JP4087919B2 - d−ビオチンの発酵による製造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発酵によるd−ビオチンの製造法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
d−ビオチンは、動物、植物および微生物の栄養に必須なビタミンの一つであり、医薬品および食品添加物として非常に重要である。本発明は、発酵による高収量でのd−ビオチンの製造を可能にする。
【0003】
これまでd−ビオチンの発酵による生産に関しては、数多くの研究がある。ビオチン代謝拮抗物質に耐性を有するバチルス(Bacillus)株(特開昭58−152495)およびビオチン代謝拮抗物質に耐性を有するセラチア(Serratia)株(特開平2−27980)は、それぞれ0. 6〜4. 0mg/lおよび4. 3〜22mg/lのd−ビオチンを生産する。しかし、ビオチン代謝拮抗物質に耐性を有するクルチア(Kurthia)属に属する微生物によるd−ビオチンの生産はこれまで報告されていない。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、大量のd−ビオチンを蓄積させることを可能とする。ビオチン代謝拮抗物質、たとえばアシドマイシン(以下、ACMと略記する)、5−(2−チエニル)−吉草酸(以下、TVAと略記する)、α−メチルデチオビオチン(以下、MeDTBと略記する)、2−メチルACM、アミクレノマイシンおよびビスノルビオチノールおよびそれらの混合物に耐性を有する、クルチア属に属する微生物が、培養ブロス中に大量のd−ビオチンを蓄積することができ、そこから良好な純度で蓄積したd−ビオチンを採取できることが認められた。事実、本発明を用いることにより、バチルス又はセラチア属に属する株を用いる既存の方法より約5ないし200倍高い収量でd−ビオチンを生産させることが可能である。このように本発明は、ビオチン代謝拮抗物質に耐性を有し、d−ビオチン生産能を有するクルチア属に属する微生物を、好気的条件下、培地中で培養し、生成したd−ビオチンを発酵ブロスから分離することからなるd−ビオチンの製造法を提供する。
【0005】
培養ブロス中に蓄積したd−ビオチンの含有量は、ラクトバチルス・プランタラム(Lactobacillus plantarum)ATCC8014〔Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 56, 95-98 (1944)〕を用いる比濁法〔J. Microbiological Methods, 6, 237-245 (1987) 〕により定量することができる。
【0006】
本発明で用いることができる微生物は、クルチア属〔Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 9th ed., vol.2, 1255 (1984)を参照〕に属し、前述のようなビオチン代謝拮抗物質に耐性を有する、d−ビオチンを生産するすべての微生物を含む。上述の微生物は、親株としてクルチア属に属する株を、変異原物質、たとえばN−メチル−N′−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(以下、NTGと略記する)、エチルメタンスルホン酸、アクリジンオレンジ、紫外線又はX線で処理することにより効率良く得られる。
【0007】
本発明で用いられる微生物を調製するための親株としては、クルチア属に属するいかなる株も用いることができる。クルチア属に属する微生物は、自然界から分離してもよく、又は微生物菌株保存機関から購入してもよい。好ましくは本発明においては、クルチアSP538−6(DSM No.9454)を用いる。大量のd−ビオチン生産能を有する微生物は、クルチア属に属し、上述したようなビオチン代謝拮抗物質に耐性を有する微生物を分離することにより得ることができる。たとえば、大量のd−ビオチンを生産するクルチアSP538−6(DSM No.9454)の変異株は、以下に述べるように分離した。
【0008】
(1)大量のd−ビオチン生産能を有するACM耐性変異株の分離
液体培地で培養したクルチアSP538−6(DSM No.9454)の細胞を遠心分離により集め、生理食塩水で洗浄し、懸濁した。突然変異誘発を以下に述べるようにAdelbergら〔Biochem. Biophys. Res. Comm., 18, 788, (1965) 〕の方法で行った。細胞を、100mMトリス塩酸緩衝液中、pH8. 0で、50〜300μg/mlのNTGで振とうしながら処理した。処理後、その細胞を生理食塩水で洗浄し、ふたたび懸濁した。その洗浄細胞を、ACM 100μg/mlを含む蒸留水1,000mlにグリセリン20g、ビタミンを含まないカザミノ酸(ディフコ)5g、K2 HPO4 2g、KH2 PO4 1g、MgSO4 ・7H2 O 0.5g、FeSO4 ・7H2 O 0.01g、MnSO4 ・5H2 O 0.01gおよびチアミン・塩酸塩100μg を含む、d−ビオチンを含まない合成培地(以下、BMと略記する)の寒天平板上にまいた。培養後、生育した大きなコロニーを、ビオチンの指示菌としてラクトバチルス・プランタラムATCC8014を含む定量平板上に植菌した。37℃で培養後、d−ビオチン量に依存して生じる生育ハローの直径を測定した。その結果、最も大きなハローを形成するコロニーを得、クルチアSP538−KA26と命名した。
【0009】
(2)大量のd−ビオチン生産能を有するACMおよびTVA耐性変異株の分離
クルチアSP538−KA26を培養し、その細胞を(1)で述べたのと同様の方法でNTGで処理した。処理した細胞を、ACM200μg/mlおよびTVA200μg/mlを含む蒸留水1,000mlにグリセリン20g、(NH4)2 SO4 3g、K2 HPO4 2g、KH2 PO4 1g、MgSO4 ・7H2 O 0.5g、FeSO4 ・7H2 O 0.01g、MnSO4 ・5H2 O 0.01gおよびチアミン・塩酸塩100μg を含む、d−ビオチンを含まない合成培地(以下、MMと略記する)で培養し、2〜3日ごとにACM200μg/mlおよびTVA200μg/mlを含む新しい培地で連続的に数回植え継いだ。その結果、得られる集積物を希釈し、ACM200μg/mlおよびTVA200μg/mlを含むMM寒天平板上にまいた。培養後、生育した大きなコロニーを、(1)で述べたのと同様の方法で、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を含む定量平板上に植菌した。培養後、生育ハローの直径を測定した。その結果、最も大きなハローを形成するコロニーを得、クルチアSP538−17H4と命名した。
【0010】
(3)大量のd−ビオチン生産能を有するACM、TVAおよびMeDTB耐性変異株の分離
クルチアSP538−17H4を培養し、その細胞を(1)で述べたのと同様の方法でNTGで処理した。処理した細胞を、ACM 100μg/mlを含むBM寒天平板上にまいた。培養後、プレート中でd−デチオビオチン0. 5μg/mlおよびMeDTB80μg/mlを含む生産培地の寒天ブロック上にコロニーを植菌した。培養後、寒天ブロックに紫外線を照射し、それらの寒天ブロックをラクトバチルス・プランタラムATCC8014を含む定量平板上に移した。培養後、生育ハローの直径を測定した。その結果、最も大きなハローを形成するコロニーを得、クルチアSP538−51F9と命名した。
【0011】
更に、前のパラグラフで述べたのと同様の方法でMeDTB 150μg/mlに耐性な変異株をスクリーニングした。その実験から、クルチアSP538−51F9より更に大きなハローを形成するコロニーを得、クルチアSP538−2A13と命名した。
【0012】
本発明の製造法は、同化可能な炭素源、消化しやすい窒素源、無機塩、および微生物の生育に必要な他の栄養素を含む培地で微生物を培養することにより適宜実施する。炭素源としては、たとえばグルコース、フラクトース、デンプン、乳糖、マルトース、ガラクトース、スクロース、デキストリン、グリセリン又はキビゼリーなどが用いられ、好ましくはグリセリン又はグルコースが用いられる。窒素源としては、たとえばペプトン、大豆粉、コーンスチープリカー(corn steep liquor)、肉エキス、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、尿素又はそれらの混合物が用いられ、好ましくはペプトンが用いられる。更に、その他の微量元素としてカルシウム、マグネシウム、亜鉛、マンガン、コバルトおよび鉄の硫酸塩、塩酸塩あるいはリン酸塩などが用いられる。特に好ましい無機塩は、リン酸一カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄および硫酸マンガンである。また、必要に応じて動物油、植物油、鉱油などの一般的な栄養因子もしくは消泡剤を加えてもよい。培養に用いる培地のpHは、好都合には約5. 0ないし9. 0、好ましくは約6. 5ないし7. 5である。培養温度は、適当には約10ないし40℃、好ましくは約26ないし30℃である。培養時間は、約1ないし10日、好ましくは約2ないし7日、最も好ましくは約2ないし4日(48ないし96時間)である。通常、培養において通気、撹拌により好ましい結果が得られる。
【0013】
本発明の製造法において、好ましくは、微生物の培養は、同化可能な炭素源、消化しやすい窒素源、無機塩、および微生物の成育に必要な他の栄養素を含む培地中、約5.0ないし9.0のpH、約10ないし40℃の温度で、好気的条件下で、約1ないし10日間行う。より好ましくは、微生物の培養は、炭素源としてグリセリン又はグルコース、窒素源としてペプトン、そしてリン酸一カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄および硫酸マンガンなどの無機塩少量を含む培地中、約6.5ないし7.5のpH、約26ないし30℃の温度で、好気的条件下で、約48ないし96時間行う。
【0014】
培養後、生産されたd−ビオチンは、培養ブロスから分離され、精製される。通常、培養ブロスから生成物の抽出に用いる方法は、d−ビオチンの各種の性質を利用して行われる。したがって、たとえば菌体を培養ブロスから除き、その濾液中の所望な物質を活性炭に吸着させ、溶出後、更にイオン交換樹脂で精製する。あるいは、直接、培養濾液をイオン交換樹脂に適用し、溶出後、所望な生成物をアルコールと水の混液から再結晶化する。
【0015】
本発明で用いられる微生物は、ACM、TVA、MeDTB、2−メチルACM、アミクレノマイシンおよびビスノルビオチノール又はそれらの混合物に耐性な、d−ビオチン生産能を有するクルチア属に属するすべての菌株を含む。クルチア属の菌株の中で、特に好ましい株はクルチアSP538−KA26、クルチアSP538−17H4、クルチアSP538−51F9およびクルチアSP538−2A13であり、それらの菌は1996年3月26日にドイツ、ブラウンシュバイクのDSM(Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH)に、それぞれDSM No.10609、DSM No.10608、DSM No.10610およびDSM No.10607として寄託されており、これら自体が本発明に包含される。
【0016】
【実施例】
以下、本発明について実施例を示して更に詳細な説明を行うが、本発明は、特定の実施例に限定されるものではないと理解される。
【0017】
実施例1
1%ブイヨン(極東製薬)を含む寒天培地(以下、NBと略記する)に生育したクルチアSP538−6(DSM No.9454)の一白金耳の細胞を、NB培地50mlを含む500ml容フラスコに植菌し、28℃で回転振とう(180rpm)を行った。13. 5時間培養後、培養ブロス中の細胞を7, 500rpm で10分間遠心分離することにより集め、滅菌生理食塩水で2回洗浄し、滅菌水20mlに懸濁した。100mMトリス塩酸緩衝液(pH8. 0)中、NTG50〜300μg/mlおよび1×107 個/mlの細胞を含む反応混合物5mlを含む試験管を、28℃で30分間、往復振とう(285rpm)した。その細胞を滅菌生理食塩水5mlで2回洗浄し、生理食塩水5mlに懸濁した。その細胞懸濁液を10-1〜10-7まで滅菌生理食塩水で連続的に希釈し、ACM 100μg/mlを含むBM寒天上にまいた。28℃で3日間培養後、生育したそれぞれのコロニーのd−ビオチン生産性を、以下に述べるラクトバチルス・プランタラムATCC8014を含む寒天平板法で定量した。750のコロニーを、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を含む定量平板上に楊枝を用いて移した。37℃で一晩培養後、d−ビオチン量に依存する生育ハローの直径を測定した。その結果、最も大きなハローを形成するクルチアSP538−KA26(DSM No.10609)を得た。
【0018】
ACM 100μg/mlを含むBM寒天上に生育するクルチアSP538−KA26の一白金耳の細胞を、グリセリン2%、プロテオース・ペプトン(日本製薬)4%、KH2 PO4 0.1%、MgSO4 ・7H2 O 0.05%、FeSO4 ・7H2 O 0.001%、MnSO4 ・5H2 O 0.001%からなる生産培地5mlを含む試験管に植菌後、その試験管を往復振とう機(285rpm)にて28℃で振とうした。3日間培養後、培養ブロス上澄中のd−ビオチン含量を、以下に述べるラクトバチルス・プランタラムATCC8014を用いる比濁法で定量した。上澄およびd−ビオチンの標準溶液(0〜10mg/l)を蒸留水で順次1. 25×10-3まで希釈した。希釈溶液50μl および蒸留水5mlをこの順に試験管に加えた。120℃で10分間オートクレーブ滅菌後、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を含むd−ビオチン定量用培地(日水)5mlを試験管に加え、37℃で試験管を垂直に立てて培養した。21時間培養後、菌体の増殖を、0. 2N 塩酸5mlを加えて停止し、その後660nmで試料の濁度を測定した。試料中のd−ビオチン量は、試料の濁度を、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014の標準生育曲線と比較して計算した。その結果、3日目の培養ブロス上澄中には1リットルあたり3. 9mgのd−ビオチンが含まれていた。クルチアSP538−KA26(DSM No.10609)は、親株のクルチアSP538−6(DSM No.9454)の約3, 900倍のd−ビオチンを生産していた。
【0019】
実施例2
実施例1で述べたのと同様の方法で、クルチアSP538−KA26(DSM No.10609)の細胞をNTGで処理し、ACMおよびTVAに耐性な細胞を以下に述べるように集積した。NTG処理後、洗浄した細胞を、ACM 100μg/mlを含むBM培地5mlを含む試験管に植菌し、その試験管を往復振とう機(285rpm)にて28℃で振とうした。一晩培養後、その培養ブロスを、ACM200μg/mlおよびTVA200μg/mlを含むMM5mlを含む試験管に、600nmでの濁度が約0. 03になるよう植菌した。その試験管を28℃で振とうし、培養物が混濁するまで生育させた。この集積を2又は3日ごとにACM200μg/mlおよびTVA200μg/mlを含む新しいMM培地を含む試験管でくり返した。3回くり返した後、培養物を生理食塩水で希釈し、同じ培地の寒天上にまいた。28℃で3〜4日間培養後、650のコロニーについてd−ビオチン生産性を、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を含む定量平板上で定量した。その結果、最も大きなハローを生産するクルチアSP538−17H4(DSM No.10608)を得た。
【0020】
ACM 100μg/mlを含むBM寒天上に生育するクルチアSP538−17H4(DSM No.10608)の一白金耳の細胞を、ACM500μg/mlを含むBM培地5mlを含む試験管に植菌し、その試験管を28℃で振とうした。一晩培養後、培養ブロス1mlを、グリセリン4%、プロテオース・ペプトン4. 5%、KH2 PO4 0.1%、MgSO4 ・7H2 O 0.05%、FeSO4 ・7H2 O 0.05%、MnSO4 ・5H2 O 0.001%および消泡剤CA−115(日本油脂)1滴からなる生産培地50mlを含むフラスコに移し、そのフラスコを28℃で振とうした。72時間培養後、培養ブロス上澄中のd−ビオチン含量を、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を用いる比濁法で定量した。その結果、上澄中には1リットルあたり26. 3mgのd−ビオチンが含まれていた。クルチアSP538−17H4(DSM No.10608)は、親株のクルチアSP538−KA26(DSM No.10609)の約6. 7倍のd−ビオチンを生産していた。
【0021】
実施例3
クルチアSP538−17H4(DSM No.10608)の培養ブロスからd−ビオチンを採取した。それぞれの精製過程でのd−ビオチン濃度は、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を用いる比濁法で追跡した。ラクトバチルス・プランタラムATCC8014に対してd−ビオチン活性25. 7mg/lを有する72時間培養ブロス1リットルを、7, 500rpm で10分間、遠心分離した。その上澄を、活性炭(和光純藥)380mlを充填した3. 6×42cmのカラムに通した。そのカラムを脱イオン水500mlで洗浄後、50%エタノール474mlと25%アンモニア26mlを含むエタノール/アンモニア溶液500mlで展開した。ラクトバチルス・プランタラムATCC8014に対してd−ビオチン活性82. 1mg/lを有する溶出液300mlを減圧下、50mlまで濃縮した。その濃縮物を、ダウエックス(Dowex)1×4(ギ酸型、100−200メッシュ、Dow Chemical Co. Ltd., U.S.A.)190mlを充填したカラム(2. 6×38cm)に通した後、そのカラムを0. 05M ギ酸200mlで洗浄した。その後カラムを、0. 1M ギ酸250mlを初発の緩衝液として展開し、0. 1M ギ酸と0. 35M ギ酸のそれぞれ250mlで直線的濃度勾配溶出を行った。ラクトバチルス・プランタラムATCC8014に対してd−ビオチン活性144. 8mg/lを有する溶出液160mlを減圧下で濃縮して、白色粉末17. 6mgを得た。その白色粉末を、エタノール−水混液から結晶化して、232℃の融点を有する白色針状物質15. 1mgを得た。その試料の融点、薄層クロマトグラフ上でのRf値(溶媒系:酢酸エチル/メタノール=10/1、Kieselgel 60 F254 ,E. Merck)、赤外線吸収スペクトル、NMRスペクトルは、d−ビオチン標品(Sigma Co, Ltd., U.S.A.)のそれらと一致していた。
【0022】
実施例4
実施例1で述べたのと同様の方法で、クルチアSP538−17H4(DSM No.10608)の細胞をNTGで処理した後、MeDTBに耐性な変異株を以下に述べる方法でスクリーニングした。処理した細胞を、ACM 100μg/mlを含むBM培地中で28℃で一晩培養した後、その培養物を滅菌生理食塩水で10-1〜10-7まで連続的に希釈し、ACM80μg/mlを含むBM寒天上にまいた。28℃で2〜3日培養後、プレート中でd−デチオビオチン0.5μg/mlおよびMeDTB80μg/mlを補給した、グリセリン2%、プロテオース・ペプトン2%、KH2 PO4 0.1%、MgSO4 ・7H2 O 0.05%、FeSO4 ・7H2 O 0.05%、MnSO4 ・5H2 O 0.001%および寒天1. 5%を含む生産培地の寒天ブロック上に19,500のコロニーを植菌した。28℃で2日培養後、寒天ブロックに紫外線を2時間照射し、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を含む定量平板上に移した。定量平板を37℃で19時間培養し、ハローの直径を測定した。その結果、最も大きなハローを形成するクルチアSP538−51F9(DSM No.10610)を得た。
【0023】
ACM 100μg/mlを含むBM寒天上に生育するクルチアSP538−51F9(DSM No.10610)の一白金耳の細胞を、ACM500μg/mlを含むBM培地5mlを含む試験管中、28℃で培養した。一晩培養後、その細胞を遠心分離により集め、10%グリセリン溶液に懸濁した。その細胞懸濁液1mlを、グリセリン6%、プロテオース・ペプトン5. 5%、KH2 PO4 0. 1%、MgSO4 ・7H2 O 0. 05%、FeSO4 ・7H2 O 0. 05%、MnSO4 ・5H2 O 0. 001%および消泡剤CA−115 1滴を含む生産培地50ml(以下、FM1と略記する)を含むフラスコに植菌し、そのフラスコを28℃で培養した。72時間培養後、培養ブロス上澄中のd−ビオチン含量を、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を用いる比濁法で定量した。その結果、上澄中には1リットルあたり41. 5mgのd−ビオチンが含まれていた。クルチアSP538−51F9(DSM No.10610)は、親株のクルチアSP538−17H4(DSM No.10608)の約1. 6倍のd−ビオチンを生産していた。
【0024】
実施例5
MeDTBに対してより耐性な変異株を、クルチアSP538−51F9(DSM No.10610)から誘導した。実施例1で述べたのと同様の方法で、クルチアSP538−51F9(DSM No.10610)の細胞をNTGで処理した後、MeDTB 150μg/mlに耐性な変異株を、寒天ブロック中のMeDTB濃度以外は実施例4で述べたのと同様の方法でスクリーニングした。その結果、最も大きなハローを形成するクルチアSP538−2A13(DSM No.10607)を得た。
【0025】
実施例4で述べたのと同様の方法で、クルチアSP538−2A13(DSM No.10607)を、FM1培地50mlを含むフラスコで28℃で培養した。24時間培養後、グリセリン40%およびプロテオース・ペプトン20%を含む滅菌培地5mlを供給し、培養を続けた。120時間培養後、培養ブロス上澄中のd−ビオチン含量を、ラクトバチルス・プランタラムATCC8014を用いる比濁法で定量した。その結果、上澄には1リットルあたり126mgのd−ビオチンが含まれていた。クルチアSP538−2A13(DSM No.10607)は、親株のクルチアSP538−51F9(DSM No.10610)の約3倍のd−ビオチンを生産していた。
【0026】
下記の表−1には、これまでに得られた変異株のd−ビオチン生産性を要約した。
【0027】
【表1】
Claims (2)
- クルチアSP538−51F9(DSM No.10610)またはクルチアSP538−2A13(DSM No.10607)。
- 請求項1に記載の微生物を、好気的条件下、培地中で培養し、生成したd−ビオチンを発酵ブロスから分離することを特徴とするd−ビオチンの製造法。
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