FR2628751A1 - Continuous prodn. of L-alpha-amino acid from alpha-keto-acid - by reaction with ammonium ion and reducing agent in presence of Bacillus cells contg. specific enzymes and NAD coenzyme - Google Patents

Continuous prodn. of L-alpha-amino acid from alpha-keto-acid - by reaction with ammonium ion and reducing agent in presence of Bacillus cells contg. specific enzymes and NAD coenzyme Download PDF

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Abstract

Continuous prodn. of L-alpha-amino acids (I) comprises (1) culturing a Bacillus strain so that the cells contain amino acid dehydrogenase and an enzyme able to catalyse regeneration of NAD; (2) keeping these cells in a reaction zone, then (3) supplying this zone with at least one alpha-keto acid (II), or salt, an NH4 ion source and reducing agent, and reaction with the cells in presence of NAD-type coenzyme (oxidised or reduced). The new feature is that (I)-contg. effluent is withdrawn and the (II) supply rate, (II) concn. and rate of withdrawal are controlled so that, in the reactin zone, the (I) concn. is 1-200 mM and the (II) concn. at least 150 mM. More specifically the cells are esp. of B. megaterium ATCC 39118 and the (II) feed rate is 0.01-25 (esp. 0.1-10) mmole/hr/l of reaction vol. USE/ADVANTAGE - Compared with known procedures, this method provides higher (I) yields for a given wt. of cells; does not require use of polymer-fixed coenzyme and uses only one type of cell culture. Long-term continuous operation is possible since coenzyme is not lost from the cells and is repeatedly reused. (I) are useful in the chemical and pharmaceutical industries.

Description

La présente invention concerne un procédé de production en continu de L;aminoacides par réduction enzymatique d'Ccétoacides correspondants en présence d'une source d'ions ammonium, d'un coenzyme du type -nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) et d'un réducteur.The present invention relates to a process for the continuous production of L amino acids by enzymatic reduction of corresponding ketoacids in the presence of a source of ammonium ions, a coenzyme of the nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) type and a reducing agent. .

Il a été décrit dans la demande -de brevet EP-206904 un mode de réalisation en "batch" ou "fed batch" de cette réaction utilisant, comme source unique d'enzyme, des cellules d'une souche de Bacillus, ces cellules possédant à la fois une activité aminoacide déshydrogénase et une activité glucose déshydrogénase considérées comme indispensables.It has been described in the patent application EP-206904 a "batch" or "fed batch" embodiment of this reaction using, as sole source of enzyme, cells of a strain of Bacillus, these cells possessing both an amino acid dehydrogenase activity and a glucose dehydrogenase activity considered essential.

Par opération en "batch", on entend une opération totalement discontinue : les réactifs sont introduits en totalité au départ. Dans une opération en "fed batch", au moins l'un des réactifs est introduit en totalité au départ, l'autre (ou les autres) réactifs étant introduits progressivement, au fur et à mesure du déroulement de la réaction, sans soutirage. Dans les deux cas, le milieu demeure confiné dans le réacteur. By operation in "batch" means a completely discontinuous operation: the reactants are introduced entirely at the start. In a "fed batch" operation, at least one of the reactants is introduced entirely at the start, the other (or the other) reagents being introduced progressively, as the course of the reaction unfolds, without racking. In both cases, the medium remains confined in the reactor.

Après chaque opération selon EP-206904, on pouvait penser réutiliser les -cellules comme source des deux enzymes dans une opération subséquente mais on devait prévoir de rajouter dans cette opération en fed batch, du coenzyme qui est une matière coûteuse.After each operation according to EP-206904, it could be thought that the cells could be reused as the source of the two enzymes in a subsequent operation, but it would be necessary to add coenzyme, which is an expensive material, in this fed batch operation.

Par ailleurs, du fait de la solubilité du NAD dans le milieu, on ne pouvait pas envisager une opération en continu sauf à remettre continuellement du NAD, ce qui s'avérait à priori peu économique. Furthermore, because of the solubility of NAD in the medium, it was not possible to envisage a continuous operation except to continually give NAD, which proved a priori uneconomical.

En outre, il a été décrit dans le brevet US 4304858 un procédé enzymatique continu de synthèse de L- a -aminoacide à partir d'o'-cétoacide dans un réacteur à membrane avec le coenzyme nicotinamide adénine dinucléotide sous forme de dérivé à haut poids moléculaire soluble en milieu aqueux et avec deux enzymes purifiées, une L-aminoacide déshydrogénase pour la réduction de l'o'-cétoacide et une formiate déshydrogénase pour la régénération du coenzyme.In addition, a continuous enzymatic process for the synthesis of L-α-amino acid from α'-keto acid in a membrane reactor with coenzyme nicotinamide adenine dinucleotide in the form of a high-weight derivative has been described in US Pat. soluble molecule in an aqueous medium and with two purified enzymes, an L-amino acid dehydrogenase for the reduction of o'-keto acid and a formate dehydrogenase for the regeneration of coenzyme.

Ce procédé présente plusieurs inconvénients - on utilise deux enzymes intracellulaires provenant de deux
microorganismes différents Candida boidinii ou Pseudomonas
oxalaticus pour la formiate déshydrogénase et Bacillus subtilis pour
la L-aminoacide déshydrogénase, ce qui implique deux cultures
différentes et le cassage des cellules pour obtenir les extraits
contenant les enzymes intracellulaires et deux étapes de
purification de ces enzymes.
This method has several disadvantages - two intracellular enzymes from two
different microorganisms Candida boidinii or Pseudomonas
oxalaticus for formate dehydrogenase and Bacillus subtilis for
L-amino acid dehydrogenase, which involves two cultures
different and breaking the cells to get the extracts
containing the intracellular enzymes and two stages of
purification of these enzymes.

- Il est d'autre part nécessaire de procéder au greffage du coenzyme
sur le polymère (polyoxyéthylène), étape dont le rendement avoisine
environ 50 %, ce NAD greffé ayant par la suite une réactivité moins
bonne que le NAD natif.
- On the other hand, it is necessary to proceed with the grafting of coenzyme
on the polymer (polyoxyethylene), a step whose performance is close to
about 50%, this grafted NAD having subsequently a less reactivity
good as the native NAD.

Le procédé de la présente invention qui remédie aux inconvénients précités, permet d'obtenir un rendement accru en L- -aminoacides pour une même quantité de cellules- de Bacillus, par un procédé en continu tout en catalysant simultanément la régénération de nicotinamide adénine dinucléotide sous forme réduite nécessaire à la réaction.The method of the present invention, which overcomes the aforementioned drawbacks, allows to obtain an increased yield of L-amino acids for the same amount of Bacillus cells, by a continuous process while simultaneously catalyzing the regeneration of nicotinamide adenine dinucleotide under reduced form necessary for the reaction.

Un autre objet est l'utilisation de cellules de Bacillus dans un procédé en continu après que ces cellules aient été prétraitées ex situ en présence de coenzyme.Another object is the use of Bacillus cells in a continuous process after these cells have been pretreated ex situ in the presence of coenzyme.

De manière plus précise, l'invention concerne un procédé de production en continu de L-Waminoacides dans lequel on met en culture une souche de Bacillus dans des conditions telles que l'on produit des cellules contenant une composition enzymatique comprenant de l'aminoacide déshydrogénas e et une enzyme susceptible de catalyser la régénération du nicotinamide adénine dinucléotide, on maintient confinées lesdites cellules dans une zone de réaction, et on soumet dans ladite zone de réaction un milieu d'alimentation comprenant au moins un -cétoacide ou au moins un de ses sels, une source d'ions ammonium et un réducteur à l'action desdites cellules en présence d'un coenzyme de type nicotinamide adénine dinucléotide sous forme réduite ou oxydée.Ce procédé est caractérisé en ce qu'on procède à un soutirage d'un effluent contenant ledit L-S-aminoacide produit, on règle le débit d'admission de l'O(-cétoacide dudit milieu d'alimentation dans la zone de réaction, la concentration en -cétoacide dans le milieu d'alimentation et le débit de soutirage dudit effluent de manière à maintenir une concentration en L- aminoacide comprise entre 1 et 200 mmoles. par litre dans la zone de réaction et de manière à maintenir une concentration en e[-cétoacide dans la zone de réaction au plus égale à 150 mmoles par litre.More specifically, the invention relates to a process for the continuous production of L-Wamino acids in which a strain of Bacillus is cultured under conditions such that cells containing an enzymatic composition comprising dehydrogenase amino acid are produced. and an enzyme capable of catalyzing the regeneration of nicotinamide adenine dinucleotide, said cells are confined in a reaction zone, and a feed medium comprising at least one ketoacid or at least one of its members is subjected to said reaction zone; salts, a source of ammonium ions and a reducing agent to the action of said cells in the presence of a nicotinamide adenine dinucleotide-type coenzyme in reduced or oxidized form.This process is characterized in that a tapping of a effluent containing said LS-amino acid product, the flow rate of the O-keto acid of said feed medium is adjusted in the reaction zone, the concentration of keto acid in the feed medium and the withdrawal rate of said effluent so as to maintain an L-amino acid concentration of between 1 and 200 mmol. per liter in the reaction zone and so as to maintain a concentration of ε-keto acid in the reaction zone at most equal to 150 mmol per liter.

On obtient une meilleure productivité en L-o < aminoacides, lorsqu'on maintient la concentration en L-baminoacides dans la zone de réaction (milieu réactionnel) à une valeur comprise entre 50 et 200 mmoles par litre. A higher productivity of L-o <amino acids is obtained when the concentration of L-amino acids in the reaction zone (reaction medium) is maintained at a value of between 50 and 200 mmol per liter.

On a constaté que lorsque la concentration en L-gaminoacides dépasse 200 mmoles/l dans la zone de réaction et lorsque la concentration en a(-cétoacide dans la zone de réaction dépasse 150 mmoles/l, il se produit une chute de la productivité en L-daminoacides, probablement due à une inhibition partielle voire totale des activités enzymatiques par la présence excessive de substrat ou de produit dans le milieu réactionnel.It has been found that when the concentration of L-gamino acids exceeds 200 mmol / l in the reaction zone and when the concentration of α-keto acid in the reaction zone exceeds 150 mmol / l, there is a drop in the productivity in L-daminoacids, probably due to a partial or complete inhibition of enzymatic activities by the excessive presence of substrate or product in the reaction medium.

Un des avantages du procédé selon l'invention concerne sa durée de vie, qui peut être concrétisee par la notion de nombre de recyclages du coenzyme, qui est le rapport du nombre de moles de L-Kaminoacides forme par mole de NAD introduit.One of the advantages of the process according to the invention relates to its lifetime, which can be concretized by the notion of number of coenzyme recycling, which is the ratio of the number of moles of L-Kamino acid form per mole of NAD introduced.

Le fonctionnement du procédé en continu permet d'augmenter sensiblement la productivité du procédé tout en utilisant une quantité de NAD moindre qu'en "fed batch" ou en "batch".The operation of the continuous process makes it possible to substantially increase the productivity of the process while using a quantity of NAD less than in "fed batch" or "batch".

On peut introduire 1.' -cétoacide et soutirer le L- X aminoacide de façon continue ou périodique.We can introduce 1. ' -acetoacid and withdraw L-X amino acid continuously or periodically.

Le milieu d'alimentation peut être compose d'une solution unique généralement aqueuse, contenant l'ensemble des trois substrats de la réaction (&alpha;-cétoacide, reducteur et ions ammonium), ou par le mélange de deux ou trois solutions selon que l'un des substrats est seul ou en mélange avec un des deux autres.The feed medium may be composed of a single, generally aqueous solution, containing all three substrates of the reaction (α-ketoacid, reductor and ammonium ions), or by mixing two or three solutions depending on whether the one of the substrates is alone or mixed with one of the other two.

On utilise de préférence le produit de culture d'une souche de
Bacillus megaterium et de maniere encore plus préféree le produit de culture de la souche de Bacillus megaterium ATCC 39118 en raison des rendements particulierement éleves en L-&alpha;-aminoacides.
The product of culture of a strain of
Bacillus megaterium and even more preferably the culture product of Bacillus megaterium strain ATCC 39118 because of the particularly high yields of L-α-amino acids.

Cette souche est un mutant de sporulation de la souche de la collection du laboratoire Bacillus megaterium IFP 188 décrite dans le brevet FR 2526442.This strain is a sporulation mutant of the strain of the Bacillus megaterium IFP 188 laboratory collection described in patent FR 2526442.

Selon un mode préféré de réalisation du procédé, on peut soumettre ex situ les cellules à un prétraitement comprenant une mise en incubation de ces cellules en présence du coenzyme sous forme oxydée ou reduite dans des conditions telles que lesdites cellules' contiennent une quantité substantielle dudit coenzyme sous forme intracellulaire, suffisante pour la production des -aminoacides. Puis on soumet ces cellules ainsi prétraitées à la bioconversion proprement dite, apportant ainsi au milieu réactionnel le coenzyme nécessaire à la réaction.Par quantité substantielle de coenzyme, on entend une quantité de coenzyme retenue suffisamment longtemps à l'intérieur de la cellule pour pouvoir réaliser, notamment en continu, des réactions de synthèse de produits à partir de substrat correspondant sans rajout de coenzyme, par exemple de 0,01 à 2 mmoles de NAD intracellulaire par gramme de poids sec de cellule.According to a preferred embodiment of the method, the cells may be subjected to pretreatment ex situ comprising incubation of said cells in the presence of the coenzyme in oxidized or reduced form under conditions such that said cells contain a substantial amount of said coenzyme in intracellular form, sufficient for the production of amino acids. These pre-treated cells are then subjected to the actual bioconversion, thus providing the reaction medium with the coenzyme necessary for the reaction. By a substantial amount of coenzyme is meant a quantity of coenzyme retained for a long time inside the cell in order to be able to achieve , especially continuously, product synthesis reactions from corresponding substrate without addition of coenzyme, for example from 0.01 to 2 mmol of intracellular NAD per gram of cell dry weight.

La cellule ainsi prétraitée contient en son intérieur, les deux enzymes, l'un servant pour la conversion du précurseur l'autre pour la régénération simultanée du coenzyme. Elle renferme en outre, et ceci est inattendu, le coenzyme qui une fois introduit, et de façon surprenante, ne ressort sensiblement pas. La cellule peut alors fonctionner comme un réacteur à membrane contenant les enzymes nécessaires à la réaction en continu et le coenzyme et ne les laissant pas s'échapper tout en permettant la diffusion libre des substrats et produits des deux réactions dans la cellule.The cell thus pretreated contains in its interior, the two enzymes, one serving for the conversion of the precursor the other for the simultaneous regeneration of the coenzyme. It also contains, and this is unexpected, the coenzyme which once introduced, and surprisingly, does not stand out substantially. The cell can then function as a membrane reactor containing the enzymes necessary for the continuous reaction and the coenzyme and not allowing them to escape while allowing the free diffusion of the substrates and products of the two reactions in the cell.

Le procédé est alors rendu encore plus économique parce qu on peut récupérer le NAD non incorporé dans les cellules lors de l'incubation et réaliser une meilleure valorisation du coenzyme (nombre de recyclages). The process is then made even more economical because we can recover the unincorporated NAD in the cells during incubation and achieve a better recovery of coenzyme (number of recycling).

Il est alors possible de fonctionner en continu durant une période de temps substantiellement longue sans avoir à rajouter d'enzyme et de coenzyme du moment que l'on sait maintenir ces cellules confinées dans un espace réactionnel, ce qui peut être réalisé par l'utilisation soit d'un réacteur à membrane avec des microorganismes libres, soit d'un réacteur à membrane ou d'une colonne avec des cellules fixées ou adsorbées selon des techniques bien connues de l'homme de l'art notamment - les techniques d'adsorption des microorganismes sur des support tels
que du kieselguhr, de la brique pilée, des résines échangeuses
d'ions, des billes de verre, des copeaux de bois, de la céramique,
etc, - les techniques d'inclusion des microorganismes dans des gels de
polymères tels que l'agar, l'alginate de calcium, le carrageenane,
le polyacrylamide, etc., - les techniques de couplage des microorganismes sur différents
supports, billes de silice, verres frittés, par liaison covalente
avec des agents tels que du glutaraldéhyde, des isocyanates, etc.
It is then possible to operate continuously for a substantially long period of time without having to add enzyme and coenzyme as long as it is known to keep these cells confined in a reaction space, which can be achieved by using either a membrane reactor with free microorganisms, or a membrane reactor or a column with cells fixed or adsorbed according to techniques well known to those skilled in the art in particular - the adsorption techniques microorganisms on supports such
only kieselguhr, crushed brick, exchange resins
ions, glass beads, wood chips, ceramics,
etc., - the techniques of inclusion of microorganisms in gels of
polymers such as agar, calcium alginate, carrageenan,
polyacrylamide, etc., - the coupling techniques of microorganisms on different
supports, silica beads, sintered glasses, by covalent bond
with agents such as glutaraldehyde, isocyanates, etc.

Selon un premier mode de réalisation, on peut procéder, après l'étape de culture à une récolte des cellules consistant à séparer les cellules du moût de fermentation et procéder ensuite à l'étape d'incubation avec le coenzyme puis récolter de nouveau ces cellulés imprégnées de coenzyme. Ceci permet d'ajuster sensiblement, suite à'la première récolte1 la quantité de coenzyme par rapport aux cellules et suite à la seconde récolte, d'une part d'ajuster la quantité de cellules imprégnées qui va être mise en oeuvre pour la conversion, et d'autre part de récupérer le coenzyme en excès dans la solution d'incubation. According to a first embodiment, it is possible, after the cell culture harvesting step, to separate the cells from the fermentation must and then to proceed with the incubation step with the coenzyme and then to harvest these cells again. impregnated with coenzyme. This makes it possible to adjust substantially, following the first harvest, the amount of coenzyme with respect to the cells and following the second harvest, firstly to adjust the quantity of impregnated cells which will be used for the conversion, and on the other hand to recover the excess coenzyme in the incubation solution.

Selon un autre mode de réalisation, on peut, après l'étape de culture, procéder à la mise en contact du coenzyme'avec le moût de fermentation sans récolte préalable des cellules, celles-ci étant alors récoltées après l'incubation en présence de coenzyme. On évite ainsi la première étape de récolte des cellules suite à la culture.According to another embodiment, it is possible, after the culturing step, to bring the coenzyme into contact with the fermentation must without first harvesting the cells, these cells being then harvested after incubation in the presence of coenzyme. This avoids the first cell harvesting step following the culture.

On peut également, selon encore un autre mode de réalisation, après l'étape de culture, procéder à l'incubation du coenzyme avec le moût de fermentation sans récolte préalable des cellules, et utiliser directement cette solution pour la conversion désirée.According to yet another embodiment, after the culture step, it is also possible to incubate the coenzyme with the fermentation must without harvesting the cells, and to use this solution directly for the desired conversion.

Le procédé de l'invention comprend - la culture des microorganismes par fermentation, les conditions de
culture étant telles que les cellules microbiennes contiennent les
activités enzymatiques désirées et présentent une perméabilisation
membranaire spontanée sans que l'on ait à effectuer de traitement de
perméabilisation des cellules. Ces conditions sont décrites dans la
demande de brevet publié sous le nO EP 206904.
The method of the invention comprises - the cultivation of microorganisms by fermentation, the conditions of
culture being such that the microbial cells contain the
desired enzymatic activities and permeabilization
spontaneous membrane without the need for treatment of
permeabilization of the cells. These conditions are described in the
patent application published under No. EP 206904.

L'état de perméabilisation des cellules est largement conditionné par les conditions de culture, en particulier la composition du milieu, la température et surtout le temps de culture. Ces conditions de culture sont généralement les suivantes : température 20 à 400C, pH 5,5 à 8,0.The state of permeabilization of the cells is largely conditioned by the culture conditions, in particular the composition of the medium, the temperature and especially the culture time. These culture conditions are generally as follows: temperature at 20 ° C., pH 5.5 at 8.0.

Un excellent niveau d'activité a été obtenu à une température comprise entre 27 et 320C et dans un intervalle de pH de 6,5 à 7,5, par exemple une activité L-aminoacide déshydrogénase et glucose déshydrogénase en proportion de 0,1 : 1 à i0 : 1. Les temps de culture sont en général d'au moins 15 heures, avantageusement de 20 à 50 heures et de préférence de 25 à 40 heures. Le milieu peut être agité et aéré de façon à avoir un taux d'oxygène dissous qui ne soit jamais nul.An excellent level of activity was obtained at a temperature between 27 and 320C and in a pH range of 6.5 to 7.5, for example an L-amino acid dehydrogenase and glucose dehydrogenase activity in a ratio of 0.1: 1 to 10: 1. The culture times are generally at least 15 hours, preferably 20 to 50 hours and preferably 25 to 40 hours. The medium can be agitated and aerated so as to have a dissolved oxygen level which is never zero.

A partir des cultures de microorganismes, on peut récolter avantageusement les cellules par centrifugation, filtration ou décantation. Pour vérification, on mesure à partir d'un extrait, les activités enzymatiques intracellulaires aux températures, force ionique et pH optimaux pour chaque enzyme avec des concentrations de substrats saturantes.From the cultures of microorganisms, the cells can advantageously be harvested by centrifugation, filtration or decantation. For verification, intracellular enzymatic activities are measured from an extract at optimum temperatures, ionic strength and pH for each enzyme with saturating substrate concentrations.

Les cellules ainsi récoltées peuvent être ajoutées au milieu réactionnel avec le substrat nécessaire à la bioconversion. Le coenzyme NAD+ ou NADH est amené dans ce milieu réactionnel à une concentration au moins égale à 0,05 mmole.l-l de solution du milieu réactionnel tandis que les cellules de Bacillus sont en général introduites dans le milieu réactionnel à raison de 1 à 200 grammes, comptés en poids sec, par litre de mélange réactionnel et de préférence à raison de 2,5 à 50 g/l. Par contre, suivant le mode préféré décrit ci-haut, les cellules prétraitées en présence de coenzyme peuvent être avantageusement utilisées telles quelles pour la bioconversion, sans rajout par la suite de coenzyme dans le milieu réactionnel.The cells thus harvested can be added to the reaction medium with the substrate necessary for the bioconversion. The NAD + or NADH coenzyme is introduced into this reaction medium at a concentration of at least 0.05 mmol / ml of solution of the reaction medium while the Bacillus cells are generally introduced into the reaction medium at a rate of 1 to 200 grams. , counted in dry weight, per liter of reaction mixture and preferably in a proportion of 2.5 to 50 g / l. In contrast, according to the preferred embodiment described above, the cells pretreated in the presence of coenzyme can be advantageously used as such for the bioconversion, without addition thereafter of coenzyme in the reaction medium.

L'imprégnation des cellules par le coenzyme se fait par simple mise en contact des cellules et du NAD ou de manière équivalente de NADH. On met les cellules préparées et récoltées dans les conditions décrites ci-dessus en suspension dans une solution tamponnée à un pH compris entre 5 et 10, de préférence entre 7,5 et 9 qui contient du coenzyme, à raison de 0,5 à 50 g de poids sec de cellule par mmole de coenzyme, de préférence de 1 à 50 g/mmole et à une température comprise entre 4 et 700C, de préférence entre 10 et 400C. Le temps d'incubation varie en général de 0,5 à 100 heures.The impregnation of the cells with coenzyme is done by simply contacting the cells and NAD or NADH equivalent. The cells prepared and harvested under the conditions described above are suspended in a buffered solution at a pH of between 5 and 10, preferably between 7.5 and 9, which contains coenzyme, in a proportion of 0.5 to 50. g dry cell weight per mmol of coenzyme, preferably from 1 to 50 g / mmol and at a temperature between 4 and 700C, preferably between 10 and 400C. The incubation time generally varies from 0.5 to 100 hours.

Après cette incubation, la solution peut avantageusement être centrifugée, ou filtre afin de récupérer d'une part les cellules imprégnées au coenzyme et d'autre part le coenzyme restant dans le surnageant ou le filtrat, coenzyme qui peut être réutilisé. After this incubation, the solution may advantageously be centrifuged or filtered in order to recover, on the one hand, the cells impregnated with the coenzyme and, on the other hand, the coenzyme remaining in the supernatant or the filtrate, a coenzyme that can be reused.

La quantité de cellules prétraitées mise en jeu lors de la bioconversion est comprise entre 1 g de poids sec de cellules par litre et 200 g/l de solution nécessaire à la bioconversion, de préférence entre 2,5 g/l et 50 g/l.The quantity of pretreated cells involved during the bioconversion is between 1 g of dry weight of cells per liter and 200 g / l of solution necessary for the bioconversion, preferably between 2.5 g / l and 50 g / l .

La synthèse proprement dite s'effectue généralement dans un réacteur maintenu à une température de 10 à 60 C, de préférence de 20 à 450C, que les cellules soient prétraitées ou pas.The actual synthesis is generally carried out in a reactor maintained at a temperature of 10 to 60 ° C, preferably 20 to 450 ° C, whether the cells are pre-treated or not.

Le pH est choisi en fonction de l'optimum de l'activité des enzymes et de leur stabilité, et la synthèse se fait en général dans un milieu tamponné. Il peut être nécessaire de réguler le pH par l'apport d'acide ou de base.The pH is chosen according to the optimum enzyme activity and stability, and the synthesis is generally in a buffered medium. It may be necessary to regulate the pH by the addition of acid or base.

Un pH situé entre 6,5 et 8,5 est particulièrement favorable à la stabilité des enzymes utilisées et du NAD . Le choix du pH est en effet important pour ce dernier composé dont la forme réduite est instable en milieu acide et la forme oxydée instable en milieu alcalin. La présence dans le milieu d'un tampon contenant des ions
NH4+ est en règle générale préconisée car l'ion ammonium est un des substrats de la réaction de synthèse d'aminoacide. Il est cependant tout à fait possible d'utiliser un tampon à base par exemple d'un sel soluble de l'acide phosphorique qui est utile à maintenir le pH et à stabiliser les enzymes. Le pH est maintenu à la valeur choisie par addition de préférence d'ammoniaque. Celui-ci intervient à la fois pour maintenir le pH et comme réactif de l'amination réductrice.
A pH between 6.5 and 8.5 is particularly favorable for the stability of the enzymes used and NAD. The choice of pH is indeed important for the latter compound whose reduced form is unstable in acid medium and the oxidized form unstable in alkaline medium. The presence in the middle of a buffer containing ions
NH4 + is generally recommended because the ammonium ion is one of the substrates of the amino acid synthesis reaction. However, it is quite possible to use a buffer based for example on a soluble salt of phosphoric acid which is useful for maintaining the pH and stabilizing the enzymes. The pH is maintained at the chosen value by preferably adding ammonia. This one intervenes at the same time to maintain the pH and as reagent of the reductive amination.

Un mode opératoire préféré est décrit ci-dessous : on introduit dans le réacteur les éléments choisis, à savoir le tampon et les cellules de Bacillus megaterium ayant été incubées en présence de coenzyme qui ont été ou non immobilisées au préalable. Une partie seulement ou totalité du réducteur, par exemple le glucose, nécessaire à la réaction est introduite en début de réaction. Dans certains cas, on préfère éviter la présence dans le réacteur de concentrations trop fortes en glucose qui peuvent avoir une action inhibitrice sur l'activité enzymatique L-aminoacide déshydrogénase. De la même façon, on préfère éviter la présence dans le réacteur de concentrations élevées end-cétoacides qui peuvent avoir une action inhibitrice sur l'activité enzymatique L-aminoacide déshydrogénase.C'est pourquoi, il est souvent avantageux d'injecter progressivement et de préférence en continu dans le réacteur ces deux composés sous forme d'une solution aqueuse dont la quantité de réducteur (glucose par exemple) est de 1 à 2 moles pour 1 mole d'-cétoacide. L' -cétoacide peut être introduit sous forme d'acide ou de l'un de ses sels, notamment un sel de Na
K+, NH4+, Li+. Sa concentration molaire est choisie de manière à éviter une trop forte inhibition par l'acide aminé formé sachant que la réaction est stoechiométrique. Le débit d'admission est, de préférence réglé afin que le paramètre limitant de la réaction soit l'apport de l'-cétoacide, ce dernier composé étant alors transformé en L-aminoacide sensiblement au fur et à mesure de son introduction.
A preferred procedure is described below: the selected elements, namely the buffer and the Bacillus megaterium cells which have been incubated in the presence of coenzyme and which have been immobilized beforehand, are introduced into the reactor. Only part or all of the reducing agent, for example glucose, necessary for the reaction is introduced at the beginning of the reaction. In some cases, it is preferred to avoid the presence in the reactor of too high concentrations of glucose which may have an inhibitory action on the enzymatic activity L-amino acid dehydrogenase. In the same way, it is preferred to avoid the presence in the reactor of high end-keto acid concentrations which may have an inhibitory action on the enzymatic activity L-amino acid dehydrogenase. Therefore, it is often advantageous to inject gradually and Preferably, these two compounds are continuously in the reactor in the form of an aqueous solution whose amount of reducing agent (glucose, for example) is 1 to 2 moles per 1 mole of ketoacid. The -keto acid can be introduced in the form of acid or of one of its salts, in particular a salt of Na
K +, NH4 +, Li +. Its molar concentration is chosen so as to avoid excessive inhibition by the amino acid formed knowing that the reaction is stoichiometric. The intake flow rate is preferably adjusted so that the limiting parameter of the reaction is the input of the ketoacid, the latter compound then being converted into L-amino acid substantially as it is introduced.

Il pourra par exemple être compris entre 0,01 et 25 mmoles.h-1. (litre de volume réactionnel)-1 et de préférence entre 0,1 et 10 mmoles.h-1.It may for example be between 0.01 and 25 mmol.h-1. (liter of reaction volume) -1 and preferably between 0.1 and 10 mmol.h-1.

(litre de volume réactionnel)-l de façon à obtenir une productivité suffisamment élevée et à ne pas avoir une vitesse d'injection trop rapide qui provoquerait une accumulation de substrat et par la même, un arrêt presque total de la réaction à partir d'une concentration en cétoacide dans la zone de réaction supérieure à 150 mmoles par litre.(liter of reaction volume) -l so as to obtain a sufficiently high productivity and not to have an injection speed too fast which would cause a build up of substrate and by the same, an almost total stop of the reaction from a ketoacid concentration in the reaction zone of greater than 150 mmol per liter.

On se maintient donc à une concentration enK-cétoacide au plus égale à 150 mmoles/l de volume reactionnel, avantageusement comprise entre
O et 100 mmoles/l de volume réactionnel et de préférence comprise entre 0 et 50 mmoles/l et une concentration en L-Vaminoacide comprise' entre 1 et 200 mmoles/l de volume réactionnel. Il est possible de modifier le débit d'alimentation ou sa composition en fonction de l'évolution des concentrations en produits et substrats dans le milieu réactionnel.Ainsi dans le cas de solutions d'alimentation très concentrées en -cétoacide, il est souvent nécessaire de baisser le débit d'admission ou de diluer la solution d'alimentation de façon à éviter de trop fortes inhibitions, c'est-à-dire de se maintenir à des concentrations en -cétoacide et en aminoacide telles que définies ci-dessus. En général, le débit de soutirage sera réglé de façon à être sensiblement égal au débit d'alimentation afin de maintenir un volume réactionnel compatible avec le volume du réacteur.
It is therefore maintained at a K-ketoacid concentration at most equal to 150 mmol / l of reaction volume, advantageously between
0 and 100 mmol / l of reaction volume and preferably of between 0 and 50 mmol / l and a concentration of L-vinyl amino acid of between 1 and 200 mmol / l of reaction volume. It is possible to modify the feed rate or its composition as a function of the evolution of the concentrations of products and substrates in the reaction medium. Thus, in the case of feed solutions with a high concentration of ketoacid, it is often necessary to lowering the intake flow rate or diluting the feed solution so as to avoid excessive inhibitions, that is to say, to maintain concentrations of -ceto acid and amino acid as defined above. In general, the withdrawal rate will be adjusted to be substantially equal to the feed rate to maintain a reaction volume compatible with the reactor volume.

Il est possible de fonctionner en continu dans un réacteur à membrane.It is possible to operate continuously in a membrane reactor.

La membrane peut être une membrane d'ultrafiltration ou bien de microfiltration, du moment que le diamètre des pores soit inférieur à 0,8 micromètre. On utilisera de préférence des membranes de diamètre de pores compris entre 0,2 et 0,8 micromètre qui colmatent moins facilement que les membranes d'ultrafiltration. En général, le milieu d'alimentation comprend glucose et -cétoacide ou son sel. La concentration respective des deux substrats est de 1 à 2 moles de glucose pour 1 mole d' -cétoacide. En général, la concentration d'o'-cétoacide dans le milieu d'alimentation est choisie telle que si le rendement de la réaction égale 100 %, on reste en dessous du seuil d'inhibition par l' -aminoacide correspondant.L'alimentation en ions ammonium est en général assurée par la régulation de pH par l'ammoniaque.The membrane may be an ultrafiltration membrane or microfiltration, as long as the pore diameter is less than 0.8 micrometer. Membranes with a pore diameter of between 0.2 and 0.8 microns which clog less easily than the ultrafiltration membranes will preferably be used. In general, the feed medium comprises glucose and keto acid or its salt. The respective concentration of the two substrates is from 1 to 2 moles of glucose per 1 mole of -acetoacid. In general, the o'-keto acid concentration in the feed medium is chosen such that if the reaction yield equals 100%, it remains below the inhibition threshold by the corresponding amino acid. in ammonium ions is generally ensured by the regulation of pH by ammonia.

Si l'on veut travailler en continu avec des cellules immobilisées ou fixées, il est plus facile de confiner le catalyseur à l'intérieur du réacteur (membranes de filtration classiques, grilles) et il est tout à fait envisageable de fonctionner en réacteur colonne.If it is desired to work continuously with immobilized or fixed cells, it is easier to confine the catalyst inside the reactor (conventional filtration membranes, grids) and it is quite possible to operate in a column reactor.

Selon un autre mode de réalisation, on peut fonctionner d'abord en mode fed batch au début de la synthèse en alimentant au moins une fois en cr-cétoacide ou en l'un de ses sels, de façon à amener progressivement le réacteur en régime jusqu'à atteindre la concentration comprise entre 1 et 200 mmoles.1 1 en L-aminoacide. On commence alors le soutirage du milieu selon le procédé de l'invention. According to another embodiment, it is possible to operate first in fed batch mode at the beginning of the synthesis by supplying at least once a cr-keto acid or one of its salts, so as to progressively bring the reactor into operation. until the concentration of between 1 and 200 mmol is reached in L-amino acid. The medium is then withdrawn according to the process of the invention.

Ce système est préféré dans le cas où l'on utilise des cellules sans prétraitement, la durée du fedbatch permettant de charger les cellules en coenzymé tout en amenant le milieu à'la concentration désirée. On évite ainsi une partie des pertes en coenzyme qui sont inévitables dans le cas où l'on fonctionne avec des cellules n'ayant pas subi d'incubation dans le coenzyme-préalablement à la conversion.This system is preferred in the case where cells are used without pretreatment, the duration of the fedbatch allowing the cells to be loaded with coenzyme while bringing the medium to the desired concentration. This avoids some of the losses of coenzyme that are inevitable in the case where one operates with cells that have not been incubated in the coenzyme prior to conversion.

Le L-&num;aminoacide formé au cours de la réaction peut être dosé par des techniques connues de l'homme de l'art par exemple par chromatographie liquide haute performance apres derivatisation ou bien enzymatiquement. De même, il est possible de déterminer les teneurs en
NAD et NADH par des méthodes enzymatiques.
The L-amino acid formed during the reaction can be assayed by techniques known to those skilled in the art, for example by high performance liquid chromatography after derivatization or enzymatically. Similarly, it is possible to determine the levels of
NAD and NADH by enzymatic methods.

Les produits des réactions sont récoltés puis extraits et purifiés selon les techniques classiques qui dépendent du type de produit fabriqué. Par exemple, le L-aminoacide peut être extrait par passage sur une résine échangeuse de cations, puis l'éluat peut être évaporé sous vide.The products of the reactions are harvested then extracted and purified according to conventional techniques which depend on the type of product manufactured. For example, the L-amino acid can be extracted by passage over a cation exchange resin, and then the eluate can be evaporated in vacuo.

Bacillus, et en particulier Bacillus megaterium ATCC 39118, est capable de produire à la fois L- < aminoacide déshydrogénase et glucose déshydrogénase pour la régénération du NADH. Avec un tel système, il est possible de produire soit de la L-alanine à partir de pyruvate, de la L-sérine à partir de ss-hydroxypyruvate, de la L-valine à partir de i' -cétoisovalérate, de la L-leucine à partir de 1' -cétoisocaproate, et de la L-isoleucine à partir de l'&alpha;-cétossméthylvalérate. Bacillus, and in particular Bacillus megaterium ATCC 39118, is capable of producing both L- <amino acid dehydrogenase and glucose dehydrogenase for the regeneration of NADH. With such a system, it is possible to produce either L-alanine from pyruvate, L-serine from ss-hydroxypyruvate, L-valine from l-ketoisovalerate, L-valine from leucine from 1'-ketoisocaproate, and L-isoleucine from α-ketossmethylvalerate.

Les produits ainsi synthétisés sont particulierement intéressants pour les industries chimique et pharmaceutique.The products thus synthesized are particularly interesting for the chemical and pharmaceutical industries.

Les exemples suivants qui illustrent l'invention sont donnés à titre non limitatif. The following examples which illustrate the invention are given without limitation.

Exemple 1 : Synthèse de L-valine en continu par des cellules
imprégnées de NAD
La souche de Bacillus megaterium ATCC 39118 est cultivée en fiole de
Fernbach dans un milieu dont la composition est la suivante - hydrolysat trypsique de caséine 17 g - peptone papalnique de soja 3 g - chlorure de sodium 5 g - phosphate bipotassique 2,5 g - glucose 2,5 g - Eau distillée 1 litre
Ce milieu est stérilisé avant ensemencement, 30 minutes à 1150C. La culture est réalisée à 300C, pH = 7,0, pendant 30 heures, les fioles étant placées sur une table d'agitation à mouvement alternatif.
EXAMPLE 1 Synthesis of L-valine continuously by cells
impregnated with NAD
The strain Bacillus megaterium ATCC 39118 is grown in a vial of
Fernbach in a medium with the following composition - trypsic casein hydrolyzate 17 g - papalnic soy peptone 3 g - sodium chloride 5 g - bipotassium phosphate 2.5 g - glucose 2.5 g - distilled water 1 liter
This medium is sterilized before inoculation, 30 minutes at 1150C. The culture is carried out at 300C, pH = 7.0, for 30 hours, the flasks being placed on a reciprocating stirring table.

Ensuite, les cellules sont récoltées par centrifugation. A partir de 300 ml de culture, on récolte 4;5 g de cellules humides (soit environ 1,0 g en poids sec) que l'on lave une fois avec du tampon phosphate 0,1 M, pH 7 et on les met en suspension dans 50 ml de tampon NH4Cl
NH40H, 1 M, pH 8,2 contenant 6 mmoles.l de NAD. On peut vérifier l'activité enzymatique des cellules par un prélèvement d'un échantillon des cellules récoltées ; ces cellules sont cassées au cours d'un traitement aux ultra-sons afin de déterminer les activités enzymatiques aminoacides déshydrogénases et glucose déshydrogénase.
Then the cells are harvested by centrifugation. From 300 ml of culture, 4. 5 g of wet cells (ie about 1.0 g dry weight) are collected and washed once with 0.1 M phosphate buffer, pH 7, and placed in suspended in 50 ml of NH4Cl buffer
NH 4 OH, 1 M, pH 8.2, containing 6 mmol of NAD. The enzymatic activity of the cells can be verified by taking a sample of the harvested cells; these cells are broken during ultrasonic treatment to determine the enzymatic activities of amino acid dehydrogenases and glucose dehydrogenase.

L'activité enzymatique de la valine déshydrogénase est trouvée égale à 0,47 unité par mg de protéines de l'extrait, celle de la glucose déshydrogénase est de 0,82 unité par mg de protéines de l'extrait. Une unité enzymatique est définie comme la quantité d'enzymes permettant la transformation d'une micromole de substrat (le glucose dans le cas de la glucose déshydrogénase, l'acide cr-cétoisovalérique ou l'un de ses sels dans le cas de la valine déshydrogénase) par minute dans les conditions de l'essai. On peut alors estimer l'activité enzymatique par gramme de cellules humides qui est dans ce cas de 33,8 U/g pour la valine déshydrogénase et de 50,9 U/g dans le cas de la glucose déshydrogénase.The enzymatic activity of valine dehydrogenase is found to be 0.47 units per mg of protein extract, that of glucose dehydrogenase is 0.82 units per mg of protein extract. An enzymatic unit is defined as the amount of enzymes allowing the transformation of one micromole of substrate (glucose in the case of glucose dehydrogenase, cr-ketoisovaleric acid or one of its salts in the case of valine dehydrogenase) per minute under the conditions of the test. We can then estimate the enzymatic activity per gram of wet cells which is in this case 33.8 U / g for valine dehydrogenase and 50.9 U / g in the case of glucose dehydrogenase.

Les cellules en suspension dans la solution de NAD+ sont laissées sous faible agitation pendant 24 heures à température ambiante puis sont récupérées par centrifugation. Dans le surnageant, on ne détecte aucune activité glucose déshydrogénase ou valine déshydrogénase et on trouve 3,9 mmoles.l de NAD+, ce qui montre que 2,1 mmoles.l sont passées dans les cellules.The cells suspended in the NAD + solution are left under gentle stirring for 24 hours at room temperature and are then recovered by centrifugation. In the supernatant no glucose dehydrogenase or valine dehydrogenase activity was detected and 3.9 mmol / l of NAD + was found, indicating that 2.1 mmol / l was passed into the cells.

L'intégralité des cellules récupérées est utilisée pour la synthèse de
L-valine qui est effectuée dans un réacteur contenant 50 ml de milieu réactionnel initial. Ce milieu est constitué de 4,5 g de cellules humides (imprégnées de telle façon que l'on ait 2,1 mmoles de NAD par litre de milieu) en suspension dans 50 ml de tampon NH4C1-NH40H 1 M, pH 8,2 contenant 0,6 mole l-1 de glucose. Le pH est régulé à 8,2 à l'aide d'une solution d'ammoniaque 2N. La température est maintenue à 300C et le milieu est agité modérément.
The entirety of the recovered cells is used for the synthesis of
L-valine which is carried out in a reactor containing 50 ml of initial reaction medium. This medium consists of 4.5 g of wet cells (impregnated in such a way that 2.1 mmol of NAD per liter of medium) are suspended in 50 ml of 1M NH4C1-NH40H buffer, pH 8.2. containing 0.6 mole l-1 of glucose. The pH is adjusted to 8.2 with 2N ammonia solution. The temperature is maintained at 300C and the medium is stirred moderately.

Le réacteur est une cellule d'ultrafiltration AMICON de volume de 20Q ml équipée ici d'une membrane de microfiltration de diamètre égal à 62 mm, de porosité 0,2 micron , la sortie de l'effluent s'effectuant en aval de la membrane.The reactor is an AMICON ultrafiltration cell with a volume of 200 ml, equipped here with a microfiltration membrane with a diameter of 62 mm, with a porosity of 0.2 microns, the outlet of the effluent being effected downstream of the membrane. .

Pendant les premières 24 heures, une solution d' -cétoisovalérate de sodium 0,3 mole.l est injectée par l'intermédiaire d'une pompe péristaltique à un débit de 0,5 ml.h 1 sans que l'on ne soutire de milieu, ce qui correspond à une alimentation dite "fed batch". Par la suite, on fonctionne en continu en soutirant un effluent en aval de la membrane à l'aide d'une pompe péristaltique. La solution d'alimentation est alors composée d'i-cétoisovalérate de sodium à 35 mmoles.l et de glucose à 100 mmoles.l-1. Les débits d'alimentation et de soutirage sont égaux à 3 ml.h1. During the first 24 hours, a 0.3 mole.l solution of sodium cetovalerate is injected via a peristaltic pump at a flow rate of 0.5 ml.h 1 without being drawn off. medium, which corresponds to a feed called "fed batch". Subsequently, it operates continuously by withdrawing an effluent downstream of the membrane using a peristaltic pump. The feed solution is then composed of sodium i-ketoisovalerate at 35 mmol / l and glucose at 100 mmol / l. The feed and withdrawal rates are equal to 3 ml.h1.

Au bout des 24 premières heures correspondant au "fed batch", le volume de milieu dans le réacteur est de 68 ml, la concentration de
L-valine est de 44 mmoles.l , c'est-à-dire un taux de conversion molaire de 80 %. Le taux de conversion molaire est défini comme le rapport de la quantité -d'aminoacide formé sur la quantité d'o'-cétoacide injecté. Au cours des 24 heures suivantes (continu), la concentration en L-valine passe à 38,5 mmoles.l-1, ce qui correspond à un taux de conversion molaire de 94 % par rapport au précurseur injecté. Aucune trace de NAD ou NADH n'a été trouvée dans les surnageants de bioconversion, ce qui montre que le coenzyme reste intracellulaire. D'autre part, aucune lyse des cellules n'a été observée.Ceci montre que le NAD qui est passé à l'intérieur des cellules, ne ressort pas et qu'il fonctionne selon le schéma de synthèse des L-aminoacides par l'aminoacide déshydrogénase avec régénération du coenzyme par la glucose déshydrogénase.
At the end of the first 24 hours corresponding to the "fed batch", the volume of medium in the reactor is 68 ml, the concentration of
L-valine is 44 mmol.l, i.e., a molar conversion level of 80%. The molar conversion ratio is defined as the ratio of the amount of amino acid formed to the amount of o'-keto acid injected. Over the next 24 hours (continuous), the L-valine concentration rose to 38.5 mmol / l, which corresponds to a molar conversion rate of 94% relative to the injected precursor. No trace of NAD or NADH was found in the bioconversion supernatants, which shows that the coenzyme remains intracellular. On the other hand, no lysis of the cells was observed. This shows that the NAD which has passed inside the cells, does not stand out and that it functions according to the L-amino acid synthesis scheme by the amino acid dehydrogenase with regeneration of coenzyme by glucose dehydrogenase.

La récupération de la L-valine à partir de l'effluent du réacteur s'effectue de la manière suivante le milieu réactionnel est versé en haut d'une colonne de résine échangeuse de cations Amberlite ER 151 préalablement mise sous forme par lavage avec de l'acide chlorhydrique 1N suivi d'un lavage à l'eau. Après introduction de l'échantillon, la colonne est à nouyeau lavée par de l'eau puis éluée avec de l'ammoniaque 2N.Après le passage d'un volume de la solution d'élution correspondant au volume "mort" de la colonne, on commence à récupérer les fractions éluées jusqu a ce que leur volume total représente 1,5 fois le volume mort de la colonne. L'élut est ensuite évaporé sous vide, redissous dans l'eau et à nouveau évaporé. Le rendement de la purification est de 98 %. The recovery of L-valine from the reactor effluent is carried out in the following manner the reaction medium is poured at the top of an Amberlite ER 151 cation exchange resin column previously formed by washing with water. 1N hydrochloric acid followed by washing with water. After introduction of the sample, the column is washed again with water and then eluted with 2N ammonia. After the passage of a volume of the elution solution corresponding to the "dead" volume of the column, the eluted fractions are started to recover until their total volume is 1.5 times the dead volume of the column. The elut is then evaporated under vacuum, redissolved in water and evaporated again. The purification yield is 98%.

Exemple 2 : Synthèse en continu de L-valine avec différentes
concentrations d'&alpha;-cétoisovalérate dans la solution d'alimentation
Les cellules de Bacillus megaterium ATCC 39118 sont cultivées, récoltées et prétraitées avant conversion dans des conditions identiques à celles de l'exemple 1. Les 24 premières heures de synthèse sont effectuées en "fed batch" dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1. Ensuite, le fonctionnement est continu (alimentation et soutirage) pendant une dizaine de jours, l'installation utilisée pour la conversion étant la même que celle de l'exemple 1. Le milieu d'alimentation contient alors 600 mmoles.l-1 de glucose et des concentrations variables d'&num;-cétoisovalérate de sodium (tableau 1).Le volume de milieu réactionnel est maintenu constant à 70 ml par le réglage des pompes d'alimentation et de soutirage au même débit. La concentration en L-valine dans le volume réactionnel à la fin du fed batch est d'environ 50 mmoles.l . Dans le cas des alimentations à 35 mmoles.l et 100 mmoles.l-1, les concentrations en
L-valine passent progressivement de la concentration obtenue en fin de fedbatch à la concentration indiquée.Dans le cas de l'alimentation à 200 mmoles.l , la concentration en L-valine atteint 125 mmoles.l après 72 heures de continu puis diminue ensuite progressivement jusqu'à 95 mmoles.l , les enzymes fonctionnant moins vite d'abord à cause de l'inhibition par la L-valine et ensuite à cause également de l'accumulation d'-cétoisovalérate dans le milieu d'alimentation. Ces effets sont encore plus marqués dans le cas de solutions d'alimentation à 250 mmoles.1 de cétoacide où la concentration résiduelle en1(-cétoisovalérate provoque un ralentissement prématuré de la réaction. A partir du moment où la concentration résiduelle en cétoacide atteint environ 130 mmoles.l , le taux de conversion chute brutalement (cf. tableau 1, colonne relative aux 50 dernières heures).
Example 2: Continuous synthesis of L-valine with different
concentrations of α-ketoisovalerate in the feed solution
The Bacillus megaterium ATCC 39118 cells are cultured, harvested and pretreated before conversion under conditions identical to those of Example 1. The first 24 hours of synthesis are carried out in "fed batch" under the same conditions as those of the example 1. Then, the operation is continuous (feeding and racking) for ten days, the installation used for the conversion being the same as that of Example 1. The feed medium then contains 600 mmol.l-1 of glucose and varying concentrations of sodium-ketoisovalerate (Table 1) .The volume of reaction medium is kept constant at 70 ml by adjusting the feed and withdrawal pumps at the same rate. The concentration of L-valine in the reaction volume at the end of the fed batch is about 50 mmol.l. In the case of feeds at 35 mmol / l and 100 mmol / l, the concentrations of
L-valine pass gradually from the concentration obtained at the end of fedbatch to the indicated concentration. In the case of feeding at 200 mmol.l, the concentration of L-valine reaches 125 mmol.l after 72 hours of continuous and then decreases. progressively up to 95 mmol / l, the enzymes operating slower initially because of inhibition by L-valine and then also because of the accumulation of ketoisovalerate in the feed medium. These effects are even more marked in the case of feed solutions with 250 mmol of ketoacid where the residual concentration of ketoisovalerates causes a premature slowing down of the reaction From the moment when the residual ketoacid concentration reaches about 130 mmol.l, the conversion rate drops sharply (see Table 1, column for the last 50 hours).

Dans le cas où la concentration en cétoisovalérate dans le milieu
-1 d'alimentation est de 400 mmoles.l , la teneur en L-valine atteint un TABLEAU 1

Figure img00170001
In the case where the concentration of ketoisovalerate in the medium
-1 feed is 400 mmol.l, the L-valine content reaches a TABLE 1
Figure img00170001

Concentration <SEP> Débit <SEP> Concentration <SEP> Concentration <SEP> Taux <SEP> de <SEP> conversion <SEP> Productivité <SEP> Nombre <SEP> de
<tb> d'acétoisovialérate <SEP> d'alimentation <SEP> en <SEP> L-valine <SEP> résiduelle <SEP> en <SEP> molaire <SEP> en <SEP> L-valine <SEP> recyclages
<tb> dans <SEP> le <SEP> milieu <SEP> dans <SEP> le <SEP> milleu <SEP> acétolsovalérate <SEP> (calculés <SEP> sur <SEP> du <SEP> coenzyme
<tb> d'alimentation <SEP> réactionnel <SEP> dans <SEP> le <SEP> millieu <SEP> au <SEP> bout <SEP> de <SEP> au <SEP> cours <SEP> des <SEP> les <SEP> 300 <SEP> heures
<tb> au <SEP> bout <SEP> de <SEP> 300 <SEP> h <SEP> réactionnel <SEP> 300 <SEP> h <SEP> 50 <SEP> dernières <SEP> de <SEP> continu)
<tb> de <SEP> continu <SEP> (au <SEP> bout <SEP> de <SEP> 300 <SEP> h) <SEP> heures
<tb> mM/1 <SEP> m1/h <SEP> mM/1 <SEP> mM/1 <SEP> % <SEP> % <SEP> mM/1.h
<tb> 35 <SEP> 3 <SEP> 33 <SEP> 2 <SEP> 94 <SEP> 94 <SEP> 1,4 <SEP> 305
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 90 <SEP> 5 <SEP> 94 <SEP> 93 <SEP> 2,6 <SEP> 574
<tb> 200 <SEP> 2 <SEP> 95 <SEP> 89 <SEP> 52 <SEP> 48 <SEP> 2,7 <SEP> 606
<tb> 250 <SEP> 2 <SEP> 50 <SEP> 180 <SEP> 22 <SEP> 6,5 <SEP> 1,4 <SEP> 320
<tb> 400 <SEP> 2 <SEP> 20 <SEP> 360 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0,6 <SEP> 128
<tb> TABLEAU 2

Figure img00180001
Concentration <SEP> Flow rate <SEP> Concentration <SEP> Concentration <SEP> Rate <SEP> of <SEP> conversion <SEP> Productivity <SEP> Number <SEP> of
<tb> Acetoisovialerate <SEP> feeding <SEP> in <SEP> L-valine <SEP> residual <SEP> in <SEP> molar <SEP> in <SEP> L-valine <SEP> retraining
<tb> in <SEP><SEP> medium <SEP> in <SEP><SEP> milleus <SEP> acetolsovalerate <SEP> (calculated <SEP> on <SEP> of <SEP> coenzyme
<tb> Supply <SEP> Reaction <SEP> in <SEP><SEP> Middle <SEP> to <SEP> Tip <SEP> of <SEP> in <SEP><SEP> Course <SEP><SEP> 300 <SEP> hours
<tb> at <SEP> last <SEP> of <SEP> 300 <SEP> h <SEP> reaction <SEP> 300 <SEP> h <SEP> 50 <SEP> last <SEP> of <SEP> continuous)
<tb> of <SEP> continuous <SEP> (at <SEP> last <SEP> of <SEP> 300 <SEP> h) <SEP> hours
<tb> mM / 1 <SEP> m1 / h <SEP> mM / 1 <SEP> mM / 1 <SEP>% <SEP>% <SEP> mM / 1.h
<tb> 35 <SEP> 3 <SEP> 33 <SEP> 2 <SEP> 94 <SEP> 94 <SEP> 1.4 <SEP> 305
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 90 <SEP> 5 <SEP> 94 <SEP> 93 <SEP> 2,6 <SEP> 574
<tb> 200 <SEP> 2 <SEP> 95 <SEP> 89 <SEP> 52 <SEP> 48 <SEP> 2.7 <SEP> 606
<tb> 250 <SEP> 2 <SEP> 50 <SEP> 180 <SEP> 22 <SEP> 6.5 <SEP> 1.4 <SEP> 320
<tb> 400 <SEP> 2 <SEP> 20 <SEP> 360 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0.6 <SEP> 128
<tb> TABLE 2
Figure img00180001

Concentration <SEP> en <SEP> Débit <SEP> Concentration <SEP> Concentation <SEP> Taux <SEP> de <SEP> conversion <SEP> Productivité <SEP> Nombre <SEP> de
<tb> asétoisovali6rate <SEP> d'alimentation <SEP> en <SEP> L-valine <SEP> résiduelle <SEP> en <SEP> molaire <SEP> en <SEP> L-valine <SEP> recyclages
<tb> dans <SEP> le <SEP> millieu <SEP> dans <SEP> le <SEP> milieu <SEP> &alpha;cétoisovaliérste <SEP> du <SEP> NAD
<tb> d'alimentation <SEP> réactionnel <SEP> dans <SEP> le <SEP> millieu <SEP> au <SEP> bout <SEP> de <SEP> au <SEP> cours <SEP> des
<tb> au <SEP> bout <SEP> de <SEP> 400 <SEP> h <SEP> réactionnel <SEP> 400 <SEP> h <SEP> 50 <SEP> dernières
<tb> de <SEP> continu <SEP> (au <SEP> bout <SEP> de <SEP> 400 <SEP> h) <SEP> heures
<tb> mM/1 <SEP> m1/h <SEP> mM/1 <SEP> mM/1 <SEP> % <SEP> % <SEP> mM/1.h
<tb> 35 <SEP> 1,0 <SEP> 30 <SEP> 3,5 <SEP> 90 <SEP> 88 <SEP> 1,80 <SEP> 357
<tb> 100 <SEP> 2,5 <SEP> 90 <SEP> 5,0 <SEP> 94 <SEP> 92 <SEP> 4,50 <SEP> 900
<tb> 200 <SEP> 0,5 <SEP> 150 <SEP> 10,0 <SEP> 94 <SEP> 93 <SEP> 1,50 <SEP> 355
<tb> 250 <SEP> 0,4 <SEP> 170 <SEP> 20,0 <SEP> 89 <SEP> 80 <SEP> 1,36 <SEP> 340
<tb> 400 <SEP> 0,2 <SEP> 180 <SEP> 70,0 <SEP> 72 <SEP> 65 <SEP> 0,72 <SEP> 220
<tb> maximum égal à 125 mmoles.l après 12 heures de continu. Cette valeur diminue ensuite, toute synthèse s'arrêtant après 35 heures de continu, la L-valine préalablement formée étant ensuite progressivement lessivée ; là encore, l'effet inhibiteur de la L-valine diminue l'activité des enzymes, ce qui provoque une accumulation d' -cétoacide qui engendre une inhibition totale des activités enzymatiques.
Concentration <SEP> in <SEP> Throughput <SEP> Concentration <SEP> Concentation <SEP> Rate <SEP> of <SEP> conversion <SEP> Productivity <SEP> Number <SEP> of
<tb> asetoisovali6rate <SEP> feeding <SEP> in <SEP> L-valine <SEP> residual <SEP> in <SEP> molar <SEP> in <SEP> L-valine <SEP> recycling
<tb> in <SEP> the <SEP> middle <SEP> in <SEP> the <SEP> middle <SEP>&alpha; ketoisovaliérste <SEP> of <SEP> NAD
<tb> Supply <SEP> Reaction <SEP> in <SEP><SEP> Middle <SEP> to the <SEP><SEP> End of <SEP><SEP><SEP> Courses
<tb> at <SEP> last <SEP> of <SEP> 400 <SEP> h <SEP> reaction <SEP> 400 <SEP> h <SEP> 50 <SEP> last
<tb> of <SEP> continuous <SEP> (at <SEP> last <SEP> of <SEP> 400 <SEP> h) <SEP> hours
<tb> mM / 1 <SEP> m1 / h <SEP> mM / 1 <SEP> mM / 1 <SEP>% <SEP>% <SEP> mM / 1.h
<tb> 35 <SEP> 1.0 <SEP> 30 <SEP> 3.5 <SEP> 90 <SEP> 88 <SEP> 1.80 <SEP> 357
<tb> 100 <SEP> 2.5 <SEP> 90 <SEP> 5.0 <SEP> 94 <SEP> 92 <SEP> 4.50 <SEP> 900
<tb> 200 <SEP> 0.5 <SEP> 150 <SEP> 10.0 <SEP> 94 <SEP> 93 <SEP> 1.50 <SEP> 355
<tb> 250 <SEP> 0.4 <SEP> 170 <SEP> 20.0 <SEP> 89 <SEP> 80 <SE> 1.36 <SEP> 340
<tb> 400 <SEP> 0.2 <SEP> 180 <SEP> 70.0 <SEP> 72 <SEP> 65 <SEP> 0.72 <SEP> 220
<tb> maximum equal to 125 mmol.l after 12 hours of continuous. This value then decreases, any synthesis stopping after 35 hours of continuous, the L-valine previously formed then being progressively leached; here again, the inhibitory effect of L-valine decreases the activity of the enzymes, which causes a -cétoacide accumulation which generates a total inhibition of enzymatic activities.

Dans une seconde série d'expériences, on a cherché à ajuster le débit d'alimentation de manière à éviter les inhibitions liées à une accumulation de substrat (tableau 2). Le débit est réglé à une valeur telle que l'on n'ait pratiquement pas d'd-cétoacide résiduel dans le milieu réactionnel. Les valeurs indiquées correspondent à celles obtenues après 400 heures d'opération continue, le volume réactionnel étant maintenu constant à 50 ml et le continu étant lancé sans fed batch préliminaire. On constate que, bien que le rendement de conversion reste élevé, la productivité chute sensiblement ainsi que le nombre de recyclages du NAD, ceci étant principalement dû aux teneurs élevées en L-valine qui se rapprochent de la concentration inhibitrice du procédé selon l'invention.In a second series of experiments, it was sought to adjust the feed rate so as to avoid inhibitions related to substrate accumulation (Table 2). The flow rate is adjusted to a value such that there is virtually no residual d-keto acid in the reaction medium. The values indicated correspond to those obtained after 400 hours of continuous operation, the reaction volume being kept constant at 50 ml and the continuous being started without preliminary batch fed. It is found that, although the conversion efficiency remains high, the productivity drops substantially as well as the number of NAD recycles, this being mainly due to the high levels of L-valine which are close to the inhibitory concentration of the process according to the invention. .

Exemple 3 : Synthèse en continu de L-valine par des cellules
imprégnées de NAD (sans fed batch préalable)
Les conditions de culture, récolte et incubation en présence de NAD+ sont identiques à celles de l'exemple I. Les cellules sont mises en conversion de la même manière que dans l'exemple 1 abstraction faite de la période fed batch (la conversion est démarrée directement en continu). Après 24 heures, le taux de conversion est égal à 85 % et on ne trouve pas de coenzyme dans l'effluent. Après 200 h de continu, le taux de conversion est égal à 80 %.
Example 3: Continuous synthesis of L-valine by cells
impregnated with NAD (without pre-fed batch)
The conditions of culture, harvest and incubation in the presence of NAD + are identical to those of Example I. The cells are converted in the same manner as in Example 1, except for the fed batch period (the conversion is started directly continuous). After 24 hours, the conversion is 85% and no coenzyme is found in the effluent. After 200 hours of continuous, the conversion rate is equal to 80%.

Exemple 4 : Synthèse en continu de L-valine par des cellules entières
non prétraitées avec un fed batch préalable
Les conditions de culture de Bacillus megaterium et de récolte sont identiques à celles de l'exemple 1. Les cellules ne sont pas soumises à une incubation en présence de NAD+ avant d'être utilisées en bioconversion. L'activité des cellules récoltées est similaire à celle de l'exemple 1 et le milieu réactionnel est identique à celui de l'exemple 1, sauf qu'il renferme du NAD+ à une concentration de 3 mmoles.l . La conversion est ensuite effectuée dans des conditions identiques à celles de l'exemple 1 (24 heures de fed batch, puis continu avec un milieu d'alimentation exempt de coenzyme).
Example 4: Continuous synthesis of L-valine by whole cells
not pre-treated with a pre-fed batch
The culture conditions of Bacillus megaterium and harvest are identical to those of Example 1. The cells are not subjected to incubation in the presence of NAD + before being used in bioconversion. The activity of the harvested cells is similar to that of Example 1 and the reaction medium is identical to that of Example 1 except that it contains NAD + at a concentration of 3 mmol / l. The conversion is then carried out under conditions identical to those of Example 1 (24 hours of fed batch, then continuous with a feed medium free of coenzyme).

Après les 24 heures de fedbatch, on trouve une concentration extracellulaire en NAD+ qui n'est plus que de 1 mmole.l . Le NAD+ est ensuite dilué et lessivé dans l'effluent. Le rendement de conversion est de 90 % lors du fed batch et de 80 % pendant les 24 heures du procédé en continu. Il est de 72 % après 200 heures d'opération en continu.After the 24 hours of fedbatch, there is an extracellular concentration of NAD + which is only 1 mmol.l. NAD + is then diluted and leached into the effluent. The conversion efficiency is 90% during the fed batch and 80% during the 24 hours of the continuous process. It is 72% after 200 hours of continuous operation.

Exemple 5 : Synthèse en continu de L-valine par des cellules entières
non prétraitées et sans fed batch préalable
Les conditions de culture et de récolte ainsi que le milieu initial sont identiques à celles de l'exemple 3. La conversion est démarrée sans batch ou fed batch initial.- Le milieu d'alimentation contient 50 mM.l1 d'-cétoisovalérate et 100 mmoles.l -l de glucose. Les débits d'injection et de soutirage sont égaux à 3 ml.h1. Après 24 heures de continu, la concentration en L-valine dans le réacteur correspond à un taux de conversion égal à 70.%. Dans l'effluent, on trouve une quantité de NAD correspondant à une teneur extracellulaire de 1,5 mmole.1 .Il y a donc une perte de coenzyme plus importante que dans l'exemple 4. Le taux de conversion après 200 heures d'opération continue est de 60 %.
Example 5: Continuous synthesis of L-valine by whole cells
not pre-treated and without pre-fed batch
The conditions of culture and harvest as well as the initial medium are identical to those of Example 3. The conversion is started without batch or fed batch initial.- The feed medium contains 50 mM.l1-kétoisovalerate and 100 mmol.l -1 glucose. Injection and withdrawal rates are equal to 3 ml.h1. After 24 hours of continuous, the concentration of L-valine in the reactor corresponds to a conversion rate equal to 70%. In the effluent, there is a quantity of NAD corresponding to an extracellular content of 1.5 mmole.1. There is therefore a loss of coenzyme greater than in Example 4. The conversion rate after 200 hours of continuous operation is 60%.

Exemple 6 : Synthèse de L-valine par des cellules entières sans
prétraitement
On opère comme dans l'exemple 4 et le milieu réactionnel contient comme dans l'exemple 4 du NAD+ à une concentration de 3 mmoles.l . On fait varier la concentration en substrat comme dans la première série d'expériences de l'exemple 2. On obtient des résultats, présentés dans le tableau 3, sensiblement identiques à ceux de l'exemple 2, le nombre de recyclages de coenzyme étant cependant inférieur.
Example 6 Synthesis of L-Valine by Whole Cells Without
preprocessing
The procedure is as in Example 4 and the reaction medium contains, as in Example 4, NAD + at a concentration of 3 mmol / l. The substrate concentration is varied as in the first series of experiments of Example 2. The results, presented in Table 3, are substantially identical to those of Example 2, but the number of coenzyme recycles is inferior.

Exemple 7 : Essai de synthèse de L-valine par des cellules sans mise
en contact de ces cellules avec du NAD+
Les conditions de culture et de récolte des cellules sont identiques à celles décrites dans l'exemple 1. Les activités valine déshydrogénase et glucose déshydrogénase des cellules sont respectivement de 32,1 U par g de cellule humide et de 79,1 U par g de cellule humide. La totalité des cellules récoltées à partir d'une fiole de Fernbach (2,88 g humides) est intégrée dans le milieu réactionnel habituel (tampon NH40H-NH4Cl 1M, pH 8,2, glucose 0,6 mo1e.l1) sans mise en incubation préalable avec du NAD. La conversion est effectuée comme dans l'exemple 1. La production de L-valine n'est alors que de
-1 2 mmoles.l en 24 heures, soit un taux de conversion quasiment nul.
Example 7: L-valine synthesis assay by cells without bet
in contact with these cells with NAD +
The conditions for culturing and harvesting the cells are identical to those described in Example 1. The valine dehydrogenase and glucose dehydrogenase activities of the cells are respectively 32.1 U per g of wet cell and 79.1 U per g of wet cell. All the cells harvested from a Fernbach flask (2.88 g wet) are integrated into the usual reaction medium (buffer NH40H-NH4Cl 1M, pH 8.2, glucose 0.6 mole.l1) without implementation. prior incubation with NAD. The conversion is carried out as in Example 1. The production of L-valine is then only
-1 2 mmol.l in 24 hours, a conversion rate virtually zero.

Ceci montre que le NAD (NADH) intracellulaire initial ne suffit pas pour assurer le fonctionnement des enzymes impliquées dans la synthèse d'aminoacides et qu'il y a bien passage du coenzyme à l'intérieur de la cellule puis, rétention de celui-ci. This shows that the initial intracellular NAD (NADH) is not sufficient to ensure the functioning of the enzymes involved in the synthesis of amino acids and that there is good passage of the coenzyme inside the cell and retention of it .

TABLEAU 3

Figure img00220001
TABLE 3
Figure img00220001

Concentration <SEP> Débit <SEP> Concentration <SEP> Concentration <SEP> Taux <SEP> de <SEP> conversion <SEP> Productivité <SEP> en <SEP> Nombre <SEP> de
<tb> en <SEP> acétoisovalérate <SEP> d'alimentation <SEP> en <SEP> L-valine <SEP> résiduelle <SEP> en <SEP> molaire <SEP> L-valine <SEP> recyclage
<tb> dans <SEP> le <SEP> milieu <SEP> dans <SEP> le <SEP> milieu <SEP> &alpha;;cétoisovalérate <SEP> (calculeé <SEP> sur <SEP> du <SEP> coenzymes
<tb> d'alimentation <SEP> réactionnel <SEP> dans <SEP> le <SEP> milieu <SEP> au <SEP> bout <SEP> de <SEP> au <SEP> cours <SEP> des <SEP> les <SEP> 300 <SEP> heures
<tb> (au <SEP> bout <SEP> de <SEP> 300 <SEP> h <SEP> réactionnel <SEP> 300 <SEP> h <SEP> 50 <SEP> dernières <SEP> de <SEP> continu)
<tb> de <SEP> continu) <SEP> (au <SEP> bout <SEP> de <SEP> 300 <SEP> h) <SEP> heures
<tb> mM/1 <SEP> m1/h <SEP> mM/1 <SEP> mM/1 <SEP> % <SEP> % <SEP> mM/1.h
<tb> 100 <SEP> 2 <SEP> 89 <SEP> 5 <SEP> 94 <SEP> 93 <SEP> 2,5 <SEP> 402
<tb> 200 <SEP> 2 <SEP> 94 <SEP> 90 <SEP> 51 <SEP> 46 <SEP> 2,6 <SEP> 420
<tb> 250 <SEP> 2 <SEP> 48 <SEP> 182 <SEP> 21 <SEP> 5 <SEP> 1,4 <SEP> 220
<tb> 400 <SEP> 2 <SEP> 20 <SEP> 360 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0,5 <SEP> 90
<tb>
Exemple 8 :Synthèse de L-valine par des cellules imprégnées de NAD
puis immobilisées
Les conditions de culture et de récolte des cellules sont identiques à celles décrites dans l'exemple 1. A partir de 300 ml de milieu de culture, on récolte 2,96 g de cellules (poids humide) ayant des activités valine déshydrogénase et glucose déshydrogénase respectives de 54 U et 102 U par gramme de cellule humide. Ces cellules sont mises 24 heures en agitation dans 50 ml de tampon NH4Cl-NH4OH, 1 M, pH = 8,2 contenant 3 mmoles.l NAD. Le surnageant restant après centrifugation de cette solution est à 2,48 mmoles.l en NAD.
Concentration <SEP> Flow rate <SEP> Concentration <SEP> Concentration <SEP> Rate <SEP> of <SEP> conversion <SEP> Productivity <SEP> in <SEP> Number <SEP> of
<tb><SEP> Acetoisovalerate <SEP> Feed <SEP> into <SEP> L-Valine <SEP> Residual <SEP> into <SEP> Molar <SEP> L-Valine <SEP> Recycling
<tb> in <SEP> the <SEP> medium <SEP> in <SEP> the <SEP> medium <SEP>&alpha;; ketoisovalerate <SEP> (calculated <SEP> on <SEP> of <SEP> coenzymes
<tb> Supply <SEP> Reaction <SEP> in <SEP><SEP> Medium <SEP> at <SEP> Tip <SEP> of <SEP> at <SEP><SEP> Course <SEP><SEP> 300 <SEP> hours
<tb> (at <SEP> last <SEP> of <SEP> 300 <SEP> h <SEP> reaction <SEP> 300 <SEP> h <SEP> 50 <SEP> last <SEP> of <SEP> continuous)
<tb> of <SEP> continuous) <SEP> (at <SEP> last <SEP> of <SEP> 300 <SEP> h) <SEP> hours
<tb> mM / 1 <SEP> m1 / h <SEP> mM / 1 <SEP> mM / 1 <SEP>% <SEP>% <SEP> mM / 1.h
<tb> 100 <SEP> 2 <SEP> 89 <SEP> 5 <SEP> 94 <SEP> 93 <SEP> 2.5 <SEP> 402
<tb> 200 <SEP> 2 <SEP> 94 <SEP> 90 <SEP> 51 <SEP> 46 <SEP> 2.6 <SEP> 420
<tb> 250 <SEP> 2 <SEP> 48 <SEP> 182 <SEP> 21 <SEP> 5 <SEP> 1.4 <SEP> 220
<tb> 400 <SEP> 2 <SEP> 20 <SEP> 360 <SEP> 5 <SEP> 0 <SEP> 0.5 <SEP> 90
<Tb>
Example 8 Synthesis of L-Valine by NAD Impregnated Cells
then immobilized
The conditions for culturing and harvesting the cells are identical to those described in Example 1. From 300 ml of culture medium, 2.96 g of cells (wet weight) having activities valine dehydrogenase and glucose dehydrogenase are collected. of 54 U and 102 U per gram of wet cell. These cells are stirred for 24 hours in 50 ml of 1 M NH4Cl-NH4OH buffer, pH = 8.2, containing 3 mmol / l NAD. The supernatant remaining after centrifugation of this solution is 2.48 mmol / l in NAD.

Les cellules ainsi préparées sont immobilisées dans des billes de gel d'alginate de calcium. La méthode consiste à préparer une suspension cellulaire à 20 % dans de l'alginate de sodium à 2 %. Le mélange est extrudé goutte à goutte à l'aide d'une pompe à seringue dans une solution de CaC12 0,1 M agitée. Les billes sont laissées dans CaCl2 pendant environ 2 heures puis récupérées par filtration sur un creuset filtrant.The cells thus prepared are immobilized in calcium alginate gel beads. The method consists of preparing a 20% cell suspension in 2% sodium alginate. The mixture is extruded drop by drop using a syringe pump into a stirred 0.1 M CaCl 2 solution. The beads are left in CaCl 2 for about 2 hours and then recovered by filtration on a filter crucible.

La synthèse de L-valine est réalisée dans des conditions identiques a celles décrites dans l'exemple 1 à l'exception du catalyseur qui ici correspond aux billes d'alginate de calcium renfermant les cellules imprégnées de NAD. Après 30 heures d'injection de cétoacide en continu, la production de valine est de 10 mmoles.l et le taux de conversion molaire en continu de 15 %. Après 200 heures d'opération en continu, ce taux de conversion est égal à 12 %. The L-valine synthesis is carried out under conditions identical to those described in Example 1 with the exception of the catalyst which here corresponds to the calcium alginate beads containing the NAD-impregnated cells. After 30 hours of continuous ketoacid injection, valine production is 10 mmol / l and the molar conversion ratio is 15% continuous. After 200 hours of continuous operation, this conversion rate is equal to 12%.

Exemple 9 : Synthèse de L-valine par des cellules immobilisées puis
imprégnées de NAD
Les conditions de culture et de récolte des cellules sont identiques à celles de l'exemple 1. On récolte ici 4 g de cellules humides ayant 43,7 U valine déshydrogénase et 117,3 U glucose déshydrogénase par gramme de cellules humides. Ces cellules sont ensuite immobilisées dans des billes d'alginate de calcium par utilisation de la même procédure que celle décrite dans l'exemple 8.
Example 9 Synthesis of L-valine by immobilized cells and then
impregnated with NAD
The conditions for culturing and harvesting the cells are identical to those of Example 1. Here 4 g of wet cells having 43.7 U valine dehydrogenase and 117.3 U glucose dehydrogenase per gram of wet cells are harvested. These cells are then immobilized in calcium alginate beads using the same procedure as described in Example 8.

Après immobilisation, les billes de gel contenant les cellules de
Bacillus megaterium sont mises en agitation dans 50 ml d'une solution tampon NH4Cl-NH4OH 1 M, pH = 8,2 contenant 3 mmoles.l de NAD+ pendant 24 heures. La suspension est ensuite filtrée afin de récupérer les cellules immobilisées puis incubées en présence de NAD+. Le filtrat ne contient plus que 0,525 mmole.l-1 de NAD+.
After immobilization, the gel beads containing the
Bacillus megaterium are stirred in 50 ml of 1M NH4Cl-NH4OH buffer solution, pH = 8.2, containing 3 mmol of NAD + for 24 hours. The suspension is then filtered in order to recover the immobilized cells and then incubated in the presence of NAD +. The filtrate contains only 0.525 mmol / l of NAD +.

Ces billes sont mises en bioconversion en utilisant des conditions identiques à celles décrites dans l'exempie 1 à l'exception de la concentration en précurseur dans l'alimentation qui est égale à 50 mmoles.l . Après 48 heures de conversion (24 h fed batch et 24 h continu), la concentration en L-valine est de 45 mmoles.l , ce qui correspond à un rendement de conversion molaire de 90 % par rapport au précurseur injecté lors du continu. Aucune trace de NAD+ ou NADH n'est détectée dans le milieu extracellulaire tout au long de la conversion qui est poursuivie pendant encore 200 heures. Le taux de conversion final est de 80 %. These beads are bioconverted using conditions identical to those described in Example 1 with the exception of the precursor concentration in the feed which is equal to 50 mmol.l. After 48 hours of conversion (24 h fed batch and 24 h continuous), the concentration of L-valine is 45 mmol.l, which corresponds to a molar conversion yield of 90% relative to the precursor injected during the continuous. No trace of NAD + or NADH is detected in the extracellular medium throughout the conversion which is continued for a further 200 hours. The final conversion rate is 80%.

Exemple 10 : Mise en évidence de l'entrée de NAD puis sa rétention par
les cellules
Après mise en culture et récolte de cellules de Bacillus megaterium
ATCC 39118 dans des conditions identiques à celles décrites dans l'exemple 1, ces cellules sont remises en suspension à raison de 0,094 g de cellules humides par ml de solution dans un tampon NH4Cl-NH4OH 1
M, pH = 8,2 contenant différentes concentrations de NAD+. Les concentrations en NAD trouvées dans le surnageant après 22 et 45 heures d'incubation figurent dans le tableau 4.
Example 10: Highlighting the entry of NAD and its retention by
cells
After culturing and harvesting Bacillus megaterium cells
ATCC 39118 under conditions identical to those described in Example 1, these cells are resuspended at a rate of 0.094 g of wet cells per ml of solution in a buffer NH4Cl-NH4OH 1
M, pH = 8.2 containing different concentrations of NAD +. The NAD concentrations found in the supernatant after 22 and 45 hours of incubation are shown in Table 4.

TABLEAU 4

Figure img00250001
TABLE 4
Figure img00250001

<tb> <SEP> Durée <SEP> NAD+ <SEP> NAD+ <SEP> NAD+
<tb> <SEP> 3 <SEP> mM/l <SEP> 6 <SEP> mM/l <SEP> 10 <SEP> mM/1 <SEP>
<tb> O <SEP> heure <SEP> 2,70 <SEP> 5,S2 <SEP> 9,79
<tb> 22 <SEP> heures <SEP> 1,75 <SEP> 4,08 <SEP> 7,96
<tb> 45 <SEP> heures <SEP> 1,41 <SEP> 3,44 <SEP> 7,74
<tb>
RR
Exemple il : Synthèse de L-valine en continu avec Bacillus subtilis
imprégné en NAD+
La souche de Bacillus subtilis 168 M est cultivée, récoltée et mise en incubation avec du NAD dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1. Les activités par gramme de cellules humides sont de 3,2 unités/g pour le glucose déshydrogénase et de 3,7 u/g pour la valine déshydrogénase et on introduit 3 g de cellules humides dans les 50 ml de milieu réactionnel initial.On procède ensuite de la même manière que dans l'exemple 1 à l'exception de la concentration en O(-cêtoisovalêrate de sodium dans le milieu d'alimentation que l'on fixe à 50 mmoles.l-1. Au bout de 24 heures de conversion en continu, la concentration en L-valine trouvée correspond à un taux de conversion de 23 %. Au bout de 100 heures d'opération continue, le taux de conversion est de 15 %.
<tb><SEP> Time <SEP> NAD + <SEP> NAD + <SEP> NAD +
<tb><SEP> 3 <SEP> mM / l <SEP> 6 <SEP> mM / l <SEP> 10 <SEP> mM / 1 <SEP>
<tb> O <SEP> hour <SEP> 2.70 <SEP> 5, S2 <SEP> 9.79
<tb> 22 <SEP> hours <SEP> 1.75 <SEP> 4.08 <SEP> 7.96
<tb> 45 <SEP> hours <SEP> 1.41 <SEP> 3.44 <SEP> 7.74
<Tb>
RR
Example 11: Synthesis of L-valine continuously with Bacillus subtilis
impregnated with NAD +
The Bacillus subtilis 168M strain is cultured, harvested and incubated with NAD under the same conditions as those of Example 1. The activities per gram of wet cells are 3.2 units / g for glucose dehydrogenase and 3.7 u / g for valine dehydrogenase and 3 g of wet cells are introduced into the 50 ml of initial reaction medium. The procedure is then followed in the same manner as in Example 1 except for the concentration of O In a 24 hour conversion period, the concentration of L-valine found corresponds to a conversion of 23% in the feed medium which is fixed at 50 mmol / l. After 100 hours of continuous operation, the conversion rate is 15%.

Exemple 12 : Synthèse en continu de L-leucine avec Bacillus megaterium
ATCC 39118 imprégné de NAD
La préparation des cellules de Bacillus megaterium ATCC 39118 est effectuée dans des conditions identiques à celles de l'exemple 1.
Example 12: Continuous synthesis of L-leucine with Bacillus megaterium
ATCC 39118 impregnated with NAD
The preparation of Bacillus megaterium ATCC 39118 cells is carried out under conditions identical to those of Example 1.

Après incubation dans une solution de NAD+ à 3 mmoles 1-1, les cellules sont récoltées puis mises en bioconversion dans des conditions identiques à celles de l'exemple 1, à l'exception du précurseur qui est une solution d'o(cêtoisocaproate de sodium à 50 mmoles 1-1 pour la phase de continu. Le rendement de conversion de l'&alpha;-cétoisocaproate en L-leucine est egal à 80 % au bout de 48 heures et à 70 % au bout de 100 heures d'opération continue.After incubation in a solution of NAD + at 3 mmol-1, the cells are harvested and then put into bioconversion under conditions identical to those of Example 1, with the exception of the precursor which is a solution of o (cetoisocaproate sodium at 50 mmol -1 for the continuous phase The conversion efficiency of α-ketoisocaproate to L-leucine is equal to 80% after 48 hours and 70% after 100 hours of operation. keep on going.

Exemple 13 : Synthèse de divers L-,(-aminoacides
On réalise trois opérations continues comme dans l'exemple 1 mais au lieu d'utiliser comme -précurseur de 1'o(-cétoisovalérate, on utilise dans un cas du pyruvate de sodium, dans un second cas du -hydroxypyruvate de lithium et dans un troisième cas de l'&alpha;-cétossméthylvalérate de sodium. On obtient respectivement de la
L-alanine, de la L-serine et de la L-isoleucine avec un taux de conversion molaire sensiblement identique à celui de l'exemple 1.
Example 13 Synthesis of various L -, - amino acids
Three continuous operations are carried out as in Example 1, but instead of using the precursor of the α-ketoisovalerate, one is used in the case of sodium pyruvate, in the second case lithium hydroxypyruvate and in one case third case of sodium alpha-ketossmethylvalerate.
L-alanine, L-serine and L-isoleucine with a molar conversion rate substantially identical to that of Example 1.

Exemple 14 : Utilisation de cellules issues du moût de fermentation
complété en NAD+
Des cellules de Bacillus megaterium ATCC 39118 ont été mises en culture dans des conditions identiques à celles de l'exemple 1. Après 30 heures, on rajoute au moût de fermentation contenant 1 g en poids sec de cellules, du NAD+ de manière à obtenir une concentration finale en NAD+ égale à 5 mmoles.l 1- Le milieu est laissé à température ambiante en agitation pendant 24 heures, le pH du milieu étant de 6,5, puis les cellules sont récoltées par centrifugation et mises en bioconversion dans des conditions identiques à celles de l'exemple 1.
Example 14 Use of cells derived from the fermentation must
completed in NAD +
Bacillus megaterium ATCC 39118 cells were cultured under conditions identical to those of Example 1. After 30 hours, NAD + was added to the fermentation broth containing 1 g of NAD + in dry weight in order to obtain a final concentration of NAD + equal to 5 mmol. 1- The medium is left at ambient temperature with stirring for 24 hours, the pH of the medium being 6.5, then the cells are harvested by centrifugation and placed in bioconversion under identical conditions to those of Example 1.

Le rendement de conversion molaire en L-valine est égal à 61 % après 24 heures de continu et à 52 % après 150 heures de continu.The molar conversion yield of L-valine is 61% after 24 hours of continuous and 52% after 150 hours of continuous.

Exemple 15 : Comparaison entre le taux de recyclage du NAD en fed
batch et en continu
Les cellules de Bacillus megaterium ATCC 39118 sont cultivées, récoltées avant conversion dans des conditions identiques à celles décrites dans l'exemple 1. On réalise d'une part une synthèse continue de L-valine dans les conditions décrites dans l'exemple 2 avec une concentration dPTcétoisovalérate de sodium dans le milieu d'alimentation égale à 100 mmoles.l pendant 350 heures. D'autre part, on réalise une conversion en fed batch pendant 180 heures dans des conditions identiques à celles de la période fed batch décrites dans l'exemple 1. Pour le continu, après 350 heures, la concentration en L-valine est de 90 mmoles.l et le nombre de recyclages du NAD est de 660.
Example 15 Comparison of the recycling rate of NAD fed
batch and continuously
The cells of Bacillus megaterium ATCC 39118 are cultured and harvested before conversion under conditions identical to those described in Example 1. On the one hand, a continuous synthesis of L-valine is carried out under the conditions described in Example 2 with a sodium dPTcetoisetrate concentration in the feed medium equal to 100 mmol / l for 350 hours. On the other hand, a fed batch conversion is carried out for 180 hours under conditions identical to those of the fed batch period described in Example 1. For the continuous, after 350 hours, the L-valine concentration is 90.degree. mmoles.l and the number of recycling of NAD is 660.

En fed batch, on trouve une concentration de L-valine égale à 110.mmoles 1 après 140 heures de synthèse, soit un nombre de recyclage de NAD égal à 128, ce taux de recyclage restant aux alentours de cette valeur, même en continuant l'alimentation, la synthèse de L-valine ne s'effectuant pâtis ensuite à cause des effets inhibiteurs conjugués des concentrations en cétoacide et en L-valine.In fed batch, there is an L-valine concentration equal to 110.mmoles 1 after 140 hours of synthesis, ie a number of NAD recycling equal to 128, this recycling rate remaining around this value, even while continuing the feeding, the L-valine synthesis is then impaired due to the combined inhibitory effects of ketoacid and L-valine concentrations.

On a par ailleurs observé qu'avec des cellules non prétraitées, suivant l'exemple 4, on obtenait sensiblement le même rapport entre les nombres de recyclage de NAD en continu et de NAD en fed batch que celui obtenu avec les cellules prétraitées. It has furthermore been observed that with cells which have not been pretreated, according to Example 4, the same ratio between the numbers of continuous NAD recycling and NAD in fed batch as obtained with the pretreated cells is obtained.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé de production en continu de L- aminoacides dans lequel on1. A process for the continuous production of L-amino acids in which met en culture une souche de Bacillus dans des conditions telles cultures a strain of Bacillus under conditions such que l'on produit des cellules contenant une composition that cells containing a composition are produced enzymatique comprenant de l'aminoacide déshydrogénase et une enzymatic composition comprising amino acid dehydrogenase and a enzyme susceptible de catalyser la régénération du nicotinamide enzyme capable of catalyzing the regeneration of nicotinamide adénine dinucléotide , on maintient confinees lesdites cellules adenine dinucleotide, said cells are kept confined dans une zone de réaction, on soumet dans ladite zone de réaction in a reaction zone is subjected to said reaction zone un milieu d'alimentation comprenant au moins un i-cétoacide ou au a feed medium comprising at least one i-keto acid or at least one moins un de ses sels, une source d'ions ammonium et un réducteur à at least one of its salts, a source of ammonium ions and a reducing agent. l'action desdites cellules en présence d'un coenzyme de type the action of said cells in the presence of a type coenzyme nicotinamide adénine dinucléotide sous forme reduite ou oxydée, nicotinamide adenine dinucleotide in reduced or oxidized form, caractérisé en ce qu'on procède à un soutirage d'un effluent characterized in that a withdrawal of an effluent is carried out contenant ledit L-Kaminoacide produit, on regle le débit containing said L-Kamino acid product, the flow rate is regulated d'admission de l'd-cétoacide dudit milieu d'alimentation dans la for admitting the d-keto acid from said feed medium into the zone de réaction, la concentration en i-cétoacide dans le milieu reaction zone, the concentration of i-keto acid in the medium d'alimentation et le débit de soutirage dudit effluent de manière supply and the withdrawal rate of said effluent so à maintenir une concentration en L-aminoacide comprise entre 1 et to maintain an L-amino acid concentration of between 1 and 200 mmoles par litre dans la zone de réaction et de manière à 200 mmol per liter in the reaction zone and so as to maintenir une concentration en i-cétoacide dans la zone de maintain an i-keto acid concentration in the réaction au plus égale à 150 mmoles par litre. reaction at most equal to 150 mmol per liter. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le débit2. The method of claim 1 wherein the flow rate d' -cétoacide dudit milieu d'alimentation dans la zone de réaction of -ceto acid of said feed medium in the reaction zone est compris entre 0,01 et 25 mmoles par heure et par litre de is between 0.01 and 25 mmol per hour and per liter of volume réactionnel et de préférence entre 0,1 et 10 mmoles par reaction volume and preferably between 0.1 and 10 mmol per heure et par litre de volume réactionnel. hour and per liter of reaction volume. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 dans lequel ledit3. Method according to one of claims 1 to 2 wherein said coenzyme est apporté dans ladite zone de réaction par un coenzyme is brought into said reaction zone by a prétraitement ex-situ des cellules comprenant une mise en  ex-situ pretreatment of cells including incubation de ces cellules en présence dudit coenzyme sous forme incubation of these cells in the presence of said coenzyme in form oxydée ou réduite dans des conditions telles que lesdites cellules oxidized or reduced under conditions such that said cells contiennent une quantité substantielle dudit coenzyme sous forme contain a substantial amount of said coenzyme in the form intracellulaire, suffisante pour la production desdits intracellular, sufficient for the production of those aminoacides. amino acids. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la souche4. Method according to one of claims 1 to 3 wherein the strain est celle de Bacillus megaterium et de préférence celle de is that of Bacillus megaterium and preferably that of Bacillus megaterium ATCC 39118. Bacillus megaterium ATCC 39118. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 à 4 dans lequel5. Method according to one of claims 3 to 4 wherein l'incubation en présence dudit coenzyme est effectuée dans une incubation in the presence of said coenzyme is carried out in a solution tamponnée à un pH compris entre 5 et 10, à raison de 0,02 buffered solution at a pH between 5 and 10, at a rate of 0.02 à 2 mmoles de coenzyme par gramme de poids sec de cellules durant at 2 mmol of coenzyme per gram of dry weight of cells during un temps de 0,5 à 100 heures et à une température de 4 à 700C. a time of 0.5 to 100 hours and a temperature of 4 to 700C. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel la6. Method according to one of claims 1 to 5 wherein the quantité de cellules mises en jeu est comprise entre 1 g et 200 g amount of cells involved is between 1 g and 200 g de poids sec par litre de volume réactionnel. dry weight per liter of reaction volume. 7. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 4 et 6 dans lequel la7. Method according to one of claims 1, 2, 4 and 6 wherein the quantité de coenzyme par litre de volume réactionnel est d'au amount of coenzyme per liter of reaction volume is from moins 0,05 mmoles. minus 0.05 mmol. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel on8. Method according to one of claims 1 to 7 wherein réalise une étape préliminaire consistant à alimenter dans la zone performs a preliminary step of feeding into the area de réaction au moins une fois ena-cétoacide ou en l'un de ses sels reaction at least once ena-keto acid or a salt thereof et on soutire ledit effluent lorsqu'on obtient dans la zone de and withdrawing said effluent when obtained in the zone of réaction des concentrations molaires en L-aaminoacide définies reaction of the molar concentrations of L-amino-acid defined dans la revendication 1. in claim 1. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel ladite9. Method according to one of claims 1 to 8 wherein said production de L-o'aminoacide est mise en oeuvre à une température  production of L-amino acid is carried out at a temperature de 10 à 700C, à un pH de 6 à 10 et dans lequel on met en oeuvre de from 10 to 700 ° C., at a pH of 6 to 10 and in which use is made of 1 à 2 moles de réducteur et de 1 à 3 moles exprimées en ammoniaque 1 to 2 moles of reducing agent and 1 to 3 moles expressed as ammonia de la source d'ions ammonium pour 1 mole d'&alpha;-cétoacide.  the source of ammonium ions per 1 mole of α-ketoacid. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel le10. Method according to one of claims 1 to 9 wherein the réducteur est le glucose et dans lequel l'&alpha;-cétoacide est soit reducer is glucose and in which the alpha-keto acid is either l'acide pyruvique, soit l'acide hydroxypyruvique, soit l'acide pyruvic acid, either hydroxypyruvic acid or acid &alpha;-cétoisocaproique, soit l'acide &alpha;-céto- ss méthylvalérique soit, α-ketoisocaproic acid, either methylvaleric acid or alpha-ketones; l'acide&alpha;-cétoisovalérique ou l'un de leurs sels.  alpha-ketoisovaleric acid or a salt thereof.
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