JP2000516810A - アミノ酸の製造およびそれに使用される酵素 - Google Patents

アミノ酸の製造およびそれに使用される酵素

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Abstract

(57)【要約】 α−アミノアミド・エナンチオマー(A)および(B)を含む出発物質からα−アミノ酸を製造するための方法であり、該方法においては、エナンチオマー(A)がエナンチオマー(B)よりも優先的に変換され、変換時間に非依存的に少なくとも90%、好ましくは少なくとも98%のエナンチオマー過剰率が与えられる。反応は、アミダーゼにより触媒される。アミダーゼは、特に、特定のロードコッカス(Rhodococcus)種により産生されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】 アミノ酸の製造およびそれに使用される酵素 本発明は、α−アミノアミド、α−メチルアミドおよびα−アミノメチルアミ ドをそれらの対応する酸へとエナンチオ選択的に変換する新規な方法、ならびに これらの方法において有用な新規な微生物および酵素に関する。 α−アミノアミドは、加水分解によりα−アミノ酸へと変換されうることが知 られている。この加水分解はアミダーゼ酵素により触媒されうる。水和によりニ トリルをまずアミドに変換することにより、α−アミノニトリルをα−アミノ酸 へと変換することも知られている。このニトリル−アミド水和は、ニトリルヒド ラターゼ酵素触媒を用いて行うことができる。 これらのトランスフォーメーションは、適当な酵素を選択することにより、エ ナンチオ選択的に実施できることが知られている(即ち、生成したα−アミノ酸 が一方のエナンチオマーを過剰に有する)。例えば、Appl.Microbiol.Biotechn ol.(1994)42:1-7(Bauer et al)には、α−アミノフェニルアセトニトリル のα−アミノフェニル酢酸への変換が開示されている。その変換は、アグロバク テリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)の株により触媒さ れる。そのニトリルは、ほぼ化学量論的な量でそのアミドに変換される。それか ら、徐々にそのアミドがその酸へと加水分解される。S エナンチオマーが優先 的に形成される。そのアミドが43%変換された後に、最も高いエナンチオマー 過剰率(97%)に達するようである。 高いエナンチオマー過剰率を達成するには、この時点で反応を停止させる必要 があるようである。即ち、この変換は、時間非依存性のエナンチオ選択性を与え ない。 このように、最も高いエナンチオマー過剰率を達成するためには、特定の時点 で反応を停止させる必要があることは、アミドから酸へのエナンチオ選択的な加 水分解においてよく知られている。一般的に、上記のアミドをそれらの対応する 酸へと変換する既知の触媒は、一方のアミド・エナンチオマーをもう一方よりも 迅速に加水分解し、最終的には好ましくない方のエナンチオマーを相当量変換す る傾向がある。 高い変換率およびエナンチオ選択性を与えるが、時間非依存性のエナンチオ選 択性は示さないらしい、他の変換反応が開示されている。例えば、EP−A−3 32,379は、様々なアミノ酸の製造を開示している。これらは、様々な微生 物への曝露によりニトリルから製造される。有効な酵素触媒がニトリラーゼであ るのか、またはニトリルヒドラターゼとアミダーゼの組み合わせであるのかは、 記載されていない。反応を、8から12のpH、またはアルデヒドの存在下で行う ことが必要であることが記載されている。米国特許第4,080,259号は、 様々なアミドを加水分解し、アミノ酸を生成するアミダーゼ酵素を開示している 。反応混合物のpHを示すとすれば、それは約8から約10までであるようである 。米国特許第4,366,250号およびFR−A−2,626,287号は、 様々な天然アミノ酸の酵素による加水分解を開示している。米国特許第3,97 1,700号は、フェニルグリシンを得るためのフェニルグリシンアミドの選択 的な加水分解を開示している。これらの参照の中で、記載された反応が時間非依 存性のエナンチオ選択性を与えると主張しているものは一つもない。 米国特許第5248608号は、様々なα−置換カルボン酸アミドのエナンチ オ選択的な加水分解を開示している。その加水分解は、オクロバクトラム・アン トロピ(Ochrobactrum anthropi)またはクレブジエラ種(Klebsiella sp.)に より産生されたアミダーゼ酵素を用いて行われる。この引用文献は、極めて高い 変換率およびエナンチオマー過剰率が得られることを主張している。過去の文献 に記載されたエナンチオ選択的な変換に関する一般的な理論が、米国特許第52 48608号に開示された方法に当てはまることが説明されている。その参照文 献では、高いエナンチオマー過剰率を得るためには、特定の時点で反応を停止さ せることが必要であるとされている。すなわち、その反応は、時間非依存的なエ ナンチオ選択性を与えない。 この文献には、様々な例が開示されている。いくつかはα−アミノアミドの加 水分解の例であるが、大部分は他のα−置換アミドの例である。一つだけ、時間 非依存的なエナンチオ選択性を示す例が存在する。この唯一の例は、N−ヒドロ キシ置換α−アミノアミドの加水分解を示している。 いくつかの例が、α−アミノアミドの加水分解を示しているが、これらはいず れも時間非依存的なエナンチオ選択性を示さない。さらに、これらの例に示され た反応の最大時間は8時間である。反応は全て回分反応として行われる。 米国特許第5215897号も、主にL−アミノ酸を製造する、アミノ酸アミ ドのエナンチオ選択的な加水分解を開示している。ここでも、開示されている反 応は、最大3時間にわたり行われる回分反応のみである。ほとんどの反応におい て収率は出発物質に対して50%未満であり、反応が時間非依存的なエナンチオ 選択性を与えるか、またはその可能性があることは全く示されていない。 高いエナンチオマー過剰率を有するα−アミノアミドを製造できることが望ま しい。これは、エナンチオマーに関して純粋な非天然のα−アミノ酸の製造にと って特に望ましい。また、そのようなエナンチオマーの純度を、関連するアミド ・エナンチオマーの高い変換率と共に達成することが望ましい。また、工業的な 規模に便利に適用できる製造法が提供されるように、これを実施できることが望 ましい。 本発明の第一の面に従い、本発明者らは、アミダーゼ酵素により触媒される変 換反応を行うことを含む、α−アミノアミドをα−アミノ酸へと変換する方法を 提供する。該方法において、α−アミノアミド出発物質には、アミド・エナンチ オマー(A)および(B)が含まれ、変換反応においてエナンチオマー(A)は エナンチオマー(B)よりも優先的に変換される。 該方法は、変換時間に非依存的に少なくとも90%のエナンチオマー過剰率を 与えるように、アミダーゼ酵素がエナンチオマー(A)を変換できることを特徴 とする。 本明細書において、エナンチオマー過剰率が変換時間に非依存的に与えられる と述べる場合には、反応を優先的に行うエナンチオマー(A)が充分に存在する 間中、即ち、エナンチオマー(A)の大部分が変換されるまで、高いエナンチオ マー過剰率が保持されることを意味する。例えば、これは、エナンチオマー(A )の90%変換されるまでであるかもしれない。一般的に、時間非依存的なエナ ンチオマー過剰率は、エナンチオマー(A)が95%、多くの場合には100% 変換されるまで維持される。エナンチオマー(A)が100%変換された後も、 時間非依存的なエナンチオマー過剰率が維持される場合もあるが、これは重要で は ない。エナンチオマー過剰率は、酸生成物のエナンチオマー過剰率である。 したがって、本発明において、本発明者らは、一方のエナンチオマーの高い選 択性を達成する。既知の方法のほとんどにおいて、生成物のエナンチオマー過剰 率は、変換反応が進行するにつれ変化し、最も高いエナンチオマー過剰率を得る ためには適当な時点で反応を停止させる必要があることが多い。しかし、本発明 においては、反応中の全ての時点において、即ち、反応時間に非依存的に、高い エナンチオマー過剰率が達成される。これは、出発物質の一方のエナンチオマー に対するアミダーゼの極めて高い選択性のためであると考えられる。既知の反応 においては、通常、アミダーゼが一方のエナンチオマーをもう一方よりも迅速に 変換することが観察されるため、反応が進行するにつれ、エナンチオマー過剰率 は減少する傾向がある。本方法は、反応の間中、少なくとも90%のエナンチオ マー過剰率が維持される程度に、選択的である。 本発明の方法の変換反応における出発物質は、α−アミノアミドである。加水 分解されたとき、所望のα−アミノ酸を与えるようなアミドが選択される。 出発物質として使用される適当なα−アミノアミドは、以下のような式Iを有 する。 この好ましい式において、Rは、適宜、アルキル、シクロアルキル、アルケニ ル、シクロアルケニル、アリール、アルカリール(alkaryl)、アラルキル、R1N HCOR1、R1CONHR1、SO21もしくはSO2NHR1(ここで、R1は、 アルキル、シクロアルキル、アルケニル、シクロアルケニル、アリール、アルカ リールまたはアラルキルである)またはこれらのいずれかの置換体である。特に 、RはC4〜C9、例えばC4〜C7、直鎖状もしくは分岐状のアルキルもしくはア ルケニル、環状のアルキルもしくはアルケニル、フェニル、または置換されたフ ェニル(ここで、置換基は、パラ−CH3、メタ−CH3、オルト−CH3、パラ −CF3、パラ−Et、パラ−(CH3)3C、パラ−Cl、パラ−CH3(CH2)3O およびパラ−OHから選択される)である。メタ位およびオ ルト位の、これらの置換基、およびその他を使用することもできる。 式Iに従い、Rがアルキルまたはアルケニルである場合には、RがC4からC9 、例えばC4からC7、直鎖状のアルキルまたはアルケニル、または特に環状のア ルキルであることが特に好ましい。Rがフェニルである場合には、Rが置換され たフェニルであり、特に置換基がパラ−CH3、メタ−CH3、パラ−CF3、オ ルト−CH3、パラ−Et、パラ−(CH3)3C、パラ−Clおよびパラ−CH3( CH2)3Oから選択されることが好ましい。 したがって、変換反応は、以下のような式IIのα−アミノ酸を生成する。 本発明の方法は、非天然のアミノ酸の製造に特に適している。 アミド出発物質には、エナンチオマー(A)および(B)が含まれる。エナン チオマー(A)は、変換反応において、対応する酸へと優先的に変換されること が望まれているものである。エナンチオマーAは、通常、変換されたときにL アミノ酸を与えるL アミノ酸アミドである。 エナンチオマー(A)および(B)は、実質的に等モル量で存在してもよい。 すなわち、出発物質は好ましくはラセミ混合物である。しかし、本発明の方法は 、ゼロより大きいエナンチオマー過剰率を有する出発物質にも適用可能である。 本方法は、エナンチオマー(A)が過剰である出発物質にもエナンチオマー(B )が過剰である出発物質にも適用することができる。 本方法は、対応する酸へと優先的に変換されることが望まれていない、エナン チオマー(B)が過剰に存在する系において、特に有用である。この型の反応に おいて、エナンチオマー(A)に対するエナンチオマー(B)の比率は、反応中 、対応する酸への変換によりエナンチオマー(A)の量が減少するにつれ、着実 に増大する。他の型の反応において、エナンチオマー(B)に対するエナンチオ マー(A)の比率が反応の過程で上方にも下方にも変動するように、エナンチオ マー(A)を定期的または連続的に補充することもできる。好ましくは、反応時 間の少なくとも一部、好ましくは少なくとも30分間、より好ましくは少なくと も1ま たは2時間、エナンチオマー(B)の量は、エナンチオマー(A)の量の少なく とも125%または150%、好ましくは少なくとも200%、より好ましくは 少なくとも250%である。 アミド出発物質は、任意の適当な方法で作製されうる。アミドは、特にニトリ ル出発物質から、酵素触媒反応により作製されることが好ましい。したがって、 本発明の好ましい方法において、第一工程には、ニトリル・ヒドラターゼ酵素に より触媒される、α−アミノニトリルのその対応するα−アミノアミドへの変換 が含まれる。ニトリル・ヒドラターゼ酵素は、一方のニトリル・エナンチオマー を他方よりも優先的に変換するものであってもよい。しかし、一般的に、ニトリ ル・ヒドラターゼは非選択的に作用し、両方のニトリル・エナンチオマーを実質 的に同じ速度で変換する。 本発明の方法において使用されるアミダーゼ酵素は、変換時間に非依存的に少 なくとも90%のエナンチオマー過剰率を与えるよう、エナンチオマー(A)を 優先的に変換できるアミダーゼ酵素である。 好ましくは、時間非依存的なエナンチオマー過剰率は、少なくとも95%、よ り好ましくは少なくとも97%であり、特に少なくとも98%である。 変換反応は、好ましくは、エナンチオマー(A)の少なくとも70%、好まし くは少なくとも80または90%、より好ましくは少なくとも95または98% 、実質的に100%が、その対応する酸へと変換される程度に行われる。 本発明の方法の変換反応において、アミダーゼはエナンチオマー(B)を極少 量のみ変換するよう選択される。好ましくは、変換反応の終了時に、エナンチオ マー(B)の10%以下、より好ましくは5%または2%以下が、その対応する 酸へと変換されており、実質的に全く変換されていない場合も多い。特に、本発 明の方法において、アミダーゼは、エナンチオマー(A)の濃度が検出可能なレ ベルを下回る場合ですら、エナンチオマー(B)の10%未満、より好ましくは 5%または2%未満を変換することが好ましく、実質的に全く変換しないことが より好ましい。 アミド−酸変換反応の実施にとって適当な任意の条件を使用することができる 。一般的には、アミダーゼ酵素の作用にとって至適な条件が選択される。本発明 に おいて使用される酵素は、特定の変換を行うことができる酵素である。至適なエ ナンチオマー過剰率を与えない条件下で変換反応を行うことが望ましいという場 合もある。例えば、変換の経済性を至適化する場合には、高い温度で行うことが 望ましい。いくつかの酵素は、温度が上昇するにつれ基質に対する選択性が減少 する傾向がある。したがって、選択性と生産性とを比較検討することが必要であ る場合もある。しかし、本発明においては、アミダーゼ酵素が、少なくともいく つかの条件下で、特定の変換を行うことができるということが重要である。好ま しくは、酵素は、10から50℃、多くの場合に約30℃の温度において、高度 に選択的な変換を行うことができる。本発明において使用される極めて選択的な 酵素の利点は、標準的なアミダーゼ酵素よりも高い温度で作用することができ、 したがって、標準的なアミダーゼ酵素よりも高い選択性を保持しつつ、生産性が 高いという点である。 変換反応中の温度は、通常10から50℃、好ましくは15から35℃、多く の場合20または30℃である。 任意の適当なpHを変換反応に使用できる。しかし、好ましくは8未満、特に6 から7.5、または8のpHが使用され、約7のpHが使用されることが多い。これ は、アルデヒドが存在しない場合には、8から12のpHを使用することが必須で ある、EP−A−332,379の方法とは対照的である。本発明の方法によれ ば、アルデヒドの非存在下で8未満のpHで変換反応を行うことが可能である。 出発物質は、任意の望ましい濃度で反応混合物中に含まれる。1mMから2M、 例えば5mMから1M、多くの場合約10から50mM、特に20mMまでの濃度が特 に好ましい。 アミダーゼ酵素は、任意の適当な形態で反応混合物に含まれる。アミダーゼ酵 素は、一般的には、微生物により産生される。アミダーゼ酵素は、例えば、触媒 として使用される前に培養微生物から抽出された、純粋な形態で使用されうる。 使用される抽出の方法は、アミダーゼの活性および安定性を損なわないようなも のでなければならない。半純粋な形態で、例えば、液体培養物として、または完 全な細胞もしくは破壊された細胞のような細菌細胞画分として、使用することも できる。精製されていない、純度の低い酵素溶液の形態で使用することもできる 。架橋ポリマー・マトリックス、例えば架橋ポリビニル・アルコールもしくは架 橋ポリアクリルアミドのような担体上に支持、または固定化されていてもよい。 表面結合酵素を有する非膨張粒子の形態で使用することもできる。好ましくは、 遊離の、または架橋ポリマー・マトリックスに支持された、完全な細菌細胞の形 態で使用される。 変換反応の時間は、使用される試薬、選択された条件および反応の型により異 なる。反応は回分反応であってもよい。回分反応においては、変換反応の開始時 に全ての試薬を混合し、反応を行わせる。この場合、反応は、最大、例えば4時 間、例えば1〜3時間、継続することが好都合である。 別法として、流加反応または連続反応として反応を行ってもよい。時間非依存 的なエナンチオマー過剰率が得られるために、この型の反応を実施できることが 、反応の利点の一つである。これらは、工業的な規模での使用にとって特に好ま しい。 流加反応においては、反応の開始時に反応容器に反応物を加え、反応を行わせ る。反応中、出発物質が最終生成物へと変換されるにつれ、出発物質の濃度は減 少する。したがって、反応中、出発物質を追加する。通常は、出発物質の濃度の 下限および上限の両方を設定し、最初に上限レベルの濃度で出発物質を供給し、 そして低いレベルへと減少させる。次に、反応が進行し、生成物が充分に生成す るまで、そのレベルが上限などに上昇するよう、出発物質を追加する。 連続反応においては、反応容器から反応混合物が除去されるのと同じ速度で出 発物質を供給することにより、試薬は一定の状態に維持される。このような系に おいては、除去される反応混合物に多くの精製過程を施す必要がないように、極 めて低レベルの出発物質および極めて高レベルの反応生成物を含む反応混合物を 提供できることが特に望ましい。本発明の方法では、これも可能である。 流加法においても連続法においても、高濃度の出発物質の存在下で行うことが できる点が、本発明の特別な利点である。好ましくは、反応中、生成物アミノ酸 とエナンチオマーA出発物質との比率は、少なくとも5:4、好ましくは少なく とも3:2、より好ましくは少なくとも2:1または3:1になる。好ましくは 、 この比率は反応中少なくとも30分間、より好ましくは少なくとも1または2時 間、維持される。 流加反応および連続反応は、商業的な規模において極めて望ましい、長時間の 実施に特に適している。例えば、変換反応は、少なくとも8時間、好ましくは少 なくとも9時間継続することができ、少なくとも12〜15時間、最大24また は48時間、またはそれ以上継続することすら可能である。 反応混合物中に存在する唯一の酵素触媒がアミダーゼであることが、本発明に おいて得に望ましい(アミド出発物質を作製するために使用される場合には、ニ トリル・ヒドラターゼが含まれていてもよい)。特に、変換反応混合物中にはラ セマーゼが存在しないことが好ましい。ラセマーゼを、エナンチオ選択的である と言われているアミダーゼと共に使用しなければならない変換もいくつか知られ ている。しかし、これらは、優先的にラセミ混合物へと変換されないエナンチオ マーを連続的に変換すると考えられるラセマーゼ酵素の存在下で行わなければな らない。なぜなら、アミドから酸への変換は、時間非依存的ではなく、好ましく ない未反応のエナンチオマーの濃度が増加するにつれ、それが対応するアミノ酸 へと変換され始めるためであると本発明者らは考える。 いかなる反応型を使用するにしても、反応の終了時には、エナンチオマーAの 少なくとも80%、好ましくは少なくとも90または95%、より好ましくは少 なくとも98%、多くの場合実質的に100%が、その対応する酸へと変換され ていることが好ましい。 本発明の方法の終了時に達成されるエナンチオマー過剰率は、任意の標準的な 方法により測定されうる。 ニトリル−アミド変換反応が本発明の方法に含まれており、ニトリル・ヒドラ ターゼ酵素を用いて触媒される場合、アミド−酸変換反応のための反応条件が、 概してニトリル−アミド変換反応にも適用されうるが、ただし、1〜100mM、 特に5〜50または20mMのニトリル濃度が好ましい。 本発明の方法の終了時には、エナンチオマー(A)からエナンチオマーに関し て純粋なアミノ酸が生成している。変換されていないエナンチオマー(B)も、 大量に反応混合物中に残存している。エナンチオマーに関して純粋な(B)アミ ドを使用することが必要な場合もあり、これも、変換反応の生成物である。変換 されたエナンチオマー(A)および変換されていないエナンチオマー(B)は、 一般的に分離される。次に、エナンチオマー(A)に由来するエナンチオマーに 関して純粋なアミノ酸を、希望通りに使用することができる。変換されていない エナンチオマー(B)も、必要に応じて使用することができる。エナンチオマー (B)に由来するエナンチオマーに関して純粋なアミノ酸を得ることが望ましい 場合には、変換されていないエナンチオマー(B)の化学的加水分解を既知の方 法で行うことができる。エナンチオマー(B)が必要でない場合には、それをラ セミ化し、得られたエナンチオマー(A)および(B)のラセミ混合物を、本発 明の方法のためのアミド出発物質のさらなるバッチに加えることが特に有効であ る。ラセミ化は化学的に行ってもよい。別法として、ラセマーゼ酵素を用いて行 ってもよい。エナンチオマー(B)をラセミ化し、得られたエナンチオマー(A )および(B)のラセミ混合物をさらに反応させれば、最初の出発物質の最大1 00%の変換が達成されうる。 本発明の第一の面の方法において、アミダーゼ酵素は、好ましくは、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(National Collection of Industrial and Marine Bacteria)(23 St Machar Drive,Aberd een,Scotland,UK,AB21RY)に、受託番号NCIMB40795で寄託されてい るロードコッカス(Rhodococcus)属の微生物により産生されたものである。こ の寄託は、1996年4月19日に、ブダペスト条約の規定に基づきなされた。 この微生物は、本発明の方法における使用に適したアミダーゼ酵素に加え、ニ トリル・ヒドラターゼ酵素を産生するため、特に好ましい。これは、非エナンチ オ選択的に作用する。したがって、この単独の微生物ロードコッカスNCIMB 40795を用いて、α−アミドニトリルを、α−アミノアミドを経由してα− アミノ酸へとエナンチオ選択的に変換することが可能である。 この微生物は、それ自体、新規な微生物株である。したがって、本発明の第二 の面に従い、本発明者らは、ロードコッカスNCIMB40795またはアミダ ーゼを産生する能力を有するその変異株である微生物を提供する。この新規な微 生物は、ニトリルおよびアミドのα−アミノ酸への変換に有用である。本発明の 第 三の面に従い、本発明者らはまた、アミダーゼ酵素により触媒される変換反応を 行うことを含む、α−アミノアミドをα−アミノ酸へと変換する方法を提供する 。該方法において、α−アミノアミド出発物質は、アミド・エナンチオマー(A )および(B)を含み、変換反応においてエナンチオマー(A)はエナンチオマ ー(B)よりも優先的に変換される。該方法は、アミダーゼ酵素がロードコッカ スNCIMB40795により産生されたものであることを特徴とする。この方 法は、好ましくは、本発明の第一の面の方法に関して上述した特徴の一部または 全部を有している。 本発明のロードコッカス株は、この属の典型的な株ではないと考えられる。そ れは、グラム陽性であり、胞子を形成せず、非運動性である。30℃でよく増殖 し、37℃および41℃では増殖能が低下し、45℃では増殖しない。カタラー ゼ活性を示すが、オキシダーゼ活性は示さず、グルコースOF中では発酵力をも たない。 細胞壁ジアミノ酸はメソ(meso)DAPである。ミコール酸は存在しない。脂 肪酸プロフィールには、以下のものが含まれる。 テトラデカン酸、ペンダデカン酸、ヘキサデセン酸、ヘキサデカン酸、ヘプ タデセン酸、ヘプタデカン酸、オクタデセン酸。ただし、ツベルクロステア リン酸またはその他の10メチル分岐酸はほとんど含まない(それぞれ1% 未満)。 本発明は、新規なエナンチオ選択的なアミダーゼ酵素も提供する。本発明の第 四の面のアミダーゼ酵素は、ロードコッカスNCIMB40795またはアミダ ーゼを産生する能力を有するその変異株を培養することに得られる。 本発明者らは、第二の特定の微生物株が、本発明の方法の実施において特に有 用であることも見出した。これは、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(National Collection of Industrial and Marine Bacteria)に、ツカムレラ・ラッツラビエンシス(Tsukamurella wr atslaviensis)なる名称で受託番号NCIMB13082で寄託されているロー ドコッカス・ラッツラビエンシス(Rhodococcus wratslaviensis)種の株である 。この微生物は、本発明の方法を実施できるアミダーゼを産生する。 本発明はまた、α−メチルアミドおよびα−アミノメチルアミドがそれらの対 応する酸へと変換される方法を提供する。したがって、本発明の第五の面に従い 、本発明者らは、アミダーゼ酵素により触媒される変換反応を行うことを含む、 α−メチルアミドまたはα−アミノメチルアミドをα−メチル酸またはα−アミ ノメチル酸へと変換する方法を提供する。該方法において、α−メチルアミドま たはα−アミノメチルアミド出発物質は、アミド・エナンチオマー(A)および (B)を含み、変換反応においてエナンチオマー(A)はエナンチオマー(B) よりも優先的に変換される。該方法は、アミダーゼ酵素が、変換時間に非依存的 に少なくとも90%のエナンチオマー過剰率を与えるように、エナンチオマー( A)を変換できることを特徴とする。 本発明の第五の面のこの方法において、α−メチルアミドは、以下の式IIIを 有することが適当である。式中、Rは、式IのRに関して記載された基のいずれかでもよい。 α−アミノメチルアミドは、以下の式IVを有することが適当である。 式中、Rは、式IのRに関して示された意味のいずれかを有する。 α−メチルアミドおよびα−アミノメチルアミドの変換反応は、それぞれ以下 の式VおよびVIのα−メチル酸およびα−アミノメチル酸を生成させる。 本発明の第一の面の方法の特徴はいずれも、本発明の第五の方法に当てはまる 。 本発明者らは、α−メチルアミドおよびα−アミノメチルアミドは、特にロー ドコッカスNCIMB40795由来のアミダーゼにより、α−アミノ酸よりも 遅い速度で変換される傾向にあることを見出している。 本発明のいずれの方法の生成物も、エナンチオマーに関して高度に純粋である 。それらは、医薬および農薬、例えば抗生物質の調製における中間体として特に 有用である。 以下に、本発明のいくつかの実施例を示す。実施例1 微生物の培養 最初の単離物ロードコッカスNCIMB40795を、500mlの振とうフラ スコを用いて軌道振とう(200rpm)しながら、30℃で培養した。 培養培地は、以下に示すようにして調製した。特に断らない限り、全ての量が g/l単位である。 リン酸水素二カリウム 7.0 リン酸二水素カリウム 3.0 酢酸ナトリウム 5.0 プロピオニトリル 714μl 硫酸マグネシウム* 1.0 塩化カルシウム* 0.2 [*別個にオートクレーブ処理した] ビタミン類(1ml/lで) g/l 塩酸チアミン 0.1 パントテン酸カルシウム 0.1 塩酸ピリドキシン 0.1 ビオチン 0.01 イノシトール 10.0 微量金属類(5ml/lで) g/l MgO 10.75 CaCO3 2.0 FeSO4・7H2O 4.5 ZnSO4・7H2O 1.44 MnSO4・4H2O 1.12 CuSO4・5H2O 0.25 CaSO4・7H2O 0.28 H3BO3 0.06 HCl(6N) 51.3cm3 対数増殖期の後期に、10,000rpmで20分間遠心分離することにより細 胞を収集した。細胞ペレットを、生理食塩水(250ml)で洗浄し、同条件下で 再び遠心分離した。 その後、変換反応における使用に必要となるまで、細胞ペレットを凍結させた 。実施例2 α−アミノニトリルの変換 フェニルグリシノニトリル(16.8mg、0.1mmol)を、10mMの濃度とな るようにリン酸緩衝液(10ml、pH7.0、50mM)に溶解させた。その溶液を 実施例1に記載されたようにして作製された完全な細胞と共に20℃でインキュ ベートし(4.2g/L[乾燥細胞])、以下の概略に従い試料を採取した。 50μlの試料を取り出し、450μlの水で希釈した。細胞を微量遠心分離 (13,000rpm、30秒)により除去した。上清をデカンテーションにより 取り出し、HCl(10μl、6N)を添加した。混合物をジクロロメタンで抽 出し、HPLCを妨害する、ニトリルの分解により形成されたアルデヒドを全て 除去した。その後、水相をHPLCにより分析した。 HPLCは全て、UV検出器をもつ、LDC/ミルトン・レイ・コンスタメト リック3(LDC/Milton Ray ConstaMetric 3)を用いて行った。 カラム フェノメネックスRPセレクトB(Phenomenex RP select B) (25cm×0.46cm) 流速 1ml/分 波長 254nm 溶出 95%トリス/HCl緩衝液(10mM、pH3):5%メタノール 保持 酸6.7分、アミド8.0分、ニトリル13.6分 10%の変換後、試料(200μl)を採取し、ジクロロメタンで抽出し、未 反応のニトリルを全て除去した。HPLCで全てのアミドが酸に変換されたこと が示されるまで、これをHCl(6N)中で還流した。その後、以下の概略に従 い、酸をキラルHPLCにかけた。 カラム スミキラルOA5000(Sumichiral OA 5000) (15cm×0.46cm) 流速 1ml/分 波長 254nm 溶出 95%CuSO4(3mM):10%メタノール 保持 エナンチオマー1:−18分 エナンチオマー2:−30分 生成したアミドはラセミであることが見出された。即ち、ニトリル・ヒドラタ ーゼはエナンチオ選択的ではない。 この場合、ニトリルの分解により生成するシアン化物により反応が阻害された 。しかし、さらに細胞を追加することによりニトリルの100%の変換を達成す ることが可能であった。実施例3 α−アミノアミドの変換 4−クロロフェニルα−アミノアセトアミド(11mg、0.05mmol)を、10 mMの濃度となるようにリン酸緩衝液(5ml、pH7.0、50mM)に溶解させた。 溶液を30℃でインキュベートし、実施例1に記載されたようにして作製された 完全な細胞を添加した(4.2g(乾燥細胞)/l)。以下の概略に従い様々な時 間間隔で試料を採取した。 時間=0分における試料: 1.50μlの試料を取り出し、450μlの水で希釈した。細胞を微量遠心分 離(13,000rpm、30秒)により除去し、試料をHPLCにより分析した 。 カラム フェノメネックスRPセレクトB(Phenomenex RP select B) (25cm×0.46cm) 流速 1ml/分 波長 254nm 溶出 80%トリス/HCl緩衝液(10mM、pH3):20%メタノール 保持 酸6.7分、アミド8.0分 2.200μlの試料を採取し、上記と同様にして遠心分離した。これを、以下 の概略に従いキラルHPLCにかけた。 カラム スミキラルOA5000(Sumichiral OA 5000) (15cm×0.46cm) 流速 1ml/分 波長 254nm 溶出 75%CuSO4(3mM):25%メタノール 保持 エナンチオマー1:−25分 エナンチオマー2:−40分 その後、アミドの50%が変換が達成されるのが観察されるまで、方法1によ り様々な時間で試料を分析した。この時、試料採取方法1および2を再び使用し た。 約140分間で、アミドの濃度が10mMから約5.0mMへと減少するのが観察 された。同じ時間で、4−クロロフェニルα−アミノ酢酸の濃度は0から約5. 0mMにまで増加した。約145分後、速度が実質的にゼロとなり、反応が自然に 終了するのが観察された。 他の置換および非置換フェニルα−アミノアセトアミドならびに環状および非 環状脂肪酸を用いて、同じ操作を行った。結果を以下の表1に示す。 一般式I 実施例4 α−フェニルα−アミノアセトアミド(75mg、0.5mmol)を、10mMの濃 度となるようにリン酸緩衝液(5ml、pH7.0、50mM)に溶解させた。溶液を 30℃でインキュベートし、実施例1に記載されたようにして作製された完全 な細胞を添加した(4.2g(乾燥細胞)/L)。以下の概略に従い様々な時間間 隔で試料を採取した。 時間=0における試料 1.45μlの試料を取り出し、450μlの水で希釈した。細胞を微量遠心分 離(13,000rpm、30秒)により除去し、試料をHPLCにより分析した 。 カラム:フェノメネックスRPセレクトB(Phenomenex RP select B) (25cm×0.46cm) 流速: 1ml/分 波長: 254nm 溶出: 95%トリス/HCl緩衝液(10mM、pH3):5%メタノール 保持: 酸4.7分、アミド5.8分 2.200μlの試料を取り出し、上記のようにして遠心分離した。これを、以 下の概略に従いキラルHPLCにかけた。 カラム:スミキラルOA5000(Sumichiral OA 5000) (15cm×0.46cm) 流速: 1ml/分 波長: 254nm 溶出: 90%CuSO4(2mM):10%メタノール 保持: α−フェニルα−アミノ酢酸のLエナンチオマー−18分 α−フェニルα−アミノ酢酸のDエナンチオマー−30分 その後、アミドの50%が変換が達成されるのが観察されるまで、方法1によ り様々な時間で試料を分析した。この時、試料採取方法1および2を再び使用し た。 約24時間で、アミドの濃度が10mMから約5.0mMへと減少するのが観察さ れた。同じ時間で、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度は0から約5mMにまで増 加した。48時間後、アミドおよびα−フェニルα−アミノ酢酸の両方の濃度が 依然として約5mMであった。したがって、約24時間のインキュベーション時間 で、反応が自然に終了することが明らかとなった。実施例5 実施例1に記載されたようにして作製された完全な細胞を、50mM、pH7.0 のリン酸ナトリウム緩衝液32mlに35℃で添加した(4.2g(乾燥細胞)/ L)。α−フェニルα−アミノアセトアミド溶液(8ml、50mM)を、10mMの α−フェニルα−アミノアセトアミド濃度となるように細胞懸濁液に添加した。 以下の概略に従い様々な時間間隔で試料を採取した。 時間=0における試料 1.0.5mlの試料を取り出し、細胞を微量遠心分離(13,000rpm、30 秒)により除去した。上清を5倍に希釈し、実施例4に記載の条件を用いてHP LCにより分析した。 2.200μlの試料を取り出し、上記と同様にして遠心分離した。上清を、実 施例3の概略に従いキラルHPLCにかけた。その後、方法1により20分間隔 で試料を分析した。4時間後、アミドの30%が変換が達成されるのが観察され た。この時、試料採取方法1および2を使用した。 約4時間後に、アミドの濃度が10mMから約7mMへと減少し、α−フェニルα −アミノ酢酸の濃度が0から3mMにまで増加するのが観察された。上清を方法2 により分析したところ、アミドが30%変換された時点で、実質的に、α−フェ ニルα−アミノ酢酸のLエナンチオマーの>98%のエナンチオマー過剰率が達 成されることが見出された。 その後、さらに6mlの50mMのα−フェニルα−アミノアセトアミドを細胞懸 濁液に添加し、細胞懸濁液に3.57g(乾燥細胞)/Lの完全な細胞、2.55mM のα−フェニルα−アミノ酢酸のエナンチオマー、および13.45mMのアミド が含まれるようにした。 アミドの濃度が13.45mMから10mMへと減少し、α−フェニルα−アミノ 酢酸の濃度が2.55から6mMにまで増加するのが観察された。上清を方法2に より分析したところ、実質的に、α−フェニルα−アミノ酢酸のLエナンチオマ ーの>98%のエナンチオマー過剰率が達成されていることが明らかとなった。実施例6 実施例1に記載されたようにして作製された完全な細胞を、実施例5に記載の 条件下で、10mMのα−フェニルα−アミノアセトアミドと混合した。様々な時 間間隔で試料を採取し、実施例5に記載のようにして分析した。 90分後に、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が0から3.24mMにまで増 加するのが観察された。この時点で、反応混合物中の濃度を10mM増加させるた め十分な量のα−フェニルα−アミノアセトアミドを添加した。さらに90分後 、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が5.86mMにまで増加しているのが観察 された。この時点で、反応混合物中の濃度を10mM増加させるため十分な量のα −フェニルα−アミノアセトアミドを添加した。方法1により分析したところ、 さらに90分後、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が7.98mMにまで増加し ているのが観察された。その後、13000gで10分間遠心分離することによ り、細胞を反応混合物から分離した。上清を方法2により分析したところ、実質 的に、α−フェニルα−アミノ酢酸のLエナンチオマーの>98%のエナンチオ マー過剰率が達成されたことが明らかとなった。実施例7 実施例6で作製された最終上清17.26gに、20.74gの水を添加し、 L−α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度を3.70mMに減少させた。この溶液に 、実施例1に記載されたようにして作製された完全な細胞を0.65g添加した 。 45分後に、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が3.75mMにまで増加して いるのが観察された。この時点で、反応混合物中の濃度を12mM増加させるため 十分な量のα−フェニルα−アミノアセトアミドを反応混合物に添加した。さら に120分後、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が7.98mMにまで増加して いるのが観察された。上記と同様にして、さらにα−フェニルα−アミノアセト アミドを添加した後、2時間インキュベーションする操作を2回繰り返した。方 法1により分析したところ、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が14.81mM にまで増加しているのが観察された。その後、実施例6に記載のようにして、細 胞を反応混合物から分離し、方法2により分析した。実質的に、α−フェニルα −アミノ酢酸のLエナンチオマーの>98%のエナンチオマー過剰率が達成され たことが明らかとなった。実施例8 実施例1に記載のようにして作製された完全な細胞(0.52g)を、実施例 7で作製された最終上清に添加した。 35℃で40分間インキュベートした後、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度 が17.46mMにまで増加しているのが観察された。 3つの異なる状況で、濃度を12mM増加させるため十分な量のα−フェニルα −アミノアセトアミドを反応混合物に添加した。各添加後、反応混合物を120 分間インキュベートした。反応混合物を方法1により分析したところ、上記のよ うな操作の完了後、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が26.64mMにまで増 加しているのが観察された。その後、実施例6に記載のようにして、細胞を反応 混合物から分離し、方法2により分析した。実質的に、α−フェニルα−アミノ 酢酸のLエナンチオマーの>98%のエナンチオマー過剰率が達成されたことが 明らかとなった。実施例9 実施例1に記載のようにして作製された完全な細胞(0.48g)を、実施例 8で作製された最終上清に添加した。 2つの異なる状況で、濃度を10mM増加させるため十分な量のα−フェニルα −アミノアセトアミドを反応混合物に添加した。各添加後、反応混合物を35℃ で120分間インキュベートした。反応混合物を方法1により分析したところ、 上記のような操作の完了後、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が30.38mM にまで増加しているのが観察された。その後、実施例6に記載のようにして、細 胞を反応混合物から分離し、方法2により分析した。実質的に、α−フェニルα −アミノ酢酸のLエナンチオマーの>98%のエナンチオマー過剰率が達成され たことが明らかとなった。実施例10 実施例1に記載のようにして作製された完全な細胞(1.07g)を、36.9ml のα−フェニルα−アミノ酢酸のLエナンチオマー(アルドリッチ(Aldrich) から購入)に懸濁させた。 α−フェニルα−アミノアセトアミド濃度が50mMとなるように充分な量の α−フェニルα−アミノアセトアミドを添加し、α−フェニルα−アミノ酢酸の Lエナンチオマーを40mMに希釈した。その後、反応混合物を30℃で300分 間インキュベートした。300分後、アミドの約30%の変換が達成されている のが観察された。この時、試料採取方法1および2を使用した。 300分後、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が40mMから52.6mMにま で増加しているのが観察された。上清を方法2により分析したところ、アミドが 約30%変換された時点で、実質的に、α−フェニルα−アミノ酢酸のLエナン チオマーの>98%のエナンチオマー過剰率が観察されることが明らかとなった 。 さらに35℃で960分間インキュベートした後、アミドの約40%の変換が 達成されているのが観察された。この時、試料採取方法1および2を使用した。 960分後、α−フェニルα−アミノ酢酸の濃度が58.3mMにまで増加して いるのが観察された。上清を方法2により分析したところ、アミドが約40%変 換された時点で、実質的に、α−フェニルα−アミノ酢酸のLエナンチオマーの >98%のエナンチオマー過剰率が観察されることが明らかとなった。 これらの結果は、本発明を使用して達成されうる優れたエナンチオマー過剰率 を示している。特に、出発物質の50%の変換、即ちエナンチオマー(A)の1 00%の変換が達成される。この結果は、広範囲のα−アミノアミドでも達成さ れる。このような結果は、変換されていないエナンチオマーB(この場合、Dエ ナンチオマー)が大過剰に存在し、生成物である酸が高濃度に存在する場合にも 達成されうる。
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/20 C12R 1:01) (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(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(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,F I,GB,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT, UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ベアード,ティモシー マーク イギリス国 デヴォン ティーキュー4 6エイチアール ペイントン ブロードサ ンズ ロアー フォウデン 19

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.アミダーゼ酵素により触媒される変換反応を行うことを含む、α−アミノア ミドをα−アミノ酸へと変換する方法であって、α−アミノアミド出発物質にア ミド・エナンチオマー(A)および(B)が含まれ、変換反応においてエナンチ オマー(A)がエナンチオマー(B)よりも優先的に変換される方法において、 アミダーゼ酵素が、ロードコッカス(Rhodococcus)NCIMB40795ま たはロードコッカス・ラッツラビエンシス(Rhodococcus wratslaviensis)NC IMB13082により産生されたものであることを特徴とする方法。 2.アミダーゼ酵素が、変換時間に非依存的に少なくとも98%のエナンチオマ ー過剰率を与えるように、エナンチオマー(A)を変換できる、請求項1に記載 の方法。 3.α−アミノアミド出発物質が、エナンチオマー(A)および(B)のラセミ 混合物である、請求項1または2に記載の方法。 4.変換反応中少なくとも30分間、エナンチオマー(B)がエナンチオマー( A)よりも過剰に存在する、請求項1または2に記載の方法。 5.変換反応中少なくとも30分間、エナンチオマー(B)の量が、エナンチオ マー(A)の量の少なくとも150%、好ましくは少なくとも200%である、 請求項4に記載の方法。 6.α−アミノアミドが、式I: [式中、Rは、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、シクロアルケニル、ア リール、アルカリール(alkaryl)、アラルキル、R1NHCOR1、R1CONHR1 、SO21もしくはSO2NHR1(ここで、R1は、アルキル、シクロアルキル 、アルケニル、シクロアルケニル、アリール、アルカリールまたはアラルキルで ある)またはこれらのいずれかの置換体であり、好ましくは、C4〜C9の直鎖状 もしくは分岐状のアルキルもしくはアルケニル、環状のアル キルもしくはアルケニル、フェニル、または置換されたフェニル(ここで、置換 基は、パラ−CH3、メタ−CH3、オルト−CH3、パラ−CF3、パラ−Et、 パラ−(CH3)3C、パラ−Cl、パラ−CH3(CH2)3Oおよびパラ−OHから 選択される)である]を有する、請求項1〜5のいずれか一項記載の方法。 7.α−アミノ酸が非天然アミノ酸である、請求項1〜6のいずれか一項記載の 方法。 8.エナンチオマー(A)がL−エナンチオマーであり、L α−アミノ酸へと 変換される、請求項1〜7のいずれか一項記載の方法。 9.少なくとも98%のエナンチオマー過剰率が、変換時間に非依存的に与えら れる、請求項1〜8のいずれか一項記載の方法。 10.流加(fed batch process)法である、請求項1〜9のいずれか一項記載 の方法。 11.変換反応が、少なくとも12時間、好ましくは少なくとも24時間の長さ である、請求項1〜10のいずれか一項記載の方法。 12.変換反応中少なくとも30分間、エナンチオマー(A)に対応するα−ア ミノ酸がエナンチオマー(A)よりも過剰に反応混合物中に存在する、請求項1〜 11のいずれか一項記載の方法。 13.エナンチオマー(A)に対応するα−アミノ酸とエナンチオマー(A)自 体との比率が、少なくとも3:2、好ましくは少なくとも2:1である、請求項 14に記載の方法。 14.変換反応を行うことを含む、α−アミノアミドをα−アミノ酸へと変換す る方法であって、α−アミノアミド出発物質にアミド・エナンチオマー(A)お よび(B)が含まれ、変換反応においてエナンチオマー(A)がエナンチオマー (B)よりも優先的に変換される方法において、 出発物質を、ロードコッカス(Rhodococcus)NCIMB40795またはロ ードコッカス・ラッツラビエンシス(Rhodococcus wratslaviensis)NCIMB 13082由来の細胞物質と接触させることにより変換が行われることを特徴と する方法。 15.アミダーゼ酵素により触媒される変換反応を行うことを含む、α−メチル アミドまたはα−アミノメチルアミドをα−メチル酸またはα−アミノメチル酸 へと変換する方法であって、α−メチルアミドまたはα−アミノメチルアミド出 発物質にアミド・エナンチオマー(A)および(B)が含まれ、変換反応におい てエナンチオマー(A)がエナンチオマー(B)よりも優先的に変換される方法 において、 アミダーゼ酵素が、ロードコッカス(Rhodococcus)NCIMB40795ま たはロードコッカス・ラッツラビエンシス(Rhodococcus wratslaviensis)NC IMB13082により産生されたものであることを特徴とする方法。 16.アミダーゼ酵素により触媒される変換反応を行うことを含む、α−メチル アミドまたはα−アミノメチルアミドをα−メチル酸またはα−アミノメチル酸 へと変換する方法であって、α−メチルアミドまたはα−アミノメチルアミド出 発物質にアミド・エナンチオマー(A)および(B)が含まれ、変換反応におい てエナンチオマー(A)がエナンチオマー(B)よりも優先的に変換される方法 において、 アミダーゼ酵素が、変換時間に非依存的に少なくとも90%のエナンチオマー 過剰率を与えるように、エナンチオマー(A)を変換でき、 出発物質をロードコッカス(Rhodococcus)NCIMB40795またはロー ドコッカス・ラッツラビエンシス(Rhodococcus wratslaviensis)NCIMB1 3082由来の細胞物質と接触させることにより変換が行われることを特徴とす る方法。 17.医薬または農薬の製造のための中間体としての、請求項1〜16のいずれ か一項記載の方法の生成物の使用。 18.請求項1〜16のいずれか一項記載の方法の生成物を中間体として使用す ることを含む、医薬または農薬の製造のための方法。 19.ロードコッカス(Rhodococcus)NCIMB40795またはアミダーゼ を産生する能力を有するその変異株である微生物。 20.請求項19に記載の微生物を培養することにより得られるアミダーゼ酵素 。
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