JP2000501610A - 酵素類、それらの調製及びアクリル酸アンモニウムの製造へのそれらの使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ｐＨ７．０においてアクリロニトリルに対し５００μＭ以下のＫｍを有する新規のニトリラーゼ酵素を提供する。新規の酵素は、ｐＨ７．０においてアクリル酸アンモニウムに対し少なくとも１００ｍＭのＫｉも有している。特に、新規のニトリラーゼは、少なくとも２００の前記Ｋｉ対前記Ｋｍ比値を有している。特に好ましいニトリラーゼは、微生物、ロドコッカス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ４０７５７又はＮＣＩＭＢ ４０８３３から得ることができる。これらのニトリラーゼは、水性又は蒸気状でアクリロニトリルをアクリル酸アンモニウムに転化する方法、及び水性又は蒸気状で低濃度のニトリルを検出する方法に利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 酵素類、それらの調製及びアクリル酸 アンモニウムの製造へのそれらの使用 本発明は、アクリル酸アンモニウムを製造するための酵素的方法及びこれらの 方法に有用な新規の微生物類と酵素類に関する。 アクリル酸（又はその塩）は、一般に、プロピレンオキサイドからの一段化学 転化法、あるいはアクリロニトリルから硫酸アクリルアミド中間体を経る二段転 化法によって製造される。この化学転化法は、若干量の二量体アクリル酸の生成 を含む副反応による望ましくない不純物を含有する生成物を与え、これは、製造 条件下に生成アクリル酸が高濃度で存在する場合に形成しやすい。 アクリルアミドをアクリル酸（アンモニウム塩として）に転化するために、ア ミダーゼを使用することは、文献に頻繁に記載されている。それは、主にアクリ ルアミド重合体中の残留単量体不純物をアクリル酸アンモニウムに転化するため に記載されているが、アクリルアミドからアクリル酸アンモニウムを商業的に製 造するのに、アミダーゼを使用するのが望ましいことも提案されている。 ニトリルヒドラターゼによって、アクリロニトリルからアクリルアミドを製造 する方法は公知であり、例えば、ＥＰ−Ａ−３０７，９２６、及びＡｐｐｌ．Ｍ ｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．１９９３，４０，第１８９〜１９５ 頁に記載されている。この後者の文献は、ニトリルヒドラターゼが、とりわけロ ドコッカス・ロドクラウス（Ｒ ｒｈｏｄｏｃｈｒｏｕｓ）Ｊ１から得られるこ とを示している。ＥＰ−Ａ−１８８３１６は、ニトリルヒドラターゼを 用いるアクリロニトリルのアクリルアミドへの転化を記載している。１種のニト リルヒドラターゼが、ロドコッカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）ｓｐ．Ｓ−６か ら得られる。ＷＯ９５／０４８２８は、ニトリルヒドラターゼ類を記載し、コマ モナス（Ｃｏｍａｍｏｎａｓ）ＮＩ１から得られるその１種が、アクリロニトリ ルをアクリルアミドに転化させると説明されている。アクリル酸アンモニウムの 製造に応用した場合に、そのような方法は、二段、すなわち第一工程としてのア クリルアミドの製造、及び第二工程としてのこの生成物のアクリル酸への加水分 解を必要とする。二段法の使用は、一般に２種類の不純物の存在の元である。こ れらは、第一工程からの未反応の出発原料、及び第二工程の出発原料である第一 工程の生成物の未反応物である。 ニトリルのその対応する酸へのさらなる転化が、英国特許第１，４７５，５４ ０号に記載されている。この転化は、アクリロニトリルを含む種々のニトリル類 に対して、特定の菌株によって実施される。これらの菌株は、バシラス（Ｂａｃ ｉｌｌｕｓ ）、バクテリジウム（Ｂａｃｔｅｒｉｄｉｕｍ）、ミクロコッカス（Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ ）またはブレビバクテリウム（Ｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ ｉｕｍ ）属のものである。例示された転化は、ラクトニトリル、グリシノニトリ ル、アミノプロピオニトリル塩酸塩、アミノ−３−プロピオニトリル，及びα− アミノ−γ−メチルチオブチロニトリルに関するものである。これらの微生物は 、ニトリルをアミドに転化するニトリルヒドラターゼ酵素、及びその後アミドを 酸に転化するアミダーゼ酵素を産生することによって、加水分解を行っているも のと思われる。 アクリロニトリラーゼを用いて、アクリロニトリルから単一工程で、酵素的な 商業的に便利な方法によって、アクリル酸アンモニウ ムを製造することが望ましい。 ニトリラーゼを用いて、アクリロニトリルをアクリル酸アンモニウムに転化す る方法は、ロドコッカス・ロドクラウスＪ１（上記ＥＰ−Ａ−３０７，９２６に 記載された同一の微生物）から得られるニトリラーゼを使用している文献、例え は、ＥＰ−Ａ−１８７，６８０、特公昭６３−２５９６号公報、及びＡｐｐＬ． Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏ．１９９０，３４，第３２２〜３２４ 頁に記載されており、そして、ＥＰ−Ａ−４４４，６４０にも、ロドコッカス・ ロドクラウスＪ１からのニトリラーゼが好ましいと記載されている。 アクリロニトリルをアクリル酸アンモニウムに転化する方法として、ロドコッ カス・ロドクラウスＫ２２を使用することが、Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１７２ ，９，第４８０７〜４８１５頁に記載されている。 フザリウム・オキシスポルム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ）ｆ． ｓｐ．メロニス（ｍｅｌｏｎｉｓ）からのニトリラーゼは、６０ｍＭまでのアク リロニトリルに作用してアクリル酸を生産するとＢｉｏｔｅｃｈ．Ａｐｐｌ．Ｂ ｉｏｃｈｅｍ．，１９８９，１１，第５８１〜６０１頁に示されている。 Ｂｉｏｔｅｃｈ．ａｎｄ Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．１５，第２８３〜３０ ２頁（１９９２）において、スティーブンソン等は、ロドコッカス ＡＴＣＣ ３９４８４によって産生されたニトリラーゼに関する研究について述べている。 この酵素は、芳香族ニトリル類の加水分解に最も効果的であり、また、アクリロ ニトリル等の多くの脂肪族ニトリル類にほとんど又は全く活性を示さない。この 酵素は、７．５の最適ｐＨを有し、５．０〜９．０のｐＨ範囲以外で は全く不活性であり、４０℃以上での前保温によって不可逆的に不活性化される と言われている。この酵素は、また、基質、特にベンゾニトリルの存在下に活性 化を示した。この文献の著者は、これは、サブユニットの凝集のためであると思 っている。 あいにく、ニトリラーゼを使用する公知の方法は、いずれも商業的に満足でき ない。例えば、Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．３４， １９９０，第３２２〜３２４頁に記載された方法は、ロドコッカス・ロドクラウ スＪ１が、最適な活性のために７．８のｐＨを必要とし、３０〜５０℃でわずか に、６０℃でほとんど全て失活し、２００ｍＭ以上のアクリロニトリル濃度で阻 害され、そして、生成物（アクリル酸アンモニウム）によって阻害されることを 示している。ロドコッカス・ロドクラウスＫ２２のＫｍ値が、上記Ｊ．Ｂａｃｔ ｅｒｉｏｌ文献に１．１４ｍＭであると報告されているが、アクリロニトリルに 関する微生物によって生産されるニトリラーゼのＫｍ値、又はアクリル酸アンモ ニウムに関するそのＫｉ値を示すその文献のデータは不十分である。Ｂｉｏｔｅ ｃｈ．Ａｐｐｌ．Ｂｉｏｃｈeｍ．，１９８９，１１，第５８１〜６０１頁には 、アクリロニトリラーゼに関する１７ｍＭの値が報告されており、そして、約４ 〜６％のアクリルアミドが反応中に生成されたと報告されている。 経済的な方法で、高濃度で、良好な収率のアクリル酸アンモニウムを得ること ができることが望ましい。これを可能とする微生物及び酵素を提供することが望 ましい。 並みはずれた、非常に望ましい活性を有するニトリラーゼが、確認された。し たがって、このニトリラーゼは、全細胞の形で又は抽出酵素としてのいずれかで 、アクリロニトリルからアクリル酸アン モニウムへの反応を触媒するのに使用することができる。それは、他のニトリル 類、例えば、アジポニトリルの類似反応を触媒するのにも使用することができる 。 新規のニトリラーゼは、５００μＭ以下のアクリロニトリルに対するＫｍを有 することによって特徴付けられる。本明細書全体を通して、Ｋｍは、ｐＨ７．０ で測定したＫｍを指す。Ｋｍは、酵素がミカエリス−メンテン反応速度論を示す 条件下に測定する。特に、我々は、以下の実施例６の条件を使用する。初期の実 験を行った好ましいニトリラーゼは、全細胞の形で３０．６μＭのアクリロニト リルＫｍを有しているので、我々は、標準の技術及び選択手順、例えば、シルマ ン等の（１９８９）Ｊ．Ｇｅｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．，１３５，第３１５３〜 ３１６４頁においてアミダーゼに対して記載されたもの、及びワグナーの（１９ ９０）Ｔｉｂｔｅｃｈ．，８，第２６２〜２７０頁によってラクテフトデヒドロ ゲナーゼに対して記載されたものの適用によって、６０又は１００、おそらく３ ００μＭ以下のＫｍ値、及び９．４、さらには３．８μＭ以上のＫｍ値を有する ニトリラーゼを得ることを予測する。 ５００μＭ以下のＫｍを有する新規のニトリラーゼの主なる利点は、したがっ て、それが非常に低いレベルのニトリル基質に効果的であることにある。Ｋｍの 約１０倍である濃度の基質を用いて、酵素触媒反応を行うのが便利である。した がって、本発明の新規のニトリラーゼを用いて、５００μＭ以下、さらには、３ ００ｐＭと低い、多くの場合４０〜１００μＭの濃度のアクリロニトリルを用い て、アクリロニトリルのアクリル酸アンモニウムへの転化を行うことが可能であ る。反応器中、したがってアクリル酸アンモニウム生成物中３００ｐｐｍ以下の レベルのアクリロニトリルを有する方法 によって、アクリル酸アンモニウムの連続製造を可能とするので、これは、有利 である。 本発明の酵素の低Ｋｍのさらなる利点は、酵素の優れた掃去能力である。ニト リラーゼは、非常に低い濃度のアクリロニトリルに活性であるので、この酵素は 、例えば、残留アクリロニトリルを含むアクリル酸アンモニウム生成物から非常 に低レベルの残留アクリロニトリルを掃去することができる。 アクリロニトリル及び他のニトリル類は、高い濃度で存在する場合にニトリラ ーゼ類を失活させる傾向があるので、非常に低ニトリルレベルで作用することが できることも有利である。より高いＫｍを有する公知の酵素は、それらが有効活 性にある最低レベルのニトリルを必要とし、このレベルが、失活に至るに十分な 高さであるという点で、従来限定された。本発明のニトリラーゼは、効果的に作 用して、酵素の実質的な失活を避けるのに十分低い濃度のアクリロニトリル又は 他のニトリルからアクリル酸アンモニウム又は他の塩を製造することができる。 本発明の新規のニトリラーゼは、少なくとも１００ｍＭ、好ましくは少なくと も１５０又は２００、より好ましくは少なくとも２５０ｍＭのアクリル酸アンモ ニウムに対するＫｉを有することによって特徴付けられる。本明細書全体を通し て、Ｋｉは、ｐＨ７．０で測定したＫｉを指す。この酵素は、測定条件下にミカ エリス−メンテン反応速度論を示す。好ましくは、測定は、以下の実施例７に示 した条件下をで行う。初期の実験を行った好ましいニトリラーゼは、３０９ｍＭ と推定したアクリル酸アンモニウムに対するＫｉを有している。標準の技術及び 選択手順、例えば、異変誘発によって、３００ｍＭまで、さらには８００ｍＭ以 上のアクリル酸アンモニウムに対するＫｉ を有するニトリラーゼを得る。 本発明のニトリラーゼのこの高いＫｉ値は、この酵素に高濃度のアクリル酸ア ンモニウム（１０％ｗ／ｖ以上、例えば３０又は４０％まで）を製造するアクリ ロニトリルの反応を触媒させることができるので、有利である。そのような反応 において、生成物による酵素の作用の阻害度は低い。 本発明の新規ニトリラーゼは、少なくとも２００の（アクリル酸アンモニウム に対するＫｉ）／（アクリロニトリルに対するＫｍ）比を有することによって特 徴付けられる。好ましくは、この比は、少なくとも３００、より好ましくは少な くとも５００、特に少なくとも１０００である。本発明のニトリラーゼは、少な くとも５０００、さらには９０００以上のＫｉ／Ｋｍ比を有することができ、ま た、我々が初期の実験を行ったニトリラーゼは、１００００より高いこの比の値 を有している。 この高い特定比の値の利点は、ニトリラーゼが、高濃度の対応する塩、例えば アクリル酸アンモニウムが存在する条件下に、非常に低いレベルのアクリロニト リル等のニトリルの加水分解を触媒することができることである。 新規ニトリラーゼは、ｐＨ６．８において、最適ｐＨにおけるその活性の少な くとも８０％、好ましくは少なくとも９５％である比アクリロニトリラーゼ活性 を有することによって特徴付けられる。至適ｐＨは、ニトリラーゼが最高の比ア クリロニトリラーゼ活性を有するｐＨである。その最適ｐＨは、一般に６．５〜 ７の範囲、多くの場合約６．８であるので、ニトリラーゼは、アクリル酸アンモ ニウムの中性ｐＨにおいて最適活性を有するという利点がある。したがって、緩 衝又は一定監視及び調節は不要である。 本発明の新規のニトリラーゼは、以下の通り改良した温度安定性を有している ことによって特徴付けられる。５０℃において、２５℃おけるそのアクリロニト リラーゼ活性の少なくとも８０％を保持している。活性は、要求温度において５ 分間水中で細胞を保温し、次に５０ｍＭの濃度でアクリロニトリルを添加し、１ ５分間アクリル酸アンモニウムへの転化率を観測することによって測定される。 また、ニトリラーゼは、５５℃及び６０℃において、２５℃におけるそのアクリ ロニトリラーゼ活性の少なくとも８０％を保持しているのが好ましい。５０℃、 ５５℃及び６０℃での活性は、２５℃における活性よりなおさらに高く、例えば 、２５℃における活性の少なくとも１００％、さらには２００％又は３００％で ありうる。 本発明の新規ニトリラーゼは、次の通り、架橋ポリアクリルアミドビーズに固 定化した後に、その元の比アクリロニトリラーゼ活性の少なくとも８０％を保持 している： ニトリラーゼを含有する細胞から成るペーストを冷却緩衝液中に懸濁させ、冷 却緩衝液中のアクリルアミド単量体及びメチレンビスアクリルアミド架橋剤の混 合物に添加する。レドックス開始剤系の水溶性成分を即座に添加する。次に、混 合物を冷却鉱油及び界面活性剤を含有する攪拌樹脂ポットに移し、両液相に可溶 性の第二のレドックス開始剤成分を添加して重合を開始する。重合に際し、細胞 が架橋重合体ビーズ中に閉じ込められる。これらの条件下に架橋ポリアクリルア ミドビーズに固定化した場合に、ニトリラーゼが、６０℃で１２％の水分に乾燥 及び／又は２４時間０．１ｍｂａｒで凍結乾燥した後に、その固定化アクリロニ トリラーゼ比活性の少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、より好ま しくは実質的に全てを保持しているのが好ましい。「固定化比活性」とは、架橋 ポ リアミドビーズに固定化した後に示される酵素の比活性を意味する。架橋ポリア ミドビーズに固定化し、必要に応じて、乾燥しかつ２０℃で１７日間貯蔵したニ トリラーゼの比活性が、固定化比活性の少なくとも９０％、好ましくは少なくと も９５％、より好ましくは実質的に全てであるのも好ましい。 したがって、本発明のこの態様のニトリラーゼは、非常に化学的及び物理的に 安定である。このことは、重合体材料のビーズに取込むために、この酵素を非常 に安定にする。便利に使用可能な形態にするために、酵素を全細胞の形で架橋重 合体材料、特にポリアクリルアミドのビーズに固定化することは公知である。本 発明のニトリラーゼは、この形態に取込まれた場合に、変性されない（即ち、比 活性の顕著な低下を受けない）。さらに、ニトリラーゼを架橋ポリアクリルアミ ドビーズに取込んだ後に、これらのビーズ中の酵素の活性は、ビーズの乾燥又は 貯蔵に際して顕著に低下されないのが好ましい。 本発明の新規ニトリラーゼは、１２５〜１７５ｍＭのアクリロニトリル及び２ ，４７５〜２，５２５ｍＭのアクリル酸アンモニウムを含有する水溶液中で測定 して、少なくとも５日、好ましくは少なくとも７日、より好ましくは少なくとも ７．５日の半減期を有していることによって特徴付けられる。アクリロニトリル 及びアクリル酸アンモニウムの正確な含有量は、試験中に変化しうるが、特定の 濃度範囲内に常に保持する。アクリロニトリルは、ニトリラーゼによってアクリ ル酸アンモニウムに転化されるので、アクリロニトリルの濃度は次第に低下する 。濃度が１２５ｍＭの下限に達したら、さらにアクリロニトリルを添加して、濃 度を１７５ｍＭの上限まで上昇させる。同様に、アクリル酸アンモニウムの量は 、アクリル酸 アンモニウムの濃度を調節して特定量の間で変化させて、濃度が２５２５ｍＭの 特定した最大値より高くなるのを防止する。我々が予備実験した特定の微生物は 、これらの条件下に７．６日の半減期を有しているので、少なくとも１０〜１５ 日の半減期を有する酵素を生産することができると予想する。 この有利な半減期は、本発明のニトリラーゼが、基質及び生成物（アクリロニ トリル及びアクリル酸アンモニウム）の両方、特に高濃度の生成物による変性に 対し、高い安定性を有していることを示している。 本発明のこの態様のアクリロニトリラーゼ酵素の長い半減期は、長期の商業的 な使用に特に有利である。１回分の酵素を反応器に添加して、変性酵素を補充す るためにさらに酵素を反応器に添加する必要なしに、数日、例えば１０日以上、 さらには２０又は３０日までそこに保持することができる。 本発明のニトリラーゼは、アクリロニトリル及び／又はアクリル酸アンモニウ ムに暴露した場合に、それらの比活性を増大する特性を有しているのが好ましい 。それらは、４〜１７５ｍＭのアクリロニトリル水溶液及び／又は１．２〜２． ５Ｍのアクリル酸アンモニウム水溶液の存在下に１〜３時間保温した後に、少な くとも１．７倍、好ましくは少なくとも２又は３倍、通常は１０倍以下の比活性 の増大を示すのが好ましい。アクリロニトリル及びアクリル酸アンモニウムの正 確な含有量は、試験中に変化しうるが、特定の濃度範囲内に常に保持する。アク リロニトリルは、ニトリラーゼによってアクリル酸アンモニウムに転化されるの で、アクリロニトリルの濃度は次第に低下する。濃度が１２５ｍＭの下限に達し たら、さらにアクリロニトリルを添加して、濃度を１７５ｍＭの上限まで上昇さ せる。同様に、アクリル酸アンモニウムの量は、アクリル酸アンモニウムの濃度 を調節して特定量の間で変化させて、濃度が２５２５ｍＭの特定した最大値より 高くなるのを防止する。 したがって、この種の改良ニトリラーゼ類は、それらを使用する反応環境に暴 露された場合に、それらの活性を増大するという重要な利点を有している。 本発明は、上に述べた特性のいずれか１つを有する新規のニトリラーゼ類を提 供するけれど、本発明のニトリラーゼは、特定特性を２つ以上所持しているのが 好ましい。特に、本発明のニトリラーゼは、５００μＭ以下のアクリロニトリル に対するＫｍを所持し、さらに好ましくは少なくとも１００ｍＭのアクリル酸ア ンモニウムに対するＫｉも所持しているのが好ましい。 ニトリラーゼは、少なくとも２００の（アクリル酸アンモニウムに対するＫｉ ）／（アクリロニトリルに対するＫｍ）比値も所持しているのが特に好ましい。 本発明のアクリロニトリラーゼは、これらのＫｍ、Ｋｉ及びＫｉ／Ｋｍ特性に 加えて、上に特定した他の特性の少なくとも２つ、より好ましくは、上に特定し た全ての特性を有しているのがより好ましい。 我々は、新しい微生物、上記特性全てを所持するニトリラーゼを産生すること ができるロドコッカス・ロドクラウスの菌株を単離した。この微生物は、受託番 号ＮＣＩＭＢ ４０７５７を受けて、ブダペスト条約の規定に従って、１９９５ 年８月８日にＮＣＩＭＢに寄託された。我々は、ロドコッカス・ロドクラウスの 菌株ＮＣＩＭＢ４０８３３を１９９６年１２月１１日に新たに寄託した。これも 上記特性全てを所持しており、以下「新寄託菌株」と称する。 従って、本発明のさらに他の態様は、微生物、ロドコッカス・ロドクラウスＮ ＣＩＭＢ ４０７５７、又は新たに寄託したＮＣＩＭＢ４０８３３、又はニトリ ラーゼを産生することができるいずれかの変異体を提供する。 本発明は、ロドコッカス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７又は新寄託菌 株ＮＣＩＭＢ ４０８３３を培養することによって得ることができる新規のニト リラーゼ酵素も提供する。 受託番号ＮＣＩＭＢ ４０７５７を受けて寄託された菌株は、以下の分析結果 を示した： 細胞壁ジアミノ酸はメソＤＡＰである。脂肪酸プロフィールは、表示したパー セントで、以下の酸を示している： テトラデカン酸 ２．１％ ペンタデカン酸 ２．８％ ヘキサデセン酸 ２４．７％ ヘキサデカン酸 ２５．９％ ヘプタデセン酸 ６．２５ ヘプタデカン酸 ３．１％ オクタデセン酸 ２５．０％ オクタデカン酸 １．９％ ツベルクロステアリン酸 ７．０％。 生化学試験は、以下の結果を示した： 以下の物質の分解： アデニン − チロシン ＋ 尿素 − 以下の物質の存在下の増殖： ５％ＮａＣｌ ＋ アジ化デキストロース （＋） 単一炭素源での増殖： イノシトール （＋） マルトース ＋ マンニトール ＋ ラムノース − ソルビトール ＋ ｍ−ヒドロキシ安息香酸 ＋ アジピン酸ナトリウム ＋ 安息香酸ナトリウム ＋ クエン酸ナトリウム ＋ 乳酸ナトリウム ＋ グルタミン酸ナトリウム − Ｌ−チロシン ＋ グリセリン ＋ トレハロース ＋ ｐ−ヒドロキシ安息香酸 ＋ Ｄ−マンノース ＋ アセトアミド ＋ Ｄ−ガラクトース （＋） （＋）弱陽性 酵素試験：ロスコ（Ｒｏｓｃｏ）ディスク、４時間、３７℃ α−グルコシダーゼ − システインアリールアミダーゼ − バリンアリールアミダーゼ − ロドコッカス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７及びＮＣＩＭＢ ４０８３３から得られたニトリラーゼ、及び本発明の全てのニトリラーゼを、ニ トリルの対応するアンモニウム塩への転化法に使用することができる。したがっ て、本発明のさらに他の態様に従って、我々は、水溶液中のニトリルを、加水分 解触媒としての本発明のニトリラーゼ、好ましくはＮＣＩＭＢ ４０７５７又は ＮＣＩＭＢ４０８３３を培養することによって得られるニトリラーゼの存在下に 、対応するアンモニウム塩に転化する方法を提供する。 ニトリルは、アクリロニトリルであるのが好ましく、したがって対応するアン モニウム塩は、アクリル酸アンモニウムである。以下に、本方法は、アクリロニ トリル及びアクリル酸アンモニウムに関して述べる。他のニトリル、例えば、ア ジポニトリル、メタクリロニトリル、α−アミノニトリル類、アセトニトリル、 ｎ−ブチロニトリル、イソブチロニトリル、ｈ−バレロニトリル、ベンゾニトリ ル、シアノピリジン、マロノニトリル、スクシノニトリル、フマロニトリル、ク ロルアセトニトリル、及びβ−ヒドロキシプロピオニトリルもこの方法で転化す ることができる。 本発明のニトリラーゼの種々の特異な特性により、連続的に低濃度のアクリロ ニトリルを、連続的に高濃度のアクリル酸アンモニウムに転化する方法を実施す ることが可能となる。 したがって、本発明において、３．０ｍＭ以下、しばしば２．０ｍＭ以下、さ らには１．５ｍＭ以下のアクリロニトリル水溶液を、少なくとも５％、多くの場 合、少なくとも８又は１０％の濃度のアクリル酸アンモニウム水溶液に転化する ことが可能である。３．０〜６．０，ｍＭ、多くの場合４．０〜５．０ｍＭの濃 度のアクリロニトリル水溶液を、少なくとも２０％、多くの場合、少なくとも２ ５又は３０％、さらには４０％まで又はそれ以上の濃度のアクリル酸アン モニウムに転化することも可能である。最高アクリル酸アンモニウム濃度は、通 常約４８〜５０％（ｗ／ｖ）である。 本発明の方法は、一般に、５〜７０℃、好ましくは２０〜６０℃の温度で行わ れる。ｐＨ条件は、通常３〜９．５、好ましくは５〜９、より好ましくは６〜８ である。 上記転化を行う場合、本発明の方法を連続法として行うことができる。すなわ ち、アクリロニトリルを反応器中に連続的に供給して一定のアクリロニトリル濃 度を保持し、そして、一定濃度のアクリル酸アンモニウムを含有する反応液を連 続的に抜き取る。 水も反応物として必要である。水は、反応の初めから必要な全量で存在しても よい。あるいは、水を反応中に反応器に供給することもできる。例えば、アクリ ロニトリルを、溶液、通常は飽和溶液、すなわち約７重量％溶液の形で供給する ことができる。あるいは、水を別個に供給してもよく、そして、アクリロニトリ ルを生のまま又は溶液として供給する。 この種の連続反応は、例えば、連続攪拌槽反応器、流動床反応器、充填床反応 器、抜取り−充填型反応器又はプラグ流れ反応器中で行うことができる。 上記条件下の方法は、流加法として行うこともできる。流加法において、アク リロニトリルの濃度は、アクリル酸アンモニウムへの転化の結果として、所定の 最低レベルに達するまで減少させる。この時点で、さらにアクリロニトリルを反 応混合物に添加して、濃度を所定の最高レベルまで上昇させる。次に、アクリロ ニトリルを所定の最低レベルに再度減少させる。アクリル酸アンモニウムの量が 所定の最高レベルに達したら、反応混合物を回収し、そして、新規バッチのアク リロニトリルを反応器及び酵素に添加する。連続法と 同じように、必要ならば、水を反応中に反応器中に供給してもよい。 あるいはまた、本発明のニトリラーゼを使用して、回分法でのアクリロニトリ ルのアクリル酸アンモニウムへの転化を触媒することもできる。すなわち、比較 的高濃度のアクリロニトリルを出発原料として使用する。アクリロニトリラーゼ は、出発原料をさらに添加することなく、このアクリロニトリルをアクリル酸ア ンモニウムに転化させる。アクリロニトリルの転化が終了したら、反応混合物を 回収、使用し、そして、新しい反応混合物を供給する。 しかしながら、本発明の方法は、連続又は流加法であるのが好ましい。特に好 ましい方法は、ＧＢ９５２５３７４．６及び９５２５３７２．０から優先権を主 張する本日出願した本願の同時係属国際出願第・・・号（参照番号ＰＲＬ０３６ ２６ＷＯ）に記載されている。 そのような方法は、水、及び加水分解に際し少なくとも３０重量％の濃度の（ メタ）アクリル酸又はその塩を与えるのに十分な量の（メタ）アクリロニトリル を供給し、そして、（メタ）アクリロニトリルを（メタ）アクリル酸アンモニウ ムに転化し、かつ、５００μＭ以下の（メタ）アクリロニトリルに対するＫｍ、 及び１００，０００μＭ以上の（メタ）アクリル酸アンモニウムに対するＫｉを 有する酵素を、工程中に（メタ）アクリロニトリルと接触して供給し、反応液が ０．２％以下の（メタ）アクリロニトリル濃度、及び３０％以上の（メタ）アク リル酸アンモニウム濃度になるまで、（メタ）アクリロニトリルの加水分解を生 じさせ、そして、３０％以上の（メタ）アクリル酸アンモニウム及び０．２％以 下のアクリロニトリルの溶液を回収することから成る、少なくとも３０重量％の （メタ）アクリル酸又はその塩及び０．２％以下のアクリロニトリルを含有する 水溶液を製造することを包含する。これらの方法において、 （メタ）アクリロニトリルを化学的に加水分解して、（メタ）アクリル酸アンモ ニウム及びアクリロニトリルを含有する溶液にし、次に、得られた溶液を前記酵 素と接触させ、そして、反応液が０．２％以下の（メタ）アクリロニトリル濃度 になるまで（メタ）アクリロニトリルの加水分解を生じさせてもよい。あるいは 、（メタ）アクリロニトリルの実質的に全ての加水分解を、前記酵素を用いる酵 素加水分解によって行ってもよい。 これらの方法は、一段法又は二段法として行うことができる。一段法は、工程 中に（メタ）アクリロニトリルを（メタ）アクリル酸アンモニウムに転化するた めの、５００μＭ以下の（メタ）アクリロニトリルに対するＫｍ及び１００ｍＭ 以上の（メタ）アクリル酸アンモニウムに対するＫｉを有する酵素、水、及び加 水分解に際し少なくとも３０重量％の濃度の（メタ）アクリル酸アンモニウムを 与えるのに十分な量の（メタ）アクリロニトリルを反応器に供給し、そして、反 応器中の溶液が０．２％以下の（メタ）アクリロニトリル濃度及び３０％以上の （メタ）アクリル酸アンモニウム濃度になるまで、反応器中で加水分解を生じさ せることから成る方法によって、少なくとも３０重量％の（メタ）アクリル酸ア ンモニウム及び０．１％以下のアクリロニトリルを含有する水溶液を作成し、そ して、反応器からこの溶液を回収することから成る。 この好ましい方法において、（メタ）アクリロニトリルの最終濃度は、おそら く０．１％以下、より好ましくは０．０５％以下である。この濃度は、好ましく は０．０３％以下、より好ましくは０．０２又は０．０１％である。 （メタ）アクリル酸アンモニウムの最終濃度は、少なくとも３０重量％、多く の場合、少なくとも３５重量％、好ましくは、少なく とも４０又は４５重量％である。（メタ）アクリル酸アンモニウムの最高濃度は 、通常４８〜５０重量％である。なぜならば、これ以上の濃度では、（メタ）ア クリル酸アンモニウムが溶液から沈殿しがちとなるためである。 好ましい方法において、酵素を反応器中で所望の活性を与えるように、反応混 合物に含有させる。反応器に加えるこの種の触媒は、通常５０〜１００，０００ ニトリラーゼ単位／グラム、典型的に５００〜５，０００ニトリラーゼ単位／グ ラムの活性を有している。この場合、１ニトリラーゼ単位は、５０ｍＭリン酸緩 衝液中、３０℃、ｐＨ７．０及び５０ｍＭアクリロニトリルの条件で、アクリロ ニトリルを１μモル／分の速度でアクリル酸アンモニウムに転化する活性と定義 される。触媒は、菌細胞の形態、より一般的には、重合体ゲルマトリックスに固 定化した形態でありうる。定義された活性を有する触媒は、反応混合物の１〜５ ０重量％の量で反応器中に含有させる。 特に、酵素を、１リットルの反応混合物当たり３，０００〜５０，０００ニト リラーゼ単位の活性を示すように、反応混合物に添加するのが好ましい。 好ましい方法において、通常、必要な酵素の全量を反応の初め、すなわち（メ タ）アクリロニトリル反応物を添加する前に反応器に供給する。しかしながら、 反応中に連続的に又は定期的に追加の酵素を加えて、好ましい方法を実施するこ とも可能である。 同様に、反応物並びに溶剤でもある水も、反応の初めに全量で反応器に含有さ せる。あるいは、（メタ）アクリロニトリル反応物で可能であると同様に、反応 中に連続的に反応器に供給することもできる。 反応は、水溶液中で行う。水溶液の最良の成分は、水、酵素（菌細胞、重合体 マトリックス等を含む）、（メタ）アクリロニトリル及び（メタ）アクリル酸ア ンモニウムである。 あるいは、本発明の方法は、アクリロニトリル単量体を含有する単量体ブレン ドから生成され、未反応のアクリロニトリル単量体を含有する重合体を、本発明 のアクリロニトリラーゼ触媒の存在下に未反応のアクリロニトリル単量体をアク リル酸アンモニウムに転化することにより精製する方法であってもよい。この方 法は、アクリロニトリル単量体を、重合体の重量に基づいて１，０００ｐｐｍ以 下、多くは５００ｐｐｍ以下、好ましくは３００ｐｐｍ以下、さらには１００ｐ ｐｍのレベルに低減することができる条件下に実施しうる。 本発明の方法は、いかなる方法、例えば、アクリロニトリルの化学的加水分解 によって得られた残留アクリロニトリルを含有する単量体を精製する方法であっ てもよい。そのような方法において、アクリルアミドの出発濃度は、５％までで あるが、普通は２％以下、例えば０．５〜１％である。 本発明の方法及びそれを使用するいかなる他の方法において、ニトリラーゼは 、いかなる便利な形態で、例えば、触媒として使用する前に培養微生物から抽出 した純粋な形で使用することができる。使用する抽出法は、酵素の活性及び安定 性を失わないことを確実にするべきである。 酵素は、半純粋形、例えば、培養液又は処理をしていない細胞又は粉砕細胞の ような細菌細胞分画として、使用することもできる。酵素は、粗不純酵素溶液の 形で使用してもよい。酵素は、架橋重合体マトリックス、例えば、架橋ポリビニ ルアルコール又は架橋ポリ アクリルアミド等の担体に支持又は固定してもよい。酵素は、表面に結合した酵 素を有する非膨潤粒子の形で使用することもできる。酵素は、処理していない細 菌細胞又は架橋重合体マトリックスに支持させた形で使用するのが好ましい。 我々は、流加式反応には、酵素を遊離細胞として、純粋又は半純粋の形で使用 するのが特に有利であることを見出している。この形での使用は、細胞を担体に 固定化する必要性を排除する。また、このような使用は、貯蔵に際し、又は反応 混合物中で、過度の安定性の低下に至らないことがわかっている。 連続式方法に関し、我々は、酵素を固定化した形で使用する方を好む。なぜな らば、このような使用は、使用する反応器でより大きな長期安定性を与える傾向 があるためである。特に、ある環境において、固定化した形態の酵素は、貯蔵中 と同様に、反応混合物中で安定であることがわかっている。最終生成物からの触 媒の分離も、より容易になる傾向がある。 酵素を、特に重合体ビーズの形で固定化する場合、より大きなサイズの重合体 ビーズの製造が、重合体中の酵素の安定性を改善することがわかっている。特に 、８５０μｍより、好ましくは１ｍｍより大きなサイズのビーズが好ましい。 重合体マトリックスは、いかなる方法によっても、例えば、粒状重合又は懸濁 重合によって製造することができる。単量体混合物に増粘剤を添加することも有 効である。 製造中の酵素の安定性は、低い細胞添加率、すなわち重合体マトリックスに対 する乾燥細胞の重量％、特に５％以下、好ましくは１％以下、例えば約０．５重 量％で最高になることがわかっている。しかしながら、安定性は、例えば、３０ 又は２０℃以下、多くの場 合１５℃以下の低い重合温度を使用することによっても達成することができる。 これは、例えば、少なくとも４重量％、好ましくは少なくとも５重量％、例えば 、約６．５又は６．８重量％のより高い細胞添加率と組み合せて使用することが できる。 本発明のニトリラーゼ、特にロドコッカス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ ４０７ ５７及び新寄託菌株ＮＣＩＭＢ ４０８３３によって産生されたニトリラーゼの 利点は、低濃度、例えば１８．８６ｍＭ（１，０００ｐｐｍ）のアクリロニトリ ルを高濃度、例えば、３０％、４０％又はそれ以上のアクリル酸アンモニウムに 転化するそれらの能力にある。これは、連続又は流加法を操作して、高濃度のア クリル酸アンモニウム、及び毒性のための表示を必要とするレベル（１，０００ ｐｐｍ）より十分に低濃度のアクリロニトリルを含有する生成物を製造すること ができることを意味する。したがって、無毒性アクリル酸アンモニウム生成物を 、さらに加工する必要なしに直接製造することができる。同様に、アクリロニト リル含有重合体を製造して、無毒性の生成物に転化することができる。 しかしながら、本発明において、ニトリラーゼを使用して、アクリロニトリル をアクリル酸アンモニウムに転化し、さらに処理してアクリロニトリルの濃度を 低くすることができる１，０００ｐｐｍより高い濃度のアクリロニトリルを含有 する生成物を製造することが可能である。 我々は、本発明の方法によって製造されたアクリル酸アンモニウム単量体（生 合成アクリル酸アンモニウム）が、プロピレンオキサイドから得られたアクリル 酸などの別の化学的経路によって製造された単量体類の特性と、同等かそれより 優れた特性を示すことを見出している。本発明の方法によって製造された単量体 を使用して製 造した重合体も、優れた特性を示す。本発明によって製造した生合成アクリル酸 アンモニウムを、他の化学的形態、例えば、アクリル酸又はそのナトリウム又は 他のアルカリ金属塩又は他の関連アクリル酸系単量体に転化して、アクリル酸系 重合体の製造用出発単量体として使用することができる。あるいは、アクリル酸 アンモニウムとして転化することなく使用することができる。それを使用して、 単独重合体を形成し、あるいは他の単量体類と併用して、共重合体を製造するこ とができる。 我々は、本発明の新規のニトリラーゼのさらに別の用途が、ニトリル、特にア クリロニトリルのバイオセンサーにあることを見出している。 したがって、本発明の方法によれば、 （ａ） ニトリルを、水性環境下に本発明のニトリラーゼと接触させ、 （ｂ） ニトリルをその対応するアンモニウム塩に転化させ、そして （ｃ） ニトリルの転化に関連する変化を検出する ことによってニトリルを検出する。 この変化は、例えば、水性環境の導電率の変化でありうる。ニトリルは、非イ オン性種であるので、導電率測定を用いて検出することができない。それらがイ オン性種に転化されたならば、得られる導電率の変化を測定することができる。 あるいは、アンモニウムイオン濃度を検出するか、又は結合酵素系を使用して変 化を検出することができる。 バイオセンサーは、例えば、電極センサーとして、この種のセンサーの慣例の いかなるようにも構成することができる。例えば、ニ トリラーゼを電極に被覆することができる。 酵素は、水性環境、例えば、水溶液環境又は含水ゲル中のバイオセンサー中に 存在しうる。あるいは、検出すべきニトリルが水性環境中にあってもよい。ニト リル及びニトリラーゼを接触させて加水分解を生じさせる時に、水が存在するこ とだけが必要である。蒸気状のニトリルを、本発明の方法を用いて検出すること ができる。 本発明のニトリラーゼは、特に極めて低濃度のニトリルに実質的に線形応答を 示す能力のために、ニトリラーゼバイオセンサーに特に有用である。 一般に、酵素は、精製抽出した形で使用する。しかしながら、酵素を全細胞形 又は細菌細胞画分として使用することもできる。 この方法は、いかなる環境中、例えば、未反応アクリロニトリル単量体を含有 するかもしれない重合体中、スクラバー中のニトリル類で汚染された流出水中、 さらにはアクリロニトリル含有蒸気と接触して、ニトリルを検出するために使用 することができる。本発明のニトリラーゼは、これらの排出物を精製するために も使用することができる。 本発明のニトリラーゼは、ニトリルが非常に少ない量で存在しうる蒸気、例え ば、スクラバー蒸気からニトリルを除去するためにも使用することができる。そ れは、０．３ｋｇ／ｍ³まで、多くの場合０．２ｋｇ／ｍ³、例えば０．０５〜０ ．１ｋｇ／ｍ³の量で存在しうる。この方法においては、ニトリル含有蒸気をニ トリラーゼと接触させて、その対応するアンモニウム塩に転化させるので、ニト リルは、５ｍｇ／ｍ³、さらには２ｍｇ／ｍ³（２ｐｐｍ）に低減される。接触は 、通常水性環境、例えば水溶液環境又は含水ゲル中で、あるいは単に湿った酵素 となされる。 本発明のこの方法は、他の方法では検出できない非常に低濃度のニトリルを、 オンラインで検出するために特に有用である。本発明の方法において、ニトリラ ーゼは、本発明のいかなるニトリラーゼでもよいが、そのニトリラーゼが５００ μＭ以下、好ましくは１００μＭ以下、より好ましくは５０μＭ以下の検出され るニトリルに対するＫｍを有しているのが好ましい。ニトリラーゼは、ロドコッ カス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７又は新寄託菌株ＮＣＩＭＢ４０８３ ３を培養することによって得ることができるものであるのが最も好ましい。 以下は、本発明の幾つかの実施例である。実施例１ ナショナル・コレクション・オブ・インダストリアル・アンド・マリン・バク テリアに培養コレクション番号ＮＣＩＭＢ ４０７５７を受けて寄託された、ニ トリラーゼ酵素を含有するか、あるいはニトリラーゼ酵素を誘発することができ るロドコッカス・ロドクラウスの菌株の原分離菌を、以下の表に示す液体培養培 地を含有するエーレンマイヤーフラスコに移す。 エーレンマイヤーフラスコを、攪拌しながら２４時間保温する。次に、細胞を 液から分離し、５０ｍＭ、ｐＨ７のリン酸ナトリウム緩衝液に再懸濁させた後、 懸濁液から分離する。この細胞の一部を−２０℃で凍結貯蔵し、残りを５０ｍＭ のアクリロニトリルを含有する５０ｍＭのｐＨ７のリン酸ナトリウム緩衝液に再 懸濁する。細胞の比ニトリラーゼ活性を測定したところ、１０６０μモル／分／ ｇ（細胞の乾燥重量）であった。 同様の結果が、新寄託菌株ＮＣＩＭＢ ４０８３３を使用して得られる。実施例２ 実施例１で説明したように成長させたロドコッカス・ロドクラウス株の細胞を 、架橋ポリアクリルアミドビーズに、次の通り固定化させる： 培養培地から分離した細胞から成るペーストを冷却緩衝液に懸濁させ、同様に 冷却緩衝液中のアクリルアミドとメチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡ）架橋剤 との混合物に加える。レドックス開始剤系の水溶性成分をその後即座に加える。 次に、細胞／単量体／開始剤混合物を、冷却鉱油及び界面活性剤を含有する攪拌 樹脂ポットに移して、両液相に可溶性の第二のレドックス開始剤成分を添加し、 重合を開始する。重合に際し、細胞が架橋重合体ビーズ中に閉じ込められる。 閉じ込められた細胞を、５０ｍＭのアクリロニトリルを含有する５０ｍＭ、ｐ Ｈ７のリン酸ナトリウム緩衝液に移す。細胞の比ニトリラーゼ活性を測定したと ころ、８４５μモル／分／ｇ（細胞の乾燥重量）であった。実施例３ 実施例２で説明したように架橋重合体ビーズに閉じ込めたロドコッカス・ロド クラウス細胞を、実験室用流動床乾燥器中６０℃で１２％の水分に乾燥させた。 次に、乾燥ビーズの半分を室温で気密容器に貯蔵した。閉じ込められた細胞を、 ５０ｍＭのアクリロニトリルを含有する５０ｍＭのｐＨ７のリン酸ナトリウム緩 衝液に移す。細胞の比ニトリラーゼ活性を測定したところ、１０３８μモル／分 ／ｇ（細胞の乾燥重量）であった。実施例４ 実施例２で説明したように架橋重合体ビーズに閉じ込め、かつ、実施例３で説 明したように実験室用流動床乾燥器中で乾燥したロドコッカス・ロドクラウス細 胞を凍結乾燥器に移し、０．１ｍｂａｒで２４時間保持した。これらのビーズを 、室温で気密容器に貯蔵した。実施例５ 実施例１で説明したように成長させたロドコッカス・ロドクラウス株の細胞を ３０℃で精製水に懸濁させた。アクリロニトリルを細胞懸濁液に定期的に添加し て、アクリロニトリルの濃度を１９０ｍＭに上昇させた。各添加前に試料を取り 出し、細胞懸濁液中のアクリロニトリル、アクリルアミド及びアクリル酸アンモ ニウム濃度を測定した。以下の表は、初期、最高及び最終比ニトリラーゼ活性、 最終アクリル酸アンモニウム濃度及びその濃度に達するのに要した時間を示す。 比較のために、Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．，ナ ガサワ等（１９９０）において、２３８ｍｇの乾燥重量のロドコッカス・ロドク ラウスＪ１細胞を５０ｍＬの５０ｍＭリン酸カリウム緩衝液（ｐＨ７．８）及び ２００ｍＭアクリロニトリル中２０℃で保温した。それらのアクリロニトリル濃 度を、アクリロニトリルを定期的に添加することによって約２００ｍＭに保持し た。６ＭのＫＯＨ溶液を添加することによって、反応混合物をｐＨ７．８に維持 することが必要であった。以下の表は、初期比アクリロニトリラーゼ活性、最終 アクリル酸アンモニウム濃度及びその濃度に達するのに要した時間を示す。 ナガサワ等（１９９０）は、“［ロドコッカス・ロドクラウスＪ１でのアクリ ル酸］の蓄積は、異なる濃度の・・・細胞を添加した場合でさえほとんど同じで あった。したがって、［ロドコッカス・ロドクラウスＪ１でのアクリル酸の］蓄 積の制限は、酵素の失活ではなくて生成物阻害に起因する”と主張した。このレ ベルの生成物阻害は、ＮＣＩＭＢ ４０７５７酵素によっては示されない。実施例６ 実施例１で説明したように成長させたロドコッカス・ロドクラウス株の細胞を 、３０℃で以下の表に示す濃度のアクリルニトリルを含有する５０ｍＭのｐＨ７ リン酸ナトリウム緩衝液に懸濁させた。試料を終始取り出し、細胞懸濁液中のア クリロニトリル、アクリルアミド及びアクリル酸アンモニウム濃度を測定した。 上記表のデータから、この株のニトリラーゼのＫｍを測定したところ、アクリ ロニトリルに対し３０．６μＭであった。 比較のために、以下の表は、文献において測定した２種類の他のニトリラーゼ のＫｍを示す。 この表は、ロドコッカス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７ニトリラーゼ が、上記菌株のものよりはるかに高いアクリロニトリル掃去力を有していること を示している。実施例７ 実施例１で説明したように成長させたロドコッカス・ロドクラウス株の細胞を 、３０℃で以下の表に示す濃度のアクリルニトリルを含有する１．２Ｍのアクリ ル酸アンモニウム溶液に懸濁させた。試料を終始取り出し、細胞懸濁液中のアク リロニトリル、アクリルアミド及びアクリル酸アンモニウム濃度を測定した。 上記表のデータから、１．２Ｍアクリル酸アンモニウム中のこの菌株のニトリ ラーゼの見掛けＫｍを測定したところ、アクリロニトリルに対し１４５μＭであ った。この見掛けＫｍ値から、この株のＫｉを測定したところ、アクリル酸アン モニウムに対し３０９ｍＭであった。この非常に高い値は、ロドコッカス・ロド クラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７ニトリラーゼで示される生成物阻害の程度が低 いことを示している。 これは、上記実施例５に記載したＪ１酵素によって示される生成物阻害と比べ て引き立っている。実施例８ 実施例１で説明したように成長させたロドコッカス・ロドクラウス株の細胞を 、３０℃で以下の表に示す濃度のアクリルニトリルを含有する５０mMのｐＨ７リ ン酸ナトリウム緩衝液に懸濁させた。試料を終始取り出し、細胞懸濁液中のアク リロニトリル、アクリルアミ ド及びアクリル酸アンモニウム濃度を測定した。結果は、ロドコッカス・ロドク ラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７ニトリラーゼに対し比較的低い水準の基質崩壊を 示している。 比較のために、ナガサワ等（１９９０）は、“［５０ｍＭリン酸カリウム緩衝 液（ｐＨ７．８）に懸濁させたロドコッカス・ロドクラウスＪ１細胞の］反応混 合物中のアクリロニトリル濃度のアクリル酸の生成速度に及ぼす効果を研究した ［以下の表］。生成速度は、２５〜１００ｍＭで最高であった。しかしながら、 ２００ｍＭより高い濃度において、アクリロニトリルは、顕著な阻害を引き起こ した。したがって、反応混合物中のアクリロニトリルの濃度は、２００ｍＭ以下 の濃度に保持すべきである。”と述べている。ナガサワ等の結果を以下の表に示 す。 実施例９ 実施例１で説明したように成長させたロドコッカス・ロドクラウス株の細胞を 、５０ｍＭのアクリルニトリルを含有する５０ｍＭの緩衝液に、３０℃で、かつ 、以下の表に示すｐＨ値で懸濁させた。試料を終始取り出し、細胞懸濁液中のア クリロニトリル、アクリルアミド及びアクリル酸アンモニウム濃度を測定した。 この表は、［緩衝液に懸濁させたロドコッカス・ロドクラウスＪ１細胞の］最 適ｐＨは、７．８であると言っているナガサワ等（１９９０）と比較して、ロド コッカス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７ニトリラーゼの最大の活性がア クリル酸ＮＨ₄ ⁺の生成に起因する同様のｐＨ域６〜７にあり、苛性アルカリの添 加の必要を排除することを示している。実施例１０ 実施例１で説明したように成長させたロドコッカス・ロドクラウス株の細胞を 、５０ｍＭ、ｐＨ７のリン酸ナトリウム緩衝液に、以 下の表に示す温度値で懸濁させた。細胞を、以下の表に示す温度で５０ｍＭの濃 度になるようにアクリルニトリルを添加する前、５分間保温した。試料を１５〜 ３０分間にわたって取り出し、細胞懸濁液中のアクリロニトリル、アクリルアミ ド及びアクリル酸アンモニウム濃度を測定した。 最適活性は、５５℃で達成されると思われ、また、高活性が１５〜３０分間に わたって、６０℃及び６５℃でさえ保持される。 比較として、ナガサワ等（１９９０）は、“［５０ｍＭリン酸カリウム緩衝液 （ｐＨ７．８）に懸濁させたロドコッカス・ロドクラウスＪ１細胞の］熱安定性 に関する研究によって、活性は、３０℃まで安定であり、３０〜５０℃でわずか に失活し、６０℃でほとんど全てが失活することが示された。”と言っている。実施例１１ ａ）実施例２で説明したように架橋重合体ビーズに閉じ込めたロドコッカス・ ロドクラウス細胞、ｂ）実施例２で説明したように架橋重合体ビーズに閉じ込め 、かつ、実施例３で説明したように実験室用流動床乾燥器中で乾燥させたたロド コッカス・ロドクラウス細胞、及びｃ）実施例２で説明したように架橋重合体ビ ーズに閉じ込め、実験室用流動床乾燥器中で乾燥させ、さらに実施例４で説明し たように凍結乾燥器中で乾燥させたロドコッカス・ロドクラウス細胞を室温で１ ７日間気密容器中に貯蔵した。次に、ビーズを５０ｍＭのアクリロニトリルを含 有する５０ｍＭ、ｐＨ７のリン酸ナトリウム緩衝液に移した。各細胞の比ニトリ ラーゼ活性を測定したところ、ａ）の細胞は、１０２３μモル／分／ｇ（細胞の 乾燥重量）であり、ｂ）の細胞は、１１６５μモル／分／ｇ（細胞の乾燥重量） であり、そしてｃ）の細胞は、１４５６μモル／分／ｇ（細胞の乾燥重量）であ った。このことは、ロドコッカス・ロドクラウスｓｐ．１２９０ニトリラーゼが 、細胞形での固定化及びその後の乾燥に対し、著しく高い耐性を有していること を示している。実施例１２ 実施例２で説明したように架橋重合体ビーズに閉じ込めたロドコッカス・ロド クラウス細胞を一定使用容積の反応器に移し、以下の表に示す濃度のアクリル酸 アンモニウム中に３０℃で懸濁させる。アクリロニトリルを以下の表に示す濃度 になるように添加する。固定化細胞形のニトリラーゼは、アクリロニトリルの加 水分解を触媒し、アクリル酸アンモニウムを生産する。反応器のアクリロニトリ ル濃度が以下の表に示す下限濃度に低下したら、以下の表に示す上限の濃度にア クリロニトリルの濃度を上昇させるのに十分なアクリ ロニトリル及び水を反応器に自動的に加える。各添加前に、試料を取り出し、懸 濁液中のアクリロニトリル、アクリルアミド及びアクリル酸アンモニウム濃度を 測定した。閉じ込められた細胞の初期比ニトリラーゼ活性及びその活性が半分だ け低下されるのに要した時間を測定し、以下の表に示す。 実施例１３ 細胞物質を遠心分離及び濾過によって実施例５で製造したアクリル酸アンモニ ウム溶液から除去して、測定した溶液中のアクリロニトリル、アクリルアミド及 びアクリル酸アンモニウムの濃度を以下の表に示す。 この表は、ＮＣＩＭＢ ４０７５７ニトリラーゼがアクリロニトリルに対し優 れた掃去力を有し、かつ、不純物アクリルアミドの濃度を極めて低レベルにする ことが達成できることを示している。実施例１４ ａ）上記実施例１３で分析したアクリル酸アンモニウム試料、及 びｂ）アンモニアで中和したアクリル酸試料を使用して、３０％の全単量体濃度 になるように、アクリルアミドと共に２０％の単量体混合物を作成した。重合を ２種類の異なるレドックス開始剤レベルで行った。生成した重合体の固有粘度（ ＩＶ）値を、以下の表に示す。 実施例１５ 上記実施例１４で生成した重合体を使用して、カオリン粘土の懸濁液を凝集さ せた。重合体の凝集効率に何らの差異も見られなかった。

【手続補正書】 【提出日】１９９８年６月１５日（１９９８．６．１５） 【補正内容】 請求の範囲 １． ｐＨ７．０においてアクリロニトリルに対し５００μＭ以下のＫｍを有 することを特徴とするニトリラーゼ酵素。 ２． ｐＨ７．０においてアクリロニトリルに対し１００μＭ以下、好ましく は５０μＭ以下のＫｍを有する請求項１記載のニトリラーゼ。 ３． ｐＨ７．０においてアクリル酸アンモニウムに対し少なくとも１００ｍ ＭのＫｉを有することを特徴とするニトリラーゼ。 ４． ｐＨ７．０においてアクリル酸アンモニウムに対し少なくとも２５０ｍ ＭのＫｉを有する請求項３記載のニトリラーゼ。 ５． 少なくとも２００の（ｐＨ７．０におけるアクリル酸アンモニウムに対 するＫｉ）／（ｐＨ７．０におけるアクリロニトリルに対するＫｍ）比値を有す ることを特徴とするニトリラーゼ。 ６． 少なくとも５０００の前記比の値を有する請求項５記載のニトリラーゼ 。 ７． ｐＨ６．８においてその最適ｐＨにおけるアクリロニトリラーゼ活性の 少なくとも８０％であるアクリロニトリラーゼ活性を有することを特徴とするニ トリラーゼ。 ８． ５０℃においてその２５℃におけるアクリロニトリラーゼ活性の少なく とも８０％を保持していることを特徴とするニトリラーゼ。 ９． 以下の通り、冷却条件下に架橋ポリアクリルアミドビーズに固定化した 後にその元の比アクリロニトリラーゼ活性の少なくとも８０％を保持しているこ とを特徴とするニトリラーゼ： ニトリラーゼを含有する細胞から成るペーストを冷却緩衝液中に懸濁させ、冷 却緩衝液中のアクリルアミド単量体及びメチレンビスアクリルアミド架橋剤の混 合物に添加し、次に、レドックス開始剤系の水溶性成分を即座に添加し、次に、 混合物を冷却鉱油及び界面活性剤を含有する攪拌樹脂ポットに移し、そして、両 液相に可溶性の第二のレドックス開始剤成分を添加して重合を開始して、細胞を 架橋重合体ビーズ中に閉じ込める。 １０． 前記架橋ポリアクリルアミドビーズを６０℃で１２％の水分に乾燥及 び／又は２４時間０．１ｍｂａｒで凍結乾燥した後に、その固定化アクリロニト リラーゼ比活性の少なくとも９０％を保持している請求項９記載のニトリラーゼ 。 １１． 前記架橋ポリアクリルアミドビーズを２０℃で１７日間貯蔵した後に 、その固定化アクリロニトリラーゼ比活性の少なくとも９０％を保持している請 求項９又は請求項１０記載のニトリラーゼ。 １２． １２５〜１７５ｍＭのアクリロニトリル及び２，４７５ 〜２，５２５ｍＭのアクリル酸アンモニウムを含有する水溶液中で測定して、少 なくとも５日の半減期を有していることを特徴とするニトリラーゼ。 １３． ロドコッカス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７又はＮＣＩＭＢ ４０８３３を培養することによって得ることができるニトリラーゼ。 １４． ニトリラーゼを産生する能力を有するロドコッカス・ロドクラウスＮ ＣＩＭＢ ４０７５７又はＮＣＩＭＢ ４０８３３あるいはその変異体である微 生物。 １５． 触媒とし、ての請求項１〜１３のいずれかに記載のニトリラーゼの存 在下、及び水の存在下に、アクリロニトリルをアクリル酸アンモニウムに転化す る方法。 １６． 水の存在下にニトリルを検出する方法であって、 ａ） 請求項１〜１５のいずれかに記載のニトリラーゼを、水の存在下にニ トリルと接触させ、 ｂ） ニトリルをその対応するアンモニウム塩に転化させ、そして ｃ） ニトリルの転化に関連する変化を検出する ことから成ることを特徴とする方法。 １７． アクリロニトリル単量体を含有する単量体ブレンドから生成される、 また未反応のアクリロニトリル単量体を含有する重合 体の、触媒としての請求項１〜１３のいずれかに記載のニトリラーゼの存在下に 前記未反応のアクリロニトリル単量体をアクリル酸アンモニウムに転化すること による精製方法である請求項１５記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） //(Ｃ１２Ｎ 9/78 Ｃ１２Ｒ 1:61） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ (72)発明者 ヒューズ ジョナサン イギリス国 エイチディー６ ３イーダブ リュー ハリファックス、ブリグハウス、 ラストリック、スコリー ロード 22 (72)発明者 ウェブスター ネイル アンドリュー イギリス国 エイチディー４ ６イーワイ ウエスト ヨークシャー州、ハッダーズ フィールド、テイラー ヒル、ストニー クロス ストリート ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ｐＨ７．０においてアクリロニトリルに対し５００μＭ以下のＫｍを有 することを特徴とするニトリラーゼ酵素。 ２． ｐＨ７．０においてアクリロニトリルに対し１００μＭ以下、好ましく は５０μＭ以下のＫｍを有する請求項１記載のニトリラーゼ。 ３． ｐＨ７．０においてアクリル酸アンモニウムに対し少なくとも１００ｍ ＭのＫｉを有することを特徴とするニトリラーゼ。 ４． ｐＨ７．０においてアクリル酸アンモニウムに対し少なくとも２５０ｍ ＭのＫｉを有する請求項３記載のニトリラーゼ。 ５． 少なくとも２００の（ｐＨ７．０におけるアクリル酸アンモニウムに対 するＫｉ）／（ｐＨ７．０におけるアクリロニトリルに対するＫｍ）比値を有す ることを特徴とするニトリラーゼ。 ６． 少なくとも５０００の前記比の値を有する請求項５記載のニトリラーゼ 。 ７． ｐＨ６．８においてその最適ｐＨにおけるアクリロニトリラーゼ活性の 少なくとも８０％であるアクリロニトリラーゼ活性を有することを特徴とするニ トリラーゼ。 ８． ５０℃においてその２５℃におけるアクリロニトリラーゼ活性の少なく とも８０％を保持していることを特徴とするニトリラーゼ。 ９． 以下の通り、冷却条件下に架橋ポリアクリルアミドビーズに固定化した 後にその元の比アクリロニトリラーゼ活性の少なくとも８０％を保持しているこ とを特徴とするニトリラーゼ： ニトリラーゼを含有する細胞から成るペーストを冷却緩衝液中に懸濁させ、冷 却緩衝液中のアクリルアミド単量体及びメチレンビスアクリルアミド架橋剤の混 合物に添加し、次に、レドックス開始剤系の水溶性成分を即座に添加し、次に、 混合物を冷却鉱油及び界面活性剤を含有する攪拌樹脂ポットに移し、そして、両 液相に可溶性の第二のレドックス開始剤成分を添加して重合を開始して、細胞を 架橋重合体ビーズ中に閉じ込める。 １０． 前記架橋ポリアクリルアミドビーズを６０℃で１２％の水分に乾燥及 び／又は２４時間０．１ｍｂａｒで凍結乾燥した後に、その固定化アクリロニト リラーゼ比活性の少なくとも９０％を保持している請求項９記載のニトリラーゼ 。 １１． 前記架橋ポリアクリルアミドビーズを２０℃で１７日間貯蔵した後に 、その固定化アクリロニトリラーゼ比活性の少なくとも９０％を保持している請 求項９又は請求項１０記載のニトリラーゼ。 １２． １２５〜１７５ｍＭのアクリロニトリル及び２，４７５ 〜２，５２５ｍＭのアクリル酸アンモニウムを含有する水溶液中で測定して、少 なくとも５日の半減期を有していることを特徴とするニトリラーゼ。 １３． ロドコッカス・ロドクラウスＮＣＩＭＢ ４０７５７又はＮＣＩＭＢ ４０８３３を培養することによって得ることができるニトリラーゼ。 １４． ニトリラーゼを産生する能力を有するロドコッカス・ロドクラウスＮ ＣＩＭＢ ４０７５７又はＮＣＩＭＢ ４０８３３あるいはその変異体である微 生物。 １５． 触媒としての請求項１〜１３のいずれかに記載のニトリラーゼの存在 下、及び水の存在下に、アクリロニトリルをアクリル酸アンモニウムに転化する 方法。 １６． 水の存在下にニトリルを検出する方法であって、 ａ） 請求項１〜１６のいずれかに記載のニトリラーゼを、水の存在下にニ トリルと接触させ、 ｂ） ニトリルをその対応するアンモニウム塩に転化させ、そして ｃ） ニトリルの転化に関連する変化を検出する ことから成ることを特徴とする方法。