大腸菌とニコチアナタバカムの耐化性耐性の強化されたベタインアルデヒドデヒドロゲナーゼ/コリンデヒドロゲナーゼ融合タンパク質を発現する

大腸菌では、浸透圧性化合物グリシンベタインが2つの酵素によってコリンから生成されます。コリンデヒドロゲナーゼ（CDH）は、コリンをベタインアルデヒドに酸化し、さらにグリシンベタインに酸化し、ベタインアルデヒドデヒドロゲナーゼ（BADH）は、ベタインアルデヒドのグリシンベタインへの変換を促進します。BADHの重要性を評価するために、BADH/CDH融合酵素が大腸菌およびニコチアナタバカムで構築および発現しました。融合酵素は両方の酵素活性を示し、結合反応を測定できました。酵素は、分子量と環境因子（塩、pH、およびポリ（エチレングリコール）添加）に対する酵素活性の依存性に関して特徴付けられました。高いコリン濃度では、BADH/CDHを発現する大腸菌細胞は、CDHのみを発現する細胞よりも高い最終密度に成長し、より多くのグリシンベタインを蓄積することができました。製品濃度がCDH活性に関連していた場合、BADH/CDHでは、細胞内グリシンベタインレベルがほぼ5倍高かった。また、高いNaCl濃度で細胞を培養した後、より多くのグリシンベタインが蓄積されました。20 mmのコリンを含む培地では、BADH/CDHを発現するトランスジェニックタバコ植物は、ベクター変換されたコントロール植物よりもかなり速く成長しました。

In Escherichia coli the osmoprotective compound glycine betaine is produced from choline by two enzymes; choline dehydrogenase (CDH) oxidizes choline to betaine aldehyde and then further on to glycine betaine, while betaine aldehyde dehydrogenase (BADH) facilitates the conversion of betaine aldehyde to glycine betaine. To evaluate the importance of BADH, a BADH/CDH fusion enzyme was constructed and expressed in E. coli and in Nicotiana tabacum. The fusion enzyme displayed both enzyme activities, and a coupled reaction could be measured. The enzyme was characterized regarding molecular weight and the dependence of the enzyme activities on environmental factors (salt, pH, and poly(ethylene glycol) addition). At high choline concentrations, E. coli cells expressing BADH/CDH were able to grow to higher final densities and to accumulate more glycine betaine than cells expressing CDH only. The intracellular glycine betaine levels were almost 5-fold higher for BADH/CDH when product concentration was related to CDH activity. Also, after culturing the cells at high NaCl concentrations, more glycine betaine was accumulated. On medium containing 20 mM choline, transgenic tobacco plants expressing BADH/CDH grew considerably faster than vector-transformed control plants.