DE60038345T2 - Verfahren zur fermentativen Herstellung von L-Histidin durch DNA-gyraseinhibitor-resistente Bakterienstämme - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur industriell hoch effizienten fermentativen Herstellung von L-Histidin.
- Als direktes Fermentierungsverfahren zur Herstellung und Anreicherung von L-Aminosäuren direkt aus Saccharid sind Verfahren bekannt, bei denen Mutantenstämme, die von Wildtypstämmen von Mikroorganismen stammen, die zur Gattung Corynebacterium, Brevibacterium, Escherichia, Serratia oder Arthobacter gehören, verwendet werden. So sind zum Beispiel die folgenden als L-Aminosäure herstellende Mutanten bekannt: auxotrophe Mutanten, die Aminosäuren etc. benötigen, (Veröffentlichte, geprüfte
Japanische Patentanmeldung Nr. 10037/1981 Japanische Patentanmeldungen Nr. 134993/1981 44193/1987 Japanische Patentanmeldungen Nr. 31093/1975 134993/1981 Japanische Patentanmeldung Nr. 273487/1988 Japanische Patentanmeldung Nr. 48195/1977 Japanische Patentanmeldung Nr. 330275/1992 - Es ist außerdem bekannt, dass die Herstellung einer Aminosäure durch die Verwendung von Transformanten verbessert werden kann, die durch die Transformation mit rekombinanten DNAs erhalten werden, die Gene tragen, die an der Biosynthese von Aminosäuren beteiligt sind (Veröffentlichte nicht geprüfte
Japanische Patentanmeldungen Nr. 893/1983 12995/1985 210994/1985 30693/1985 195695/1986 271981/1986 458/1990 42988/1990 Japanische Patentanmeldungen Nr. 42676/1989 11960/1993 26467/1993 - Zur Herstellung von L-Tryptophan wurde berichtet, dass die Produktivität der Aminosäure durch Verleihen einer Resistenz gegen Aminochinolinderivate oder gegen Phenothiazinderivate verbessert wird (Veröffentlichte nicht geprüfte
Japanische Patentanmeldung 112795/1992 - Es wurde berichtet, dass die Expression eines Operons, das an der Histidinsynthese beteiligt ist, in einem DNA-Gyrase-defizienten Stamm [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84, 517 (1987)] erhöht ist, es wurde auch berichtet, dass die Spiegel einiger Aminosäure-t-RNA-Arten, einschließlich His-tRNA, in einem DNA-Gyrase-Mutantenstamm verringert sind [J. Mol. Biol., 66, 131 (1972)], jedoch wurde noch nicht über den Zusammenhang zwischen der Resistenz gegen DNA-Gyraseinhibitoren und der Produktivität von Aminosäuren berichtet.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines industriell wirksamen Verfahrens zur Herstellung von L-Histidin, das als Medikament, chemisches Mittel, Nahrungsmittelmaterial und Nahrungszusatz verwendbar ist.
- Die vorliegende Erfindung betrifft die folgenden Aspekte (1) bis (14).
- (1) Verfahren zum Herstellen von L-Histidin, das umfasst: (a) das Züchten in einem Medium eines Mikroorganismus mit der Fähigkeit, L-Histidin zu produzieren, und mit Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor, wobei der Mikroorganismus der Gattung Escherichia angehört; (b) das Herstellen und Anreichern von L-Histidin in der Kultur; und (c) das Gewinnen von L-Histidin aus der Kultur.
- (2) Verfahren zum Herstellen von L-Histidin gemäß Punkt (1), wobei der DNA-Gyraseinhibitor ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nalidixinsäure, Oxolinsäure, Coumermycin, Novobiocin und den Alkalimetallsalzen dieser Stoffe.
- (3) Verfahren zum Herstellen von L-Histidin gemäß Punkt (1) oder (2), wobei der Mikroorganismus eine Resistenz gegen ein Aminochinolinderivat aufweist.
- (4) Verfahren zum Herstellen von L-Histidin gemäß Punkt (3), wobei das Aminochinolinderivat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Chloroquin, Amodiaquin, Pentaquin, Primaquin und den Alkalimetallsalzen dieser Stoffe.
- (5) Verfahren zum Herstellen einer L-Aminosäure gemäß einem der Punkte (1) bis (4), wobei der Mikroorganismus ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Escherichia coli H-9342 (FERM BP-6675) und Escherichia coli H-9343 (FERM BP-6676).
- (6) Mikroorganismus, der der Gattung Escherichia angehört, mit der Fähigkeit, L-Histidin zu produzieren, und mit einer Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor.
- (7) Mikroorganismus gemäß Punkt (6), wobei der DNA-Gyraseinhibitor ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nalidixinsäure, Oxolinsäure, Coumermycin, Novobiocin und den Alkalimetallsalzen dieser Stoffe.
- (8) Mikroorganismus gemäß Punkt 6 oder 7, wobei der Mikroorganismus eine Resistenz gegen ein Aminochinolinderivat aufweist.
- (9) Mikroorganismus gemäß Punkt (8), wobei das Aminochinolinderivat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Chloroquin, Amodiaquin, Pentaquin, Primaquin und den Alkalimetallsalzen dieser Stoffe.
- (10) Mikroorganismus ausgewählt aus Escherichia coli H-9342 (FERM BP-6675) oder Escherichia coli H-9343 (FERM BP-6676).
- Jeder Mikroorganismus, der zur Gattung Escherichia gehört, kann als Mikroorganismus der vorliegenden Erfindung verwendet werden, so lang er die Fähigkeit besitzt, L-Histidin zu produzieren, und eine Resistenz gegen den DNA-Gyraseinhibitor besitzt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Mikroorganismus außerdem eine Resistenz gegen ein Aminochinolinderivat besitzt. Beispiele des Mikroorganismus schließen Mikroorganismen ein, die zur Gattung Escherichia coli gehören.
- Als DNA-Gyraseinhibitor zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung kann jegliche Substanz verwendet werden, so lang sie DNA-Gyrase, eine der Typ II-Topoisomerasen, die in den Bakterien vorhanden sind, hemmt. Zum Beispiel können Nalidixinsäure, Oxolinsäure, Coumermycin und Novobiocin als DNA-Gyraseinhibitor verwendet werden. Weiterhin können Alkalimetallsalze dieser Substanzen als DNA-Gyraseinhibitor verwendet werden. Hier kann jegliches Alkalimetall wie Natrium und Kalium als Alkalimetall verwendet werden.
- Als Aminochinolinderivate zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung können jegliche Substanzen verwendet werden, so lang sie das Aminochinolinskelett besitzen. Zum Beispiel können 4-Aminochinolinderivate wie Chloroquin und Amodiaquin und 8-Aminochinolinderivate wie Pentaquin und Primaquin als Aminochinolinderivate verwendet werden. Weiterhin können die Alkalimetallsalze dieser Substanzen als Aminochinolinderivate verwendet werden. Alle diese Substanzen sind als Antimalariawirkstoffe bekannt. Hier kann jegliches Alkalimetall wie Natrium und Kalium als Alkalimetalle verwendet werden.
- Der Mikroorganismus der vorliegenden Erfindung kann dadurch erhalten werden, dass ein Mikroorganismus mit der Fähigkeit, L-Histidin zu produzieren, einer herkömmlichen Mutationsbehandlung, einschließlich ultravioletter Bestrahlung und der Behandlung mit einem Mutagen wie N-Methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidin (NTG), unterzogen wird, dass die resultierenden Mutantenstämme unter allgemeinen Bedingungen auf einem Agarplattenmedium gezüchtet werden, das einen DNA-Gyraseinhibitor in einer Konzentration enthält, bei der der Elternstamm nicht oder nur schlecht wachsen kann, und dass Kolonien, die schneller als die des Elternstammes wachsen, oder Kolonien, die größer als der Elternstamm sind, unter den resultierenden Kolonien ausgewählt werden.
- Weiterhin kann der Mikroorganismus, der sowohl Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor als auch Resistenz gegen ein Aminochinolinderivat besitzt, dadurch erhalten werden kann, dass der gegen einen DNA-Gyraseinhibitor resistente Stamm einer Mutationsbehandlung unterzogen wird, die resultierenden Mutantenstämme auf einem Agarplattenmedium gezüchtet werden, das ein Aminochinolinderivat in einer Konzentration enthält, bei der der Elternstamm nicht oder nur schlecht wachsen kann, und Kolonien, die größer als der Elternstamm sind, unter den resultierenden Kolonien ausgewählt werden.
- Als Mikroorganismus, der L-Histidin produzieren kann, kann ein Mikroorganismus verwendet werden, der L-Histidin inhärent produzieren kann; alternativ kann auch ein Mikroorganismus verwendet werden, der dadurch neu erhalten wird, dass ein Wildtyp eines Mikroorganismus bekannten Verfahren zur Herstellung von L-Histidin unterzogen wird.
- Die bekannten Verfahren schließen Zellfusionsverfahren, Transduktionsverfahren und andere rekombinante Gentechniken [für alle vgl. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Zweite Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) (nachstehend abgekürzt als Molecular Cloning, 2. Auflage)] zusätzlich zu der vorstehenden Mutationsbehandlung ein.
- Der Mikroorganismus der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls dadurch erhalten werden, dass ein Mikroorganismus, der eine Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor besitzt, oder ein Mikroorganismus, der eine Resistenz sowohl gegen einen DNA-Gyraseinhibitor als auch ein Aminochinolinderivat besitzt, mittels herkömmlicher Mutationsbehandlung hergestellt wird, und anschließend die hergestellte Mikroorganismusmutante dem vorstehend beschriebenen Verfahren unterzogen wird, um dem Mikroorganismus die Fähigkeit zu verleihen, eine L-Aminosäure herzustellen.
- Spezifische Beispiele der Mikroorganismen der vorliegenden Erfindung schließen Escherichia coli H-9342 (FERM BP-6675) und Escherichia coli H-9343 (FERM BP-6676) ein.
- Die Herstellung von L-Histidin unter Verwendung des Mikroorganismus der vorliegenden Erfindung kann durch ein herkömmliches Verfahren zur Züchtung von Bakterien erfolgen.
- Als Medium für die Herstellung von L-Histidin kann jedes Medium verwendet werden, so lang es geeigneterweise eine Kohlenstoffquelle, eine Stickstoffquelle, eine anorganische Substanz und Spuren von Nährstoffen enthält, die der Stamm benötigt.
- Als Kohlenstoffquelle können Kohlenhydrate wie Glucose, Fructose, Lactose, Melasse, Cellulosehydrolysate, rohe Saccharidhydrolysate und Stärkehydrolysate; organische Säuren wie Brenztraubensäure, Essigsäure, Fumarsäure, Äpfelsäure und Milchsäure; und Alkohole wie Glycerin und Ethanol verwendet werden.
- Als Stickstoffquelle können Ammoniak; verschiedene anorganische Salze wie Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Ammoniumacetat und Ammoniumphosphat; Ammoniumsalze organischer Säuren; Amine; Pepton, Fleischextrakt, Maisquellwasser, Caseinhydrolysate, Sojabohnenkuchen-Hydrolysate, verschiedene fermentierte Zeilen und verdaute Stoffe davon verwendet werden.
- Als anorganische Substanzen können Kaliumdihydrogenphosphat, Dikaliumhydrogenphosphat, Magnesiumphosphat, Magnesiumsulfat, Magnesiumchlorid, Natriumchlorid, Eisensulfat, Mangansulfat, Kupfersulfat, Calciumchlorid und Calciumcarbonat verwendet werden.
- Der Mikroorganismus wird unter aeroben Bedingungen wie Schüttelkultur und belüftete Rührkultur bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 40°C, bevorzugt im Bereich von 28 bis 37°C gezüchtet. Der pH-Wert des Mediums liegt im Bereich von 5 bis 9, bevorzugt im neutralen Bereich. Der pH-Wert des Mediums wird unter Verwendung von Calciumcarbonat, anorganischer und organischer Säuren, Alkalilösungen, Ammoniak und pH-Puffer eingestellt. Im Allgemeinen wird die L-Aminosäure durch Züchten für 1 bis 7 Tage in dem Medium hergestellt und angereichert.
- Nach Beendigung der Züchtung werden Präzipitate wie Zellen aus der Kultur entfernt, und L-Histidin kann von der Kultur mittels eines Ionenaustauschbehandlungsverfahrens, einer Konzentration etc. in Kombination gewonnen werden. Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter dargestellt.
- Beispiel 1:
- Herstellung eines Mutantenstammes, der L-Histidin produziert und der eine Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor besitzt, oder eines Mutantenstammes, der L-Histidin herstellt und sowohl eine Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor als auch eine Resistenz gegen ein Aminochinolinderivat besitzt
- Der L-Histidin produzierende Mutantenstamm H-9340, der eine Resistenz gegen 1,2,4-Triazolalanin besitzt und der von Escherichia coli ATCC 21318, das Methionin benötigt, stammt, wurde einer Mutationsbehandlung mit N-Methyl-N'- nitro-N-nitrosoguanidin (NTG) (0,2 mg/ml, 30°C, 30 Minuten) gemäß einem herkömmlichen Verfahren unterzogen und auf 1 g/Liter Agarplattenmedium, das Noboviocin-Mononatrium-Salz [0,2% Glucose, 0,3% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,6% Dinatriumhydrogenphosphat, 0,01% Magnesiumsulfat, 0,05% Natriumchlorid, 0,1% Ammoniumchlorid, 50 mg/Liter Nährstoffbedarf (DL-Methionin) und 1,5% Agar, pH 7,2] enthält, verteilt.
- Der Mutantenstamm wurde auf dem Agarplattenmedium bei 30°C für 2 bis 6 Tage gezüchtet, und wachsende, große Kolonien wurden aufgenommen und getrennt, um den Stamm H-9342 zu erhalten.
- Weiterhin wurde die erhaltene Kolonie einer Mutationsbehandlung mit NTG (0,2 mg/ml, 30°C, 30 Minuten), gefolgt von einem Verteilen auf einem Agarplattenkulturmedium, das 150 mg/Liter Primaquin-Dinatriumsalz enthielt, unterzogen. Das Züchten erfolgte darauf bei 30°C für 2 bis 6 Tage, und wachsende, große Kolonien wurden aufgenommen und getrennt, um den Stamm H-9343 zu erhalten. Die Stämme H-9340, H-9343 wurden am 9. März 1999 beim National Institute of Bioscience and Human Technology, Agency of Industrial Science and Technology (1–3, Higashi 1-chome, Tsukuba-shi, Ibaraki-ken, Japan) unter dem Budapester Vertrag mit den Hinterlegungsnummern FERM BP-6673, FERM-BP-6675 bzw. FERM BP-6676 hinterlegt.
- Beispiel 2:
- Vergleichstest über das Wachstum auf Agarplattenmedium, das Primaquin oder Novobiocin enthält
- Das Wachstum der Mutantenstämme H-9342 und H-9343, die in Beispiel 1 erhalten wurden, wurde mit dem Wachstum des Elternstammes H-9340 auf einem Agarplattenmedium verglichen, das Primaquin oder Novobiocin enthielt.
- Jeder der Mutantenstämme, die in einem natürlichen Medium über 24 Stunden gezüchtet und in physiologischer Kochsalzlösung suspendiert wurden, wurde mit einer Zelldichte von 1 bis 10 Zellen/cm2 auf dem Agarplattenmedium, das Primaquin-Dinatriumsalz oder Novobiocin-Mononatriumsalz in der gleichen Konzentration wie beim Erhalt jedes Mutantenstammes enthält, verteilt und bei 33°C über 4 Tage gezüchtet.
- Das Wachstum und Nicht-Wachsen jedes Stammes auf den vorstehenden Medien sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Der Elternstamm H-9340 wuchs auf keinem Agarplattenkulturmedium, das einen der chemischen Mittel enthielt. Zusätzlich wuchs H-9342 nicht auf dem Kulturmedium, das Primaquin enthielt. Tabelle 1
Bakterienstamm Zusatzstoffe für das Agarkulturmedium Keine Zugabe Primaquin-Dinatriumsalz Novobiocin-Mononatriumsalz H-9340 + – – H-9342 + – + H-9343 + + + - Beispiel 3:
- Herstellung von L-Histidin
- Die Herstellung von L-Histidin unter Verwendung der Mutantenstämme H-9342 und H-9343, die in Beispiel 1 erhalten wurden, und des Elternstammes H-9340 wurde wie folgt durchgeführt.
- Jeder der Stämme H-9340, H-9342 und H-9343 wurde in 6 ml eines Aussaatmediums (2% Glucose, 0,5% Melasse, 1% Maisquellwasser, 1,2% Ammoniumsulfat, 0,3% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,015% Magnesiumsulfat, 600 mg/Liter DL-Methionin, 100 mg/Liter Adenin, 3% Calciumcarbonat, pH 6,2) in einem großen Teströhrchen inokuliert und unter Schütteln bei 30°C über 12 Stunden gezüchtet.
- Jeder resultierenden Aussaatkulturen (0,1 ml) wurde in 5 ml eines Produktionsmediums (6% Glucose, 1% Maisquellwasser, 2,4% Ammoniumsulfat, 0,4% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,015% Magnesiumsulfat, 10 mg/Liter Thiaminchloridsalz, 10 mg/Liter Calciumpantothenat, 3% Calciumcarbonat, pH 6,5) in einem großen Teströhrchen inokuliert und anschließend unter Schütteln bei 30°C über 48 Stunden gezüchtet.
- Nach dem Züchten wurde die Menge an L-Histidin, die sich in der Kultur angereichert hatte, mittels Hochleistungsflüssigchromatographie gemessen.
- Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
- Verglichen mit der Produktivität an L-Histidin des Elterstammes H-9340, war die Produktivität an L-Histidin des Mutantenstammes H-9342 verbessert; und verglichen mit der L-Histidin-Produktivität des Mutantenstammes H-9342 war die L-Histidin-Produktivität des Mutantenstammes H-9343 verbessert. Tabelle 2
Bakterienstämme L-Histidin (g/l) H-9340 13,0 H-9342 15,7 H-9343 16,5 - Weiterhin wurden 100 ml der Aussaatkultur von H-9343 in 600 ml eines Fermentationskulturmediums (6% Glucose, 1% Maisquellwasser, 0,5% Ammoniumsulfat, 0,4% Kaliumdihydrogenphosphat, 0,05% Magnesiumsulfat, 100 mg/Liter Calciumchlorid, pH 6,5) in einem kleinen 2-Liter-Fermentiergerät inokuliert, und anschließend erfolgte das Züchten bei 30°C bei einer Geschwindigkeit von 800 UpM bei einem Belüftungsvolumen von 1 Liter/Minute. Das Einstellen des pH-Wertes und die Versorgung mit einer Stickstoffquelle während der Züchtung erfolgte unter Verwendung von wässrigem Ammoniak, um den pH-Wert bei 6,5 ± 0,2 zu halten. Bei einer geeigneten Versorgung mit Glucose, Ammoniumsulfat und Kaliumdihydrogenphosphat wurde das Züchten über 70 Stunden durchgeführt.
- Als Ergebnis betrug die Menge an L-Histidin, die sich in der Kultur angereichert hatte, 46,5 g/Liter. Auf der anderen Seite betrug die Menge an L-Histidin, die sich während der Züchtung von H-9340 in der gleichen Art und Weise angereichert hatte, 27,7 g/Liter.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Mikroorganismus, der zur Gattung Escherichia gehört und die Fähigkeit hat, L-Histidin herzustellen und der eine Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor besitzt, oder ein Mikroorganismus, der zur Gattung Escherichia gehört und die Fähigkeit hat, L-Histidin herzustellen und sowohl eine Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor als auch eine Resistenz gegen ein Aminochinolinderivat besitzt, erhalten und in einem Medium gezüchtet werden, wobei die L-Histidinproduktivität verbessert werden kann, so dass das L-Histidin industriell effizient mit geringem Kostenaufwand produziert werden kann.
Claims (10)
- Verfahren zum Herstellen von L-Histidin, das umfasst: (a) das Züchten in einem Medium eines Mikroorganismus mit der Fähigkeit, L-Histidin zu produzieren und mit Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor, wobei der Mikroorganismus der Gattung Escherichia angehört; (b) das Herstellen und Anreichern von L-Histidin in der Kultur; und (c) das Gewinnen von L-Histidin aus der Kultur.
- Verfahren zum Herstellen von L-Histidin gemäß Anspruch 1, wobei der DNA-Gyraseinhibitor ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nalidixinsäure, Oxolinsäure, Coumermycin, Novobiocin und den Alkalimetallsalzen dieser Stoffe.
- Verfahren zum Herstellen von L-Histidin gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Mikroorganismus eine Resistenz gegen ein Aminochinolinderivat aufweist.
- Verfahren zum Herstellen von L-Histidin gemäß Anspruch 3, wobei das Aminochinolinderivat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Chloroquin, Amodiaquin, Pentaquin, Primaquin und den Alkalimetallsalzen dieser Stoffe.
- Verfahren zum Herstellen von L-Histidin gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Mikroorganismus ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Escherichia coli H-9342 (FERM BP-6675) und Escherichia coli H-9343 (FERM BP-6676).
- Mikroorganismus, der der Gattung Escherichia angehört, mit der Fähigkeit, L-Histidin zu produzieren und mit einer Resistenz gegen einen DNA-Gyraseinhibitor.
- Mikroorganismus gemäß Anspruch 6, wobei der DNA-Gyraseinhibitor ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Nandixinsäure, Oxolinsäure, Coumermycin, Novobiocin und den Alkalimetallsalzen dieser Stoffe.
- Mikroorganismus gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Mikroorganismus eine Resistenz gegen ein Aminochinolinderivat aufweist.
- Mikroorganismus gemäß Anspruch 8, wobei das Aminochinolinderivat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Chloroquin, Amodiaquin, Pentaquin, Primaquin und den Alkalimetallsalzen dieser Stoffe.
- Mikroorganismus ausgewählt aus Escherichia coli H-9342 (FERM BP-6675) oder Escherichia coli H-9343 (FERM BP-6676).
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