DD297451A5 - Verfahren zur herstellung von ubichinon-10 mittels bakterien - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bakteriellen Herstellung von Ubichinon-10. Erfindungsgemaesz wird eine chemostatisch erzeugte methylotrophe Bakterienbiomasse der Art Acetobacter methanolicus auf einem heterotrophen Substrat so weiter vermehrt, dasz der Substrateintrag immer groeszer ist, als tatsaechlich wachstumsbedingt verbraucht werden kann. Mit Hilfe des erfindungsgemaeszen Verfahrens kann der Ubichinon-10-Gehalt der Bakterienbiomasse signifikant gesteigert werden.{Ubichinon-10; Bakterien; Acetobacter methanolicus; Kultivierung; Chemostat; Limitation; Substratueberschuesse; Methanol; Glucose}
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ubichinon-10 unter Nutzung von Bakterien als Quelle.
Ubichinone sind dem systematischen Namen nach 2,3-Dimethoxy-5-methyl 1-1,4-benzochinone, die in 6-Stellung des Chinonringes eine Isoprenseitenkette variabler Länge tragen. In Hefemitochondrien und Bakterien kommen Homologe vor, die entsprechend der Zahl der isoprenoiden Einheiten als z. B. Q-8, Q-9 oder Q-10 bezeichnet werden. Das Vorkommen und die Verteilung der Ubichinonhomologen in Mikroorganismen ist stammspezifisch und besitzt taxonomische Relevanz. Ubichinone haben wegen ihrer vielfältigen pharmakologischen Wirkungen und der biochemischen Aktivität kommerzielles Interesse erlangt. Mikroorganismenbiomasse enthält in der Regel zu sonstigen natürlichen Quellen um 1 bis 2 Größenordnungen höhere Ubichinonkonzentrationen und wird deshalb als Rohstoff für die Gewinnung von Ubichinonen bevorzugt. Die bekannten Verfahren haben überwiegend die Gewinnung von Ubichinon-10 zum Ziel, da dieses auch im menschlichen Gewebe vorkommt. Beschrieben wurde u.a. die mikrobielle Herstellung mit Arten der Gattungen Rhodotorula, Candida, Sporobolomyces, Aureobasidk.m, Trichosporon (US-PS 1.343066). Bekannt ist auch, daß Bakterien, darunter Alcaligenes, Acetobacter, insbesondere A. methanolicus (DD 236552, Urakami, T., Komagata, K., J. Gen. Appl. Microbiol. 32,317-341 (1986)) sowie eine Reihe weiterer fakultativ methylotropher und Methylamin assimilierender Spezies der Gattungen Pseudomonas und Methylobacterium Ubichinon-10 bilden. Ob die Kohlenstoff- und Energiequelle für das Wachstum eine wesentliche Rolle spielt, läßt sich nicht beurteilen. Fest steht nur, daß unterschiedlichste Substrate verwendet worden sind - Kohlenhydrate, organische Säuren und Alkohole. Die analytisch erfaßten Konzentrationen bewegen sich zwischen 60pg/g Trockensubstanz bis 1000pg/g (im Falle von Microcyclus methanolica - JP-PS 54-119079).
An Versuchen zur Steigerung der Konzentration und der Ausbeute als mg/l (bezogen auf die Zellkonzentration im Fermentor) hat es nicht gefehlt. Präkursoren wurden dem Nährmedium zugesetzt (US-PS 4.220.719, DE-OS 2838252, US-PS 4.070.244, US-PS 4.367.289) oder spezielle Mutanten benutzt (z. B. von Agrobacterium, JP-PS 55-00026). Die erzielten Effekte halten sich in Grenzen. In Rechnung zu stellen ist außerdem, daß die Herstellung der Präkursoren einen ziemlichen präparativen Aufwand zur Voraussetzung hat und Mutanten hinsichtlich der Vermehrung nicht problemlos sind. Das Patent DD 236552 beansprucht Acetobacter methanolicus und Methanol allein oder methanolhaltige mit organischen Verbindungen belastete Ab- und Nebenprodukte der chemischen Industrie. Daß die Synthese durch kontinuierliche Vermehrung und unter unsterilen Bedingungen erfolgen kann, ist nicht überraschend, wenngleich bezogen auf eine etwaige Produktion wertvoll. Auch mit anderen Mikroorganismen sollte eine kontinuierliche Erzeugung möglich sein. Die gemäß DD 236552 erreichten Ausbeuten stellen zwar Höchstwerte dar, verglichen mit bis dahin mitgeteilten Ergebnissen, die in der Trockensubstanz vorliegende Stoffkonzentration ist jedoch für eine effektive Verwertung des Verfahrens noch zu gering.
Darstellung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Konzentration von Ubichinon-10 in der Bakterienbiomasse zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem Bakterien der Art Acetobacter methanolicus zunächst auf bekannte Weise durch eine chemostatische, heterotrophes Substrat limitierte Kultivierung unter Verwendung von Methanol oder Glucose bzw. Glucosesäure/Gluconaten als Kohlenstoff- und Energiequelle gewonnen werden, anschließend so weitervermehrt werden, daß das Sustratangebot stets größer ist als wachstumsbedingt verbraucht werden kann. Dieser Substratüberschuß kann durch ein molares Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis von mindestens 30:1 charakterisiert werden. Die Weitervermehrung der so
erzeugten Biomasse erfolgt nach dem „fed-batch'-Prinzip, wobei entweder die Zulauf rate des Substrats so eingestellt wird, daßsie stets größer ist als die wachstumsbedingte Verbrauchsrate oder aber der Verbrauch an heterotrophem Substrat durch die
werden.
des Gehaltes an Ubichinon-10 in der Bakterientrockensubstanz von wenigstens 25%, bei Sauerstofflimitation zur
Acetobacter methanolicus IMET11402 wurde in einem für earobe Kultivierung geeigneten Fermentor bei 300C unter ungeschützten Bedingungen gezüchtet. DerpH-Wert wurde durch NaOH bzw. HCI auf 4,0 ± 0,1 konstant gehalten. Die Gelöstsauerstoffkonzentration lag im Bereich von 20-40% des Sättigungswertes. Die Kultivierung erfolgt chemostatisch (C-Iimitiert) auf Methanol als Kohlenstoff- und Energiequelle bei einer Durchflußrate von 0,12 h"1 auf einem Minimalmedium folgender Zusammensetzung (in mg/g BTS):
NH4CI | 600 | ZnSO4* 7H2O | 0,15 |
KH2PO4 | 105 | MnSO4* 4H2O | 0,28 |
MgSO4* 7H2O | 5 | CuSO4 ♦ 5H2O | 0,26 |
CaCI2* 2H2O | 7 | Na2MoO4* 2H2O 0,08 | |
FeSO4* 7H2O | 1,7 | ||
auf Glucose als Kohlenstoff- und Energiequelle vermehrt.
alkalischer Hydrolyse der Probe aus dem unverseifbaren Anteil über die Farbreaktion mit Cyanessigsäureethylesterphotometrisch bestimmt (CRAVENS-Test). Bei chemostatischer Kultivierung auf Methanol wurde ein Ubichinon-10 Gehalt von0,13%ermittelt. Durch Anschluß der 2. Kultivierungsphase auf Glucose wurdeder Gehalt auf 0,176% erhöht. Das entspricht einer
einer Durchflußrate von D = 0,2 h"' chemostatisch (C-Iimitiert) kultiviert. Nach entsprechender Aufbereitung der Biomassewurde unter diesen Kultivierungsbedingungen ein Ubichinon-10 Gehalt von 0,116% ermittelt.
wobei das Substrat entsprechend der Vorgabe in Beispiel 1 zugeführt wurde. Sauerstoff lag in dieser Wachstumsphase ebenfallsim Überschuß vor.
abgetrennt und entsprechend aufgearbeitet. Danach konnte ein Ubichinon-10 Gehalt im Trockenprodukt von 0,167%nachgewiesen werden, was einer Steigerung im Vergleich zu chemostatisch auf Glucose kultivierter Biomasse von 44%entspricht.
ermittelt. Das entspricht einer Steigerung im Vergleich zu auf Methanol chemostatisch kultivierter Biomasse um den Faktor 1,55.
vorhanden. Unter diesen Bedingungen wurde so lange kultiviert, bis ein 1,5facher Biomassezuwachs erreicht war.
Belspiel5
das Wachstumsmedium (in mg/l): 25%iges Ammoniakwasser (1000), 85%ige H3PO4 (94), K2SO4 (38), MgSO4 * 7H2O (34),
pH-Wert wurde mit bO%iger Gluconsäurelösung auf ca 4,5 eingestellt, das ergibt eine Konzentration im Medium von etwa 10g/l.
einer Steigerung im Vergleich zu C-Iimitiert auf Methanol erzeugter Biomasse von über 30% entspricht.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Ubichinon-10 mittels Bakterien der Art Acetobacter methanolicus, die durch aine chemostatische Kultivierung unter Verwendung heterotropher Substrate, insbesondere Methanol, Glucose oder Gluconsäure/Gluconaten, gewonnen wurden, gekennzeichnet dadurch, daß auf diese Weise erzeugte Biomasse anschließend so weitervermehrt wird, daß das Substratangebot stets größer ist als wachstumsbedingt verbraucht werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Substratüberschuß durch ein molares Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis von mindestens 30:1 charakterisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Weitervermehrung der Biomasse nach dem „fed-batch"-Prinzip erfolgt und die Zulaufrate des Substrates so eingestellt wird, daß sie stets größer ist als die wachstumsbedingte Verbrauchsrate.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Weitervermehrung der Biomasse nach dem „fed-batch"-Prinzip erfolgt und der Verbrauch an heterotrophem Substrat durch Limitation einer anderen*für das Wachstum wesentlichen Komponente, insbesondere durch Sauerstofflimitation, geregelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Bakterien des Stammes Acetobacter methanolicus IMET11402 verwendet werden.
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---|---|---|---|
DD33638289A DD297451A5 (de) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | Verfahren zur herstellung von ubichinon-10 mittels bakterien |
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1989
- 1989-12-27 DD DD33638289A patent/DD297451A5/de unknown
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