JP2004194551A

JP2004194551A - 微生物の低温培養方法

Info

Publication number: JP2004194551A
Application number: JP2002365676A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Imanaka; 忠行今中; Eita Ichige; 栄太市毛; Takashi Senba; 尚仙波
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-17
Also published as: US20050032159A1; JP4149253B2; EP1433841A1

Abstract

【課題】微生物の高密度培養方法を提供する。
【解決手段】微生物の比増殖速度が増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下となるように、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調整することを特徴とする、微生物の培養方法である。当該方法によれば、微生物を極めて高密度に培養することができる。また、当該培養方法によれば、極めて低コストで効率よく、有用物質、特に活性型組換えタンパク質を大量に製造することができる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物を低温で培養する方法に関する。さらに、本発明は、この培養方法を用いた有用物質の製造方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
微生物の大量培養は、工業的に極めて有用である。ここで、微生物利用工業を大別すると、（１）微生物菌体の利用、（２）微生物代謝産物の利用、（３）微生物の代謝活性の利用、（４）遺伝子工学に分けることができる。いずれも数多くの例があるが、（１）微生物菌体の利用については乾燥酵母、乳酸菌製剤、単細胞タンパクなどが、（２）微生物代謝産物の利用についてはアルコール発酵、乳酸醗酵、クエン酸醗酵、その他有機酸醗酵、ビタミンの生産、多糖体、酵素、酵素阻害剤、各種抗生物質の生産などが、（３）微生物の代謝活性の利用についてはグルタミン酸醗酵およびリシン醗酵などのアミノ酸醗酵、ステロイドの微生物転換などがその典型的な例としてあげられる。また、（４）遺伝子工学の利用については、近年目覚ましい発展を遂げており、様々な分野に応用されているが、従来から遺伝子組換え技術を用いた大量培養により、インターフェロン、エリスロポエチン、モノクローナル抗体などの有用タンパク質が工業規模で製造されている。また、遺伝子組換え技術を利用することで微生物、動物もしくは植物の遺伝子由来の新規有用タンパク質を製造する試みが広く行われている。
【０００３】
従来、微生物を工業的に培養する際には、栄養源として、培地にグルコースなどの炭素源、ペプトンなどの窒素源、ＳＯ₄ ^2-、ＰＯ₄ ^3-、Ｎａ⁺などの無機物質、Ｃａ、Ｚｎなどの微量元素、プリン、ピリミジンなどの発育因子等を添加していたが、微生物が急激に増殖するにつれてこれらの栄養源が消費され、さらなる微生物の生育が早期に停止してしまうという限界があった。
【０００４】
この課題を解決するために、微生物培養の際、培養時間の経過に応じて連続または間欠的に、栄養源を培養液中へ流加する流加培養が知られている。この流加培養では、培地中の特定成分の濃度を任意に制御可能であり、例えば糖濃度を、培養する微生物に好適な一定範囲に保持することができ、このため目的とする微生物を効率よく培養できることから広く採用されている。しかし、この流加培養において栄養液の流加のタイミングを制御する際には、グルコースセンサーを用いてグルコース濃度を検出し、その検出値に応じて栄養液を流加するなどの操作が必要であるために、装置が複雑化するなどの問題点があった。
【０００５】
また、微生物の培養において、培養液中の溶存酸素濃度の調節は重要な因子である。これは、好気的呼吸によりエネルギーを生産する生物にとって、酸素は極めて重要な成分だからであり、当該技術分野において、培養液中の溶存酸素濃度の最適化は極めて重要な外部要因である。すなわち、細菌の培養において、好気性菌もしくは通性嫌気性菌を培養する場合には、細菌の増殖にしたがって培地中の酸素が消費され、攪拌もしくは通気により酸素を供給していたとしても、それを上回る増殖により早期に溶存酸素（ＤＯ）が枯渇してしまい、その後には死滅するか、もしくは嫌気的醗酵によりエネルギーを生産せざるを得なくなってしまいエネルギー効率が悪い。しかし、従来の微生物の培養方法においては、通常、最大比増殖速度で微生物が増殖する結果、短時間で培養液中の溶存酸素が枯渇してしまうために、これによるエネルギー効率の低下が問題となっていた。
【０００６】
この課題を解決するために、微生物の大量培養において、培養目的微生物の増殖が溶存酸素濃度によって影響を受ける場合には、空気、酸素もしくはこれらの混合物をさらに通気するか、もしくは培養液の攪拌回転数を増加させるという方法により培地中の溶存酸素の枯渇を防止するという技術が知られている。しかし、通気量を増加する、通気空気中の酸素濃度を高める、攪拌速度を増加するなどの技術により溶存酸素濃度を高めた場合、結果的に培養細胞の増殖速度も上昇し、酸素消費量がさらに増加してしまうため、溶存酸素濃度の維持は困難である。さらに攪拌速度を増加させ過ぎると、培養細胞にダメージを与えてしまうため好ましくない。また、通気量を増加すると培養液の体積も増加するため、省コストおよび小型化の点で不利であるうえに、培養液の発泡による培養液の飛散、系外への漏出等の問題が生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような現状のもと、安価で効率よく、かつ高密度に微生物を培養できる方法の開発が望まれる。さらに、この培養方法により、目的とする有用物質を大量に効率よく製造できる方法の開発が望まれる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ここで、微生物の比増殖速度が増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下となるように、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調節して該微生物を培養することにより、培養中を通して好気的な環境が維持され、添加した栄養源に対して極めて高い最終細胞密度を達成することに成功し、本発明を完成させた。また、上記の培養方法を用いることで、微生物により生産される有用物質を安価にかつ大量に製造できること、および特に組換えタンパク質を製造する場合には、封入体の形成を抑制する効果も有することを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明の第一は、微生物の培養方法であって、該微生物の比増殖速度が増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下となるように、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調整することを特徴とする、微生物の培養方法である。
【００１１】
細菌などの微生物を、新しい環境条件、言い換えると、新しい培養条件のもとで生育させると、一般に、誘導期と称する一定の期間の後に増殖を開始し、生育の活発な対数期を経て、生菌数の一定となる定常期に達し、やがて生菌数の減少する死滅期に至る。以下、細菌を例にあげて説明すると、誘導期は、細菌が接種されてから新しい環境に適応するまでの期間を指し、この期間には、細菌が発育を開始できる程度まで酵素や中間代謝産物が形成、蓄積される。対数期には、新しい細胞物質が一定の速度で合成され、細菌数は指数的に増加する。その後栄養源の枯渇と有害物質の蓄積が進むにつれて、分裂および増殖は緩やかとなり、一方徐々に死滅する細菌が増える。増殖する菌と死滅する菌の平衡の結果、生菌数は一定に保たれ、菌の発育は停止したかのように見える。さらに、細菌の種類や培養条件によっても異なるが、一定期間の定常期を経過すると細胞の死滅する速度の方が上回り、生菌数は減少してゆく。
【００１２】
微生物の増殖には、培養しようとする微生物が必要とする栄養源（化学的因子）を含んでいることのほか、培養温度、培養液の溶存酸素濃度およびｐＨのような物理的因子も、微生物ごとに調整をする必要がある。
【００１３】
培養温度は、通常、微生物の増殖に対して大きな影響を与える。一般的にいえば、増殖の下限の温度は細胞中の水分の凍結温度である０℃ないしそれよりやや低い温度であり、上限の温度はタンパク質、核酸などの高分子化合物の変性温度で定まる。ある菌株について増殖可能な温度範囲は比較的せまく、例えば大腸菌では増殖の下限温度は０〜１５℃、上限は４６℃、至適温度は３７〜４２℃付近にある。至適温度によって微生物を分類すると、２０℃以下に至適温度のある好低温菌、２０〜４５℃に至適温度のある好中温菌、４５℃以上に至適温度のある好熱菌にわけられる。ここで至適温度とは、培養する微生物が最大の比増殖速度を得られる温度をいい、また、比増殖速度とは、単位微生物量あたりの増殖速度をいい、微生物に固有の値で、培養条件により変化する。ここで比増殖速度は、文献（例えば、『生物物理化学II−基礎と演習−（増訂第６版）』共立全書、３５６〜３５８頁）に記載の方法により求めることができるが、本発明において比増殖速度とは、対数増殖期において得られるものをいう。また、通常、微生物を培養する際には、微生物が最大の比増殖速度を得られるように、至適温度付近に培養温度を調整するのが一般的である。
【００１４】
本発明によれば、培養しようとする微生物の比増殖速度が、増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下、好ましくは１５％以下、特に好ましくは１０％以下となるように、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調整することにより、微生物の代謝を抑制し、微生物の増殖を抑える結果、栄養源の消費と酸素消費とのバランスが極めて長期にわたって保たれ、エネルギー効率の低下が防止できる。これにより、培養開始時の栄養源のみで長時間微生物を培養することができ、培養途中で栄養源を追加する必要がない。したがって、該微生物の至適温度における最大比増殖速度よりもはるかに小さい比増殖速度下にもかかわらず、最終的には極めて低コストで高密度に微生物を培養することができる。
【００１５】
本発明において、「増殖至適温度」とは、ｐＨ、溶存酸素濃度などの培養温度以外の条件が、培養開始時に一定の場合に、微生物が最大の比増殖速度を得ることができる温度をいう。本発明において、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調整することにより、培養しようとする微生物の比増殖速度が、増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下となるようにしたのは、比増殖速度が増殖至適温度における比増殖速度の２０％を超えると、微生物の代謝抑制効果、およびそれによる栄養源の消費と酸素消費とのバランスの改善効果が十分でない場合があるためである。なお、培養液の温度の調整方法としては、通常知られている方法を用いることができる。
【００１６】
一方、微生物は、エネルギーを生産する際に酸素を必要とするか否かにより分類することができ、細菌の例でいえば、常に酸素を必要とする菌を好気性菌、酸素存在下では生育できず、嫌気的醗酵によりエネルギーを生産する菌を偏性嫌気性菌と呼ぶ。また、酸素の存在下では呼吸を、比存在下では醗酵を行ってエネルギーを生産する菌を、通性嫌気性菌と呼ぶ。呼吸によるエネルギー生産は、嫌気的醗酵の場合と比較して、同量の栄養源から生産できるエネルギーが十数倍多いため、極めて効率がよく、エネルギー効率の面で有利である。また、微生物の種類によっては、嫌気的醗酵を行った際に、例えば酢酸などの有機酸が副生することがあり、これらにより微生物の増殖が阻害されてしまうことも知られている。本発明においては、上記したように酸素消費と栄養源消費のバランスに優れるため急激な溶存酸素の低下がなく、長期間にわたり好気的環境を維持できる。この点で、本発明の微生物は、好気性もしくは通性嫌気的微生物であることが好ましい。本発明の実施のみでは溶存酸素濃度を０ｐｐｍ超に維持できない場合には、別途の手段によって溶存酸素濃度を０ｐｐｍ超に調整することが好ましい。ここで、別途の手段とは、通気量を増加する、攪拌速度を上げる、またはジャーファーメンター内の気圧を高める等の方法である。また、溶存酸素濃度の測定には通常知られている方法を用いることができ、特に限定されないが、例えばポーラロ式もしくは電流式の溶存酸素計、または蛍光式酸素計などを用いて測定することができる。なお、本発明は、低温培養により長期にわたり好気的環境を維持できる点に特徴があり、しかも温度調整はｐＨや溶存酸素などの他の培養条件を調整するよりも容易であり、その結果、本発明によって極めて簡便かつ低コストで微生物を高密度に培養することができる。
【００１７】
本発明における増殖の対象となる微生物としては、通常の方法により培養が可能な微生物であればよく、特に制限されるものではない。
【００１８】
上記したように、本発明において、好ましくは好気性もしくは通性嫌気的微生物を用いる。また特に好ましくは大腸菌を用いる。大量培養が容易で目的とする遺伝子やタンパク質を大量に製造できること、および目的とする遺伝子やタンパク質の精製方法がよく確立されているなどの理由からである。また、より好ましくは、微生物として遺伝子組換え大腸菌を用いる。遺伝子組換え大腸菌を用いることで、異種生物由来の外来タンパク質を大量に製造することができるからである。
【００１９】
本発明の培養の形態は、培養微生物の栄養生理的性質を考慮して培養条件を選択すればよく、多くの場合は液体培養で行うことができる。工業的にはジャーファーメンターを用いた通気攪拌培養を行うのが有利である。
【００２０】
培養液の栄養源としては、微生物の培養に通常用いられるものを広く使用することができる。炭素源としては資化可能な炭素化合物であればよく、例えば、グルコース、シュークロース、ラクトース、マルトース、ラクトース、糖蜜、ピルビン酸、グリセリンなどを使用することができる。また、窒素源としては利用可能な窒素化合物であればよく、例えば、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン加水分解物、大豆粕アルカリ抽出物等の有機窒素源、またはアンモニア、硝酸もしくはその塩等の無機窒素源などを使用することができる。その他、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カルシウム、カリウム、鉄、マンガン、亜鉛、などの塩類、特定のアミノ酸、特定のビタミン、消泡剤なども必要に応じて使用してもよい。
【００２１】
培養時間は微生物あるいは培養条件によって異なるが、微生物の増殖が定常期に達する時期を見計らって適当時期に培養を終了すればよい。また、培地のｐＨは微生物が発育する範囲で適宜変更することができる。なお、本発明は、微生物の比増殖速度が、増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下となるように、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調整して培養すればよく、培養中の、栄養源の補充およびｐＨ調整など、温度以外の条件の変更を制限するものではない。
【００２２】
本発明の第二は、微生物の比増殖速度が増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下となるように、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調整し、微生物を培養して有用物質を製造することを特徴とする、有用物質の製造方法である。
【００２３】
一見して、微生物をその至適温度よりも低温で培養する方法は、微生物の増殖および代謝を阻害する行為であり、微生物による有用物質生産においては不適当であると考えがちである。ところが、本発明の方法においては、低温において抑制されるのは微生物の増殖であって、微生物の細胞収量および有用物質収量は逆に増加する。
【００２４】
本発明によれば、微生物を低温で培養することにより、微生物を高密度で培養することができるため、最終的に得られる微生物の細胞数が増加することにともなって、該微生物の代謝産物などの有用物質が大量に製造できるという、相加的な効果は当然期待されるものである。
【００２５】
しかし、驚くべきことに、遺伝子組換えによる組換えタンパク質の製造において本発明の培養方法を用いると、相乗的な効果が得られ、該タンパク質の生産量を飛躍的に増大させることができる。大腸菌などの宿主内で外来タンパク質を大量に生産する際には、分子シャペロンなどによる翻訳産物の折りたたみが正常に機能しないため、外来タンパク質の不活性体の塊、いわゆる封入体が形成されることが多い。封入体は、目的物の三次元構造が変化したものであり、目的物本来の活性が得られない。このため、リフォールディング処理などを行う必要が生じる。しかし、本発明の培養方法により組換えタンパク質を製造することで、封入体の形成が抑制され、活性型の組換えタンパク質を大量に製造することができる。
【００２６】
後記実施例に示すように、キャッサバ由来の、配列番号（１）で示されるＳ−ヒドロキシニトリルリアーゼ遺伝子（以下、「Ｏｒｉ遺伝子」とも称する）を改変し、この、配列番号（２）で示される改変された遺伝子（以下、「Ｓｅｍｂａ遺伝子」とも称する）により大腸菌を形質転換して、本発明の培養方法により培養することで、高い細胞密度を達成することができ、かつ封入体の形成が抑制され、大量に活性型のＳ−ヒドロキシニトリルリアーゼを製造することができる。
【００２７】
【配列番号１】

【００２８】
【配列番号２】

上記の点を考慮すれば、本発明のより好ましい形態は、遺伝子組換え微生物を用いて有用なタンパク質を製造する方法であり、特に好ましい形態は、微生物として大腸菌を用いる方法である。ここで、遺伝子組換えの形態としては、特に制限されるものではなく、宿主として用いる微生物の性質により適宜決定することができる。また、製造するタンパク質も特に制限されることはなく、微生物、植物もしくは動物いずれの由来のものであってもよい。
【００２９】
本発明において、有用物質とは、微生物を利用することにより製造できる物質であればどのような形態のものでもよく、特に制限されない。一つの例としては、微生物菌体そのものがあげられ、例えば乾燥酵母などを製造することができる。また、本発明の培養方法によれば、微生物の最終細胞密度を向上させることができるため、通常、微生物が代謝により生産する物質であっても、極めて効率よく製造することができる。この例としては、ビタミン、酵素、抗生物質、アミノ酸、脂肪酸およびアルコールなどがあげられる。また、本発明の方法により得られた微生物の有する生物活性を利用することで有用物質を製造することもでき、例えばステロイドの微生物転換体などを製造することができる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例をあげて説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００３１】
〔実施例１〕
上記配列番号（２）で示されるＳｅｍｂａ遺伝子を組換えベクターに組み込むために、下記ＰＣＲプライマーを合成し、Ｓｅｍｂａ遺伝子をテンプレートとしてＰＣＲ反応を行った。ここで、テンプレートとして用いた遺伝子は、Ｓｅｍｂａ遺伝子をいくつかのオリゴマーに分け、エスペックオリゴサービス株式会社によりそのオリゴマーごとに作成し、ＰＣＲ法により連結することによって作製した。下記プライマーには制限酵素ＮｄｅＩおよびＢａｍＨＩの切断部位を含ませており、制限酵素ＮｄｅＩおよびＢａｍＨＩを用いることで、Ｓｅｍｂａ遺伝子と組換えベクターとの連結を可能とした。
【００３２】
＜Ｓｅｍｂａ遺伝子用プライマー＞
【００３３】
【配列番号３】

【００３４】
【配列番号４】
Antisense：CCC GGA TCC TTA AGC GTA TGC ATC AGC AAC TTC TTG CAG AAT
この際のＰＣＲ反応は、９８℃で５分間インキュベートした後、サイクル（９８℃で３０秒間、５７℃で１５秒間、７４℃で３０秒間）で３０回インキュベートし、最後に４℃で５分〜１時間インキュベートした。
【００３５】
上記ＰＣＲ産物を通常知られている電気泳動法により解析した結果、Ｓｅｍｂａ遺伝子に相当する遺伝子が含まれていることを確認した。
【００３６】
上記Ｓｅｍｂａ遺伝子を大腸菌において発現させるために、強力な遺伝子発現能力を持つＴ７プロモーターを有するｐＥＴ２１ａベクター（Novagen社製）にサブクローニングした。
【００３７】
サブクローニングの方法としては、ｐＥＴ２１ａベクターおよびＳｅｍｂａ遺伝子を制限酵素ＮｄｅＩおよびＢａｍＨＩで処理した後、ライゲーションｈｉｇｈキット（東洋紡株式会社製）を用いて、規定の方法によりライゲーションを行った。
【００３８】
上記で得られた、Ｓｅｍｂａ遺伝子を組み込んだｐＥＴ２１ａ混合液を用いて、大腸菌ＤＨ５αコンピテントセルにトランスフォーメーションした。その後ＬＢ寒天培地に塗布し、３７℃で１２〜１６時間インキュベートした。
【００３９】
上記ＬＢ寒天培地上で生育したそれぞれの形質転換大腸菌のコロニーから任意に１０個を選別し、コロニーＰＣＲ法によるコロニーの確認を行った。
【００４０】
上記においてインサートが挿入されていることが確認されたコロニーをＬＢ液体培地で３７℃で８時間培養し、上記と同様にプラスミドを回収した。また、このプラスミドを、pET21a/Sembaと称する。
【００４１】
上記で得られたpET21a/Sembaを、大腸菌株ＢＬ２１（ＤＥ３）（Novagen社製）に形質転換により導入した。また、ここで得られた遺伝子組換え大腸菌を、BL21/pET21a/Sembaと称する。
【００４２】
上記で構築された組換え大腸菌株（BL21/pET21a/Semba）を以下の方法により培養し、組換えタンパク質を得た。
【００４３】
まず、１５ｍＬ試験管中でＬＢ培地５ｍＬにそれぞれの菌株１コロニー分を植菌し、培養温度３７℃、振盪速度１７０ｒｐｍで１２時間、前培養を行った。続いて、５００ｍＬ坂口フラスコ中で栄養培地（培地組成：蒸留水１Ｌ中、グリセロール４０ｇ、硫酸アンモニウム（(ＮＨ₄)₂ＳＯ₄）１０ｇ、リン酸二水素カリウム（ＫＨ₂ＰＯ₄）２ｇ、リン酸水素二カリウム（Ｋ₂ＨＰＯ₄）６ｇ、酵母抽出物４０ｇ、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ₄）１ｇ、アデカノール２０滴、ｐＨ６）１００ｍＬにそれぞれの前培養液２ｍＬを植菌し、タンパク質発現誘導剤イソプロピル−β−Ｄ−チオガラクトピラノシド（ＩＰＴＧ）を最終濃度が１ｍＭになるように添加後、振盪速度１３０ｒｐｍ、培養温度２７℃、２２℃、１９℃および１７℃で、増殖が定常期に達するまで本培養を行った。ここで一般に、細菌の増殖は対数増殖の後、非対数的な増殖を示す場合があるが、本発明においてはこの非対数増殖もなくなった時点をもって定常期に達したものとしている。
【００４４】
上記培養後、培養液の最終細胞密度の測定を、６６０ｎｍにおける吸光度を測定することにより行った。また、ここで得られた値から増殖対数期における比増殖速度を、通常知られている方法により算出した。その後、培養液を回収し、遠心分離後、破砕により、可溶性上清と不溶性沈殿に分離した。
【００４５】
上記で得られた可溶性上清を用いて、文献（特開２０００−１８９１６０）の方法によりＳ−ヒドロキシニトリルリアーゼ（以下、「ＳＨＮＬ」とも称する）の活性測定を行った。
【００４６】
〔比較例１〕
実施例１と同様の遺伝子組換え大腸菌BL21/pET21a/Sembaを用いて、培養温度を３７℃で行った以外は上記実施例１と同様の方法により、培養、最終細胞密度の測定およびＳＨＮＬの活性測定を行った。これらの結果を表１および図１に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
また、上記で得られた可溶性上清および不溶性沈殿について、周知の方法によりＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＳＤＳ−ＰＡＧＥ）を行い、タンパク質の解析を行った。ここでＳＤＳ−ＰＡＧＥは、１ウェルあたり２０μＬで、ＯＤ値が一定となるように希釈してアプライした。この結果を図２に示す。
【００４９】
〔実施例２〕
低温培養法が、培養液中の溶存酸素濃度変化に及ぼす影響を解析するために、BL21/pET21a/Sembaを用いて、以下の方法で培養を行った。
【００５０】
まず、５００ｍＬ坂口フラスコ中で、実施例１で用いた栄養培地１００ｍＬに、実施例１で構築した形質転換大腸菌BL21/pET21a/Semba１コロニー分を植菌し、培養温度３７℃、振盪速度１３０ｒｐｍで１２時間、前培養を行った。続いて、２Ｌジャーファーメンター中で栄養培地１２００ｍＬにそれぞれの前培養液２５ｍＬを植菌し、タンパク質発現誘導剤イソプロピル−β−Ｄ−チオガラクトピラノシド（ＩＰＴＧ）を最終濃度が１ｍＭになるように添加後、振盪速度６８０ｒｐｍ、通気量１ｖｖｍ、培養温度１７℃で本培養を行った。ここで培養時間は、増殖が定常期に達するまでとした。
【００５１】
また、上記培養中、６時間ごとに培養液を回収し、遠心分離後、破砕により、可溶性上清と不溶性沈殿に分離した。
【００５２】
上記の培養中、６時間ごとに得られた培養液について細胞密度の測定を行い、酸素電極を有する溶存酸素計を用いて溶存酸素濃度の測定を行った。この結果を図３に示す。
【００５３】
〔比較例２〕
実施例２と同様の遺伝子組換え大腸菌BL21/pET21a/Sembaを用いて、本培養を培養温度３７℃で行った以外は上記実施例２と同様の方法により、培養、最終細胞密度の測定および溶存酸素濃度の測定を行った。これらの結果を図３に示す。
【００５４】
結果：
図１からわかる通り、１７℃における比増殖速度は０．１２６（hr^-1）であり、３７℃におけるそれ１．２７１（hr^-1）の約１０％程度である。しかしながら、表１からもわかる通り、最終細胞密度は約５倍の値であった。また、図３からもわかる通り、培養液中の溶存酸素濃度は、３７℃では培養５時間めには０ｐｐｍになるのに対し、１７℃では培養終了まで０ｐｐｍにはならなかった。この結果より、低温培養においては酸素の供給と消費のバランスが極めて良好に維持される結果、微生物のエネルギー消費効率が低下しないことから、通常の培養の課題であった溶存酸素濃度の制御などを特に必要とすることなく、微生物が高密度に培養できるということが示された。
【００５５】
表１および図１からわかる通り、培養を低温で行うことで、比増殖速度は低下するにもかかわらず、活性値および比活性値は大きく上昇した。培養を３７℃で行った場合の比活性は僅かに０．１７(u/mg-protein)である。しかし培養温度を１７℃に設定する事で比活性は２９．０８(u/mg-protein)と、３７℃の１７０倍に増加していた。このような高活性を得られたもう一つの理由としては、可溶性タンパク質に占める活性型目的タンパク質の量が増加していることがあげられる。
【００５６】
図２に示す「不溶」および「可溶」とは、実施例１において行った遠心分離により得られた不溶性沈殿および可溶性上清のことであるが、ＳＨＮＬはこの不溶性沈殿および可溶性上清の両方に存在していた。ここで、不溶性沈殿中のＳＨＮＬは封入体を形成した不活性体であると考えられる。図２からわかる通り、温度の違いにより、生産されたＳＨＮＬの可溶性および不溶性画分における割合が変化している事が分かった。３７℃では、ほぼ１００％不溶性画分にバンドが出現しているが、２２℃、１９℃においては可溶性画分、不溶性画分の割合がほぼ半々であり、１７℃では可溶性のＳＨＮＬの割合が著しく増加した。このように低温培養においては、組換えタンパク質による不溶性の封入体の形成が抑制される結果得られる活性体の割合を増加させることができ、また、低温培養により最終細胞密度も大きく増加していることから、これらの相乗的な効果で、活性型の可溶性組換えタンパク質が大量に製造できることが示された。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、微生物を低温で培養するという極めて簡便な処理によって、好気的環境が維持される結果、少ない栄養源で、かつ高密度に培養することができる。また本発明の培養方法によれば、微生物により生産される有用物質を、安価にかつ大量に製造することができ、工業的に極めて有用である。また、本発明の方法により、特に組換えタンパク質を製造する場合には、封入体形成の抑制効果も有することから、工業的に非常に広範な分野への応用が期待される。
【００５８】
【配列表】

【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の比増殖速度および比活性値の測定の結果得られた、フラスコ培養における培養温度と比増殖速度および比活性値の関係を示す図である。
【図２】実施例１で得られた可溶性上清および不溶性沈殿について、ＳＤＳ−ＰＡＧＥ法を用いてタンパク質の発現を解析した図である。
【図３】実施例２の細胞密度および溶存酸素濃度の測定の結果得られた、ジャーファーメンター培養における培養温度と細胞密度および溶存酸素濃度の関係を示す図である。

Claims

微生物の培養方法であって、該微生物の比増殖速度が増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下となるように、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調整することを特徴とする、微生物の培養方法。
培養液中の溶存酸素濃度を０ｐｐｍ超に調整することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
該微生物が大腸菌である、請求項１または２に記載の方法。
微生物の比増殖速度が増殖至適温度における比増殖速度の２０％以下となるように、培養温度を増殖至適温度よりも低温に調整し、微生物を培養して有用物質を製造することを特徴とする、有用物質の製造方法。
該微生物が遺伝子組換え微生物である、請求項４に記載の方法。
該微生物が大腸菌である、請求項４に記載の方法。