DE2016496C - Process for the biotechnological production of L histidine - Google Patents

Process for the biotechnological production of L histidine

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DE2016496C
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Germany
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histidine
atcc
torulopsis
corynebacterium glutamicum
cultivation
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Expired
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German (de)
Inventor
Junictu Araki Kaiunu Monnaga Kenzo Hofu Nakajima (Japan) B21b 13 20
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KH Neochem Co Ltd
Original Assignee
Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Veifahren zur biotechnischen Herstellung von i.-Histidin durch •Züchten von Mikroorganismen in Kohlenstoff- und Stickstoffquellen und Mineralsalze enthaltenden Nährmedien. The invention relates to a process for biotechnical production of i.-histidine by • cultivating microorganisms in carbon and Nutrient media containing nitrogen sources and mineral salts.

i.-Histidin, eine der eiweißaufbauenden Aminosäuren, wird für Lebewesen als Medikament, Zusatz zu Viehfuttermitteln oder auch Zusatz zu Nahrungsmitteln verwendet.i.-Histidine, one of the protein-building amino acids, is used as a medicament, additive, for living beings used in animal feed or as an additive to food.

Es ist bereits berichtet worden, daß i.-Histidin durch Züchten von Mikroorganismen, wie den gegen Reagenzien beständigen Mutanten von Escherichia coli und Salmonella typhiniurium (Science, 129, S.968 [1959], und Genetics, 50, S. 611 [1964]) angesammelt werden kann. Jedoch ist die um Nährmedien angesammelte Menge an i.-Histidin gering, so daß diese Verfahren für die technische Gewinnung von i.-Histidin nicht geeignet sind.It has already been reported that i.-histidine can be removed by growing microorganisms such as the against Reagent resistant mutants of Escherichia coli and Salmonella typhiniurium (Science, 129, p.968 [1959], and Genetics, 50, p. 611 [1964]). However, that is accumulated around culture media Amount of i.-histidine is low, so that this process can be used for the technical production of i.-histidine are not suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von L-Histidin mit erheblichThe invention is based on the object of a method for the production of L-histidine with considerably

ίο vergrößerter Ausbeute anzugeben.ίο indicate increased yield.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß man Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 zusammen mit Torulopsis ATCC 20200 züchtet. Der Chemismus der Bildung von i.-Histidin durch Züchten der obenerwähnten Mikroorganismen ist noch nicht aufgeklärt. Basierend auf dem Ablauf der Biosynthese von u-Histidin ist jedoch anzunehmen, daß L-Histidinol, welcnes duich Züchten von Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 erhalten wird,According to the invention, this object is achieved by using Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 breeds together with Torulopsis ATCC 20200. The chemism of the formation of i.-histidine by Cultivation of the above-mentioned microorganisms has not yet been elucidated. Based on the expiration of the Biosynthesis of u-histidine, however, is believed to be that L-histidinol, which is grown by Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 is obtained,

durch i.-Histidinol-Dehydrase von Torulopsis ATCC 20200 in i.-Histidin überführt wird. Die i.-Histidinol-Dehydrase ist zwar bereits bei verschiedenen Mikroorganismen gefunden worden, die vorliegende Erfindung hat jedoch erkannt, daß Mikroorganismen, von denen man glaubte, daß sie zur i.-HistidinoI-Dehydrase fähig sind, nicht immer imstande sind, unter den Bedingungen zum Züchten von i.-Histidinol-produzierenden Stämmen i.-Hislidinol in i.-Histidin zu überführen, ausgenommen Torulopsis ATCC 20200, wie es Tabelle 1 zu entnehmen ist.by i.-histidinol dehydrase from Torulopsis ATCC 20200 is converted into i.-histidine. The i.-histidinol dehydrase has already been found in various microorganisms, the present invention has recognized, however, that microorganisms believed to contribute to i.-histidinoI dehydrase are capable, are not always capable of growing i.-histidinol-producing conditions under the conditions Strains i.-hislidinol in i.-histidine too with the exception of Torulopsis ATCC 20200, as shown in Table 1.

Tabelle 1Table 1

MikroorganismusMicroorganism Ansammlung
von L-Histidinol
collection
of L-histidinol
Ansammlung
von L-Histidin
collection
of L-histidine
Brevibacterium ammoniagenes
Serratia marcescens
Aspergillus niger
Streptomyces griseus
Streptomyces ambofaciens
Streptomyces kelicolor
Corynebacterium glutamicum ATCC21339..
Bacillus subtilis
Saccharomyces cerevisiae
Achromobacter
Torulopsis ATCC 20200
Brevibacterium ammoniagenes
Serratia marcescens
Aspergillus niger
Streptomyces griseus
Streptomyces ambofaciens
Streptomyces kelicolor
Corynebacterium glutamicum ATCC21339 ..
Bacillus subtilis
Saccharomyces cerevisiae
Achromobacter
Torulopsis ATCC 20200
-I- + 4
+ + +
4+4
4-+ 4
-I- + 4
+ + +
4 + 4
4- + 4
++
-r I I I I I ! I I I +-r I I I I I! I I I +
++

1. Zusammensetzung des Mediums: Glukose 12g/dl, Ammonsulfat 1,5 g/dl, Ammonchlorid 0,5 g/dl, Harnstoff 0,3 g/dl, KH2PO1 0,15 g/dl, K2HPO1 0,5 g/dl, MgSO1 · 7 H2O 0,05 g/dl, FcSO1 · 7 H2O 0,002 g/dl, MnSO,-4H2O 0,002 g/dl. Biotin 30 (ig/l, CaCO11 2 g/dl, Pepton 1 g/dl und Fleischextrakt 0,5 g/dl. Das pH wurde mit Ammoniak auf 7,2 eingestellt.1. Composition of the medium: glucose 12g / dl, ammonium sulfate 1.5 g / dl, ammonium chloride 0.5 g / dl, urea 0.3 g / dl, KH 2 PO 1 0.15 g / dl, K 2 HPO 1 0.5 g / dl, MgSO 1 · 7H 2 O 0.05 g / dl, FcSO 1 · 7H 2 O 0.002 g / dl, MnSO, -4H 2 O 0.002 g / dl. Biotin 30 (ig / l, CaCO 11 2 g / dl, peptone 1 g / dl and meat extract 0.5 g / dl. The pH was adjusted to 7.2 with ammonia.

2. Stamm und Heimpfungszeil: Mit Corynebacterium glutamicum ATCC Nr. 21399 wurde am Beginn der Züchtung geimpft und nach 4tägigcr Züchtung mit den verschiedenen Mikroorganismen, die in Tabelle 1 angeführt sind, nochmals geimpft. Die Züchtungen wurden für weitere 3 Tage fortgesetzt. 2. Stem and Heimpfungszeil: With Corynebacterium glutamicum ATCC No. 21399 was vaccinated at the beginning of the cultivation and after 4 days of cultivation vaccinated again with the various microorganisms listed in Table 1. the Cultures were continued for another 3 days.

3. /üehlungsbcdingungen: Kolbenschütlelung, Temperatur beim Züchten 28 C.3. / üehlungsbcdbedingungen: piston shaking, temperature in breeding 28 C.

Als Kohlcnsloffquclle kann Glukose, Fruktose, Galaktose. Saccharose, Mallose, Mycosc, Cellobiose, Arabinose, Alkohole, Essigsäure, Melasse und/oder Stärkehydrolysat u. dgl. vorzugsweise mit einer Konzentration von 5 bis 20 g/l im Nährmedium verwendet werden.As a source of cabbage, glucose, fructose, galactose can be used. Sucrose, mallose, mycosc, cellobiose, Arabinose, alcohols, acetic acid, molasses and / or starch hydrolyzate and the like, preferably at one concentration from 5 to 20 g / l can be used in the nutrient medium.

Als Stickstoffquelle kann wenigstens eine der organischen oder anorganischen Verbindungen, wie Ammoniak, Harnstoff, Ammonsulfat, Ammonchlorid, Ammonacetat, Ammoncitrat u. dgl., verwendet werden. At least one of the organic or inorganic compounds, such as ammonia, Urea, ammonium sulfate, ammon chloride, ammon acetate, ammon citrate and the like can be used.

Als anorganische Mineralsalze können salzsaure, schwefelsaure, salpetersaure und phosphorsaure Salze des Na, K, Mn, Mg, Ca, Co, Ni, Zn, Cu u. dgl. eingesetzt werden. Es ist jedoch — da der i.-Histidinolproduzierende Mikroorganismus eine charakteristische Anrorderung an die Nährstoffe hat — notwendig, die erforderlichen organischen Nährstoffe dem Medium zuzusetzen. Da die Ausbeute an i.-Histidinol und demzufolge auch an i.-Histidin von den Mengen an zugesetzten Nährstoffen abhängen wird, so ist es notwendig, geeignete Nährstoffmengen zuzusetzen. SoInorganic mineral salts that can be used are hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid salts des Na, K, Mn, Mg, Ca, Co, Ni, Zn, Cu and the like can be used. However, it is - as the i.-histidinol producer The microorganism has a characteristic requirement for the nutrients - that is necessary to add necessary organic nutrients to the medium. Since the yield of i.-histidinol and consequently i.-histidine will also depend on the amount of added nutrients, so it is necessary to add appropriate amounts of nutrients. So

wird vorzugsweise L-Histidin oder i.-Histidin-haltiges Material in Mengen von 50 bis 3000 ^g/ml, bezogen auf das Histidin, zugesetzt. Es ist außerdem möglich, dem Medium eine kleine Menge L-Histidinols oder eines organischen Nährstoffs zuzufügen, weiche die L-Histidin-Bildung wirksam unterstützen; jedoch hat ein solcher Zusatz keine oder nur eine gelinge Wirkung auf das Wachstum der Mikroorganismen. Solche organischen Nährstoffe sind im allgemeinen Aminosäuren, Vitamine und auf Nukleinsäure zurückgehende Substanzen, abgesehen von dem obenerwähnten L-Histidin. Es ist auch möglich, natürliche organische Materialien, wie Maiswasser, Peptone, Fleischextrakte, Hefeextrakt, ein Hydrolysat von Sojabohnenmehl oder von mikroben Zellen u. dgl. als Nährstoffe enthaltende Materialien zu verwenden. Diese verschiedenen organischen Nährstofie können einzeln oder zusammen mit anderen eingesetzt werden.is preferably L-histidine or i.-histidine-containing Material in amounts from 50 to 3000 ^ g / ml, based on on the histidine. It is also possible to add a small amount of L-histidinol or add an organic nutrient that effectively supports L-histidine formation; however has such an addition has no or only a partial effect on the growth of microorganisms. Such organic nutrients are generally amino acids, Vitamins and nucleic acid derived substances other than the above L-histidine. It is also possible to use natural organic materials, such as corn water, peptones, meat extracts, Containing yeast extract, a hydrolyzate of soybean meal or microbial cells and the like as nutrients Materials to use. These various organic nutrients can be used individually or together with used by others.

Die Züchtung wird unter aeroben Bedingungen bei einem bevorzugten pH von etwa 5 bis 9 im Laufe der Züchtung (insbesondere 7 bis 9 nach Beimpfung mit Torulopsis ATCC 20200) durchgeführt. Die Temperatur bei der Züchtung liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 23 bis 400C; die Züchtung wird im allgemeinen 3 bis 8 Tage durchgeführt. Erfindungsgemäß kann durch Züchten des L-Hisiidinol-produzierenden Mikroorganismus Cjrynebacteriumglutamicum ATCC 21339 und der Hefe Torulcpsis A^CC 20200, die imstp.iide ist, i.-Histidinol in l-Histidin zu überführen, eine beträchtliche Menge i.-Histi.!in angesammelt werden, wobei beide Mikroorganismen von Beginn der Züchtung an zusammengemischt werden. Es ist jedoch vorzuziehen, die Züchtung zunächst mit Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 zu beginnen und dann nach Zugabe von Torulopsis ATCC 20200 fortzusetzen.The cultivation is carried out under aerobic conditions at a preferred pH of about 5 to 9 in the course of the cultivation (in particular 7 to 9 after inoculation with Torulopsis ATCC 20200). The temperature during cultivation is preferably in the range from about 23 to 40 ° C .; cultivation is generally carried out for 3 to 8 days. According to the invention, by cultivating the L-hisiidinol-producing microorganism Cjrynebacterium glutamicum ATCC 21339 and the yeast Torulcpsis A ^ CC 20200, which is imstp.iide to convert i.-histidinol into l-histidine, a considerable amount of i.-histidine. ! in are accumulated, with both microorganisms being mixed together from the start of cultivation. However, it is preferable to start breeding with Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 first and then continue after adding Torulopsis ATCC 20200.

Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung-The following example explains the invention

Beispielexample

Ein Medium, welches Glukose (4 g/dl), KH,PO4 (0,15 g/dl), K2HPO4 (0,05 g/dl), MgSO4-7 H2O (0,05 g/dl), Pepton (I g/dl). Fleischextrakt (lg/dl), Hefeextrakt (0,5 g/dl) und NaCl (0,3 g/dl) enthielt, wurde mit Ammoniakwasser auf ein pH von 7,2 eingestellt und dann mii Corynebacterium glutamicum ATCC Nr. 21339 beimpft. Diese Züchtung wurde unter Schütteln 24 Stunden fortgesetzt. Ein gleiches Medium wuide getrennt mit Torulopsis ATCC Nr. 20200 beimpft und unter Schütteln 24 Stunden gezüchtet. Beide Medien wurden als Saatkulturen verwendet. A medium containing glucose (4 g / dl), KH, PO 4 (0.15 g / dl), K 2 HPO 4 (0.05 g / dl), MgSO 4 -7 H 2 O (0.05 g / dl), peptone (I g / dl). Meat extract (1g / dl), yeast extract (0.5 g / dl) and NaCl (0.3 g / dl) was adjusted to pH 7.2 with ammonia water and then inoculated with Corynebacterium glutamicum ATCC No. 21339. This cultivation was continued with shaking for 24 hours. The same medium was separately inoculated with Torulopsis ATCC No. 20200 and cultured with shaking for 24 hours. Both media were used as seed cultures.

Es wurde dann ein Fermentationsmedium bereitet durch Zufügen von L-Histidin, Fleischextrakt, Maiswassei, einem Hydrolysat aus Sojabohnen oder aus mikroben Zellen der Glutaminsäure-Fermentation zu einem Medium, das aus Melasse (12 g/dl) — alsA fermentation medium was then prepared by adding L-histidine, meat extract, corn water egg, a hydrolyzate from soybeans or from microbial cells from glutamic acid fermentation a medium made from molasses (12 g / dl) - as

ίο Glukose —, (NH4)2SO4(2 g/dl), KH2PO4 (0,15 g/dl), K2HPO4 (0,05 g/dl) MgSO4 · 7H2O (0.05 g/dl) in dem U :ten gezeigten Umfang bei einem mit Ammoniakwasser eingestellten pH von 7,2 bestand. Man gab 10 ml des Fermentationsmediums in einen 250-ml-Erlenmeyerkolben und sterilisierte Das darin befindliche Medium wurde mit 0,5 ml der Saatkuhur von Corynebacterium glutamicum ATCC Nr. 21339 beimpft und 4 Tage lang unter Schütteln bei 28"JC gezüchtet. Danach wurde mit I ml der Saatkultur von Torulopsis ATCC Nr. 20200 zusammen mit zugesetzter Glukose (2 g/dl) und Harnstoff (0,3 g/dl) geimpft. Die Züchtung wurde unter Schütteln zusätzlich für 3 Tage fortgesetzt; nachfolgende Tabelle 2 gibt die Ergebnisse an.ίο Glucose -, (NH 4 ) 2 SO 4 (2 g / dl), KH 2 PO 4 (0.15 g / dl), K 2 HPO 4 (0.05 g / dl) MgSO 4 7H 2 O ( 0.05 g / dl) in the U: th extent shown at a pH of 7.2 adjusted with ammonia water. Was added 10 ml of the fermentation medium in a 250 ml Erlenmeyer flask and sterilized, the medium contained therein was mixed with 0.5 ml of Saatkuhur of Corynebacterium glutamicum ATCC no. 21339, and incubated for 4 days cultured with shaking at 28 "J C. Thereafter, inoculated with 1 ml of the seed culture of Torulopsis ATCC No. 20200 together with added glucose (2 g / dl) and urea (0.3 g / dl) The cultivation was continued with shaking for an additional 3 days; Table 2 below gives the results on.

Tabelle 2Table 2

Zugesetztes Material und MengeAdded material and amount AA. BB. L-Histidin · HCl 350 [Lg/ml L-histidine · HCl 350 [Lg / ml 6,46.4 8.48.4 Fleischextrakt 0,2 g/dl Meat extract 0.2 g / dl 9,49.4 0,80.8 Fleischextrakt 0,2 g/dlMeat extract 0.2 g / dl + L-Histidin · HCl 100 μg/ml + L-histidine · HCl 100 µg / ml 11,311.3 2.32.3 Maiswasser 0,5 g/dl Corn water 0.5 g / dl 4,84.8 0.20.2 Maiswdsser 0,5 g/dlCornwaters 0.5 g / dl + L-Histidin · HCl 150 μg/ml + L-histidine · HCl 150 µg / ml 12,412.4 2.42.4 Sojabohnenhydrolysat 0,5 g/dl Soybean hydrolyzate 0.5 g / dl 5,25.2 2,12.1 Sojabohnenhydrolysat 0,5 g/dlSoybean hydrolyzate 0.5 g / dl + L-Histidin · HCl 200 μg/ml + L-histidine · HCl 200 µg / ml 6,56.5 6.96.9 Hydrolysat von GlutaminsäureGlutamic acid hydrolyzate produzierenden Zellen 0,5 g/dl producing cells 0.5 g / dl 5,45.4 1,61.6 Hydrolysat von GlutaminsäureGlutamic acid hydrolyzate produzierenden Zellen 0,5 g/dlproducing cells 0.5 g / dl + L-Histidin · HCl 200 [ig/ml + L-histidine · HCl 200 [ig / ml 5,05.0 9,89.8

A — L-Histidin-Ansammlung in mg/ml (berechnet als i.-Histi-A - L-histidine accumulation in mg / ml (calculated as i.-histidine

din · HCl).
B r= L-Histidin-Ansammlung in mg/ml (berechnet als L-Hislidinol · HCl).
din · HCl).
B r = L-histidine accumulation in mg / ml (calculated as L-hislidinol · HCl).

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur biotechnischen Herstellung von L-Histidin durch Züchten von Mikroorganismen in Kohlenstoff- und Stickstoffquellen und Mineralsalze enthaltenden Nährmedien, dadurch gekennzeichnet, daß man Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 zusammen mit Torulopsis ATCC 20200 züchtet.1. Process for the biotechnological production of L-histidine by growing microorganisms in Nutrient media containing carbon and nitrogen sources and mineral salts, characterized in that that Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 together with Torulopsis ATCC 20200 breeds. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Züchtung zunächst mit Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 begonnen und dann nach Zugabe von Torulopsis ATCC 20200 fortgesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the breeding started first with Corynebacterium glutamicum ATCC 21339 and then after the addition of Torulopsis ATCC 20200 will be continued.

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