JP2004222569A - Corynebacterium, and cadaverine or salt thereof and method for producing the same - Google Patents

Corynebacterium, and cadaverine or salt thereof and method for producing the same Download PDF

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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/001Amines; Imines

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To isolate high-purity cadaverine from a fermentation liquid obtained by using a genetic engineering technique to enable corynebacteria to undergo cadaverine fermentation and subjecting the resultant recombinant corynebacteria to cadaverine fermentation. <P>SOLUTION: The cadaverine, cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate is produced by culturing corynebacteria having L-lysine decarboxylase activity and at least one of homoserine auxotrophy and S-(2-aminoethyl)-L-cysteine tolerance to obtain a culture fluid, which is subjected to a combination, as appropriate, of concentration, organic solvent addition, filtration, crystallization, extraction, distillation, etc. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩とそれらの製造法ならびに前記製造法に好適に用いられる細菌に関するものである。カダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩はポリアミドの原料として期待され、需要が高まりつつある。
【0002】
【従来の技術】
従来、L−リジンを微量のテトラリン過酸化物を含むシクロヘキサノール中で煮沸することによりカダベリンが得られることが知られている(非特許文献1参照。)。しかしながら高温反応であるために大量のエネルギーおよび有機溶媒が必要であるうえに、反応収率が非常に低い(36%)。
【0003】
また、2−シクロヘキセン−1−オンなどのビニルケトン類を触媒としてリジンから合成する方法が知られている(非特許文献2参照。)。
【0004】
さらにL−リジンを、3−メチル−シクロヘキセノンを触媒にナトリウムメトキシドを含むシクロヘキサノール中で155℃、3時間加熱攪拌することによりカダベリンが得られることが知られている(特許文献1参照。)。
【0005】
また、この方法によって得られるカダベリンには不純物として、トリ−n−ブチルアミンや2,3,4,5−テトラヒドロピリジンといった塩基性化合物が含有されている。
【0006】
また、カダベリンは生体内に普遍的に存在する生体アミンであり、その生合成系が解明されつつある(非特許文献3参照。)。その生合成経路はL−リジンからカダベリンの脱炭酸反応を触媒するL−リジン脱炭酸酵素(以下LDCと略す)が知られている。例えばその遺伝子として、エシェリシア・コリ(Escherichia coli)由来のLDC遺伝子が知られている(非特許文献4参照。)。
【0007】
また、カダベリンの組み換え大腸菌での発酵による製造方法(特許文献2参照)および組み換え大腸菌での酵素法による製造方法(特許文献3参照)が知られている。
【0008】
また、ポリアミドは、原料であるフリーのジアミンおよびフリーのジカルボン酸を、各々を精製した後、等モル混合し重合反応を行い製造していた。従来のジアミンおよびジカルボン酸は石油由来の原料を用いるため、溶媒を特に用いることなくフリーのジアミンおよびジカルボン酸が得られた(非特許文献5参照。)。そのため水溶液からのジアミン・ジカルボン酸の晶析を検討する必要はなかった。
【0009】
しかし、化学合成法とは異なる発酵によりポリアミド原料を製造するためには、溶媒として水を使うことが一般的であり、また発酵を行うためには溶液のpHの調整が一般的に必要である。これら中和剤としてはアルカリ金属水酸化物または無機酸が一般的に用いられ、それらの塩としてジアミンまたはジカルボン酸が晶析されている。例えば、ジカルボン酸であるコハク酸の発酵による製法などでは、コハク酸カルシウムとして晶析し精製している(特許文献4参照。)。
【0010】
一方で、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属に属する微生物を用いた発酵法によるL−リジンの製造法としては以下の方法が知られている。
(1)L−リジン生産変異株を用いる方法としては、例えば、S−(2−アミノエチル)−L−システイン(以下、AECと略す)耐性変異株(非特許文献6参照。)、L−ホモセリン要求変異株(非特許文献6参照。)、呼吸系阻害剤耐性変異株(特許文献5参照。)、ピリミジンアナログ耐性変異株(特許文献6参照。)、プリンアナログ耐性変異株(特許文献7参照。)等が知られている。
(2)遺伝子組換え技術を用いた組換え菌による方法としては、コリネバクテリウム属に属する微生物において、自立複製し、選択可能な表現型を与えるマーカー遺伝子を有するベクタープラスミド、およびそれを効率良く該細菌に導入する方法が開示されており、それらを用いてL−リジンの合成に関与する遺伝子の細胞内コピー数を増し、L−リジンを効率良く製造する方法が開示されている(特許文献8参照。)。
【0011】
L−リジンの生合成制御としては、L−アスパラギン酸からアスパラチルリン酸の生合成を触媒するアスパルトキナーゼ(以下、AKと略す)に対するL−リジンとL−スレオニンによる協奏的フィードバック阻害が最も良く知られている。このフィードバック阻害が解除された変異型AK(以下、脱感作型AKと略す)をコードする遺伝子(以下、脱感作型AK遺伝子と略す)を有するコリネバクテリウム属に属する微生物では、AEC耐性を獲得し、L−リジンを菌体外に分泌することが知られている(非特許文献6参照。)。さらにL−リジンおよびL−スレオニンによる協奏フィードバック阻害およびL−リジン単独によるフィードバック阻害から解除された脱感作型AKについても知られている(特許文献9参照。)。
【0012】
また、ホモセリン要求性は、ホモセリンデヒドロゲナーゼ活性が欠損することで得られることが知られている(非特許文献6参照。)。
【0013】
しかしながら、カダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩の製造について実際的な製造技術は確立されておらず、高純度のカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩を製造する方法の開発が望まれている。
【0014】
【特許文献1】
特開昭60−23328号公報第11〜12頁
【0015】
【特許文献2】
特開2002−223770号公報第5頁
【0016】
【特許文献3】
特開2002−223771号公報第4〜5頁
【0017】
【特許文献4】
特開昭62−294090号公報第6頁
【0018】
【特許文献5】
特公平5−55114号公報第1〜4頁
【0019】
【特許文献6】
特開昭59−88094号公報第1〜3頁
【0020】
【特許文献7】
特公昭63−062199号公報第1〜5頁
【0021】
【特許文献8】
特公平5−11959号公報第7〜19頁
【0022】
【特許文献9】
WO00/63388号公報第10〜29頁
【0023】
【非特許文献1】
須山正,金尾清造,「アミノ酸の脱炭酸(第4報)」,薬学雑誌,1965年,第85巻,第6号,p.531−533
【0024】
【非特許文献2】
ミツノリハシモト(Mitsunori Hashimoto)、外4名,「ケミストリーレターズ(Chemistry Letters)」,1986年,p.893−896
【0025】
【非特許文献3】
セリアホワイトテーバー(Celia white tabor)、外1名,「マイクロバイオロジカルレビューズ(Microbiological Reviews)」,1985年,第49巻,p.81−99
【0026】
【非特許文献4】
シユアンメング(Shi−yuanmeng)、外1名,「ジャーナルオブバクテリオロジー(Journal of Bacteriology)」,1992年,第174巻,p.2659−2669
【0027】
【非特許文献5】
向山光昭著,「工業有機化学」,第4版,東京化学同人,p.270−273,275−281
【0028】
【非特許文献6】相田浩,「アミノ酸発酵」,学会出版センター,1986年,p.273−305
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
トリ−n−ブチルアミンおよび2,3,4,5−テトラヒドロピリジンが多く含有されているカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩をポリマーの原料とする場合、たとえば、カダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩を含む原料からポリアミドを加熱重縮合で合成する際には、反応温度が高温であるため、カダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩に含まれるトリ−n−ブチルアミンや2,3,4,5−テトラヒドロピリジンなどの塩基性化合物がポリアミドの分解反応を起こし得られたポリアミドに耐熱性が不足するといった問題点がある。
【0030】
さらに、トリ−n−ブチルアミンは、水性生物に有毒で、魚類に対する致死量は20から40mg/lであるといった問題点もある。
【0031】
本発明の課題は、このような不純物の少ないカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩を、発酵によりカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩を製造する方法を提供することである。
【0032】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明者らは、発酵によりカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法について鋭意研究を行った結果、L−リジン脱炭酸酵素活性を有し、かつホモセリン栄養要求性またはS−(2−アミノエチル)−L−システイン耐性の少なくともいずれか1つの特徴を有しているコリネ型細菌を増殖させ、その菌体の培養上清からカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩を得られることを見出した。
【0033】
すなわち、本発明は、「(1)L−リジン脱炭酸酵素活性を有し、かつホモセリン栄養要求性またはS−(2−アミノエチル)−L−システイン耐性の少なくともいずれか1つの特徴を有しているコリネ型細菌。
(2)該微生物を増殖させる工程と、その菌体の培養上清からカダベリンを回収、精製する工程からなることを特徴とするカダベリンまたはその塩の製造方法。
(3)2,3,4,5−テトラヒドロピリジンの含有量が1.4重量%以下のカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩。
(4)トリ−n−ブチルアミンの含有量が0.006重量%以下のカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩。
(5)上記(2)の方法で得られたカダベリンまたはその塩または上記(3)あるいは(4)記載のカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩を原料として含有するポリアミド。」である。
【0034】
【発明の実施の形態】
カダベリンとは1,5−ペンタンジアミンのことであり、ポリマー原料として有用な化合物である。
【0035】
本発明におけるコリネ型細菌としてはアグロコッカス(Agrococcus)属、グロマイセス(Agromyces)属、アースロバクター(Arthrobacter)属、オーレオバクテリウム(Aureobacterium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、セルロモナス(Cellulomonas)属、クラビバクター(Clavibacter)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ミクロバクテリウム(Microbacterium)属、ラサイバクター(Rathayibacter)属、テラバクター(Terrabacter)属、ツリセラ(Turicella)属に属する細菌があげられる。好ましくは、コリネバクテリウム属、ブレビバクテリウム属に属する細菌をあげることができる。具体例として、例えば下記の菌株が用いられる。コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13869、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13870、コリネバクテリウム・カルナエATCC15991、コリネバクテリウム・アセトグルタミカムATCC15806があげられる。
【0036】
これら野生型株はL−リジン、あるいはL−リジンとL−スレオニンによるフィードバック阻害がかかる、フィードバック阻害の解除された菌株を取得する方法としては、例えば、野生型株に、変異操作[例えばN−メチル−N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(NTG)を用いる方法;微生物実験マニュアル、1986年、131頁、講談社サイエンティフィック社]を施した後、AEC耐性を指標に選択され、L−リジン生産性となった変異株から取得する方法をあげることができる。好適な変異株としては、コリネバクテリウム・グルタミカム野生型株ATCC13032より変異処理により誘導されたL−リジン生産菌、あるいは野生型AK遺伝子を取得した後、上記NTG法あるいは試験管内変異法(「Molecular and General Genetics」,1978年,第145巻,p.101)によって該遺伝子に変異を誘起し、AEC耐性を有し、かつL−リジン生産性を指標に脱感作した脱感作型AK遺伝子を含む株等をあげることができる。
【0037】
野生型株にAEC耐性を付与する更に好ましい方法として、遺伝子工学的手法を用いる方法である。遺伝子工学的手法を用いる方法に特に制限はなく、例えばコリネ型細菌で複製可能な組み換え体DNAを用いる方法、または相同組換えによって染色体中の目的遺伝子を組み換える方法である。配列番号15記載のアミノ酸配列において311番目のアミノ酸残基がThr以外のアミノ酸に置換された変異アスパルトキナーゼ遺伝子を有することによりS−(2−アミノエチル)−L−システイン耐性を獲得することができる。
【0038】
コリネ型細菌で複製可能な組換え体DNA作製のために用いられるベクターとしては、コリネ型細菌中で自立複製しうるものであればいかなるものでも良い。具体的には、pCG1(特開昭57−134500号公報)、pCG2(特開昭58−35197号公報)、pCG4(特開昭57−183799号公報)、pCG11(特開昭57−134500号公報)、pCG116、pCE54、pCB101(いずれも特開昭58−105999号公報)、pCE51、pCE52、pCE53(「Molecular and General Genetics」,1984年,第196巻,p.175)等があげられる。好適にはpCG116などのようにサイズが比較的小さく、クローニング部位を多数有し、薬剤耐性遺伝子などの選択可能なマーカー遺伝子を持つものが用いられる。
【0039】
上記組換え体DNAをコリネ型細菌へ導入するための方法として、プロトプラスト法(例えば、特開昭57−186492号公報および特開昭57−18649号公報)、電気穿孔法(「Journal of Bacteriology」,1993年,第175巻,p.4096)等をあげることができる。
【0040】
更に好ましい遺伝子工学的手法は、コリネ型細菌の染色体にあるAK遺伝子を脱感作型AK遺伝子に相同組み換えにより組み換える方法である。さらに、脱感作型AK遺伝子は、AK遺伝子に望みの変異導入する技法(例えば、ストラタジーン社QuikChangeサイトダイレクテッド・ミュータジェネシス・キットを用いる方法)で取得することが好ましい。
【0041】
また、野生型株はホモセリン栄養要求性はない。ホモセリン栄養要求性株を取得する方法としては、先の例と同様に例えば、野生型株から変異操作を施した後、ホモセリン栄養要求性を指標に選択され、L−リジン生産性となった変異株から取得する方法をあげることができる。
【0042】
また野生型株にホモセリン栄養要求性を付与する更に好ましい方法として、相同組換えによって染色体中のホモセリンデヒドロゲナーゼ遺伝子(以下HOM遺伝子と略す)にその他の遺伝子を挿入する方法等によりホモセリンデヒドロゲナーゼ活性を欠損させる方法があげられる。その他の遺伝子に特に制限はない。好ましくはLDC遺伝子であり、更に好ましくはLDC遺伝子が野生型株で構成的に発現できるプロモーターとカセットになっているものである。
【0043】
AK遺伝子、HOM遺伝子およびLDC遺伝子は、これら遺伝子を含む株より、例えば斎藤らの方法(「Biochimica et Biophysica Acta」,1963年,第72巻,p.619)により単離することで取得することができる。即ち、染色体DNAを調製し、これを適当な制限酵素で切断する。切断後、得られた切断断片を微生物内で自立複製可能なベクター(例えばプラスミド)に連結し、これをこれら酵素活性が欠損した宿主微生物に導入する。該微生物よりこれら活性を発現するようになった形質転換株を単離し、該形質転換株より該遺伝子を単離することにより取得することができる。
【0044】
該宿主微生物としては、これら遺伝子が発現可能な微生物であれば、いずれも用いることができる。好適には大腸菌があげられる。自立複製可能なベクターとしては、該ベクターを導入した微生物中で自立複製できるものならばいかなるものでも良い。例えば、pUC18、pUC19、pHSG298、pHSG299、pHSG396、pHSG398等の大腸菌中で自立複製可能なベクターをあげることができる。ベクターとこれら遺伝子を含むDNA断片との連結は、T4DNAリガーゼ等を用いる通常の方法で行なうことができる。
【0045】
宿主への導入は例えば大腸菌の場合、ハナハンらの方法(「Journal of MolecularBiology」,1983年,第166巻,p.557)等により行なうことができる。
【0046】
好ましくは、以下の方法によりAK遺伝子、HOM遺伝子およびLDC遺伝子を単離取得できる。
【0047】
既に公知のコリネバクテリウム・グルタミカム由来AK遺伝子の塩基配列情報、HOM遺伝子の塩基配列情報、またすでに公知の大腸菌由来のLDC遺伝子の塩基配列情報を基にオリゴマーDNAを合成し、該DNAをプライマーとして用い、PCR法により該遺伝子を含むDNA断片を増幅単離する。該DNA断片を選択マーカー遺伝子を有するベクターに連結して大腸菌、コリネ型細菌等の適当な宿主微生物に導入する。該微生物より導入したベクターを単離することにより、AK遺伝子、HOM遺伝子およびLDC遺伝子を取得することができる。宿主微生物にこれら酵素の欠損株を用いる必要はなく取得できる。
【0048】
LDCは、L−リジンをカダベリンに転換させる酵素であり、エシェリシア・コリK12株をはじめとするエシェリシア属微生物のみならず、多くの生物に存在することが知られている。
【0049】
本発明において使用されるLDC遺伝子に特に制限はないが、例えば、バシラス・ハロドゥランス(Bacillus halodurans)、バシラス・サブチリス(Bacillus subtilis)、エシェリシア・コリ(Escherichia coli)、セレノモナス・ルミナンチウム(Selenomonas ruminamtium)、ビブリオ・コレラ(Vibriocholerae)、ビブリオ・パラヘモリティカス(Vibrio parahaemolyticus)、ストレプトマイセス・コエリカーラ(Streptomyces coelicolor)、ストレプトマイセス・ピロサス(Streptomyces pilosus)、エイケネラ・コロデンス(Eikenella corrodens)、イユバクテリウム・アシダミノフィルム(Eubacterium acidaminophilum)、サルモネラ・ティフィムリウム(Salmonella typhimurium)、ハフニア・アルベイ(Hafnia alvei)、ナイセリア・メニンギチデス(Neisseria meningitidis)、テルモプラズマ・アシドフィルム(Thermoplasma acidophilum)、またはピロコッカス・アビシ(Pyrococcus abyssi)由来のものが好ましく用いられる。さらに好ましくは安全性の認められているエシェリシア・コリ由来のものである。
【0050】
本発明で用いられるコリネ型細菌は、LDC活性を有し、かつホモセリン栄養要求性またはAEC耐性の少なくともいずれか1つの特性を有しており、好ましくは、LDC活性を有し、かつホモセリン栄養要求性とAEC耐性を有しているコリネ型細菌である。
【0051】
これらコリネ型細菌を培養するとカダベリンを培養液中に生成蓄積させることができる。
【0052】
培養培地としては、炭素源、窒素源、無機塩類などを含む通常の栄養培地を用いることができる。
【0053】
炭素源としては、例えばグルコース、果糖、シュークロース、マルトース、でんぷん加水分解物等の糖類、エタノールなどのアルコール類、酢酸、乳酸、コハク酸等の有機酸類を用いることができる。
【0054】
窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、酢酸アンモニウムなどの各種無機および有機アンモニウム塩類、尿素、その他窒素含有化合物、ならびに肉エキス、酵母エキス、コーン・スティープ・リカー、大豆加水分解物等の窒素含有有機物を用いることができる。
【0055】
無機塩としてはリン酸第一水素カリウム、リン酸第二水素カリウム、硫酸アンモニウム、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム等を用いることができる。
【0056】
その他、必要に応じて、ビオチン、チアミン、ビタミンB6等の微量栄養源を加えることができる。これら微量栄養源は、肉エキス、酵母エキス、コーン・スティープ・リカー、カザミノ酸等の培地添加物で代用することもできる。
【0057】
培養条件にも特に制限はなく、振とう培養、深部通気撹拌培養等の好気的条件下で行う。培養温度は一般に25℃〜42℃に、特に好ましくは28℃〜38℃である。培養時間に特に制限はなく、通常1日から6日間である。
【0058】
このカダベリン発酵において培養pH調整にはアンモニアおよび塩酸またはジカルボン酸を使用することが好ましく。これら中和剤を用い培養pHを5〜8に、特に好ましくはpH6.5〜7.5に制御するのがよい。なお中和剤の状態に制限はなく、気体、液体、固体または水溶液で使用される。特に好ましくは水溶液である。
【0059】
中和剤として用いるジカルボン酸に特に制限はなく、好ましくは、
官能基としては2つのカルボキシル基のみを有する脂肪族および/または芳香族のジカルボン酸である。官能基としては2つのカルボキシル基のみを有する脂肪族または芳香族のジカルボン酸とは、前記2つのカルボキシル基以外には、実質上、官能基が存在しないものである。ここでいう官能基とは、ポリアミド重合反応(反応条件としては、例えば、反応温度250〜270℃、圧力10〜20kg/cmで反応時間1から5時間)の際にアミノ基やカルボキシル基等と反応して、ポリマーの分岐を引き起こしたり、ポリマーの結晶化度を低下(結晶化度80%以下)させるような基を指す。例えばアミノ基やカルボキシル基がこれに該当するが、それ以外には、酸性基(スルホン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基等)や塩基性基(ヒドラジノ基等)やプロトニックな極性基(水酸基等)や開裂性を有する基(エポシキ基、過酸化基等)やその他反応性の高い基(イソシアナート基等)が該当することが多い。一方、ハロゲン置換基や芳香族性置換基は比較的安定であり、エーテル、エステル、アミド等も安定であり、官能性が低い場合が多い。
【0060】
ジカルボン酸として、より好ましくは、以下の一般式(1)、(2)または(3)で示されるジカルボン酸である。
HOOC−(CH−COOH (1)
(但し、一般式(1)において、m=0〜16)
【0061】
【化3】

Figure 2004222569
【0062】
【化4】
Figure 2004222569
【0063】
(但し、一般式(2)、(3)において、n,o,p,q=0〜5)
更に好ましくは
一般式(1)において、
m=0〜10
、および/または、該一般式(2)および/または(3)において、
n,o,p,q=0〜1
である。
【0064】
より更に好ましくは、アジピン酸、セバシン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、コハク酸、イソフタル酸、テレフタル酸である。
【0065】
コリネ型細菌が増殖し、発酵が十分進んでカダベリンが生成した後、菌体と培養上清を分離(分離方法としては、菌体を沈殿除去(遠心分離等)、濾別しても良いし、あるいは始めから菌体を保持材等で分離・保持あるいは固定化していても良い)して、カダベリン発酵液を得る。
【0066】
このように得られたカダベリン発酵液からカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩を採取する方法に制限はない。
【0067】
例えば発酵液からカダベリンを回収する際には、カダベリン発酵の際の中和剤に制限はない。発酵液をアルカリでpH12から14にし、極性有機溶媒で抽出すれば良い。
【0068】
用いるアルカリに特に制限はない。好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および/または水酸化カルシウムを用いることができる。
【0069】
用いる極性有機溶媒に特に制限はない。好ましくはアニリン水溶液、シクロヘキサノン、1−オクタノール、イソブチルアルコール、シクロヘキサノール、および/またはクロロホルムを用いることができる。
【0070】
抽出した極性有機溶媒を蒸留等の通常の方法で溶媒とカダベリンを分離すればよい。
【0071】
それに対し、カダベリン二塩酸塩もしくはカダベリン・ジカルボン酸塩を回収する際には、カダベリン発酵の際の中和剤は好適な中和剤を選択することが好ましい。
【0072】
例えばカダベリン二塩酸塩の場合では、中和剤は塩酸を用いることが好ましい。同様にカダベリン・ジカルボン酸塩の場合では、中和剤は先に述べたジカルボン酸を用いることが好ましい。
【0073】
このように中和剤を選択することで望みのカダベリン塩を回収することができる。
【0074】
例えば、カダベリン・ジカルボン酸塩を得る方法としては、中和剤を選択し得られた発酵液を濃縮し、有機溶媒を添加した晶析操作により採取できる。
【0075】
晶析操作前に発酵液中のカダベリンとジカルボン酸を等モルに調整することが好ましい。更に好ましくはジカルボン酸を過剰に加える方がよい。
【0076】
発酵液に添加する有機溶媒は、アルコール類、ケトン類またはニトリル類が好ましい。更に好ましくは、炭素数6以下の脂肪族アルコール類、炭素数6以下の脂肪族ケトン類または炭素数6以下の脂肪族ニトリル類である。
【0077】
例えば有機溶媒の具体的例として、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、イソプロパノール、アセトニトリルおよび/またはアセトン等があげられる。
【0078】
その他、有機溶媒は単独である必要はなく、混合溶媒で有っても良い。例えば、エタノール・アセトン混合液等があげられる。
【0079】
用いる有機溶媒量は特に限定されないが、発酵液の重量に対して通常0.1〜5倍、より好ましくは0.3〜2倍が使用される。あるいは、カダベリン・ジカルボン酸塩重量に対して、好ましくは1〜10(より好ましくは3〜7)倍である。発酵液と有機溶媒との接触方法は任意であり、バッチ法であっても連続法であってもよい。
【0080】
晶析を効率的に行うために、および釜効率を良くするために発酵液は濃縮するのが好ましい。濃縮の程度は、無機塩およびカダベリン・ジカルボン酸塩が結晶として析出しない程度が好ましい。発酵液中のカダベリン・ジカルボン酸塩濃度、その他の塩濃度によって濃縮の程度は変わるが、重量基準で1/4〜1/30まで濃縮するのが好ましく、1/10〜1/20まで濃縮するのがより好ましい。
【0081】
濃縮方法は常圧濃縮、減圧濃縮のいずれでもよいが、濃縮時の液温は通常、水の沸点以下で行われる。かかる液温とするとカダベリン・ジカルボン酸塩が分解する恐れがない。このようにして、製造されたカダベリン・ジカルボン酸塩は、カダベリン1分子とジカルボン酸1分子よりなる塩であると考えて良いが、何等他の形態を排除するものでもなく、例えばカダベリン2分子とジカルボン酸2分子より形成された塩等が含まれていても良い。
【0082】
次いで、濃縮工程で濃縮された発酵液に有機溶媒を添加し、析出した結晶を遠心分離などの通常の固液分離の方法によって取り除き、この有機溶媒からカダベリン・ジカルボン酸塩を通常の晶析分離操作によりカダベリン・ジカルボン酸塩を単離する。例えば、有機溶媒を添加した濃縮液をそのまま冷却してカダベリン・ジカルボン酸塩を晶析した後、結晶を遠心分離などの通常の固液分離の方法によって単離すると高純度のカダベリン・ジカルボン酸塩を得ることができる。
【0083】
晶析行程でカダベリン・ジカルボン酸塩から分離された有機溶媒は晶析操作にリサイクルすることが好ましい。
【0084】
かくして単離したカダベリン・ジカルボン酸塩は再度既知の晶析精製方法で、つまり、有機溶媒で均一溶液とした後、その均一液を冷却したり、熱時ろ過したろ液を冷却したりしてカダベリン・ジカルボン酸塩を結晶化させ、高純度品にできる。
【0085】
このようにして得られたカダベリンもしくはカダベリン二塩酸塩もしくはカダベリン・ジカルボン酸塩は、トリ−n−ブチルアミンおよび2,3,4,5−テトラヒドロピリジンなどの不純物が少ない。本発明の方法で製造することで、以下の方法で分析した場合に、トリ−n−ブチルアミンの含有量が、0.006重量%以下のカダベリンもしくはカダベリン二塩酸塩もしくはカタベリン・ジカルボン酸塩が得られる。さらに、以下の方法で分析した場合に、2,3,4,5−テトラヒドロピリジンの含有量が1.4重量%以下のものが得られる。さらに、トリ−n−ブチルアミンの含有量が、0.006重量%以下であり、かつ、2,3,4,5−テトラヒドロピリジンの含有量が1.4重量%以下のものが得られる。
【0086】
トリ−n−ブチルアミンおよび2,3,4,5−テトラヒドロピリジンの分析は、GC−MS法によって以下の条件で行う。
【0087】
GC−MS:HP6980/HP5973A
カラム:NUKOL 30m×0.24mmI.D. 0.2μm Film
オーブン:120℃(一定)
インジェクト:200℃(Split 10:1)
流速:He 2.4ml/min(一定)
MS:230℃(SCAN m/z=30から400)
このようにして得られたカダベリンもしくはカダベリン二塩酸塩もしくはカダベリン・ジカルボン酸塩は、ポリアミドの原料として有用である。
【0088】
ポリアミドの製造方法としては、カダベリンとジカルボン酸の塩、および水の混合物を、加熱して脱水反応を進行させる加熱重縮合法が用いられる。また、加熱重縮合後、固相重合することによって、分子量を上昇させることも可能である。固相重合は、100℃から融点の温度範囲で、真空中、あるいは不活性ガス中で加熱することにより進行し、加熱重縮合では分子量が不十分なポリアミドを高分子量化することができる。
【0089】
本発明で得られるカダベリンもしくはカダベリン二塩酸塩もしくはカダベリン・ジカルボン酸塩をポリアミドの原料とすることで、耐熱性の高いポリアミドが得られる。
【0090】
なお、本発明においてLDC活性は、後述の実施例1の条件でTR−CAD1株の活性の、好ましくは0.01倍(より好ましくは0.05倍、更に好ましくは0.1倍)以上である。
【0091】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。
【0092】
[カダベリン濃度のHPLCによる分析方法]
使用カラム:CAPCELL PAK C18(資生堂)
移動相:0.1%(w/w)リン酸水溶液:アセトニトリル=4.5:5.5
検出:UV360nm
サンプル前処理:分析サンプル25μlに内標として1,4−ジアミノブタン(0.03M)を25μl、炭酸水素ナトリウム(0.075M)を150μlおよび2,4−ジニトロフルオロベンゼン(0.2M)のエタノール溶液を添加混合し37℃で1時間保温する。上記反応溶液50μlを1mlアセトニトリルに溶解後、10,000rpmで5分間遠心した後の上清10μlをHPLC分析した。
【0093】
[アジピン酸濃度のHPLCによる分析方法]
使用カラム:SCR−101H(島津製作所)
移動相:0.025%(v/v)硫酸水溶液
検出:UV214nm
サンプル前処理:分析サンプルを、検量線が直線性を有することができる範囲内の濃度となるように、水で希釈し、10μlをHPLC分析した。
【0094】
実施例1(L−リジン脱炭酸活性を有し、かつホモセリンデヒドロゲナーゼ活性を欠損しているコリネバクテリウム・グルタミカムの作製)、比較例1
(1)HOM遺伝子のクローニング
HOM活性を欠損させるために、N末端から300アミノ酸領域に該当する遺伝子をクローニングを行った。
【0095】
データベース(GenBank)に登録されているHOM遺伝子(Accession No.BA000036)の塩基配列を参考にオリゴヌクレオチドプライマー5’−gaagaattctaaacctcagcatctgcccc−3’(配列番号:1)および5’−gaaggatccaaaggacttgtttaccgacgc−3’(配列番号:2)を合成した。コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032から常法に従い調整したゲノムDNAの溶液を増幅鋳型として0.2mlのミクロ遠心チューブに0.2μlづつ取り、各プライマーを20pmol、トリス塩酸緩衝液pH8.0(20mM)、塩化カリウム(2.5mM)、ゼラチン(100μg/ml)、各dNTP(50μM)、LATaqDNAポリメラーゼ(2単位)(宝酒造製)となるように各試薬を加え、全量を50μlとした。DNAの変性条件を94℃、30秒、プライマーのアニーリング条件を55℃、30秒、DNAプライマーの伸長反応条件を72℃、3分の各条件でBioRad社のサーマルサイクラーを用い、30サイクルポリメラーゼ連鎖反応反応させた(以下PCR法と略す)。尚、本実施例におけるPCR法は特に断らない限り、本条件にて行った。このPCR法により得られた産物を1%アガロースにて電気泳動し、HOM遺伝子を含む約0.9kbのDNA断片をゲルから切り出しジーン・クリーン・キット(BIO101社製)により精製した。この断片を、制限酵素のEcoRIおよびBamHIで消化し、得られた0.9kbのEcoRI−BamHI断片を、予めEcoRIおよびBamHIで消化しておいたpHSG298(宝酒造製)のEcoRI/BamHI間隙にライゲーションキットver.1(宝酒造社製)を用いて挿入し、得られたプラスミドをpHOM1と命名した。
(2)LDC発現カセットの作成
まず、LDCをコリネバクテリウム・グルタミカムで構成的に発現させるためのプロモーターとしてカナマイシン耐性遺伝子のプロモーターのクローニングを行った。
【0096】
データベース(GenBank)に登録されているpHSG299(Accession No.M19415)の塩基配列を参考にオリゴヌクレオチドプライマー5’−gaaccgcggcctgaatcgccccatcatcc−3’(配列番号:3)および5’−gaaccatggccccttgtattactg−3’(配列番号:4)を合成した。プラスミドpHSG299を増幅鋳型とし、オリゴヌクレオチド(配列番号:3)、(配列番号:4)をプライマーセットとしたPCR法により得られた産物を1%アガロースゲル電気泳動し、カナマイシン耐性遺伝子のプロモーター領域を含む0.3kbのDNA断片をゲルから切り出しジーン・クリーン・キットにより精製した。この断片を、プラスミドベクターpT7blue(Novagen社製)のEcoRV切断部位の3’−末端にT塩基が付加された間隙に、ライゲーションキットver.1を用いて挿入し、得られたプラスミドのうち制限酵素のHindIIIおよびSacIIで消化した際に3.2kbの単一断片になるプラスミドをpKMP1と命名した。
【0097】
次に、LDC遺伝子のクローニングを行った。
【0098】
データベース(GenBank)に登録されているLDC遺伝子(Accession No.M76411)の塩基配列を参考にオリゴヌクレオチドプライマー5’−gaaccatggacgttattgcaa−3’(配列番号:5)、5’−gaaccgcggttattttttgctttcttcttt−3’(配列番号:6)を合成した。エシェリシア・コリATCC10798から常法に従い調整したゲノムDNAの溶液を増幅鋳型としてオリゴヌクレオチド(配列番号:5)、(配列番号:6)をプライマーセットとしたPCR法により得られた産物を1%アガロースゲル電気泳動し、LDC遺伝子を含む2.1kbのDNA断片をゲルから切り出しジーン・クリーン・キットにより精製した。この断片を、プラスミドベクターpT7blueのEcoRV切断部位の3’−末端にT塩基が付加された間隙に、ライゲーションキットver.1を用いて挿入し、得られたプラスミドのうちHindIIIおよびNcoIで消化した際に4.0kbの単一断片になるプラスミドをpCADAと命名した。
【0099】
最後に、pKMP1をHindIIIおよびNcoIで消化し、この産物を1.2%アガロースゲル電気泳動し、カナマイシン耐性遺伝子のプロモーター領域を含む0.3kbのDNA断片をゲルから切り出しジーン・クリーン・キットにより精製した。こうして得られたHindIII−NcoI断片を、予めHindIIIおよびNcoIで消化しておいたpCADAのHindIII/NcoI間隙にライゲーションキットver.1を用い挿入し、得られたプラスミドをpTM100と命名した。
(3)HOM遺伝子破壊およびLDC遺伝子発現ベクターの作成
pTM100をSacIIで消化し、この産物を1.0%アガロースゲル電気泳動し、LDC発現カセットを含む2.4kbのDNA断片をゲルから切り出しジーン・クリーン・キットにより精製した。こうして得られたSacII断片を、予めSacIIで消化しておいたpHOM1のSacII間隙にライゲーションキットver.1を用い挿入し、得られたプラスミドをpTM101と命名した(図1)。
(4)pTM101の染色体への組み込み
コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032(以下ATCC13032株と略す)にプラスミドpTM101を、電気穿孔法[FEMS Microbiology Letters,65,p.299(1989)]により導入し、カナマイシン(25μg/ml)が添加されているLB(トリプトン(10g/l)(Bacto社製)、酵母エキス(5g/l)(Bacto社製)、塩化ナトリウム(10g/l))寒天培地上で選択した。
【0100】
こうして選択された形質転換体から常法に従いゲノムDNA溶液を調整した。このゲノムDNAを鋳型として、オリゴヌクレオチド(配列番号:5)(配列番号:6)をプライマーセットとして用いたPCR法を行い、得られた産物を1.0%アガロースゲルにて電気泳動したところ、2.1kbの単一のバンドが観察された。このことから、選択された形質転換体が、HOM遺伝子座に、LDC遺伝子が挿入されていることが確認できた。この形質転換体を、コリネバクテリウム・グルタミカムTR−CAD1(以下TR−CAD1株と略す)と命名した。
(5)TR−CAD1株のLDC活性およびHOM活性の確認
まず、TR−CAD1株(実施例1)がLDC活性を有しているかどうかを検査した。LB培地で13032株(比較例1)を培養し、またカナマイシン(25μg/ml)が添加されているLB培地でTR−CAD1株を培養し、得られたそれぞれの菌体をリン酸緩衝液pH.6.0(50mM)で洗浄し、超音波照射することでそれぞれの細胞破砕液を得た。この細胞破砕液を適量、L−リジン塩酸塩(50mM)(シグマアルドリッチ社製)、ピリドキサルリン酸一水和物(0.05mM)(シグマアルドリッチ社製)、リン酸緩衝液pH6.0(50mM)よりなる反応液に溶解した。30℃、10分間反応させた後に、生成したカダベリンをHPLCにより分析した。また細胞破砕液中のタンパク質測定を、ローリー法(Loury et.al.,Journal of Biological Chemistry,193,p.265−275,(1951))によって測定した。
【0101】
酵素活性を、L−リジンをカダベリンに1分間に1nmolの変換するとき1Uとし、結果をタンパク質重量当たりの比活性で表1に示した。
【0102】
【表1】
Figure 2004222569
【0103】
13032株はLDC活性を有していないが、TR−CAD1株はLDC活性を有していた。
【0104】
次に、TR−CAD1株のHOM活性を欠損しているかどうかを検査した。
【0105】
LB培地で13032株を培養し、またカナマイシン(25μg/ml)が添加されているLB培地でTR−CAD1株を培養し、得られたそれぞれの菌体を生理食塩水で洗浄し、超音波照射することで得られるそれぞれの細胞破砕液を、トリス・HClpH7.0(100mM)、硫酸アンモニウム(0.8M)、DTT(1mM)、グリセリン(30(v/v)%)より成る緩衝液に対して透析させた。こうして得られるそれぞれの酵素製剤を用いて、NADPHの吸光度測定によりその消費量を定量し、表2のように、HOM活性を測定した。タンパク質測定を、ローリー法によって測定した。
【0106】
【表2】
Figure 2004222569
【0107】
酵素活性を、L−アスパルテイト−β−セミアルデヒドをL−ホモセリンに1分間に1nmolの変換するとき1Uとし、結果をタンパク質重量当たりの比活性で表3に示した。
【0108】
【表3】
Figure 2004222569
【0109】
13032株はHOM活性を有しているが、TR−CAD1株はHOM活性を欠損していた。
【0110】
さらに、TR−CAD1株がホモセリンを要求しているかどうかを検査した。このために、ATCC13032株およびTR−CAD1株を、最少寒天培地(Katsumata,R.et al.Journal of Bacteriology,159,p.306−311,(1984))、D,L−ホモセリン(D,L−Hse)(200μg/ml)を有する最少寒天培地、L−メチオニン(L−Met)(100μg/ml)およびL−スレオニン(L−Thr)(100μg/ml)を有する最少寒天培地上、およびL−メチオニン、L−スレオニン(各100μg/ml)およびカナマイシン(Km)(10μg/ml)を有する最少寒天培地上で培養し、かつ増殖を30℃で24時間の培養後に判定した。結果を表4にまとめる。
【0111】
【表4】
Figure 2004222569
【0112】
13032株はホモセリンを要求しないが、TR−CAD1株は、ホモセリンを要求した。
【0113】
こうしてTR−CAD1株はLDC活性を有し、かつHOM活性を欠損(ホモセリン栄養要求性)しているコリネバクテリウム・グルタミカムが作製できた。
【0114】
実施例2(L−リジン脱炭酸活性を有し、かつホモセリン要求性を有し、かつS−(2−アミノエチル)−L−システイン耐性を有するコリネバクテリウム・グルタミカムの作製)
(1)脱感作型AK遺伝子の作成
AK遺伝子に変異を導入し、脱感作型AK遺伝子を作成するためにAK遺伝子をクローニングを行った。
【0115】
データベース(GenBank)に登録されているAK遺伝子(Accession No.BA000036)の塩基配列を参考にオリゴヌクレオチドプライマー5’−acagaattcgtggccctggtcgtacagaa−3’(配列番号:7)および5’−catctcgagttagcgtccggtgcctgcat−3’(配列番号:8)を合成した。コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032から常法に従い調整したゲノムDNAの溶液を増幅鋳型として、オリゴヌクレオチド(配列番号:7)、(配列番号:8)をプライマーセットとしたPCR法により得られた産物を1%アガロースゲル電気泳動し、AK遺伝子を含む約1.3kbのDNA断片をゲルから切り出しジーン・クリーン・キットにより精製した。この断片を、EcoRIおよびXhoIで消化し、得られた1.3kbのEcoRI−XhoI断片を、予めEcoRIおよびXhoIで消化しておいたpHSG396(宝酒造製)のEcoRI/XhoI間隙にライゲーションキットver.1を用いて挿入し、得られたプラスミドをpAK1と命名した。
【0116】
次に、クローニングしたAK遺伝子の931番目から933番目のacc(Thr)をatg(Ile)に変異させるためにオリゴヌクレオチドプライマー5’−cgacatcatcttcacctgcc−3’(配列番号:9)および5’−ggcaggtgaagatgatgtcg−3’(配列番号:10)を合成した。pAK1を増幅鋳型として、オリゴヌクレオチド(配列番号:9)、(配列番号:10)をプライマーセットとしてQuikChangeサイトダイレクテッド・ミュータジェネシス・キット(ストラタジーン社製)を用い得られたプラスミドをpTM102と命名した(図2)。このpTM102中のAK遺伝子を常法によりシークエンスしたところ、目的通り931番目から933番目のacc(Thr)をatg(Ile)に変異されており、脱感作型AK遺伝子が作成できていることが確認できた。
(2)pTM102の染色体への組み込み
データベース(GenBank)に登録されているpFK398(Accession No.D29826)の塩基配列を参考にクロラムフェニコール耐性遺伝子のオリゴヌクレオチドプライマー5’−acggtcgactcgcagaataaataaatcctggtg−3’(配列番号:11)および5’−atgaggcctgagaggcggtttgcgtattgga−3’(配列番号:12)を合成した。
【0117】
TR−CAD1株にプラスミドpTM102を、電気穿孔法により導入し、カナマイシン(25μg/ml)およびクロラムフェニコール(10μg/ml)が添加されているLB寒天培地上で選択した。
【0118】
こうして選択された形質転換体から常法に従いゲノムDNA溶液を調整した。このゲノムDNAを鋳型として、オリゴヌクレオチド(配列番号:11)(配列番号:12)をプライマーセットとして用いたPCR法を行い、得られた産物を1.0%アガロースゲルにて電気泳動したところ、1.0kbの単一のバンドが観察された。このことから、選択された形質転換体が、AK遺伝子座に、クロラムフェニコール耐性遺伝子が挿入されていることが確認できた。この形質転換体を、コリネバクテリウム・グルタミカムTR−CAD2(以下TR−CAD2株と略す)と命名した。
(3)脱感作型AK遺伝子のTR−CAD2株の染色体上への導入の確認
データベース(GenBank)に登録されているAK遺伝子(Accession No.BA000036)の塩基配列を参考に、AKのN末端より上流0.1kbのオリゴヌクレオチドプライマー5’−ttggaacgcgtcccagtggc−3’(配列番号:13)を合成した。
【0119】
TR−CAD2株から常法に従いゲノムDNA溶液を調整した。このゲノムDNAを鋳型として、オリゴヌクレオチド(配列番号:12)(配列番号:13)をプライマーセットとして用いたPCR法を行い、得られた産物を1.0%アガロースゲルにて電気泳動し
、AK遺伝子およびクロラムフェニコール耐性遺伝子を含む3.1kbのDNA断片をゲルから切り出しジーン・クリーン・キットにより精製した。この断片を、プラスミドベクターpT7blueのEcoRV切断部位の3’−末端にT塩基が付加された間隙に、ライゲーションキットver.1を用いて挿入し、得られたプラスミドをpAK2と命名した。このpAK2中のAK遺伝子を常法によりシークエンスしたところ、目的通りの変異が含まれていることが確認できたため、TR−CAD2株は染色体上で発現可能な脱感作型AK遺伝子が導入できたことが確認できた。
(4)TR−CAD2株のAEC耐性の確認
TR−CAD2株がAEC耐性であるかどうかを検査した。このために、ATCC13032株およびTR−CAD2株を、最少寒天培地(Katsumata,R.et al.Journal of Bacteriology,159,p.306−311,(1984))、D,L−ホモセリン(D,L−Hse)(200μg/ml)を有する最小寒天培地上およびD,L−ホモセリン、AEC(50μg/ml)を有する最少寒天培地上で培養し、かつ増殖を30℃で24時間の培養後に判定した。結果を表5にまとめる。
【0120】
【表5】
Figure 2004222569
【0121】
13032株はAEC耐性がないが、TR−CAD2株は、AEC耐性であった。
【0122】
こうしてTR−CAD2株はLDC活性を有し、かつHOM活性を欠損(ホモセリン栄養要求性)し、かつAEC耐性であるコリネバクテリウム・グルタミカムが作製できた。
【0123】
実施例3および4、比較例2(カダベリン発酵)
ATCC13032株(比較例2)、TR−CAD1株(実施例3)およびTR−CAD2株(実施例4)を滅菌LB培地(ATCC13032株は無添加、TR−CAD1株はカナマイシン(25μg/ml)添加、TR−CAD2株はカナマイシン(25μg/ml)およびクロラムフェニコール(10μg/ml)添加)5mlに1白金耳植菌し、30℃で24時間振とうして前々培養を行った。
【0124】
この前々培養液を前々培養と同じ培地50mlに全量植菌し、30℃、振幅30cmで、180rpmの条件下で24時間培養して前培養を行った。
【0125】
次に表6に示す発酵培地950mlに前培養液全量を植菌し、滅菌した空気を1vvmで通気しながら、30℃、攪拌翼回転数800rpm、pHを7に調整しながら30時間培養を行った。中和剤として塩酸水溶液(3M)およびアンモニア水(3M)で行った。培養終了後、4℃、8,000rpmで10分間遠心分離することで菌体を除去し、培養上清を回収した。この培養上清中のカダベリンをHPLCにより分析した。その結果を表7に示す。
【0126】
【表6】
Figure 2004222569
【0127】
【表7】
Figure 2004222569
【0128】
その結果、TR−CAD1株およびTR−CAD2株でカダベリン発酵が行えた。
【0129】
実施例5(カダベリンの精製)
実施例4に示す方法でTR−CAD2株をカダベリン発酵した。この培養上清中に、総量として39gのカダベリンを生成した。
【0130】
次にこの発酵液に水酸化ナトリウムを添加し、pHを13にした。次にクロロホルムを発酵液と等量加え、クロロホルム相にカダベリンを抽出した。最後にこのクロロホルム相を、減圧蒸留(30mmHg、80℃)することによりフリーのカダベリン18.5gを単離した。
【0131】
実施例6(カダベリン二塩酸塩の精製)
実施例4に示す方法でTR−CAD2株をカダベリン発酵した。この培養上清中に、総量として39gのカダベリンを生成した。
【0132】
次にその発酵液に塩酸を添加しpH4.0とし、2L3つ口フラスコ内で減圧下で水を留去した。スラリーの粘度が上昇し攪拌操作性が悪化し始めたところで濃縮を終了した。素早く80gのエタノール(シグマアルドリッチ社製)を加え、65℃まで加熱し溶解させた。溶解せずに析出した結晶をろ過により固液分離した。その後均一に溶解したエタノールを徐々に冷却し、晶析、固液分離、乾燥した。カダベリン二塩酸塩の結晶46.8gを得た。
【0133】
実施例7(カダベリン・アジピン酸塩の精製)
TR−CAD2株を滅菌LB培地(カナマイシン(25μg/ml)およびクロラムフェニコール(10μg/ml)添加)5mlに1白金耳植菌し、30℃で24時間振とうして前々培養を行った。
【0134】
この前々培養液を前々培養と同じ培地50mlに全量植菌し、30℃、振幅30cmで、180rpmの条件下で24時間培養して前培養を行った。
【0135】
次に表6に示した発酵培地950mlに前培養液全量を植菌し、滅菌した空気を1vvmで通気しながら、30℃、攪拌翼回転数800rpm、pHを7に調整しながら30時間培養を行った。中和剤として滅菌したアジピン酸水溶液(10g/l)およびアンモニア水(3M)で行った。培養終了後、4℃、8,000rpmで10分間遠心分離することで菌体を除去し、培養上清を回収した。この培養上清中のカダベリンをHPLCにより分析した。この培養上清中に、総量として42gのカダベリンを生成した。
【0136】
次にその発酵液にアジピン酸を添加しpH4.5とし、2L3つ口フラスコ内で減圧下で水を留去した。スラリーの粘度が上昇し攪拌操作性が悪化し始めたところで濃縮を終了した。素早く80gのエタノール(シグマアルドリッチ社製)を加え、65℃まで加熱し溶解させた。溶解せずに析出した結晶をろ過により固液分離した。その後均一に溶解したエタノールを徐々に冷却し、晶析、固液分離、乾燥した。こうしてカダベリン・アジピン酸塩の結晶71.3gを得た。得られた結晶を水に溶解させカダベリン濃度およびアジピン酸濃度をHPLCで分析したところ、等モル塩であることがわかった。
【0137】
比較例3(既存の化学合成法によるカダベリンの調製)
L−リジン一塩酸塩20g(フルカ社製)シクロヘキサノール100ml(シグマアルドリッチジャパン製)に懸濁し、次いで28%ナトリウムメトキシド/メタノール溶液(シグマアルドリッチジャパン製)21.2ml、2−シクロヘキセン−1−オン1ml(シグマアルドリッチジャパン製)を加え、155℃で3時間加熱撹拌した。反応終了後、反応混合物に塩化水素4g(シグマアルドリッチジャパン製)を含むイソプロパノール溶液20ml(シグマアルドリッチジャパン製)を加え、析出した生成物を回収し、乾燥することによりカダベリン二塩酸塩を得た(特開昭60−23328号公報の実施例3記載の方法)。得られたカダベリン二塩酸塩を水に溶解させ、この水溶液に、水酸化ナトリウム水溶液を添加することによってカダベリン二塩酸塩をカダベリンに変換し、クロロホルムで抽出して、減圧蒸留(30mmHg、80℃)することにより、カダベリンを得た。この単離したカダベリンと等モルのアジピン酸を水に一旦溶解させ減圧下で乾燥することでカダベリン・アジピン酸の等モル塩である結晶を得た。
【0138】
実施例8,9および10 比較例3(不純物の同定)
実施例5,6および7で得られたカダベリン、カダベリン二塩酸塩およびカダベリン・アジピン酸塩の不純物の分析を、下記に示す条件でGC−MS法により行い、比較例3で調製したカダベリン・アジピン酸塩の不純物分析と比較した結果を表8に示す。
【0139】
GC−MS:HP6980/HP5973A
カラム:NUKOL 30m×0.24mmI.D. 0.2μm Film
オーブン:120℃(一定)
インジェクト:200℃(Split 10:1)
流速:He 2.4ml/min(一定)
MS:230℃(SCAN m/z=30から400)
【0140】
【表8】
Figure 2004222569
【0141】
この結果、カダベリン発酵を行い生成したカダベリンを、カダベリン、カダベリン二塩酸塩およびカダベリン・アジピン酸塩に精製することにより、水性生物に有毒で、また酸と接触すると反応してしまうトリ−n−ブチルアミンの含有量が0.006重量%以下かつ2,3,4,5−テトラヒドロピリジンの含有量が1.4重量%以下の高純度カダベリン、カダベリン二塩酸塩およびカダベリン・アジピン酸塩が得られた。
【0142】
実施例11(ポリアミドの合成)
実施例7の方法で得られたカダベリン・アジピン酸塩を水に溶解させの50重量%水溶液50.0gを調整した。この溶液を試験管に仕込み、オートクレーブに入れて、密閉し、窒素置換した。ジャケット温度を265℃に設定し、加熱を開始した。缶内圧力が17.5kg/cm2に到達した後、缶内圧力を17.5kg/cm2で3時間保持した。その後、ジャケット温度を275℃に設定し、2時間かけて缶内圧力を常圧に放圧した。その後、缶内温度が245℃に到達した時点で、加熱を停止した。室温に放冷後、試験管をオートクレーブから取り出し、ポリアミドを得た。
【0143】
比較例4
比較例3の方法で得られたカダベリン・アジピン酸塩を水に溶解させ50重量%水溶液50.0gを調整し用いる以外は、実施例11と全く同様の方法でポリアミドを得た。
【0144】
実施例12(ポリアミドの評価)
実施例11で得られたポリアミドおよび比較例4で得られたポリアミドを下記に示す方法で比較評価した。その結果を表9に示す。
【0145】
[ポリアミド中の2,3,4,5−テトラヒドロピリジン、およびトリ−n−ブチルアミンの定量(GC−MS)]
ポリアミド約15gを精秤して、メタノールでソックスレー抽出し、その抽出液を、下記条件でGC−MS分析して、ポリアミド中に含まれる2,3,4,5−テトラヒドロピリジン、およびトリ−n−ブチルアミンを定量した。
装置:ヒューレットパッカード製 HP5890質量検出器
カラム:5%−ジフェニル−95%−ジメチルポリシロキサン
カラム温度:Initial 100℃
Final 250℃
昇温速度:10℃/min
注入口温度:230℃
検出器温度:280℃
キャリアガス:ヘリウム
注入口圧力:50kg/cm2
試料注入量:1μl。
【0146】
[DSC(示差走査熱量測定)]
セイコー電子工業製 ロボットDSC RDC220を用い、窒素雰囲気下、ポリアミドを約5mgを採取し、次の条件で測定した。
融点+25℃に昇温して3分間保持し、ポリアミドを完全に融解させた後、20℃/分の降温速度で、30℃まで降温し、3分間保持した後、30℃から融点+25℃まで20℃/分の昇温速度で昇温したときに観測される吸熱ピークの温度、および熱量を求めた。
【0147】
[相対粘度(ηr)]
98%硫酸中、0.01g/ml濃度、25℃でオストワルド式粘度計を用いて測定を行った。
【0148】
[溶融滞留試験]
試験管にポリアミド約5gを仕込み、窒素雰囲気下、融点+20℃の温度のシリコンバスに浸漬し、ポリアミドが完全に溶融してから30分間放置した後、ポリアミドを回収して相対粘度測定を行った。
【0149】
【表9】
Figure 2004222569
【0150】
その結果、本発明の方法によって得られた高純度カダベリン・ジカルボン酸塩を使用することにより、相対粘度(ηr)の保持率の高い(耐熱性の高い)ポリアミドが得られた。
【0151】
【発明の効果】
本発明によれば、カダベリン発酵可能なコリネ型細菌が提供され、該微生物を培養することにより、発酵液からカダベリン、カダベリン二塩酸塩もしくはカダベリン・ジカルボン酸塩としての単離方法が提供される。
【0152】
【配列表】
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569

【図面の簡単な説明】
【図1】HOM遺伝子座へのLDC遺伝子挿入破壊ベクターpTM101のフィジカルマップを示す図である。
【図2】脱感作型AK遺伝子ベクターpTM102のフィジカルマップを示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate, a method for producing them, and a bacterium suitably used in the production method. Cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate is expected as a raw material for polyamide, and its demand is increasing.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is known that cadaverine can be obtained by boiling L-lysine in cyclohexanol containing a small amount of tetralin peroxide (see Non-Patent Document 1). However, the high temperature reaction requires large amounts of energy and organic solvents, and the reaction yield is very low (36%).
[0003]
In addition, a method of synthesizing lysine using vinyl ketones such as 2-cyclohexen-1-one as a catalyst is known (see Non-Patent Document 2).
[0004]
Furthermore, it is known that cadaverine can be obtained by heating and stirring L-lysine at 155 ° C. for 3 hours in cyclohexanol containing sodium methoxide using 3-methyl-cyclohexenone as a catalyst (see Patent Document 1). ).
[0005]
Moreover, cadaverine obtained by this method contains a basic compound such as tri-n-butylamine or 2,3,4,5-tetrahydropyridine as an impurity.
[0006]
In addition, cadaverine is a biogenic amine that is ubiquitous in living organisms, and its biosynthetic system is being elucidated (see Non-Patent Document 3). As the biosynthetic pathway, L-lysine decarboxylase (hereinafter abbreviated as LDC), which catalyzes the decarboxylation of cadaverine from L-lysine, is known. For example, an LDC gene derived from Escherichia coli is known as the gene (see Non-Patent Document 4).
[0007]
Also, a method for producing cadaverine by fermentation with recombinant Escherichia coli (see Patent Document 2) and a method for producing cadaverine by enzymatic method using recombinant Escherichia coli (see Patent Document 3) are known.
[0008]
Further, a polyamide has been produced by purifying a free diamine and a free dicarboxylic acid as raw materials and then mixing them in equimolar amounts to carry out a polymerization reaction. Since conventional diamines and dicarboxylic acids use petroleum-derived raw materials, free diamines and dicarboxylic acids were obtained without particularly using a solvent (see Non-Patent Document 5). Therefore, there was no need to study the crystallization of diamine / dicarboxylic acid from the aqueous solution.
[0009]
However, in order to produce a polyamide raw material by fermentation different from the chemical synthesis method, it is common to use water as a solvent, and to perform fermentation, it is generally necessary to adjust the pH of the solution. . As these neutralizing agents, alkali metal hydroxides or inorganic acids are generally used, and diamines or dicarboxylic acids are crystallized as salts thereof. For example, in a production method by fermentation of succinic acid, which is a dicarboxylic acid, crystallization and purification are performed as calcium succinate (see Patent Document 4).
[0010]
On the other hand, the following method is known as a method for producing L-lysine by fermentation using a microorganism belonging to the genus Corynebacterium.
(1) As a method using an L-lysine-producing mutant, for example, S- (2-aminoethyl) -L-cysteine (hereinafter abbreviated as AEC) resistant mutant (see Non-Patent Document 6), L-lysine Homoserine-requiring mutant (see Non-patent Document 6), respiratory system inhibitor-resistant mutant (see Patent Document 5), pyrimidine analog-resistant mutant (see Patent Document 6), and purine analog-resistant mutant (see Patent Document 7) See, for example).
(2) As a method using a recombinant bacterium using a gene recombination technique, a vector plasmid having a marker gene that replicates autonomously in a microorganism belonging to the genus Corynebacterium and gives a selectable phenotype, and the vector plasmid can be efficiently used. A method for introducing the bacterium into the bacterium is disclosed, and a method for efficiently producing L-lysine by increasing the intracellular copy number of a gene involved in the synthesis of L-lysine using the method is disclosed (Patent Documents). 8).
[0011]
The control of L-lysine biosynthesis includes concerted feedback inhibition of aspartokinase (hereinafter abbreviated as AK), which catalyzes the biosynthesis of asparatyl phosphate from L-aspartic acid, by L-lysine and L-threonine. Well known. A microorganism belonging to the genus Corynebacterium having a gene encoding a mutant AK (hereinafter abbreviated as desensitized AK) from which this feedback inhibition has been released (hereinafter abbreviated as a desensitized AK gene) has AEC resistance. Is known to secrete L-lysine out of the cells (see Non-Patent Document 6). Furthermore, desensitized AK released from concerted feedback inhibition by L-lysine and L-threonine and feedback inhibition by L-lysine alone is also known (see Patent Document 9).
[0012]
It is known that homoserine auxotrophy can be obtained by deficient homoserine dehydrogenase activity (see Non-Patent Document 6).
[0013]
However, no practical production technology has been established for the production of cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate, and the development of a method for producing cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate of high purity has not been established. Is desired.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-60-23328, pp. 11-12
[0015]
[Patent Document 2]
JP-A-2002-223770, page 5
[0016]
[Patent Document 3]
JP-A-2002-223771, pages 4 to 5
[0017]
[Patent Document 4]
JP-A-62-294090, page 6
[0018]
[Patent Document 5]
Japanese Patent Publication No. 5-55114, pages 1 to 4
[0019]
[Patent Document 6]
JP-A-59-88094, pages 1 to 3
[0020]
[Patent Document 7]
JP-B-63-062199, pages 1 to 5
[0021]
[Patent Document 8]
JP-B-5-11959, pp. 7-19
[0022]
[Patent Document 9]
WO 00/63388, pages 10 to 29
[0023]
[Non-patent document 1]
Tadashi Suyama and Kiyozo Kanao, "Decarboxylation of Amino Acids (Report 4)", Pharmaceutical Magazine, 1965, Vol. 85, No. 6, p. 531-533
[0024]
[Non-patent document 2]
Mitsunori Hashimoto, 4 others, "Chemistry Letters", 1986, p. 893-896
[0025]
[Non-Patent Document 3]
Celia white tabor, et al., “Microbiological Reviews”, 1985, vol. 49, p. 81-99
[0026]
[Non-patent document 4]
Shi-yuanengeng, et al., “Journal of Bacteriology”, 1992, Vol. 174, p. 2659-2669
[0027]
[Non-Patent Document 5]
Mitsuaki Mukoyama, "Industrial Organic Chemistry", 4th edition, Tokyo Kagaku Dojin, p. 270-273, 275-281
[0028]
[Non-patent Document 6] Hiroshi Aida, "Amino Acid Fermentation", Gakkai Shuppan Center, 1986, p. 273-305
[0029]
[Problems to be solved by the invention]
When cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate containing a large amount of tri-n-butylamine and 2,3,4,5-tetrahydropyridine is used as a raw material of the polymer, for example, cadaverine or cadaverine dihydrochloride Or, when synthesizing a polyamide from a raw material containing cadaverine dicarboxylate by heating polycondensation, the reaction temperature is high, so cadaverine or cadaverine dihydrochloride or tri-n-butylamine contained in cadaverine dicarboxylate And a basic compound such as 2,3,4,5-tetrahydropyridine causes a decomposition reaction of the polyamide, resulting in a problem that the resulting polyamide has insufficient heat resistance.
[0030]
Furthermore, tri-n-butylamine is toxic to aquatic organisms and has a problem that the lethal dose to fish is 20 to 40 mg / l.
[0031]
An object of the present invention is to provide a method for producing cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate by fermentation of cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate having a small amount of such impurities. .
[0032]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies on a method for producing cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate by fermentation, and as a result, it has L-lysine decarboxylase activity. And growing coryneform bacteria having at least one characteristic of homoserine auxotrophy or S- (2-aminoethyl) -L-cysteine resistance, and cadaverine or cadaverine from the culture supernatant of the cells. It has been found that dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate can be obtained.
[0033]
That is, the present invention provides "(1) having L-lysine decarboxylase activity and having at least one characteristic of homoserine auxotrophy or S- (2-aminoethyl) -L-cysteine resistance. Coryneform bacteria.
(2) A method for producing cadaverine or a salt thereof, comprising a step of growing the microorganism and a step of collecting and purifying cadaverine from a culture supernatant of the cells.
(3) Cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate having a content of 2,3,4,5-tetrahydropyridine of 1.4% by weight or less.
(4) Cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate having a tri-n-butylamine content of 0.006% by weight or less.
(5) A polyamide containing cadaverine or a salt thereof obtained by the method (2) or cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate according to the above (3) or (4) as a raw material. ".
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Cadaverine is 1,5-pentanediamine and is a useful compound as a polymer raw material.
[0035]
Examples of the coryneform bacterium in the present invention include Agrococcus, Agromyces, Arthrobacter, Aureobacterium, Brevibacterium, and Cellulomonas. Bacteria belonging to the genera, genus Clavibacter, genus Corynebacterium, genus Microbacterium, genus Rathaibacter, genus Terrabactor, genus Turicella. Preferable examples include bacteria belonging to the genus Corynebacterium and the genus Brevibacterium. As specific examples, for example, the following strains are used. Corynebacterium glutamicum ATCC 13032, Corynebacterium glutamicum ATCC 13869, Corynebacterium glutamicum ATCC 13870, Corynebacterium carnae ATCC 15991, Corynebacterium acetoglutamicum ATCC 15806.
[0036]
These wild-type strains can be subjected to feedback inhibition by L-lysine or L-lysine and L-threonine. A method for obtaining a strain in which the feedback inhibition has been released includes, for example, a mutation operation to a wild-type strain [N- A method using methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG); Microorganism Experiment Manual, 1986, page 131, Kodansha Scientific Co., Ltd.], and selected using AEC resistance as an index. A method of obtaining from a mutant strain that has become productive can be given. As preferred mutants, L-lysine-producing bacteria or wild-type AK genes obtained by mutation treatment from Corynebacterium glutamicum wild-type strain ATCC13032 are obtained, and then the NTG method or the in vitro mutation method (“Molecular”). and General Genetics ", 1978, Vol. 145, p. 101), in which the gene is mutated to have AEC resistance and desensitized using L-lysine productivity as an index. And the like.
[0037]
A more preferable method for imparting AEC resistance to a wild-type strain is a method using a genetic engineering technique. There is no particular limitation on the method using genetic engineering techniques. For example, a method using a recombinant DNA that can be replicated in coryneform bacteria or a method in which a target gene in a chromosome is recombined by homologous recombination. S- (2-aminoethyl) -L-cysteine resistance can be obtained by having a mutant aspartokinase gene in which the amino acid residue at position 311 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 is substituted with an amino acid other than Thr. it can.
[0038]
As a vector used for producing a recombinant DNA replicable in a coryneform bacterium, any vector can be used as long as it can replicate autonomously in a coryneform bacterium. Specifically, pCG1 (JP-A-57-134500), pCG2 (JP-A-58-35197), pCG4 (JP-A-57-183799), and pCG11 (JP-A-57-134500). Gazettes), pCG116, pCE54, pCB101 (JP-A-58-105999), pCE51, pCE52, and pCE53 ("Molecular and General Genetics", 1984, Vol. 196, p. 175). Preferably, one having a relatively small size such as pCG116, having many cloning sites, and having a selectable marker gene such as a drug resistance gene is used.
[0039]
As a method for introducing the above-mentioned recombinant DNA into coryneform bacteria, a protoplast method (for example, JP-A-57-186492 and JP-A-57-18649), an electroporation method ("Journal of Bacteriology"). , 1993, Vol. 175, p. 4096).
[0040]
A more preferred genetic engineering technique is a method in which the AK gene on the chromosome of the coryneform bacterium is recombined with the desensitized AK gene by homologous recombination. Further, the desensitized AK gene is preferably obtained by a technique for introducing a desired mutation into the AK gene (for example, a method using a QuikChange site-directed mutagenesis kit manufactured by Stratagene).
[0041]
Also, the wild type strain has no homoserine auxotrophy. As a method for obtaining a homoserine auxotroph, as in the previous example, for example, after performing a mutation procedure from a wild-type strain, a mutation that is selected using homoserine auxotrophy as an index and becomes L-lysine-producing is obtained. The method of acquiring from a stock can be given.
[0042]
As a more preferable method for imparting homoserine auxotrophy to a wild-type strain, homoserine dehydrogenase activity is deleted by inserting another gene into a homoserine dehydrogenase gene (hereinafter abbreviated as HOM gene) in a chromosome by homologous recombination. There is a method. There are no particular restrictions on other genes. Preferably, the LDC gene is used, and more preferably, the LDC gene is a promoter and a cassette which can be constitutively expressed in a wild-type strain.
[0043]
The AK gene, the HOM gene, and the LDC gene can be obtained from a strain containing these genes by, for example, isolating them by the method of Saito et al. (“Biochimica et Biophysica Acta”, 1963, Vol. 72, p. 619). Can be. That is, chromosomal DNA is prepared and cut with an appropriate restriction enzyme. After cleavage, the obtained fragment is ligated to a vector (for example, a plasmid) capable of autonomous replication in the microorganism, and this is introduced into a host microorganism deficient in these enzyme activities. It can be obtained by isolating a transformant expressing these activities from the microorganism and isolating the gene from the transformant.
[0044]
As the host microorganism, any microorganism that can express these genes can be used. Preferable is Escherichia coli. The autonomously replicable vector may be any vector that can autonomously replicate in a microorganism into which the vector has been introduced. For example, vectors that can replicate autonomously in Escherichia coli, such as pUC18, pUC19, pHSG298, pHSG299, pHSG396, and pHSG398, can be mentioned. Ligation of a vector and a DNA fragment containing these genes can be performed by an ordinary method using T4 DNA ligase or the like.
[0045]
For example, in the case of Escherichia coli, introduction into a host can be carried out by the method of Hanahan et al. (“Journal of Molecular Biology”, 1983, Vol. 166, p. 557) or the like.
[0046]
Preferably, the AK gene, HOM gene and LDC gene can be isolated and obtained by the following method.
[0047]
Oligomeric DNA is synthesized based on the known nucleotide sequence information of the AK gene derived from Corynebacterium glutamicum, the nucleotide sequence information of the HOM gene, and the known nucleotide sequence information of the LDC gene derived from Escherichia coli. The DNA fragment containing the gene is amplified and isolated by PCR. The DNA fragment is ligated to a vector having a selectable marker gene and introduced into an appropriate host microorganism such as Escherichia coli or coryneform bacterium. By isolating the vector introduced from the microorganism, the AK gene, HOM gene and LDC gene can be obtained. It is not necessary to use a strain deficient in these enzymes as a host microorganism, and it can be obtained.
[0048]
LDC is an enzyme that converts L-lysine into cadaverine, and is known to be present not only in microorganisms of the genus Escherichia such as Escherichia coli K12 but also in many other organisms.
[0049]
There is no particular limitation on the LDC gene used in the present invention, but for example, Bacillus halodurans, Bacillus subtilis, Escherichia coli, Selenomonas lumennium, Selenium, Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus, Streptomyces coelicolor, Streptomyces epiroseus, Streptomyces corosicles ), Eubacterium acididaminophilum, Salmonella typhimurium, Hafnia alveii, Neisseria nigeris, and Neisseria meningitias (Neisseria thiemia piercina). -A material derived from Pyrococcus abyssi is preferably used. More preferably, it is derived from Escherichia coli whose safety is recognized.
[0050]
The coryneform bacterium used in the present invention has LDC activity and at least one property of homoserine auxotrophy or AEC resistance, and preferably has LDC activity and homoserine auxotrophy. It is a coryneform bacterium having sex and AEC resistance.
[0051]
When these coryneform bacteria are cultured, cadaverine can be produced and accumulated in the culture solution.
[0052]
As a culture medium, an ordinary nutrient medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and the like can be used.
[0053]
As the carbon source, for example, sugars such as glucose, fructose, sucrose, maltose, and starch hydrolysate, alcohols such as ethanol, and organic acids such as acetic acid, lactic acid, and succinic acid can be used.
[0054]
Nitrogen sources include various inorganic and organic ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium carbonate, and ammonium acetate, urea and other nitrogen-containing compounds, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, soybean hydrolyzate And other nitrogen-containing organic substances.
[0055]
As the inorganic salt, potassium hydrogen phosphate, potassium hydrogen phosphate, ammonium sulfate, sodium chloride, magnesium sulfate, calcium carbonate and the like can be used.
[0056]
In addition, trace nutrients such as biotin, thiamine, and vitamin B6 can be added as needed. These trace nutrients can be replaced with a medium additive such as meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casamino acid and the like.
[0057]
The culturing conditions are not particularly limited, and the culturing is performed under aerobic conditions such as shaking culture and deep-aeration stirring culture. The cultivation temperature is generally between 25C and 42C, particularly preferably between 28C and 38C. The culturing time is not particularly limited, and is usually 1 to 6 days.
[0058]
In the cadaverine fermentation, it is preferable to use ammonia and hydrochloric acid or dicarboxylic acid for adjusting the culture pH. It is preferable to control the culture pH to 5 to 8, particularly preferably to 6.5 to 7.5, by using these neutralizing agents. The state of the neutralizing agent is not limited, and it is used as a gas, liquid, solid or aqueous solution. Particularly preferred is an aqueous solution.
[0059]
There is no particular limitation on the dicarboxylic acid used as the neutralizing agent, preferably,
The functional group is an aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acid having only two carboxyl groups. An aliphatic or aromatic dicarboxylic acid having only two carboxyl groups as a functional group is one having substantially no functional group other than the two carboxyl groups. The functional group herein means a polyamide polymerization reaction (reaction conditions include, for example, a reaction temperature of 250 to 270 ° C., 2 Reacts with an amino group or a carboxyl group during a reaction time of 1 to 5 hours to cause a branch of the polymer or reduce the crystallinity of the polymer (crystallinity of 80% or less). . For example, an amino group or a carboxyl group corresponds to this, but other than the above, an acidic group (such as a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, or a phenolic hydroxyl group), a basic group (such as a hydrazino group), or a protonic polar group (such as A hydroxyl group, a cleavable group (epoxy group, peroxide group, etc.) and other highly reactive groups (isocyanate group, etc.) are often applicable. On the other hand, halogen substituents and aromatic substituents are relatively stable, and ethers, esters, amides and the like are also stable and often have low functionality.
[0060]
The dicarboxylic acid is more preferably a dicarboxylic acid represented by the following general formula (1), (2) or (3).
HOOC- (CH 2 ) m -COOH (1)
(However, in the general formula (1), m = 0 to 16)
[0061]
Embedded image
Figure 2004222569
[0062]
Embedded image
Figure 2004222569
[0063]
(However, in general formulas (2) and (3), n, o, p, and q = 0 to 5)
More preferably
In the general formula (1),
m = 0 to 10
And / or in the general formulas (2) and / or (3),
n, o, p, q = 0 to 1
It is.
[0064]
Still more preferred are adipic acid, sebacic acid, 1,12-dodecanedicarboxylic acid, succinic acid, isophthalic acid and terephthalic acid.
[0065]
After the coryneform bacterium grows and fermentation proceeds sufficiently to produce cadaverine, the cells and the culture supernatant are separated (as a separation method, the cells may be removed by sedimentation (such as centrifugation), or may be separated by filtration, or From the beginning, the cells may be separated / held / fixed with a holding material or the like) to obtain a cadaverine fermented solution.
[0066]
There is no limitation on the method for collecting cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate from the cadaverine fermented liquor thus obtained.
[0067]
For example, when recovering cadaverine from a fermentation liquor, there is no limitation on the neutralizing agent for cadaverine fermentation. The fermentation liquor may be adjusted to pH 12 to 14 with alkali and extracted with a polar organic solvent.
[0068]
There is no particular limitation on the alkali used. Preferably, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and / or calcium hydroxide can be used.
[0069]
There is no particular limitation on the polar organic solvent used. Preferably, an aqueous aniline solution, cyclohexanone, 1-octanol, isobutyl alcohol, cyclohexanol, and / or chloroform can be used.
[0070]
The extracted polar organic solvent may be separated from cadaverine by a usual method such as distillation.
[0071]
On the other hand, when recovering cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate, it is preferable to select a suitable neutralizing agent as the neutralizing agent during cadaverine fermentation.
[0072]
For example, in the case of cadaverine dihydrochloride, it is preferable to use hydrochloric acid as the neutralizing agent. Similarly, in the case of cadaverine dicarboxylate, it is preferable to use the above-mentioned dicarboxylic acid as the neutralizing agent.
[0073]
By selecting a neutralizing agent in this manner, a desired cadaverine salt can be recovered.
[0074]
For example, as a method for obtaining cadaverine dicarboxylate, a fermentation solution obtained by selecting a neutralizing agent can be concentrated and collected by a crystallization operation in which an organic solvent is added.
[0075]
It is preferable to adjust cadaverine and dicarboxylic acid in the fermentation solution to be equimolar before the crystallization operation. It is more preferable to add a dicarboxylic acid in excess.
[0076]
As the organic solvent added to the fermentation solution, alcohols, ketones or nitriles are preferable. More preferred are aliphatic alcohols having 6 or less carbon atoms, aliphatic ketones having 6 or less carbon atoms, and aliphatic nitriles having 6 or less carbon atoms.
[0077]
For example, specific examples of the organic solvent include methanol, ethanol, propanol, butanol, hexanol, isopropanol, acetonitrile, and / or acetone.
[0078]
In addition, the organic solvent does not need to be used alone, and may be a mixed solvent. For example, a mixed solution of ethanol and acetone may be used.
[0079]
The amount of the organic solvent used is not particularly limited, but is usually 0.1 to 5 times, more preferably 0.3 to 2 times, the weight of the fermentation liquor. Alternatively, it is preferably 1 to 10 (more preferably 3 to 7) times the weight of cadaverine dicarboxylate. The method of contacting the fermentation liquid with the organic solvent is optional, and may be a batch method or a continuous method.
[0080]
The fermentation broth is preferably concentrated for efficient crystallization and for improving pot efficiency. The concentration is preferably such that the inorganic salt and cadaverine dicarboxylate do not precipitate as crystals. The concentration varies depending on the concentration of cadaverine dicarboxylate and other salts in the fermentation liquor, but it is preferable that the concentration be reduced to 1/4 to 1/30, more preferably 1/10 to 1/20 by weight. Is more preferred.
[0081]
The concentration method may be either normal pressure concentration or reduced pressure concentration, but the liquid temperature during concentration is usually lower than the boiling point of water. At such a liquid temperature, there is no fear that the cadaverine dicarboxylate is decomposed. The cadaverine dicarboxylate thus prepared may be considered to be a salt composed of one molecule of cadaverine and one molecule of dicarboxylic acid, but it does not exclude any other form, for example, two molecules of cadaverine. A salt or the like formed from two molecules of dicarboxylic acid may be contained.
[0082]
Next, an organic solvent is added to the fermentation liquor concentrated in the concentration step, and the precipitated crystals are removed by a usual solid-liquid separation method such as centrifugation, and cadaverine dicarboxylate is separated from the organic solvent by a usual crystallization separation. Cadaverine dicarboxylate is isolated by operation. For example, after cooling the concentrated solution to which the organic solvent is added as it is to crystallize cadaverine dicarboxylate, the crystals are isolated by a usual solid-liquid separation method such as centrifugation to obtain high-purity cadaverine dicarboxylate. Can be obtained.
[0083]
The organic solvent separated from cadaverine dicarboxylate in the crystallization step is preferably recycled to the crystallization operation.
[0084]
The cadaverine dicarboxylate thus isolated is again purified by a known crystallization purification method, that is, after forming a homogeneous solution with an organic solvent, cooling the homogeneous solution, or cooling the filtrate filtered while hot. Cadaverine dicarboxylate can be crystallized to produce high purity products.
[0085]
The cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate obtained in this manner has few impurities such as tri-n-butylamine and 2,3,4,5-tetrahydropyridine. By the production according to the method of the present invention, cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cataverine dicarboxylate having a tri-n-butylamine content of 0.006% by weight or less is obtained when analyzed by the following method. Can be Further, when analyzed by the following method, a product having a content of 2,3,4,5-tetrahydropyridine of 1.4% by weight or less is obtained. Furthermore, a product having a tri-n-butylamine content of 0.006% by weight or less and a 2,3,4,5-tetrahydropyridine content of 1.4% by weight or less is obtained.
[0086]
Analysis of tri-n-butylamine and 2,3,4,5-tetrahydropyridine is performed by GC-MS under the following conditions.
[0087]
GC-MS: HP6980 / HP5973A
Column: NUKOL 30m × 0.24mmI. D. 0.2μm Film
Oven: 120 ° C (constant)
Injection: 200 ° C (Split 10: 1)
Flow rate: He 2.4 ml / min (constant)
MS: 230 ° C (SCAN m / z = 30 to 400)
The cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate thus obtained is useful as a raw material for polyamide.
[0088]
As a method for producing a polyamide, a heating polycondensation method in which a mixture of cadaverine and a dicarboxylic acid and water is heated to cause a dehydration reaction to proceed is used. In addition, it is also possible to increase the molecular weight by performing solid phase polymerization after heat polycondensation. Solid-state polymerization proceeds by heating in a vacuum or an inert gas at a temperature in the range of 100 ° C. to the melting point, and heating polycondensation can increase the molecular weight of a polyamide having an insufficient molecular weight.
[0089]
By using cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate obtained in the present invention as a raw material for polyamide, a polyamide having high heat resistance can be obtained.
[0090]
In the present invention, the LDC activity is preferably 0.01 times (more preferably 0.05 times, more preferably 0.1 times) or more of the activity of the TR-CAD1 strain under the conditions of Example 1 described below. is there.
[0091]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
[0092]
[Analysis method of cadaverine concentration by HPLC]
Column used: CAPCELL PAK C18 (Shiseido)
Mobile phase: 0.1% (w / w) phosphoric acid aqueous solution: acetonitrile = 4.5: 5.5
Detection: UV 360 nm
Sample pretreatment: 25 μl of 1,4-diaminobutane (0.03 M), 150 μl of sodium bicarbonate (0.075 M) and ethanol of 2,4-dinitrofluorobenzene (0.2 M) as an internal standard in 25 μl of an analysis sample The solution is added and mixed and incubated at 37 ° C. for 1 hour. After dissolving 50 µl of the above reaction solution in 1 ml of acetonitrile, 10 µl of the supernatant after centrifugation at 10,000 rpm for 5 minutes was analyzed by HPLC.
[0093]
[Analysis method of adipic acid concentration by HPLC]
Column used: SCR-101H (Shimadzu Corporation)
Mobile phase: 0.025% (v / v) sulfuric acid aqueous solution
Detection: UV 214 nm
Sample pretreatment: The analytical sample was diluted with water so that the calibration curve had a concentration within a range capable of having linearity, and 10 μl was analyzed by HPLC.
[0094]
Example 1 (Production of Corynebacterium glutamicum having L-lysine decarboxylation activity and lacking homoserine dehydrogenase activity), Comparative Example 1
(1) Cloning of HOM gene
To delete the HOM activity, a gene corresponding to the 300 amino acid region from the N-terminus was cloned.
[0095]
Oligonucleotide primers 5'-gaagaattcttaaacctcagcatctgcccc-3 '(SEQ ID NO: 1) and 5'-gaaggccccaaaggacttgtctagcttagtaccc sequence with reference to the nucleotide sequence of the HOM gene (Accession No. BA0000036) registered in the database (GenBank). : 2) was synthesized. Take 0.2 μl of a genomic DNA solution prepared from Corynebacterium glutamicum ATCC13032 according to a conventional method into a 0.2 ml microcentrifuge tube as an amplification template, 20 pmol of each primer, Tris-HCl buffer pH 8.0 (20 mM), Each reagent was added so that potassium chloride (2.5 mM), gelatin (100 μg / ml), each dNTP (50 μM), and LATaq DNA polymerase (2 units) (manufactured by Takara Shuzo) were used to make the total volume 50 μl. DNA denaturation conditions were 94 ° C for 30 seconds, primer annealing conditions were 55 ° C for 30 seconds, DNA primer extension reaction conditions were 72 ° C for 3 minutes, and each cycle was performed using a BioRad thermal cycler for 30 cycles. The reaction was performed (hereinafter abbreviated as PCR method). The PCR method in this example was performed under the same conditions unless otherwise specified. The product obtained by this PCR method was electrophoresed on 1% agarose, a DNA fragment of about 0.9 kb containing the HOM gene was cut out from the gel, and purified by Gene Clean Kit (manufactured by BIO101). This fragment was digested with restriction enzymes EcoRI and BamHI, and the resulting 0.9 kb EcoRI-BamHI fragment was ligated into the EcoRI / BamHI gap of pHSG298 (Takara Shuzo) previously digested with EcoRI and BamHI. ver. 1 (manufactured by Takara Shuzo) and the resulting plasmid was named pHOM1.
(2) Creation of LDC expression cassette
First, a kanamycin resistance gene promoter was cloned as a promoter for constitutively expressing LDC in Corynebacterium glutamicum.
[0096]
The oligonucleotide primers 5′-gaaccgcgggcctgaatcgccccatcatcc-3 ′ (SEQ ID NO: 3) and 5′-gaaccatgggcccctgtattgt-3 ′ (sequence number: 3 ′) with reference to the nucleotide sequence of pHSG299 (Accession No. M19415) registered in the database (GenBank). 4) was synthesized. The product obtained by the PCR method using the plasmid pHSG299 as an amplification template and the oligonucleotides (SEQ ID NO: 3) and (SEQ ID NO: 4) as primer sets was subjected to 1% agarose gel electrophoresis to remove the promoter region of the kanamycin resistance gene. A 0.3 kb DNA fragment was cut out of the gel and purified using a Gene Clean Kit. This fragment was ligated with the ligation kit ver. In the space where a T base was added to the 3′-end of the EcoRV cleavage site of the plasmid vector pT7blue (manufactured by Novagen). The resulting plasmid was designated pKMP1 by inserting a plasmid into a single 3.2 kb fragment upon digestion with the restriction enzymes HindIII and SacII.
[0097]
Next, the LDC gene was cloned.
[0098]
Oligonucleotide primers 5'-gaaccatgggacgttatttgcaa-3 '(SEQ ID NO: 5) and 5'-gaaccgcgtttttttctttttt sequence, referring to the nucleotide sequence of the LDC gene (Accession No. M76411) registered in the database (GenBank). : 6) was synthesized. Using a solution of genomic DNA prepared from Escherichia coli ATCC 10798 according to a conventional method as an amplification template, a product obtained by a PCR method using oligonucleotides (SEQ ID NO: 5) and (SEQ ID NO: 6) as a primer set was 1% agarose gel. After electrophoresis, a 2.1 kb DNA fragment containing the LDC gene was excised from the gel and purified using a Gene Clean kit. This fragment was ligated with the ligation kit ver. In the space where a T base was added to the 3′-end of the EcoRV cleavage site of the plasmid vector pT7blue. The plasmid obtained by inserting the plasmid into a single fragment of 4.0 kb when digested with HindIII and NcoI was named pCADA.
[0099]
Finally, pKMP1 was digested with HindIII and NcoI, the product was subjected to 1.2% agarose gel electrophoresis, a 0.3 kb DNA fragment containing the promoter region of the kanamycin resistance gene was cut out from the gel, and purified using a Gene Clean kit. did. The HindIII-NcoI fragment thus obtained was ligated to the ligation kit ver. In the HindIII / NcoI gap of pCADA which had been digested with HindIII and NcoI in advance. 1 and the resulting plasmid was named pTM100.
(3) HOM gene disruption and creation of LDC gene expression vector
pTM100 was digested with SacII, the product was subjected to 1.0% agarose gel electrophoresis, and a 2.4 kb DNA fragment containing the LDC expression cassette was excised from the gel and purified using a Gene Clean Kit. The SacII fragment thus obtained was ligated to the SacII gap of pHOM1 which had been digested with SacII beforehand by ligation kit ver. The resulting plasmid was named pTM101 (FIG. 1).
(4) Integration of pTM101 into chromosome
Plasmid pTM101 was introduced into Corynebacterium glutamicum ATCC13032 (hereinafter abbreviated as ATCC13032 strain) by electroporation [FEMS Microbiology Letters, 65, p. 299 (1989)] and kanamycin (25 μg / ml) added to LB (tryptone (10 g / l) (Bacto), yeast extract (5 g / l) (Bacto), sodium chloride ( 10 g / l)) Selection on agar medium.
[0100]
A genomic DNA solution was prepared from the thus selected transformants according to a conventional method. Using this genomic DNA as a template, a PCR method was performed using an oligonucleotide (SEQ ID NO: 5) (SEQ ID NO: 6) as a primer set, and the resulting product was electrophoresed on a 1.0% agarose gel. A single band of 2.1 kb was observed. From this, it was confirmed that the LDC gene was inserted into the HOM locus in the selected transformant. This transformant was named Corynebacterium glutamicum TR-CAD1 (hereinafter abbreviated as TR-CAD1 strain).
(5) Confirmation of LDC activity and HOM activity of TR-CAD1 strain
First, it was examined whether the TR-CAD1 strain (Example 1) had LDC activity. The 13032 strain (Comparative Example 1) was cultured in the LB medium, and the TR-CAD1 strain was cultured in the LB medium to which kanamycin (25 μg / ml) was added. . After washing with 6.0 (50 mM) and irradiating with ultrasonic waves, each cell lysate was obtained. An appropriate amount of the cell lysate is L-lysine hydrochloride (50 mM) (Sigma Aldrich), pyridoxal phosphate monohydrate (0.05 mM) (Sigma Aldrich), phosphate buffer pH 6.0 (50 mM). Was dissolved in the reaction solution. After reacting at 30 ° C. for 10 minutes, the produced cadaverine was analyzed by HPLC. The protein in the cell lysate was measured by the Lowry method (Lowry et. Al., Journal of Biological Chemistry, 193, p. 265-275, (1951)).
[0101]
The enzyme activity was 1 U when converting L-lysine to cadaverine at 1 nmol per minute, and the results are shown in Table 1 in terms of specific activity per protein weight.
[0102]
[Table 1]
Figure 2004222569
[0103]
The 13032 strain did not have LDC activity, whereas the TR-CAD1 strain had LDC activity.
[0104]
Next, it was examined whether the HOM activity of the TR-CAD1 strain was deficient.
[0105]
The 13032 strain was cultured in the LB medium, and the TR-CAD1 strain was cultured in the LB medium to which kanamycin (25 μg / ml) was added. The obtained cells were washed with physiological saline and irradiated with ultrasonic waves. The cell lysate obtained by the above-mentioned process was subjected to a buffer solution composed of Tris-HCl pH 7.0 (100 mM), ammonium sulfate (0.8 M), DTT (1 mM), and glycerin (30 (v / v)%). Dialysis was performed. Using each of the enzyme preparations thus obtained, the amount of consumption was quantified by measuring the absorbance of NADPH, and the HOM activity was measured as shown in Table 2. Protein measurements were measured by the Lowry method.
[0106]
[Table 2]
Figure 2004222569
[0107]
The enzymatic activity was defined as 1 U when converting 1 nmol of L-aspartate-β-semialdehyde to L-homoserine per minute, and the results are shown in Table 3 in terms of specific activity per protein weight.
[0108]
[Table 3]
Figure 2004222569
[0109]
The 13032 strain had HOM activity, whereas the TR-CAD1 strain lacked HOM activity.
[0110]
Furthermore, it was examined whether the TR-CAD1 strain required homoserine. For this purpose, the ATCC13032 strain and the TR-CAD1 strain were transformed with a minimal agar medium (Katsumasata, R. et al. Journal of Bacteriology, 159, p.306-311, (1984)), D, L-homoserine (D, L). -Hse) (200 μg / ml) on a minimal agar medium with L-methionine (L-Met) (100 μg / ml) and L-threonine (L-Thr) (100 μg / ml), and L -Cultivation on minimal agar medium with methionine, L-threonine (100 μg / ml each) and kanamycin (Km) (10 μg / ml), and proliferation was determined after incubation at 30 ° C. for 24 hours. The results are summarized in Table 4.
[0111]
[Table 4]
Figure 2004222569
[0112]
The 13032 strain did not require homoserine, whereas the TR-CAD1 strain required homoserine.
[0113]
Thus, Corynebacterium glutamicum having the TRCAD1 strain having LDC activity and lacking HOM activity (homoserine auxotrophy) could be produced.
[0114]
Example 2 (Preparation of Corynebacterium glutamicum having L-lysine decarboxylation activity, having homoserine requirement, and having S- (2-aminoethyl) -L-cysteine resistance)
(1) Creation of desensitized AK gene
A mutation was introduced into the AK gene, and the AK gene was cloned to prepare a desensitized AK gene.
[0115]
Oligonucleotide primers 5′-acagaattcgtggccctggtcgtacagaa-3 ′ (SEQ ID NO: 7) and 5′-cattcgagtagtagggtcgtggtgccgccgccgccgccggtccggt : 8) was synthesized. Using a solution of genomic DNA prepared from Corynebacterium glutamicum ATCC13032 according to a conventional method as an amplification template, a product obtained by PCR using oligonucleotides (SEQ ID NO: 7) and (SEQ ID NO: 8) as primer sets was used to obtain 1 % Agarose gel electrophoresis, a DNA fragment of about 1.3 kb containing the AK gene was excised from the gel and purified using a Gene Clean kit. This fragment was digested with EcoRI and XhoI, and the resulting 1.3 kb EcoRI-XhoI fragment was ligated into the EcoRI / XhoI gap of pHSG396 (Takara Shuzo), which had been digested with EcoRI and XhoI in advance. 1 and the resulting plasmid was named pAK1.
[0116]
Next, oligonucleotide primers 5′-cgacatcatcttcacctgcc-3 ′ (SEQ ID NO: 9) and 5′-ggcaggtgaagatgatcgg-to mutate the 931st to 933th acc (Thr) of the cloned AK gene to atg (Ile). 3 ′ (SEQ ID NO: 10) was synthesized. The plasmid obtained using a QuikChange site-directed mutagenesis kit (manufactured by Stratagene) using pAK1 as an amplification template and oligonucleotides (SEQ ID NO: 9) and (SEQ ID NO: 10) as primer sets was named pTM102. (Fig. 2). When the AK gene in this pTM102 was sequenced by a conventional method, it was found that the 931st to 933th acc (Thr) was mutated to atg (Ile) as intended, and a desensitized AK gene could be produced. It could be confirmed.
(2) Integration of pTM102 into chromosome
With reference to the base sequence of pFK398 (Accession No. D29826) registered in the database (GenBank), the oligonucleotide primer 5′-acgggtcgactcgcagaataaataaattcgtgggtgggg-3g (SEQ ID NO: 11) and 5′-atggggtggggtggtgggggcgg of the chloramphenicol resistance gene. -3 '(SEQ ID NO: 12) was synthesized.
[0117]
Plasmid pTM102 was introduced into the TR-CAD1 strain by electroporation and selected on LB agar medium supplemented with kanamycin (25 μg / ml) and chloramphenicol (10 μg / ml).
[0118]
A genomic DNA solution was prepared from the thus selected transformants according to a conventional method. Using this genomic DNA as a template, a PCR method using an oligonucleotide (SEQ ID NO: 11) (SEQ ID NO: 12) as a primer set was performed, and the obtained product was electrophoresed on a 1.0% agarose gel. A single band of 1.0 kb was observed. From this, it was confirmed that the selected transformant had the chloramphenicol resistance gene inserted at the AK locus. This transformant was named Corynebacterium glutamicum TR-CAD2 (hereinafter abbreviated as TR-CAD2 strain).
(3) Confirmation of introduction of desensitized AK gene into chromosome of TR-CAD2 strain
With reference to the base sequence of the AK gene (Accession No. BA0000036) registered in the database (GenBank), an oligonucleotide primer 5′-ttggaacgcgtcccaggtggc-3 ′ (0.1 kb) upstream from the N-terminal of AK (SEQ ID NO: 13) Was synthesized.
[0119]
A genomic DNA solution was prepared from the TR-CAD2 strain according to a conventional method. Using this genomic DNA as a template, PCR was performed using oligonucleotides (SEQ ID NO: 12) (SEQ ID NO: 13) as a primer set, and the resulting product was electrophoresed on a 1.0% agarose gel.
A 3.1 kb DNA fragment containing the AK gene and the chloramphenicol resistance gene was excised from the gel and purified using a Gene Clean Kit. This fragment was ligated with the ligation kit ver. In the space where a T base was added to the 3′-end of the EcoRV cleavage site of the plasmid vector pT7blue. 1 and the resulting plasmid was named pAK2. When the AK gene in pAK2 was sequenced by a conventional method, it was confirmed that the desired mutation was contained. Therefore, the TR-CAD2 strain was able to introduce a desensitized AK gene that can be expressed on the chromosome. That was confirmed.
(4) Confirmation of AEC resistance of TR-CAD2 strain
It was examined whether the TR-CAD2 strain was AEC resistant. For this purpose, the ATCC13032 strain and the TR-CAD2 strain were transformed with a minimal agar medium (Katsumasata, R. et al. Journal of Bacteriology, 159, p.306-311, (1984)), D, L-homoserine (D, L). -Hse) (200 μg / ml) and on a minimal agar medium with D, L-homoserine, AEC (50 μg / ml) and growth was determined after 24 hours of culture at 30 ° C. . The results are summarized in Table 5.
[0120]
[Table 5]
Figure 2004222569
[0121]
The 13032 strain was not AEC resistant, whereas the TR-CAD2 strain was AEC resistant.
[0122]
Thus, TR-CAD2 strain was able to produce Corynebacterium glutamicum having LDC activity, deficient HOM activity (homoserine auxotrophy), and AEC resistance.
[0123]
Examples 3 and 4, Comparative Example 2 (cadaverine fermentation)
ATCC13032 strain (Comparative Example 2), TR-CAD1 strain (Example 3) and TR-CAD2 strain (Example 4) were added to a sterilized LB medium (ATCC13032 strain was not added, and TR-CAD1 strain was added kanamycin (25 μg / ml). The TR-CAD2 strain was inoculated with one platinum loop into 5 ml of kanamycin (25 μg / ml) and chloramphenicol (10 μg / ml), and shaken at 30 ° C. for 24 hours to perform pre-preculture.
[0124]
This pre-pre-culture solution was inoculated into 50 ml of the same medium as in the pre-pre-culture, and cultured at 30 ° C., an amplitude of 30 cm and 180 rpm for 24 hours to perform pre-culture.
[0125]
Next, 950 ml of the fermentation medium shown in Table 6 was inoculated with the entire amount of the preculture liquid, and cultured for 30 hours while adjusting the pH to 7 at 30 ° C., the number of rotations of stirring blades at 800 rpm while passing sterilized air at 1 vvm. Was. As a neutralizing agent, an aqueous solution of hydrochloric acid (3M) and aqueous ammonia (3M) were used. After completion of the culture, the cells were removed by centrifugation at 8,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C., and the culture supernatant was recovered. Cadaverine in the culture supernatant was analyzed by HPLC. Table 7 shows the results.
[0126]
[Table 6]
Figure 2004222569
[0127]
[Table 7]
Figure 2004222569
[0128]
As a result, cadaverine fermentation was performed with the TR-CAD1 strain and the TR-CAD2 strain.
[0129]
Example 5 (Purification of cadaverine)
The cadaverine fermentation of the TR-CAD2 strain was performed by the method shown in Example 4. In this culture supernatant, 39 g of cadaverine was produced in total.
[0130]
Next, sodium hydroxide was added to the fermented liquor to adjust the pH to 13. Next, chloroform was added in the same amount as the fermentation liquid, and cadaverine was extracted into the chloroform phase. Finally, 18.5 g of free cadaverine was isolated by subjecting the chloroform phase to distillation under reduced pressure (30 mmHg, 80 ° C.).
[0131]
Example 6 (Purification of cadaverine dihydrochloride)
The cadaverine fermentation of the TR-CAD2 strain was performed by the method shown in Example 4. In this culture supernatant, 39 g of cadaverine was produced in total.
[0132]
Next, hydrochloric acid was added to the fermented liquid to adjust the pH to 4.0, and water was distilled off under reduced pressure in a 2 L three-necked flask. The concentration was terminated when the viscosity of the slurry increased and the stirring operability began to deteriorate. 80 g of ethanol (manufactured by Sigma-Aldrich) was quickly added, and the mixture was heated to 65 ° C. and dissolved. Crystals precipitated without dissolution were separated into solid and liquid by filtration. Thereafter, the uniformly dissolved ethanol was gradually cooled, crystallized, solid-liquid separated, and dried. 46.8 g of crystals of cadaverine dihydrochloride were obtained.
[0133]
Example 7 (Purification of cadaverine adipate)
One loopful of the TR-CAD2 strain was inoculated into 5 ml of a sterilized LB medium (added with kanamycin (25 μg / ml) and chloramphenicol (10 μg / ml)) and shaken at 30 ° C. for 24 hours to perform pre-preculture. Was.
[0134]
This pre-pre-culture solution was inoculated into 50 ml of the same medium as in the pre-pre-culture, and cultured at 30 ° C., an amplitude of 30 cm and 180 rpm for 24 hours to perform pre-culture.
[0135]
Next, the entire amount of the preculture was inoculated into 950 ml of the fermentation medium shown in Table 6, and cultivated for 30 hours while adjusting the pH to 7 at 30 ° C., the stirring blade rotation speed at 800 rpm while passing sterilized air at 1 vvm. went. As a neutralizing agent, sterilization was carried out with an aqueous solution of adipic acid (10 g / l) and aqueous ammonia (3 M). After completion of the culture, the cells were removed by centrifugation at 8,000 rpm for 10 minutes at 4 ° C., and the culture supernatant was recovered. Cadaverine in the culture supernatant was analyzed by HPLC. A total of 42 g of cadaverine was produced in the culture supernatant.
[0136]
Next, adipic acid was added to the fermented liquid to adjust the pH to 4.5, and water was distilled off under reduced pressure in a 2 L three-necked flask. The concentration was terminated when the viscosity of the slurry increased and the stirring operability began to deteriorate. 80 g of ethanol (manufactured by Sigma-Aldrich) was quickly added, and the mixture was heated to 65 ° C. and dissolved. Crystals precipitated without dissolution were separated into solid and liquid by filtration. Thereafter, the uniformly dissolved ethanol was gradually cooled, crystallized, solid-liquid separated, and dried. Thus, 71.3 g of crystals of cadaverine adipate were obtained. The obtained crystals were dissolved in water, and cadaverine concentration and adipic acid concentration were analyzed by HPLC. As a result, it was found that the crystals were equimolar salts.
[0137]
Comparative Example 3 (Preparation of cadaverine by existing chemical synthesis method)
20 g of L-lysine monohydrochloride (Fluka) and 100 ml of cyclohexanol (Sigma-Aldrich Japan) were suspended, and then 21.2 ml of a 28% sodium methoxide / methanol solution (Sigma-Aldrich Japan) and 2-cyclohexene-1- 1 ml (manufactured by Sigma-Aldrich Japan) was added, and the mixture was heated and stirred at 155 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, 20 ml of an isopropanol solution (manufactured by Sigma-Aldrich Japan) containing 4 g of hydrogen chloride (manufactured by Sigma-Aldrich Japan) was added to the reaction mixture, and the precipitated product was collected and dried to obtain cadaverine dihydrochloride ( Method described in Example 3 of JP-A-60-23328). The obtained cadaverine dihydrochloride is dissolved in water, and cadaverine dihydrochloride is converted to cadaverine by adding an aqueous sodium hydroxide solution to the aqueous solution, extracted with chloroform, and distilled under reduced pressure (30 mmHg, 80 ° C.). As a result, cadaverine was obtained. The isolated cadaverine and an equimolar amount of adipic acid were once dissolved in water and dried under reduced pressure to obtain a crystal as an equimolar salt of cadaverine-adipic acid.
[0138]
Examples 8, 9 and 10 Comparative Example 3 (Identification of impurities)
The cadaverine, cadaverine dihydrochloride and cadaverine adipate obtained in Examples 5, 6 and 7 were analyzed for impurities by GC-MS under the following conditions, and the cadaverine adipin prepared in Comparative Example 3 was analyzed. Table 8 shows the results of comparison with the impurity analysis of the acid salt.
[0139]
GC-MS: HP6980 / HP5973A
Column: NUKOL 30m × 0.24mmI. D. 0.2μm Film
Oven: 120 ° C (constant)
Injection: 200 ° C (Split 10: 1)
Flow rate: He 2.4 ml / min (constant)
MS: 230 ° C (SCAN m / z = 30 to 400)
[0140]
[Table 8]
Figure 2004222569
[0141]
As a result, by purifying cadaverine produced by cadaverine fermentation into cadaverine, cadaverine dihydrochloride and cadaverine adipate, tri-n-butylamine is toxic to aqueous organisms and reacts upon contact with acid. Cadaverine, cadaverine dihydrochloride and cadaverine adipate having a content of 0.006% by weight or less and a content of 2,3,4,5-tetrahydropyridine of 1.4% by weight or less were obtained. .
[0142]
Example 11 (Synthesis of polyamide)
Cadaverine adipate obtained by the method of Example 7 was dissolved in water to prepare 50.0 g of a 50% by weight aqueous solution. This solution was charged into a test tube, placed in an autoclave, sealed, and replaced with nitrogen. The jacket temperature was set at 265 ° C. and heating was started. After the pressure in the can reached 17.5 kg / cm 2, the pressure in the can was maintained at 17.5 kg / cm 2 for 3 hours. Thereafter, the jacket temperature was set at 275 ° C., and the pressure in the can was released to normal pressure over 2 hours. Thereafter, when the temperature in the can reached 245 ° C, the heating was stopped. After cooling to room temperature, the test tube was taken out of the autoclave to obtain a polyamide.
[0143]
Comparative Example 4
A polyamide was obtained in exactly the same manner as in Example 11, except that cadaverine adipate obtained by the method of Comparative Example 3 was dissolved in water, and 50.0 g of a 50% by weight aqueous solution was prepared and used.
[0144]
Example 12 (Evaluation of polyamide)
The polyamide obtained in Example 11 and the polyamide obtained in Comparative Example 4 were comparatively evaluated by the following method. Table 9 shows the results.
[0145]
[Quantification of 2,3,4,5-tetrahydropyridine and tri-n-butylamine in polyamide (GC-MS)]
Approximately 15 g of polyamide was precisely weighed and subjected to Soxhlet extraction with methanol, and the extract was subjected to GC-MS analysis under the following conditions, and the 2,3,4,5-tetrahydropyridine and tri-n contained in the polyamide were analyzed. -Butylamine was quantified.
Equipment: Hewlett-Packard HP5890 mass detector
Column: 5% -diphenyl-95% -dimethylpolysiloxane
Column temperature: Initial 100 ° C
Final 250 ° C
Heating rate: 10 ° C / min
Inlet temperature: 230 ° C
Detector temperature: 280 ° C
Carrier gas: helium
Inlet pressure: 50 kg / cm2
Sample injection volume: 1 μl.
[0146]
[DSC (Differential Scanning Calorimetry)]
Using a robot DSC RDC220 manufactured by Seiko Denshi Kogyo, about 5 mg of polyamide was sampled under a nitrogen atmosphere and measured under the following conditions.
After the temperature was raised to the melting point + 25 ° C. and maintained for 3 minutes to completely melt the polyamide, the temperature was lowered to 30 ° C. at a temperature lowering rate of 20 ° C./min. The temperature of the endothermic peak and the calorific value observed when the temperature was raised at a rate of 20 ° C./min were determined.
[0147]
[Relative viscosity (ηr)]
The measurement was carried out in 98% sulfuric acid at 0.01 g / ml at 25 ° C. using an Ostwald viscometer.
[0148]
[Melting retention test]
About 5 g of polyamide was charged into a test tube, immersed in a silicon bath having a temperature of melting point + 20 ° C. in a nitrogen atmosphere, and allowed to stand for 30 minutes after the polyamide was completely melted. Then, the polyamide was recovered and the relative viscosity was measured. .
[0149]
[Table 9]
Figure 2004222569
[0150]
As a result, by using the high-purity cadaverine dicarboxylate obtained by the method of the present invention, a polyamide having a high relative viscosity (ηr) retention rate (high heat resistance) was obtained.
[0151]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a coryneform bacterium capable of cadaverine fermentation, and a method for isolating cadaverine, cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate from a fermentation broth by culturing the microorganism.
[0152]
[Sequence list]
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569
Figure 2004222569

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a physical map of an LDC gene insertion disruption vector pTM101 at the HOM locus.
FIG. 2 is a diagram showing a physical map of a desensitized AK gene vector pTM102.

Claims (24)

L−リジン脱炭酸酵素活性を有し、かつホモセリン栄養要求性またはS−(2−アミノエチル)−L−システイン耐性の少なくともいずれか1つの特徴を有しているコリネ型細菌。A coryneform bacterium having L-lysine decarboxylase activity and having at least one characteristic of homoserine auxotrophy or S- (2-aminoethyl) -L-cysteine resistance. 該コリネ型細菌が、ホモセリンデヒドロゲナーゼ活性を欠損していること特徴とする請求項1に記載のコリネ型細菌。The coryneform bacterium according to claim 1, wherein the coryneform bacterium lacks homoserine dehydrogenase activity. 該コリネ型細菌が、遺伝子挿入変異生成によりホモセリンデヒドロゲナーゼ活性を欠損していることを特徴とする請求項1または2に記載のコリネ型細菌。The coryneform bacterium according to claim 1 or 2, wherein the coryneform bacterium lacks homoserine dehydrogenase activity due to gene insertion mutagenesis. 該遺伝子挿入が、L−リジン脱炭酸酵素遺伝子発現カセット(プロモーターおよびL−リジン脱炭酸酵素遺伝子)の挿入であることを特徴とする請求項3に記載のコリネ型細菌。The coryneform bacterium according to claim 3, wherein the gene insertion is an insertion of an L-lysine decarboxylase gene expression cassette (promoter and L-lysine decarboxylase gene). 該コリネ型細菌の属が、コリネバクテリウム属およびブレビバクテリウム属からなる群より選ばれる少なくとも1つの属であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のコリネ型細菌。The coryneform bacterium according to any one of claims 1 to 4, wherein the genus of the coryneform bacterium is at least one genus selected from the group consisting of Corynebacterium and Brevibacterium. 配列番号15記載のアミノ酸配列において311番目のアミノ酸残基がThr以外のアミノ酸に置換された変異アスパルトキナーゼ遺伝子を有することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のコリネ型細菌。The coryneform bacterium according to any one of claims 1 to 5, wherein the coryneform bacterium has a mutant aspartokinase gene in which the amino acid residue at position 311 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 is substituted with an amino acid other than Thr. 請求項1から6のいずれかに記載のコリネ型細菌を増殖させる工程と、その菌体の培養上清からカダベリンまたはその塩を回収、精製する工程からなることを特徴とするカダベリンまたはその塩の製造方法。A method for producing cadaverine or a salt thereof, comprising the steps of: growing the coryneform bacterium according to any one of claims 1 to 6, and recovering and purifying cadaverine or a salt thereof from a culture supernatant of the cells. Production method. 請求項1から6のいずれかに記載のコリネ型細菌を増殖させる工程と、その菌体の培養上清をアルカリでpH12から14にし、極性有機溶媒でカダベリンを抽出回収することを特徴とするカダベリンの製造方法。7. A step of growing the coryneform bacterium according to any one of claims 1 to 6, wherein the culture supernatant of the cells is adjusted to pH 12 to 14 with alkali, and cadaverine is extracted and recovered with a polar organic solvent. Manufacturing method. 該アルカリが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化カルシウムよりなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項8記載のカダベリンの製造方法。The method for producing cadaverine according to claim 8, wherein the alkali is at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide. 該極性有機溶媒が、アニリン水溶液、シクロヘキサノン、1−オクタノール、イソブチルアルコール、シクロヘキサノールおよびクロロホルムよりなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項8または9のいずれかに記載のカダベリンの製造方法。The cadaverine according to claim 8, wherein the polar organic solvent is at least one selected from the group consisting of an aqueous aniline solution, cyclohexanone, 1-octanol, isobutyl alcohol, cyclohexanol, and chloroform. Manufacturing method. 請求項1から6のいずれかに記載のコリネ型細菌を塩酸により培養液のpHを維持し増殖させる工程と、その菌体の培養上清から晶析工程によりカダベリン二塩酸塩を回収することを特徴とするカダベリン二塩酸塩の製造方法。A step of growing the coryneform bacterium according to any one of claims 1 to 6 while maintaining the pH of the culture solution with hydrochloric acid, and recovering cadaverine dihydrochloride from a culture supernatant of the cells by a crystallization step. A method for producing cadaverine dihydrochloride, which is characterized in that: 請求項1から6のいずれかに記載のコリネ型細菌をジカルボン酸により培養液のpHを維持し増殖させる工程と、その菌体の培養上清から晶析工程によりカダベリン・ジカルボン酸塩を回収することを特徴とするカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。A step of growing the coryneform bacterium according to any one of claims 1 to 6 while maintaining the pH of the culture solution with dicarboxylic acid, and recovering cadaverine dicarboxylate from a culture supernatant of the cells by a crystallization step. A method for producing cadaverine dicarboxylate, comprising: 該ジカルボン酸が、官能基としては2つのカルボキシル基のみを有する脂肪族および/または芳香族のジカルボン酸であることを特徴とする請求項12に記載のカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。The method for producing cadaverine dicarboxylate according to claim 12, wherein the dicarboxylic acid is an aliphatic and / or aromatic dicarboxylic acid having only two carboxyl groups as a functional group. 該ジカルボン酸が、
以下の一般式(1)、(2)または(3)で示されるジカルボン酸のいずれかであることを特徴とする請求項12に記載のカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。
HOOC−(CH−COOH (1)
(但し、一般式(1)において、m=0〜16)
Figure 2004222569
Figure 2004222569
(但し、一般式(2)、(3)において、n,o,p,q=0〜5)
The dicarboxylic acid is
The method for producing cadaverine dicarboxylate according to claim 12, which is any one of dicarboxylic acids represented by the following general formulas (1), (2) and (3).
HOOC- (CH 2) m -COOH ( 1)
(However, in the general formula (1), m = 0 to 16)
Figure 2004222569
Figure 2004222569
(However, in general formulas (2) and (3), n, o, p, and q = 0 to 5)
該一般式(1)において、
m=0〜10
、および/または、該一般式(2)および/または(3)において、
n,o,p,q=0〜1
のいずれかであることを特徴とする請求項12に記載のカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。
In the general formula (1),
m = 0 to 10
And / or in the general formulas (2) and / or (3),
n, o, p, q = 0 to 1
13. The method for producing cadaverine dicarboxylate according to claim 12, wherein:
該ジカルボン酸が、アジピン酸、セバシン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、コハク酸、イソフタル酸またはテレフタル酸のいずれかであることを特徴とする請求項12に記載のカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。The cadaverine dicarboxylate according to claim 12, wherein the dicarboxylic acid is any of adipic acid, sebacic acid, 1,12-dodecanedicarboxylic acid, succinic acid, isophthalic acid and terephthalic acid. Method. 該培養液から、カダベリン・ジカルボン酸塩を晶析する際に、有機溶媒を添加することを特徴とする請求項12から16のいずれかに記載のカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。The method for producing cadaverine dicarboxylate according to any one of claims 12 to 16, wherein an organic solvent is added when crystallizing cadaverine dicarboxylate from the culture solution. 該有機溶媒が、アルコール類、ケトン類およびニトリル類よりなる群より選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項17に記載のカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。The method for producing cadaverine dicarboxylate according to claim 17, wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of alcohols, ketones, and nitriles. 該有機溶媒が、炭素数6以下の脂肪族アルコール類、炭素数6以下の脂肪族ケトン類および炭素数6以下の脂肪族ニトリル類よりなる群から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項17に記載のカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。The organic solvent is at least one selected from the group consisting of aliphatic alcohols having 6 or less carbon atoms, aliphatic ketones having 6 or less carbon atoms, and aliphatic nitriles having 6 or less carbon atoms. A method for producing the cadaverine dicarboxylate according to claim 17. 該有機溶媒が、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、イソプロパノール、アセトニトリルおよびアセトンよりなる群から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする請求項17に記載のカダベリン・ジカルボン酸塩の製造方法。The method for producing cadaverine dicarboxylate according to claim 17, wherein the organic solvent is at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, hexanol, isopropanol, acetonitrile, and acetone. . 請求項7〜20のいずれかに記載の方法にて製造された、2,3,4,5−テトラヒドロピリジンの含有量が1.4重量%以下のカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩。Cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylic acid having a content of 2,3,4,5-tetrahydropyridine of 1.4% by weight or less, produced by the method according to any one of claims 7 to 20. salt. 請求項7〜20のいずれかに記載の方法にて製造された、トリ−n−ブチルアミンの含有量が0.006重量%以下のカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩Cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate having a tri-n-butylamine content of 0.006% by weight or less, produced by the method according to any one of claims 7 to 20. 請求項7〜20のいずれかに記載の方法にて製造された、2,3,4,5−テトラヒドロピリジンの含有量が1.4重量%以下かつトリ−n−ブチルアミンの含有量が0.006%以下のカダベリンまたはカダベリン二塩酸塩またはカダベリン・ジカルボン酸塩The content of 2,3,4,5-tetrahydropyridine produced by the method according to any one of claims 7 to 20 is 1.4% by weight or less and the content of tri-n-butylamine is 0.1%. Not more than 006% cadaverine or cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate 請求項1から20のいずれか1項記載の方法で得られるカダベリン、カダベリン二塩酸塩もしくはカダベリン・ジカルボン酸塩、または請求項21から23のいずれか1項記載のカダベリン、カダベリン二塩酸塩もしくはカダベリン・ジカルボン酸塩を原料として含有するポリアミド。A cadaverine, cadaverine dihydrochloride or cadaverine dicarboxylate obtained by the method according to any one of claims 1 to 20, or a cadaverine, cadaverine dihydrochloride or cadaverine according to any one of claims 21 to 23. -A polyamide containing a dicarboxylate as a raw material.
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