ml Substrate buffer (50 mM Bis-Tris-propane, required pH, +0.2 % Oat spelled xylan suspension). Add an appropriate amount of water to a final volume of 0.5 Add to ml. The culture was carried out at 70 ° C. for 30 minutes as usual. reaction To stop, 1.0 ml of PAHBAH reagent was added after incubation and the sample was added to 100 Heat at 6 ° C for 6 minutes. The blank is a test in which the enzyme is added after the PAHBAH reagent. It consists of the substrate buffer which was cultivated in the same manner as the material. Determine the absorbance at 420 nm Beckmaer all samples before removing suspended xylan from the supernatant. Centrifuge for 1 minute at full speed with a Beckman Microfuge E Was. The results are shown in Table 4. From this table, at pH 9.0 and 80 ° C, all strains had pH 6.0. It is concluded that it still has a remarkable activity as compared to 70 ° C.                                 Example 4                       Thermostability of xylanase activity   The half-life of the xylanase activity of the enzyme preparation was determined as follows.   The enzyme preparation was added to 1 mM in 100 mM TAPS buffer (pH 9.0 at 80 ° C). It was diluted to / 10 and cultured at 80 ° C. Samples were tested for 0, 10, 20, 40, 60 and Remove in 120 minutes and place in a convenient 1/20 to 1/100 for this final assay. Add 100 mM MOPS buffer (pH 6.0 at 70 ℃) on ice until the final dilution. Added. This sample was tested for PAHBAH assay as described in Method 3 of Example 3. The Say method was used and kept on ice until assayed at 70 ° C, pH 6.0. Conclusion The results are shown in Table 5.                                 Example 5                             Delignification activity   The delignification performance of xylanase was determined by two methods. Use A300 method Was used to estimate the amount of lignin released from the pulp after enzyme treatment. Kappa The residual lignin content of the pulp after treatment was measured using a kappa assay. Was.Method 1: A300 test   To measure delignification in the A300 assay, the enzyme preparation was used as a conifer or broad-leaved tree. A concentration of 2 PAHBAH units per gram of wet pulp (dry with wood pulp) About 6 PAHBAH units per gram of pulp). Culture at 80 ℃, 2:00 with both MOPS buffer, pH 6.0 and TAPS buffer, pH 9.0 I went for a while. The pulp concentration in the culture was 0.1 g wet weight / ml. Two kinds of pa I used a lupe. That is, Kraft softwood pulp and oxygen delignification after oxygen delignification. It is a kraft hardwood pulp after gnin. The properties of these pulps are shown in Table 6.   The amount of lignin removed from the pulp is supported on a sintered glass filter. The supernatant was separated from the pulp by suction filtration with a Whatman GF / C filter The absorbance of the supernatant was then determined at 300 nm and determined. A300 test The results are shown in Table 7. Delta A300 values of ≧ 0.2 in this assay It was significantly higher than the round level. Therefore, this sample was It has a delignification activity. Method 2: Kappa test   The kappa test is based on the TAPPI protocol T236 (TAPPI, Technology Par (available from K. Atlanta, USA) with some modifications. enzyme The preparation was added at a dose of 10 xU / g pulp (dry weight), pH 9 and 2 at 80 ° C. Incubated for hours. As a control, pulp was added at the same time and under the same conditions without enzyme addition. It was cultured in. Oxygen delignified softwood pulp having the properties shown in Table 6 was used.   The difference between the kappa value with and without enzyme is the kappa reduction. Called, the value of delignification. The kappa reduction is shown in Table 8. In this assay , ≧ 0.5 are values significantly higher than the background level. Therefore, the previous As in the example, this sample shows that the enzyme has a significant delignification activity at 80 ° C. Is shown.                                 Example 6   The codon for the internally consistent fragment of the gene encoding the thermostable F-type xylanase. Rowing and sequencing 6.1   PCR amplification of internal fragments of the xylanase gene   Three PCR primers were added to increase the internal common fragment of the xylanase gene. Used to widen. That is, two kinds of forward primers (xynFA, {5'CAC ACK C TK GTK TGG CA 3 ', SEQ ID NO: 1} and xynFB, {5' CAT ACK TTK GTT TGG CA 3 ', SEQ ID NO: 2}) and one kind of reversion primer (xynR, {TMG TTK ACM ACR TCC CA, SEQ ID NO: 3}). The xynFA and xynFB primers should be bound at the same location. The sequence of the xylanase gene in the forward common region Is slightly different in. PCR conditions were as follows: (94 ° C for 1 min, 50 ° C 1 minute at 72 ° C for 1 minute) x 30. All Family F internal common fragments are abbreviated It was 350 bp.6.2   Sequencing of PCR products   All internal xylanase PCR-products (about 350 bp) were M13mp10. Before cloning into the Sma1 (phosphatase) site of the sequence vector, End repaired (backfilled) as described below.   Step 1-Ammonium acetate precipitation: (A) 50 μl PCR mixture was added to TE buffer (10 mM Tris-Cl, 1 mM EDT A, pH 8.0) to 100 μl. (B) 100 μl of 4M ammonium acetate and 250 Add μl of 100% ethanol. (C) 15 minutes on ice (or one day at -20 ° C) Culture at night). (D) Centrifuge at 16,000 rpm for 15 minutes to obtain a supernatant. Throw away. (E) Wash the pellet in 500 μl of cold 70% ethanol. Re-centrifuge (16,000 rpm for 5 minutes) and discard the supernatant. (F) The pellet is dried under vacuum for 5 minutes and resuspended in 20 μl TE buffer.   Step 2-end repair of the PCR fragment: (A) 20 μl of the precipitated DNA was added to 3 μl of 10x ligase buffer (verin). (Germanheim) 1 μl of 12.5 mM dNTP's (Pharmacia DNA polymerization mixture) 0.5 μl (5 U) of E. coli DNA polymerase large (Klenow )) Fragment (BRL Technology Ltd.), 0.25 μl (2.5 U) T4 DNA Polymerase (Boehringer Mannheim), 0.25 μl (2.5 U) of T4 polynuclear Add reotide kinase (Boehringer Mannheim) and water to 30 μl . (B) Incubate at 37 ° C for 30 minutes and thermally kill the enzyme by incubating at 70 ° C for 10 minutes Let it. Step 3-Gel purification of the end-repaired xylanase fragment: (A) DNA was added to 2% LM of 1x Tris-acetate buffer (pH 7.8). Pass through P agarose. (B) A 350 bp xylanase band from agarose delete. (C) Gene Clean procedure (Bio 101   Inc. ) Is used to purify DNA from agarose slices. Step 4-ligation into M13mp10 (Sma1-phosphatase): (A) 1 μl of M13mp10 vector DNA (appropriately diluted to approximately 10 ng / μl) 20 to 50 ng of insert DNA (xylanase common primer fragment) Ragment) 1 μl of 10x ligase buffer (Boehringer Mannheim) 1 μl of T4 DNA ligase (Boehringer Mannheim) and 10 μl of water Mix with. (B) Incubate at room temperature overnight. Step 5-Transformation of the ligation mixture into E. coli strain JM101:   (A) Chung et al. (1989. Proc. Natl. Acad. Sci. 86: 2172-217). Using the DMSO-mediated transformation technique of 5.), in a total of 10 μl of the ligation reaction mixture. Transform JM101. (B) M13 / JM101 as a plate Method (Sambrook et al., 1989. Cold Spring Harbor Laborat ory Press) to isolate the recombinant M13 plasmid.   Recombinant M13 phage containing the internal xylanase consensus fragment were stained- Using the primer chemistry (the sequence primer used was a standard M 13 forward (stained and labeled) primer (ABI Ltd.)), Applied by O System 373A automated DNA sequencer, ssDNA (Sambrook et al . 1989). All DNA sequence data are silicon graphic parts Sonar Iris Workstation (Silicon Graphics Personal Iris Workstatio Analysis using G C G sequence analysis software (installed on Iris) running on n) ,It has been processed.Family F xylanase internal fragment sequence results :   Amplified from the 6 strains shown in Table 1 using xylanase common primers. Based on the PCR fragment generated, each microorganism was identified as a family F xylanase gene. It was predicted to include genes between 1 and 3. This result is known as the bootstrap Boot-strap analysis (Wisconsin Molecular Biology Pakage, Devereux , 1984, Nucleic Acids Res. 12, 387-394). In FIG. 1, various The xylanase and the phylogenetic tree of the strain are shown. Family F common fragment The cleotide sequence reveals that each microorganism contains three different family F genes. It's mild. Each of the family F xylanase genes of each microorganism has a cluster Separate xylanase clusters labeled A, Cluster B and Cluster C (Based on nucleotide and primary amino acid sequence homology). TG456 The full-length xylanase amplified from E. coli belongs to cluster A and is later identified as TG45. It was named 6 xynA. Furthermore, TG456 cluster B xylanase (TG456  xynB) and cluster C xylanase (TG456 xynC) Was identified.                                 Example 7   Cleavage of an internal common fragment of the gene encoding the thermostable G-type xylanase. Rowing and sequencing 7.1   PCR amplification of internal fragment of G-type xylanase gene   Family G internal common fragments (ICFs) In the polymerase chain reaction (PCR) using common primers (GF and GR) Isolated. The contents of this PCR were as follows. Note: ℃ means Celsius degree, x means Represents the number of cycles (ie x1 equals one cycle).   (4 minutes at 94 ° C) x1   (94 ° C for 1 minute, 45 ° C for 1 minute, 72 ° C for 1 minute) x35   (94 ° C for 1 minute, 45 ° C for 1 minute, 72 ° C for 6 minutes) x1   PCR was performed using the following components in a 50 μl reaction: 100 ng G F primer, 100 ng GR primer, 0.25 mM dNTPs, 1 unit Taq Polymerase, 0.25 mM magnesium chloride, 10 mM Tris-hydrochloric acid, pH 8.8, 50 mM potassium chloride, 0.001% gelatin, 1 ~ 10 ng template DNA.   Two PCR primers amplify a common fragment of the xylanase gene Used to:   GF: TATNTGRSTNTMTATGGWTGG (forward internal common primer -) SEQ ID NO: 4.   GR: CCGCTNCTTTTGGTANCCTTC (return internal common primer ) SEQ ID NO: 5.   In all 6 strains, PCR fragments were found by amplification with common primers. Was issued.   Two PCR products (DNA fragments) were amplified: as expected 300 bp fragment and an unexpected 600 bp PCR product-this 600 The bp fragment was the head-to-tail dimmer of the 300 bp PCR-product: maybe , This 600 bp species, PCR as a result of homology between the GF and GR primers. It is the result of self-priming during the reaction.7.2   Sequencing of PCR products   The 300 bp fragment amplified from each microorganism was end repaired (Example 6). reference).   The end-repaired fragment was then subjected to the diene clean method (GeneClean proce dure) (Bio 101, La Jolla, Calif.) using 1% low melting temperature agar Purified from rose gel (run in Tris-acetate running buffer). Approximately 10 ng of the end-repaired, gel-purified 300 ICFs were added to BMT in 10 μl reaction. 4 DNA ligase was used to ligate into the Sma1 site of M13mp10.7.3   Sequencing of PCR products   Six independent phage from strains TG457 and TG53 were sequenced. Of these strains The fact that only a single-stranded G-type xylanase gene is present in each of these sequences ( It is clear from FIG. 2). In addition, TG453, TG456, TG479 and TG An M13mp10 recombinant consisting of the family G-ICFs from 631 was sequenced. These microorganisms show up to 13% change in DNA sequence but almost the same xyla It consisted of all the Family G xylanase genes encoding the Nase.                                 Example 8                   Full length F-type xylanase sequence   Three different types of F-xylaner per substrate for internal PCR fragments Ze genes have been identified: xynA, xynB and xynC.   Full-length using Genome Walking PCR (GWPRCR) The xylanase gene of rape has been isolated from most strains.   The complete long sequence of the TG456xynA gene has been determined. Complete distribution of the xynA gene The columns are given in SEQ ID NO: 6. TG456 Xylanase A-encoded amino acid The sequence is given in SEQ ID NO: 7.   For xynB and xynC, the gene has multiple domains with one xylanase domain. It was discovered to encode the in enzyme. These xylanase domains are key Using PCR primers designed on the sequences bordering the silanase domain Subcloned.   Partial sequence information for xynB and xynC from TG456 is SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: No. 10 given in each. TG456 xylanase B and C encoded The resulting amino acid sequences are given in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 11, respectively.                                 Example 9                   Complete sequence of G-type xylanase gene   Full-length using Genome Walking PCR (GWPRCR) The porcine xynD gene was isolated from most strains.   The complete sequence of the xynD gene of TG456 is given in SEQ ID NO: 12 and encodes T The G456 xylanase D amino acid sequence is given in SEQ ID NO: 13.                               Example 10   Construction of expression vector and host for xylanase production from cloned gene   In the common PCR primer, use the appropriate expression vector to Appropriate restriction sites were designed to allow subcloning.   The xynA and xynC genes are mutated in Lambda L for in-flame fusion. And R promoters (lambda L and R promorters) [Gibbs, M .; G. Saul D. J, Lu thi, E., and Bergquist, P. L. (1992). "Cardo Serum Saccharolyticum" (C β-mannanase from aldocellum saccharolyticum is a multidomain enzyme Part. Appl. Environ. Microbiol. 58 (12): 3864-3867], pJLA602 Inserted into Ncol-BamHI of the expression vector of Escherichia coli [Schauder, B., Bluker, H., Fra nk R., and McCarthy, J. E. G. (1987). Inducible Expression Vectors Incor porating the Escherichia coli atpE Transcriptional Initiation Region. Ge ne 52: 279-283].   The xynB and xynD genes were inserted into the unique Sph1-BamHI site of pJLA602.   The construct was constructed in E. coli JM101 and E. coli DH5α using standard transformation techniques. Was transferred to.   Figure 3 shows xynD from TG456 inserted into pJLA602 of Sph1-BamHI fragment. The sequence of the xylanase domain is shown.                               Example 11                   Production and recovery of cloned xylanase   To obtain a protein sample derived from cloned F-type xylanase, E. coli Was fermented in a 10.0 liter capacity LH fermentor (Series 210). This culture The material is continuously aerated (4.8 l / min), shaken (500 rpm), and pH adjusted (pH 7.1). Maintained at 30 ° C until induction (42 ° C). The medium and other additives used are as follows. It is as follows. Luria broth (for inoculation culture):   Trypton 10g   Yeast extract 5g   Sodium chloride 10g   Up to 1000 ml of water BGM2 bulk growth medium for fermentor run (volume is for final medium, ie 8.5 liters of 2 batches) J):   3.22 g of ammonium chloride   Potassium dihydrogen phosphate 1.05g   Magnesium sulfate heptahydrate 0.135 g   Potassium sulfate 0.043g   Ferrous sulfate heptahydrate 0.003 g   SL-10 Trace element 1ml   Trypton 10g   Yeast extract 4.7g   34 ml of glycerol   Up to 1000 ml of water   Fermentation vessel containing about 6 liters of water in it is heated at 121 ° C for 30 minutes under pressure. After sterilization by physical treatment, it was cooled to 30 ° C. Media Concentrate (8.5 Fold Concentrate (fold concentrate)) with a sterilized 0.2 μm cartridge filter (Sartorius) I pumped through. The following additions were made before culturing.   Defoamer (Bevaloid 5901) 10ml (Pressurized heat treatment)   Calcium chloride 1 ml (pressurized heat treatment)   Ampicillin 850mg (filter sterilization treatment)   Thiamine (JM101 culture only) 8.7 mg (filter sterilization)   The liquid volume was then adjusted to 8.5 l. The pH of the medium was adjusted to 7.1. 4.8 l / min The filter-sterilized air was sparged through the fermentor at a flow rate of. Finger pro The fermentor temperature was maintained at 30 ° C. by circulating hot and cold water through the tube. pH adjustment is By addition of sodium hydroxide (5M) or sulfuric acid (2M) under a toclave Was. The stirring speed of the fermentor was 500 rpm.   Culture is 0.2-0.4 OD650100 μg / ml ampicillin and luriab Starting with a fresh culture of E. coli clones grown in Ross (approximately 10.0 ml). The cells were subjected to an OD of between 11 and 13 at 30 ° C.650To then concentrate in the medium Fed-batced, harvested, OD between 14-16650Have grown to. This They were subsequently triggered by raising the temperature to 42 ° C.   Cells have maximum OD650Were collected 4 hours after the Hollow this cell Recovered by fiber filtration (0.1 μm, Amicon), 50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 7.5 mM EDTA, 7.5 mM β-mercaptoethanol, 0.02% PMSF, 1.0 μ Resuspend in M pepstatin A, 0.02% DNase and 0.02% lysozyme, 4 ° C The cells were cultured for 1 hour (total volume: about 1 liter). Until the cells are lysed (observed under a microscope) Sonicated on ice in a 160 ml batch for 1 to 6 minutes blast for 4 to 6 minutes. Was. The solution of 56 mM PMSF (in isopropanol) was sonicated for 2 minutes each. The final concentration was less than 1 mM PMSF (each Is equivalent to 160 μM). After lysis was complete, cell debris was removed by centrifugation . The supernatant is allowed to stand until a clear precipitation of protein occurs (typically about 20-30 minutes). ) Heat treatment was performed at 70 ° C., and the denatured protein was removed by centrifugation. Phenyl- Prior to Sepharose chromatography, ammonium sulphate was heat treated to Was added to the final supernatant to a final concentration of 1.0 M (this was Name it). Cell pellets from sonicated cells were treated with 50 mM Tris-HCl (p H8.0), 1 mM suspension of 5 mM EDTA, 7 mM β-mercaptoethanol Re-extract with liquid and then second heat treatment at 70 ° C for 15 minutes to precipitate the precipitated protein Was removed again by centrifugation. This extracts an additional 20-40% xylanase I understood that This was named a 2 ° heat-treated extract. Ammonium sulfate, To this 2 ° heat-treated extract, add up to 1.0M and add 1 ° and 2 ° heat-treated extract. Pooled before phenyl-sepharose separation. Xylanase activity, 1.0M chloride 1100 ml bed volume Phenyl-Sepharose column using sodium From the base solution after extensive washing with 1.0 M ammonium sulfate. The eluate protein is concentrated and the ultrafiltration of YM3 diaphragm (Amicon) is performed. The salt was removed in excess. The final concentration of the preparation was 25 mM Tris-HCl (pH 8.0), 5 mMEDTA, 7 mM β-mercaptoethanol, about 250 mM sodium chloride , 20% glycerol and 0.05% sodium azide.   This method for the production of G-type xylanase comprises extraction (pH 8.0) and desalting (p HEPES buffer was used instead of Tris-HCl for step H7.3). Otherwise, it is almost the same as the above method. Final preparation is 50 mM HEPES, pH 7.3, 1 mM EDTA, 7 mM β-mercaptoethanol, 0.05% sodium acetate Buffer composition of zido, 20.0% glycerol and ± 250 mM sodium chloride I had.   A total of 6 F-type preparations (5 xynA and 1 xynB) and 2 G-types The preparation was of sufficient purity. Protein concentration of F-type and G-type preparations The degree was determined by the standard BCA method (Pierce, Rockford, Illinois, USA). Pure sample About the degree of F-type using SDS-PADE gel (Phast-system, Pharmacia, 20% gel) Compare band thickness at 40 kDa and G-type at approximately 25 kDa with impurity band thickness It was estimated by doing. Sample purity varied between 20-70% (Table 9). ).                               Example 12         ECF bleaching results with cloned F- and G-type xylanase   ECF bleaching was performed with oxygen delignified kraft pulp from a Swedish pulp mill. It was done using Lup. This softwood pulp (SW) has a kappa value of 16.0, Hardwood pulp (HW) had a kappa value of 10.6. Under the conditions shown in Table 10 , The order of XDED was used.   The results of these experiments are shown in Table 11. Comparison of enzyme protein substrates Then, the G-type xylanase acts much better than the F-type xylanase. I know what to do.                               Example 13           ECF administration-response curve with cloned G-type xylanase   Using the same XDED bleaching sequence as described in Example 12, two G- The dose of type xylanase was changed. Table 12 shows the results. 1-3 μg / g pulp Dose increases with an ISO brightness of at least 2 points.                               Example 14             TCF bleaching results with cloned G-type xylanase   Two G-type xylanases were added to the XQPP sequence described in Example 15 below. Used and tested in TCF bleaching sequence. Oxygen delignified hardwood kraft pulp Was used (30 g o.d./sample). The dose of G-type xylanase is shown in Table 13. I changed it. ISO white obtained for each sample after the X, P1 and P2 steps The chromaticity values are shown in Table 13. This value represents the average value of two samples.   This experiment was repeated using doses of 3 and 6 μg protein / g pulp Was. Only the whiteness values obtained after the P2 stage were determined. The results are shown in Table 14.                               Example 15                     ECF and TCF results and paper properties   Kraft H / W and Kraft S / W parts supplied from the Swedish pulp mill The xylanase samples were tested for bleaching effect on lupus ECF and TCF. TG456xynD and TG53xynD (referred to as 715 and 716 in the embodiment, respectively) (B) was compared with a reference example (Ref) of "no enzyme". Lampen b mill All mill) refinement tests showed that 715 showed a significant improvement in tear modulus and To give the best overall effect without significant reduction in tension and burst coefficient. Indicated. Screening protocol Properties of unbleached pulp Bleach parameters tested Bleaching conditions A) TCF H / W and S / W (same bleaching conditions for both pulps) B) ECF H / W C) ECF S / W The results obtained in the above experiment are shown in Table 15 (hardwood) and Table 16 (softwood). Verification of paper properties   After all sequences are completely bleached, a 30 g sample is taken and placed in a rampen ball mill. , 10,000, 20.000 and 30,000 rpm. Shopper Leaguer (Schopper- Rieglers) and then the tensile modulus, porosity, tear coefficient and rupture coefficient. About 2 g of sheet was made for several measurements. This sheet is mixed at 50 ° C at 23 ° C It was placed in a humidity-resistant condition for 24 hours. The obtained results are shown in FIGS.                               Example 16               Optimal pH, optimal temperature and thermal stability of TG456xynD   Activity is measured by method 1 of Example 2 using autospertoxylan as a substrate. did. All assays are in 50 mM phosphate buffer, pH and temperature are indicated I went as I did. The results are shown in Figures 9 and 10.   TG456 Xylanase D is a reference enzyme Pulpzyme HB (Novo It is more heat stable and has a slightly higher optimum pH than Nordisk). Have.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI D21C 9/10 7633−3B D21C 9/10 Z // C12P 19/14 7432−4B C12P 19/14 A (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 9/24 C12R 1:19) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB ,GE,HU,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,MN,M W,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD ,SE,SI,SK,TJ,TT,UA,US (72)発明者 ウィリアムズ ダイアン ピー アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01748 ホプキントン ストーンゲート ロード 8 (72)発明者 アイヴァーソン サラ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 02173 レキシントン チェイス アベニ ュー 60 (72)発明者 フォースター シモン イギリス ウェスト ヨークシャー エル エス13 3エヌゼット リーズ ブラムリ ー ウォールズ アベニュー 3 (72)発明者 ムーディー ディーン イギリス ウェスト ヨークシャー エイ チディー1 4ジェイエル ハッダーズフ ィールド パドック ブランチ ストリー ト 9 (72)発明者 ファーレル ロバータ リー アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01450 グロートン オールド エアー ロード 264 (72)発明者 バーグキスト ピーター レナード ニュージーランド オークランド 1005 エラースリー プーケランギ クレッセン ト 31 (72)発明者 ダニエル ロイ マッキーヴァー ニュージーランド ハミルトン ネヴァダ ロード 74 (72)発明者 モーガン ヒュー ウィリアム ニュージーランド ハミルトン ヴァード ン ロード 21 (72)発明者 クァックス ウィルヘルムス ヨハネス オランダ エヌエル‐2253ヴェーベー フ ォールショッテン イェー ファン ハー レンラーン 8 (72)発明者 ヘルウェイイェール マルガレータ アド リアーナ オランダ エヌエル‐1018ヴェーヘー ア ムステルダム ニューウェ ケイゼルスフ ラヒト 464 (72)発明者 ジョーンズ ブライアン エドワード オランダ エヌエル‐2263ヴェーアー レ イドシェンダム フラーヴィン ユリアナ ファン ストールベルグラーン 24─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI D21C 9/10 7633-3B D21C 9/10 Z // C12P 19/14 7432-4B C12P 19/14 A (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 9/24 C12R 1:19) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, M C, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, MW, SD, SZ, UG), AM, AT, AU, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, JP, KE, KG, KP, R, KZ, LK, LR, LT, LU, LV, MD, MG, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SI, SK, TJ, TT, UA , US (72) Inventor Williams Diane Py, USA Massachusetts 01748 Hopkinton Stonegate Road 8 (72) Inventor Iverson Sara United States Massachusetts 02173 Lexington Chase Avenue 60 (72) Inventor Forster Simon United Kingdom West Yorkshire Els 13 3 Enzette Leeds Bramley Walls Avenue 3 (72) Inventor Moody Dean United Kingdom West Yorkshire Aichi Dee 1 4 J-EL Hudders Field Paddock Branch Street 9 (72) Inventor Farrell Robert Lee Amey Rica Massachusetts 01450 Groton Old Air Road 264 (72) Inventor Bergquist Peter Leonard New Zealand Auckland 1005 Error Three Puke Kelangi Cresent 31 (72) Inventor Daniel Roy McKever New Zealand Hamilton Nevada Road 74 (72) Inventor Morgan Hugh William New Zealand Hamilton Verdon Road 21 (72) Inventor Quax Wilhelms Johannes The Netherlands Enuel-2253 Vebe Forschotten Yefan Haarren Lahn 8 (72) Inventor Helway Yale Margareta Adriana The Netherlands Enuel-1018 Weher Amsteldam Lacht 72) Inventor Jones Brian Edward Holland Nuel-2 263 Weir Raid Shendham Fuller Vin Juliana Fan Stall Belgran 24

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.80℃以上の温度で、顕著な脱リグニン化活性を有する事を特徴とするキシ ラナーゼ。 2.80℃及びpH9.0で、10分より長い半減期を持つ、請求の範囲第1項記 載のキシラナーゼ。 3.a)キシラナーゼがG−型キシラナーゼであり、そして b)キシラナーゼが、65℃を越える最適増殖温度を持つ好熱性微生物由来 のものである事を特徴とする、請求の範囲第1項記載のキシラナーゼ。 4.好熱性微生物が嫌気性である事を特徴とする、請求の範囲第3項記載のキシ ラナーゼ。 5.そのアミノ酸配列が、配列番号13のアミノ酸配列と少なくとも70%の同 一性を共有する事を特徴とする、請求の範囲第3項記載のキシラナーゼ。 6.キシラナーゼが、80℃及びpH7.0で、10分より長い半減期を持つ事を 特徴とする、請求の範囲第3項記載のキシラナーゼ。 7.キシラナーゼが、65℃及びpH9.0で、10分より長い半減期を持つ事を 特徴とする、請求の範囲第3項記載のキシラナーゼ。 8.キシラナーゼが、寄託番号CBS211.94、212.94、213.94 、214.94、215.94及び216.94で寄託された株からなる群から選 ばれる株由来のものである事を特徴とする、前項いずれか1項記載のキシラナー ゼ。 9.前項いずれか1項記載のキシラナーゼの少なくとも1部をコード化する事を 特徴とする、単離され精製されたDNA配列。 10.請求の範囲第9項記載のDNA配列からなる事を特徴とするベクター。 11.請求の範囲第10項記載のベクターで形質転換される事を特徴とする、微生物 宿主細胞。 12.嫌気性及び好熱性バクテリアであり、寄託番号CBS211.94、212. 94、213.94、214.94215.94又は216.94を有する事を特徴 とする、単離された微生物。 13.キシラナーゼが、請求の範囲第12項記載の寄託微生物のいずれか1つの培養 により、又は適当な培地で請求の範囲第11項記載の形質転換宿主細胞の培養に より、次いで表示の活性を有する酵素の回収により得られうる事を特徴とする、 キシラナーゼの調製方法。 14.請求の範囲第13項記載の方法で得られるキシラナーゼの使用を含む、キシラ ンの分解方法。 15.キシラナーゼが、80℃以上の温度で使用される、請求の範囲第14項記載の 方法。 16.キシラナーゼが、80℃以上の温度で使用される事を特徴とする、木材パル プの脱リグニン化方法。 17.請求の範囲第13項記載の方法で得られるキシラナーゼの使用を含む、木材パ ルプの脱リグニン化方法。 18.キシラナーゼが、80℃以上の温度で使用される、請求の範囲第16項記載の 方法。 19.キシラナーゼが、酸素脱リグニン工程の前又は工程中で使用される事を更に 特徴とする、請求の範囲第16項〜第18項のいずれか1項記載の方法。 20.請求の範囲第16項〜第19項のいずれか1項記載の方法を使用する木材パルプ の処理後に得られる生成物。[Claims] A xy resin characterized by having a remarkable delignification activity at a temperature of 1.80 ° C or higher. Lanase. 2. Claim 1 having a half-life longer than 10 minutes at 80 ° C and pH 9.0. The listed xylanase. 3. a) the xylanase is a G-type xylanase, and     b) Xylanase derived from a thermophilic microorganism having an optimum growth temperature of over 65 ° C The xylanase according to claim 1, characterized in that 4. 4. The xylem according to claim 3, characterized in that the thermophilic microorganism is anaerobic. Lanase. 5. The amino acid sequence has at least 70% homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13. The xylanase according to claim 3, wherein the xylanase shares the same sex. 6. Xylanase has a half-life longer than 10 minutes at 80 ° C and pH 7.0. Xylanase according to claim 3, characterized in that 7. Xylanase has a half-life longer than 10 minutes at 65 ° C and pH 9.0. Xylanase according to claim 3, characterized in that 8. Xylanase has deposit numbers CBS211.94, 212.94, 213.94. , 214.94, 215.94, and 216.94. Xylaner according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that it is derived from a strain Ze. 9. Encoding at least a part of the xylanase according to any one of the preceding paragraphs. Characterized, isolated and purified DNA sequence. Ten. A vector comprising the DNA sequence according to claim 9. 11. A microorganism characterized by being transformed with the vector according to claim 10. Host cells. 12. Anaerobic and thermophilic bacteria with deposit numbers CBS211.94, 212. Characterized by having 94, 213.94, 214.94215.94 or 216.94 The isolated microorganism. 13. The xylanase is the culture of any one of the deposited microorganisms according to claim 12. Or by culturing the transformed host cell according to claim 11 in an appropriate medium. Further, then obtained by recovery of the enzyme having the indicated activity, Method for preparing xylanase. 14. A xyla comprising the use of a xylanase obtained by the method according to claim 13. How to disassemble the engine. 15. 15. The method according to claim 14, wherein the xylanase is used at a temperature of 80 ° C or higher. Method. 16. Wood pal, characterized in that xylanase is used at a temperature of 80 ° C or higher. Method for delignification 17. A wood powder comprising the use of a xylanase obtainable by the method according to claim 13. Method for delignification of lupus. 18. The xylanase according to claim 16, wherein the xylanase is used at a temperature of 80 ° C or higher. Method. 19. It is further noted that xylanase is used before or during the oxygen delignification step. The method according to any one of claims 16 to 18, characterized in that it is characterized. 20. Wood pulp using the method according to any one of claims 16 to 19. The product obtained after the treatment of.
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