JP2005006650A - Method for producing cadaverine-dicarboxylic acid salt - Google Patents

Method for producing cadaverine-dicarboxylic acid salt Download PDF

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Masahiko Nishi
聖彦 仁志
Shuichi Endo
秀一 遠藤
Yukiko Mori
由起子 森
Kazuhiko Totsuka
一彦 戸塚
Yoshinori Hirao
吉徳 平尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for economically producing cadaverine as a diamine which is used as a raw material for producing a nylon, in such a form as to be easily applied to a polymerization reaction. <P>SOLUTION: This method comprises conducting enzymatic decarboxylation reaction of lysine, while adding a 4-10C dicarboxylic acid to a lysine solution so as to keep a pH value of the solution in a range suitable for the enzymatic decarboxylation reaction, for example, in a range of pH 4.0 to pH 8.0, so that the cadaverine-dicarboxylic acid salt is produced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、カダベリン・ジカルボン酸塩の製造法に関する。カダベリン・ジカルボン酸塩は、ナイロン製造の原料として利用することができる。   The present invention relates to a method for producing cadaverine dicarboxylate. Cadaverine dicarboxylate can be used as a raw material for producing nylon.

プラスチックの生産の原料として、多くの部分がナフサ、いわゆる化石原料が用いられている。プラスチックを廃棄する場合、再生利用する場合はともかく、燃焼等による廃棄は炭酸ガスの放出を招くことから、近年問題となりつつある。そこで、地球温暖化防止及び循環型社会の形成に向けて、プラスチックの製造原料をバイオマス由来の原料に置き換えることが嘱望されている。   As a raw material for producing plastic, naphtha, a so-called fossil raw material, is used in many parts. When discarding plastic, whether it is recycled or not, disposal due to combustion or the like causes the release of carbon dioxide gas, which is becoming a problem in recent years. Therefore, in order to prevent global warming and form a recycling society, it is desired to replace the raw materials for plastic production with raw materials derived from biomass.

バイオマス原料から製造されるプラスチックとしては、ポリ乳酸が知られている。ポリ乳酸の製法は、まず植物からデンプン又は糖分を抽出し、それらを炭素源として発酵を行うことによって乳酸を生産させ、次いで得られた乳酸を化学的
に重合させるというものである。ポリ乳酸の用途としては、容器包装や衣料、その他工業製品等さまざまな用途が期待されている。しかしながら、このポリ乳酸は、その融点は190℃程度であるので、高温条件での使用に向かないという欠点を有する。
Polylactic acid is known as a plastic produced from biomass raw materials. The method for producing polylactic acid is to first extract starch or sugar from a plant, ferment them using them as a carbon source to produce lactic acid, and then chemically polymerize the obtained lactic acid. As uses of polylactic acid, various uses such as containers and packaging, clothing, and other industrial products are expected. However, since this polylactic acid has a melting point of about 190 ° C., it has a drawback that it is not suitable for use under high temperature conditions.

一方、耐熱性の高いプラスチックとしては、ナイロンすなわちポリアミドが挙げられる。よく使用されているナイロンとして、炭素数6のジアミンであるヘキサメチレンジアミンと炭素数6のジカルボン酸であるアジピン酸とを1:1のモル比で重合することにより製造される、ナイロン66がある。ナイロン66は、その融点が250℃以上であることから、高温条件下での使用が可能なプラスチック素材である。   On the other hand, nylon having high heat resistance includes polyamide, that is, polyamide. A commonly used nylon is nylon 66 produced by polymerizing hexamethylenediamine, which is a diamine having 6 carbon atoms, and adipic acid, which is a 6-carbon dicarboxylic acid, in a molar ratio of 1: 1. . Nylon 66 is a plastic material that can be used under high temperature conditions because its melting point is 250 ° C. or higher.

ところで、前記ヘキサメチレンジアミンは、ナフサから得られるベンゼン、プロピレンまたはブタジエンを原料に製造されており、バイオマスからの製造方法は知られていない。一方、炭素数5のペンタメチレンジアミンは、別名カダベリンと呼ばれ、アミノ酸の一つであるリジンからリジン脱炭酸酵素(LDC)によって生成することが知られている(非特許文献1)。したがって、炭素数6のヘキサメチレンジアミンの代わりに炭素数5のペンタメチレンジアミンを原料に用いてナイロンを製造することにより、バイオマス由来の原料を用いた、高温条件下での使用が可能なプラスチック素材の供給が可能となる。   By the way, the hexamethylenediamine is produced from benzene, propylene or butadiene obtained from naphtha, and a production method from biomass is not known. On the other hand, pentamethylenediamine having 5 carbon atoms is also called cadaverine and is known to be produced from lysine, which is one of amino acids, by lysine decarboxylase (LDC) (Non-patent Document 1). Therefore, by using nylon as a raw material instead of hexamethylenediamine having 6 carbon atoms as a raw material, a plastic material that can be used under high temperature conditions using a biomass-derived raw material Can be supplied.

LDCは、バクテリウム カダベリス(Bacterium cadaveris)(非特許文献2)やエシェリヒア・コリ(Escherichia coli (E. coli))(非特許文献3)等の細菌や、ガラス豆(非特許文献4)等の植物での存在が知られている。これらの生物からLDCを抽出してカダベリン製造に用いることができる。また、E. coliにおいては、そのLDC遺伝子(cadA)は配列が明らかになっている(非特許文献5、6)。さらに、このようなLDC遺伝子等を利用して、LDC又はリジン・カダベリンアンチポーターの酵素活性を増強した宿主を培養することによりカダベリンを製造する方法(特許文献1)、及び、LDCの細胞内の活性が上昇した組換え細胞由来のLDCをリジンに作用させることによりカダベリンを製造する方法(特許文献2)が提案されている。   LDCs are bacteria such as Bacterium cadaveris (Non-patent Document 2) and Escherichia coli (E. coli) (Non-patent Document 3), and plants such as glass beans (Non-patent Document 4). Is known to exist. LDC can be extracted from these organisms and used for cadaverine production. In E. coli, the sequence of the LDC gene (cadA) has been clarified (Non-Patent Documents 5 and 6). Furthermore, a method for producing cadaverine by culturing a host in which the enzymatic activity of LDC or lysine-cadaverine antiporter is enhanced using such an LDC gene (Patent Document 1), and intracellular LDC A method of producing cadaverine by causing LDC derived from recombinant cells with increased activity to act on lysine has been proposed (Patent Document 2).

しかしながら、LDCをリジンに作用させた場合には、LDCによる脱炭酸反応によって炭酸ガスを遊離することから、カダベリンの生成によって反応中のpHが上昇する。したがって、pHの上昇を防ぎ、酵素反応の最適pHを維持するためには、高濃度の緩衝液中で反応を行わせるか、または酸を反応系に逐次添加してアルカリ分を中和することが必要となる(特許文献1、2)。通常、酵素反応のpHの中和には、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸や、酢
酸等の有機酸を使用する場合が多い。これらによって中和させた場合、反応液中から得られるカダベリンは、カダベリン塩酸塩、カダベリン硫酸塩、カダベリンリン酸塩、又はカダベリン酢酸塩等の塩となる。
However, when LDC is allowed to act on lysine, carbon dioxide gas is liberated by decarboxylation by LDC, so that the pH during the reaction increases due to the production of cadaverine. Therefore, in order to prevent an increase in pH and maintain the optimum pH of the enzyme reaction, the reaction is carried out in a high concentration buffer, or acid is added to the reaction system sequentially to neutralize the alkali. Is required (Patent Documents 1 and 2). Usually, an inorganic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid, or an organic acid such as acetic acid is often used to neutralize the pH of the enzyme reaction. When neutralized by these, cadaverine obtained from the reaction solution becomes a salt such as cadaverine hydrochloride, cadaverine sulfate, cadaverine phosphate, or cadaverine acetate.

ナイロンの製造法として、従来よりジカルボン酸ジハライドとジアミンとを、塩基の存在下に重縮合させる方法が知られている。また、他の方法としては、ジカルボン酸とジアミンとから形成された塩や低次縮合物を、溶融条件下で加熱して重縮合させる方法が知られている(非特許文献7)。いずれの方法によっても、酵素反応によって得られたカダベリンをジカルボン酸と重合させる場合は、カダベリンの塩から遊離カダベリンを再調製する必要があり、工程が複雑化して経済的ではない。   As a method for producing nylon, a method of polycondensation of dicarboxylic acid dihalide and diamine in the presence of a base is conventionally known. As another method, a method is known in which a salt or a low-order condensate formed from a dicarboxylic acid and a diamine is polycondensed by heating under melting conditions (Non-patent Document 7). In any method, when cadaverine obtained by an enzymatic reaction is polymerized with a dicarboxylic acid, it is necessary to re-prepare free cadaverine from the salt of cadaverine, which is not economical because the process becomes complicated.

ところで、発酵法によるリジンの製造法として、アジピン酸、コハク酸、又はフマル酸もしくはそれらの塩類を主成分とし、pHを水酸化アンモニウムで7.5〜8.2に保持した培地で細菌を培養する方法が開示されている(特許文献3)。この方法は、細菌を継体培養して細菌を増殖させ、動的平衡を保たせた後に、培地条件又は培養条件の一部を変化させて培養し、物質代謝の平衡をずらして発酵を行い、リジンを培地中に高濃度で蓄積させるというものである。
特開2002−223770号公報 特開2002−223771号公報 特開昭49−126891号公報 酵素ハンドブック 初版、636ページ 朝倉書店 K. Soda et al., Biochem. Biophys. Res. Com., (1969) vol.34, p.34-39 D. L. Sabo et al., Biochemistry, (1974),vol.13, p.662-670 S. Ramakrishna et al., Phytochemistry, (1976) vol.15, p.83-86 N. Watson et al., Journal of bacteriology, (1992) vo.174, p.530-540 S. Y. Meng et al. Journal of bacteriology (1992) vol.174, p2659−2669 新高分子化学序論、22ページ、化学同人(伊勢典夫ら、1995、ISBN4-7598-0258-4)
By the way, as a method for producing lysine by fermentation, bacteria are cultured in a medium mainly composed of adipic acid, succinic acid, fumaric acid or salts thereof, and maintained at pH 7.5 to 8.2 with ammonium hydroxide. Is disclosed (Patent Document 3). In this method, the bacteria are subcultured to proliferate the bacteria, and after maintaining the dynamic equilibrium, the culture is performed by changing the medium conditions or a part of the culture conditions, and the fermentation is performed by shifting the equilibrium of the substance metabolism. The lysine is accumulated at a high concentration in the medium.
JP 2002-223770 A JP 2002-223771 A Japanese Patent Laid-Open No. 49-126871 Enzyme Handbook First Edition, 636 pages Asakura Shoten K. Soda et al., Biochem. Biophys. Res. Com., (1969) vol. 34, p. 34-39 DL Sabo et al., Biochemistry, (1974), vol.13, p.662-670 S. Ramakrishna et al., Phytochemistry, (1976) vol.15, p.83-86 N. Watson et al., Journal of bacteriology, (1992) vo.174, p.530-540 SY Meng et al. Journal of bacteriology (1992) vol.174, p2659-2669 Introduction to New Polymer Chemistry, page 22, Chemical Doujin (Ise Norio et al., 1995, ISBN 4-7598-0258-4)

本発明の課題は、ナイロン製造の原料となるジアミンとしてカダベリンを、重合反応に利用しやすい形で、且つ、経済的に製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for economically producing cadaverine as a diamine as a raw material for producing nylon in a form that can be easily used for a polymerization reaction.

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を行った結果、リジンの酵素的脱炭酸反応において、遊離リジンを原料として用い、リジン溶液のpHをジカルボン酸の添加により酵素反応の最適pHに調整し、それにLDCを作用させ、さらに酵素的脱炭酸反応中に上昇するpHを、前記ジカルボン酸を加えて中和しながら脱炭酸反応を行うことにより、リジンの脱炭酸反応により生成するカダベリンを、ジカルボン酸塩として得ることが可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies. As a result, in enzymatic decarboxylation of lysine, free lysine was used as a raw material, and the pH of the lysine solution was adjusted to the optimum level by adding dicarboxylic acid. It is generated by decarboxylation of lysine by adjusting to pH, allowing LDC to act on it, and further decarboxylation while neutralizing the pH that rises during enzymatic decarboxylation by adding the dicarboxylic acid. It has been found that cadaverine can be obtained as a dicarboxylate, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は以下のとおりである。
(1)リジン溶液に、同溶液のpHが酵素的脱炭酸反応に適したpHに維持されるようにジカルボン酸を加えながら、リジンの酵素的脱炭酸反応を行うことにより、カダベリン・ジカルボン酸塩を生成させる、カダベリン・ジカルボン酸塩の製造法。
(2)反応液のpHを4.0〜8.0に維持する、(1)の方法。
(3)前記ジカルボン酸が、炭素数4〜10のジカルボン酸である(1)又は(2)の方法。
(4)前記ジカルボン酸がアジピン酸である(3)の方法。
(5)前記酵素的脱炭酸反応を、リジン脱炭酸酵素、又はリジン脱炭酸酵素を産生する細胞もしくは同細胞の処理物を用いて行う(1)〜(4)のいずれかの方法。
(6)前記細胞が、リジン脱炭酸酵素活性が上昇するように改変された細胞である、(5)の方法。
(7)前記細胞が、リジン脱炭酸酵素をコードする遺伝子のコピー数を高めること、又は同遺伝子の発現が増強されるように、同遺伝子の発現調節配列が改変されたことにより、リジン脱炭酸酵素活性が上昇した組換え細胞である、(6)の方法。
(8)前記細胞がエシェリヒア・コリ細胞であり、リジン脱炭酸酵素をコードする遺伝子がcadA遺伝子である、(7)の方法。
(9)リジン溶液に、同溶液のpHが酵素的脱炭酸反応に適したpHに維持されるようにジカルボン酸を加えながら、リジンの酵素的脱炭酸反応を行うことにより、カダベリン・ジカルボン酸塩を生成させる工程と、前記工程で得られたカダベリン・ジカルボン酸塩を重縮合させることによりナイロンを生成させる工程を含む、ナイロンの製造法。
That is, the present invention is as follows.
(1) Cadaverine dicarboxylate is obtained by carrying out enzymatic decarboxylation of lysine while adding dicarboxylic acid to the lysine solution so that the pH of the solution is maintained at a pH suitable for enzymatic decarboxylation. To produce cadaverine dicarboxylate.
(2) The method of (1), wherein the pH of the reaction solution is maintained at 4.0 to 8.0.
(3) The method of (1) or (2), wherein the dicarboxylic acid is a dicarboxylic acid having 4 to 10 carbon atoms.
(4) The method according to (3), wherein the dicarboxylic acid is adipic acid.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the enzymatic decarboxylation reaction is performed using lysine decarboxylase, a cell that produces lysine decarboxylase, or a treated product of the cell.
(6) The method according to (5), wherein the cell is a cell modified to increase lysine decarboxylase activity.
(7) When the cell increases the copy number of a gene encoding lysine decarboxylase, or the expression regulatory sequence of the gene is modified so that expression of the gene is enhanced, lysine decarboxylation The method according to (6), which is a recombinant cell having an increased enzyme activity.
(8) The method according to (7), wherein the cell is an Escherichia coli cell, and the gene encoding lysine decarboxylase is a cadA gene.
(9) Cadaverine dicarboxylate is obtained by performing enzymatic decarboxylation of lysine while adding dicarboxylic acid to the lysine solution so that the pH of the solution is maintained at a pH suitable for enzymatic decarboxylation. And a process for producing nylon by polycondensation of the cadaverine dicarboxylate obtained in the above process.

本発明により、カダベリン・ジカルボン酸塩を簡易な工程で製造することができる。本発明により得られるカダベリン・ジカルボン酸塩は、ナイロン製造の重合反応にそのまま利用することができる。   According to the present invention, cadaverine dicarboxylate can be produced by a simple process. The cadaverine dicarboxylate obtained by the present invention can be used as it is for the polymerization reaction of nylon production.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の方法では、リジン溶液に、同溶液のpHが酵素的脱炭酸反応に適したpHに維持されるようにジカルボン酸を加えながら、リジンの酵素的脱炭酸反応を行うことにより、カダベリン・ジカルボン酸塩を生成させる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the method of the present invention, the cadaverine-decarboxylation reaction is performed by adding a dicarboxylic acid to the lysine solution so that the pH of the solution is maintained at a pH suitable for the enzymatic decarboxylation reaction. A dicarboxylate is formed.

原料として用いるリジンとしては、通常、遊離塩基(リジンベース)であることが好ましいが、リジンのジカルボン酸塩であってもよい。リジンは、酵素的脱炭酸反応によりカダベリンを生成するものであれば、L−リジン、D−リジンのいずれであってもよいが、通常はL−リジンが好ましい。また、本発明の方法に用いるリジンは、精製されたリジンであってもよく、酵素的脱炭酸反応により生成するカダベリンがジカルボン酸と塩を形成することが可能であれば、リジンを含む発酵液であってもい。   The lysine used as a raw material is usually preferably a free base (lysine base), but may be a dicarboxylic acid salt of lysine. The lysine may be either L-lysine or D-lysine as long as it produces cadaverine by enzymatic decarboxylation reaction, but L-lysine is usually preferred. The lysine used in the method of the present invention may be a purified lysine, and if cadaverine produced by enzymatic decarboxylation can form a salt with a dicarboxylic acid, a fermentation broth containing lysine. Even so.

リジン溶液を調製する溶媒としては、好適には水が用いられる。本発明においては、反応液のpHをジカルボン酸によって調整するため、他のpH調整剤や緩衝剤を用いる必要がないが、前記溶媒として緩衝液を用いてもよい。このような緩衝液としては、酢酸ナトリウム緩衝液等が挙げられる。但し、カダベリンとジカルボン酸との塩を形成させるという点からは、緩衝剤等は用いないか、低濃度に抑えることが好ましい。   As a solvent for preparing the lysine solution, water is preferably used. In the present invention, since the pH of the reaction solution is adjusted with dicarboxylic acid, it is not necessary to use other pH adjusting agents or buffering agents, but a buffer solution may be used as the solvent. Examples of such a buffer include sodium acetate buffer. However, from the viewpoint of forming a salt of cadaverine and dicarboxylic acid, it is preferable not to use a buffering agent or the like or to suppress it to a low concentration.

前記リジンとして遊離リジンを用いる場合は、リジン溶液にジカルボン酸を加えて、酵素的脱炭酸反応に適したpHとなるように調整する。具体的には、前記pHとしては、通常約4.0〜8.0、好ましくは約5.0〜7.0、より好ましくは約5.5〜6.5が挙
げられる。尚、リジンとして、リジンのジカルボン酸塩を用いる場合は、反応液調製時にジカルボン酸を加える必要はない。以下、前記のように、反応液のpHを酵素的脱炭酸反応に適したpHに調製することを、「中和」と呼ぶことがある。
When free lysine is used as the lysine, dicarboxylic acid is added to the lysine solution to adjust the pH to be suitable for the enzymatic decarboxylation reaction. Specifically, the pH is usually about 4.0 to 8.0, preferably about 5.0 to 7.0, and more preferably about 5.5 to 6.5. When lysine dicarboxylate is used as lysine, it is not necessary to add dicarboxylic acid when preparing the reaction solution. Hereinafter, adjusting the pH of the reaction solution to a pH suitable for the enzymatic decarboxylation reaction as described above may be referred to as “neutralization”.

前記ジカルボン酸としては、リジンの酵素的脱炭酸反応を阻害せず、かつ、カダベリンとの重縮合反応によってナイロンを生成し得るものであれば特に制限されないが、例えば炭素数4〜10のジカルボン酸、好ましくは直鎖状分子の両末端にカルボキシル基を有するジカルボン酸、具体的にはコハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等が挙げられる。ジカルボン酸は、遊離酸であることが好ましい。   The dicarboxylic acid is not particularly limited as long as it does not inhibit the enzymatic decarboxylation reaction of lysine and can form nylon by polycondensation reaction with cadaverine. For example, the dicarboxylic acid has 4 to 10 carbon atoms. Preferably, dicarboxylic acids having carboxyl groups at both ends of the linear molecule, specifically succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid and the like can be mentioned. The dicarboxylic acid is preferably a free acid.

リジンの酵素的脱炭酸反応は、例えば、上記のようにして中和されたリジン溶液に、LDCを添加することによって行うことができる。前記LDCとしては、リジンに作用してカダベリンを生成させるものであれば特に制限はない。LDCとしては、精製酵素を用いてもよいし、LDCを産生する微生物、植物細胞又は動物細胞等の細胞を用いてもよい。LDC又はそれを産生する細胞は、1種でもよく、2種以上の混合物であってもい。また、細胞をそのまま用いてもよく、LDCを含む細胞処理物を用いてもよい。細胞処理物としては、細胞破砕液、及びその分画物が挙げられる。
微生物、植物細胞又は動物細胞等の細胞を用いて酵素反応を行う場合、有機溶媒や界面活性剤等で処理した細胞を用いると基質の透過性が良くなり、反応性が向上する場合があることが一般的に知られている。リジンの酵素的脱炭酸反応においても、LDCを産生する細胞を有機溶媒や界面活性剤等で処理することにより、反応性を高めることができる。処理する界面活性剤としてはTriton X-100、Tween 20、コール酸ナトリウム、CHAPS、有機溶媒としてはアセトン、キシレン、トルエンなどが使用可能である。さらに具体的にはTriton X-100を用いる場合、0.01%〜1.0%(w/v)濃度を添加し、0℃〜37℃で、2分〜1時間の処理が適当である。
The enzymatic decarboxylation reaction of lysine can be performed, for example, by adding LDC to the lysine solution neutralized as described above. The LDC is not particularly limited as long as it acts on lysine to produce cadaverine. As the LDC, a purified enzyme may be used, or a cell such as a microorganism, a plant cell, or an animal cell that produces LDC may be used. One type of LDC or a cell producing the same may be used, or a mixture of two or more types may be used. Further, the cells may be used as they are, or a cell treatment product containing LDC may be used. Examples of the cell treatment product include a cell disruption solution and a fraction thereof.
When performing enzymatic reactions using cells such as microorganisms, plant cells, or animal cells, using cells treated with organic solvents or surfactants may improve the permeability of the substrate and improve the reactivity. Is generally known. Also in the enzymatic decarboxylation reaction of lysine, the reactivity can be enhanced by treating cells producing LDC with an organic solvent, a surfactant or the like. Triton X-100, Tween 20, sodium cholate and CHAPS can be used as the surfactant to be treated, and acetone, xylene, toluene and the like can be used as the organic solvent. More specifically, when using Triton X-100, a concentration of 0.01% to 1.0% (w / v) is added, and treatment at 0 ° C. to 37 ° C. for 2 minutes to 1 hour is appropriate. .

前記微生物としては、E. coli等のエシェリヒア属細菌、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)等のコリネ型細菌、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)等のバチルス属細菌、セラチア・マルセッセンス(Serratia marcescens)等のセラチア属細菌等の細菌、サッカロマイセス セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)等の真核細胞が挙げられる。これらの中では細菌、特にE. coliが好ましい。   Examples of the microorganism include Escherichia bacteria such as E. coli, coryneform bacteria such as Brevibacterium lactofermentum, Bacillus bacteria such as Bacillus subtilis, Serratia marcescens. ) Such as Serratia bacteria, and eukaryotic cells such as Saccharomyces cerevisiae. Of these, bacteria, particularly E. coli, are preferred.

前記微生物は、LDCを産生する限り、野生株でもよく、変異株であってもよい。また、LDC活性が上昇するように改変された組換え株であってもよい。植物細胞又は動物細胞も、LDC活性が上昇するように改変された組換え細胞を用いることができる。組換え細胞については、後述する。   The microorganism may be a wild strain or a mutant strain as long as it produces LDC. Further, a recombinant strain modified so as to increase LDC activity may be used. Plant cells or animal cells can also be recombinant cells that have been modified to increase LDC activity. The recombinant cell will be described later.

リジン溶液にLDCを添加して反応を開始した後は、反応の進行に伴い、リジンから遊離される炭酸ガスが反応液から放出され、pHが上昇する。したがって、反応液のpHが前記範囲となるように、ジカルボン酸を反応液に添加する。通常、このジカルボン酸は、原料のリジンの中和に用いたジカルボン酸と同じものを用いる。ジカルボン酸は連続的に添加してもよく、pHが前記範囲に維持される限り、分割して添加してもよい。反応条件は、LDCがリジンに作用してカダベリンを生成させる条件であれば特に制限はないが、温度は、通常20℃〜60℃、好ましくは30℃〜40℃で行う。   After starting the reaction by adding LDC to the lysine solution, as the reaction proceeds, carbon dioxide released from the lysine is released from the reaction solution, and the pH rises. Therefore, dicarboxylic acid is added to the reaction solution so that the pH of the reaction solution is in the above range. Usually, this dicarboxylic acid is the same as the dicarboxylic acid used for neutralization of the raw material lysine. The dicarboxylic acid may be added continuously, or may be added in portions as long as the pH is maintained in the above range. The reaction conditions are not particularly limited as long as LDC acts on lysine to produce cadaverine, but the temperature is usually 20 ° C to 60 ° C, preferably 30 ° C to 40 ° C.

原料のリジン又はリジン・ジカルボン酸は、反応開始時に反応液に全量添加してもよく、LDC反応の進行に応じて、分割して添加してもよい。   The raw material lysine or lysine / dicarboxylic acid may be added in total to the reaction solution at the start of the reaction, or may be added in portions as the LDC reaction proceeds.

酵素反応は、バッチ式によって行うと、ジカルボン酸の添加を容易に行うことができる。また、LDC、LDCを産生する細胞又はその処理物を固定化した担体を用いた移動床カラムクロマトグラフィーによって、反応を行うこともできる。その場合は、反応系のpHが所定の範囲に維持されたまま反応が進行するように、リジン及びジカルボン酸をカラムの適当な部位に注入すればよい。   When the enzymatic reaction is carried out batchwise, the dicarboxylic acid can be easily added. The reaction can also be carried out by moving bed column chromatography using a carrier on which LDC, LDC-producing cells or treatments thereof are immobilized. In that case, lysine and dicarboxylic acid may be injected into an appropriate portion of the column so that the reaction proceeds while the pH of the reaction system is maintained within a predetermined range.

上記にようにして、リジンの酵素的脱炭酸反応により、カダベリン生成に伴って上昇するpHをジカルボン酸を用いて逐次中和することにより、酵素反応が良好に進行する。このようにして生成するカダベリンは、ジカルボン酸塩として反応液中に蓄積する。   As described above, the enzymatic reaction proceeds satisfactorily by neutralizing the pH, which increases with cadaverine production, sequentially with dicarboxylic acid by enzymatic decarboxylation of lysine. The cadaverine thus produced accumulates in the reaction solution as a dicarboxylate.

LDC反応により得られたカダベリン・ジカルボン酸塩は、反応液から公知の方法を組み合わせることによって単離、生成することができる。例えば、反応液をオートクレーブ等により殺菌した後、遠心分離により上清を回収し、活性炭等を用いて上清を脱色し、適宜濃縮する。カダベリン・ジカルボン酸塩は、使用態様に応じて、溶液のままであってもよく、結晶であってもよい。カダベリン・ジカルボン酸塩の結晶は、例えば、濃縮した反応液を冷却することによりカダベリン・ジカルボン酸塩を析出させることによって、形成させることができる。上記のようにして得られる結晶は、カダベリンとジカルボン酸を等モルで含んでいるため、ナイロン製造の原料として好適である。   The cadaverine dicarboxylate obtained by the LDC reaction can be isolated and produced from the reaction solution by combining known methods. For example, after the reaction solution is sterilized by an autoclave or the like, the supernatant is collected by centrifugation, and the supernatant is decolored using activated carbon or the like and concentrated as appropriate. The cadaverine dicarboxylate may be in a solution or a crystal depending on the use mode. The crystals of cadaverine dicarboxylate can be formed, for example, by precipitating cadaverine dicarboxylate by cooling the concentrated reaction solution. Since the crystals obtained as described above contain cadaverine and dicarboxylic acid in equimolar amounts, they are suitable as raw materials for producing nylon.

本発明により製造されるカダベリン・ジカルボン酸塩は、通常のナイロンの製造法と同様の方法で重縮合することにより、ナイロンが生成する。すなわち、本発明の一形態として、リジン溶液に、同溶液のpHが酵素的脱炭酸反応に適したpHに維持されるようにジカルボン酸を加えながら、リジンの酵素的脱炭酸反応を行うことにより、カダベリン・ジカルボン酸塩を生成させる工程と、前記工程で得られたカダベリン・ジカルボン酸塩を重縮合させることによりナイロンを生成させる工程を含む、ナイロンの製造法が提供される。   The cadaverine dicarboxylate produced according to the present invention produces nylon by polycondensation by the same method as the usual method for producing nylon. That is, as one aspect of the present invention, an enzymatic decarboxylation reaction of lysine is performed while adding a dicarboxylic acid to a lysine solution so that the pH of the solution is maintained at a pH suitable for the enzymatic decarboxylation reaction. There is provided a method for producing nylon, comprising a step of producing cadaverine dicarboxylate and a step of producing nylon by polycondensation of the cadaverine dicarboxylate obtained in the above step.

次に、微生物を、LDC活性が上昇するように改変する方法について例示するが、他の細胞についても、それに適するように下記の方法を適宜改変することによって、同様にLDC活性を上昇させることができる。   Next, a method for modifying microorganisms so that LDC activity is increased will be exemplified. For other cells, LDC activity can be similarly increased by appropriately modifying the following method so as to be suitable for it. it can.

LDC活性は、例えば、LDCをコードする遺伝子(LDC遺伝子)の発現を増強することによって上昇する。LDC遺伝子の発現の増強は、LDC遺伝子のコピー数を高めることによって達成される。例えば、LDC遺伝子断片を、微生物で機能するベクター、好ましくはマルチコピー型のベクターと連結して組換えDNAを作製し、これを適当な宿主に導入して形質転換すればよい。   LDC activity is increased by, for example, enhancing expression of a gene encoding LDC (LDC gene). Enhanced expression of the LDC gene is achieved by increasing the copy number of the LDC gene. For example, an LDC gene fragment may be ligated with a vector that functions in a microorganism, preferably a multicopy vector, to produce a recombinant DNA, which is introduced into a suitable host and transformed.

LDC遺伝子のコピー数を高めることは、LDC遺伝子を微生物の染色体DNA上に多コピー存在させることによっても達成できる。微生物の染色体DNA上に遺伝子を多コピーで導入するには、染色体DNA上に多コピー存在する配列を標的に利用して相同組換えにより行う。染色体DNA上に多コピー存在する配列としては、レペティティブDNA、転移因子の端部に存在するインバーテッド・リピートが利用できる。あるいは、特開平2-109985号公報に開示されているように、目的遺伝子をトランスポゾンに搭載してこれを転移させて染色体DNA上に多コピー導入することも可能である。   Increasing the LDC gene copy number can also be achieved by having multiple copies of the LDC gene on the chromosomal DNA of the microorganism. In order to introduce a gene in multiple copies on the chromosomal DNA of a microorganism, homologous recombination is performed using a sequence present on the chromosomal DNA as a target. As a sequence present in multiple copies on chromosomal DNA, repetitive DNA and inverted repeats present at the end of a transposable element can be used. Alternatively, as disclosed in JP-A-2-109985, a target gene can be mounted on a transposon, transferred, and introduced in multiple copies on chromosomal DNA.

LDC活性の上昇は、上記の遺伝子増幅による以外に、染色体DNA上またはプラスミド上のLDC遺伝子のプロモーター等の発現調節配列を強力なものに置換することによっても達成される。例えば、lacプロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター等が強力なプロモーターとして知られている。また、国際公開WO 00/18935に開示されているように、遺伝子のプロモーター領域に数塩基の塩基置換を導入し、より強力なものに改変することも
可能である。これらのプロモーター置換または改変によりLDC遺伝子の発現が強化され、LDC活性が上昇する。これら発現調節配列の改変は、遺伝子のコピー数を高めることと組み合わせてもよい。
In addition to the gene amplification described above, the increase in LDC activity can also be achieved by replacing expression control sequences such as LDC gene promoters on chromosomal DNA or plasmid with strong ones. For example, lac promoter, trp promoter, trc promoter and the like are known as strong promoters. Further, as disclosed in International Publication WO 00/18935, it is possible to introduce a base substitution of several bases into the promoter region of a gene and modify it to be more powerful. These promoter substitutions or modifications enhance LDC gene expression and increase LDC activity. Modification of these expression regulatory sequences may be combined with increasing the copy number of the gene.

発現調節配列の置換は、例えば、温度感受性プラスミドを用いた遺伝子置換と同様にして行うことができる。E. coliの温度感受性複製起点を有するベクターとしては、例えばWO 99/03988号国際公開パンフレットに記載のプラスミドpMAN997等が挙げられる。また、λファージのレッド・リコンビナーゼ(Red recombinase)を利用した方法(Datsenko, K.A., PNAS (2000) 97(12), 6640-6645)によっても、発現調節配列の置換を行うことができる。   The replacement of the expression regulatory sequence can be performed, for example, in the same manner as the gene replacement using a temperature sensitive plasmid. Examples of a vector having a temperature-sensitive replication origin of E. coli include plasmid pMAN997 described in WO 99/03988 International Publication Pamphlet. The expression regulatory sequence can also be replaced by a method using red recombinase of λ phage (Datsenko, K.A., PNAS (2000) 97 (12), 6640-6645).

LDC遺伝子としては、コードされるLDCが、リジンの脱炭酸反応に有効に利用できるものであれば特に制限されないが、例えば、バクテリウム カダベリス、E. coli等の細菌や、ガラス豆等の植物、さらには、特開2002-223770号公報に記載の微生物のLDC遺伝子が挙げられる。   The LDC gene is not particularly limited as long as the encoded LDC can be effectively used for lysine decarboxylation. For example, bacteria such as bacteria cadaveris and E. coli, plants such as glass beans, Includes the LDC gene of microorganisms described in JP-A-2002-223770.

宿主微生物としてE. coliを用いる場合は、E. coli由来のLDC遺伝子が好ましい。E. coliのLDC遺伝子としては、cadA遺伝子及びldc遺伝子(米国特許第5,827,698号)が知られているが、これらの中ではcadA遺伝子が好ましい。E. coliのcadA遺伝子は配列が知られており(N. Watson et al., Journal of bacteriology, (1992) vo.174, p.530-540; S. Y. Meng et al. Journal of bacteriology (1992) vol.174, p2659−2669; GenBank accession M76411)、その配列に基づいて作製したプライマーを用いたPCRにより、E. coli染色体DNAから単離することができる。このようなプライマーとしては、配列番号1及び2に示す塩基配列を有するプライマーが挙げられる。
上記cadA遺伝子の塩基配列及びそれによってコードされるアミノ酸配列を、配列番号3及び4に示す。
When E. coli is used as the host microorganism, the LDC gene derived from E. coli is preferred. As the LDC gene of E. coli, the cadA gene and the ldc gene (US Pat. No. 5,827,698) are known, and among these, the cadA gene is preferable. The sequence of the cadA gene of E. coli is known (N. Watson et al., Journal of bacteriology, (1992) vo.174, p.530-540; SY Meng et al. Journal of bacteriology (1992) vol. .174, p2659-2669; GenBank accession M76411), and can be isolated from E. coli chromosomal DNA by PCR using primers prepared based on the sequence. Examples of such primers include primers having the base sequences shown in SEQ ID NOs: 1 and 2.
The nucleotide sequence of the cadA gene and the amino acid sequence encoded thereby are shown in SEQ ID NOs: 3 and 4.

取得されたLDC遺伝子とベクターを連結して組換えDNAを調製するには、LDC遺伝子の末端に合うような制限酵素でベクターを切断し、T4 DNAリガーゼ等のリガーゼを用いて前記遺伝子とベクターを連結すればよい。E. coli用のベクターとしては、pUC18、pUC19、pSTV29、pHSG299、pHSG399、pHSG398、RSF1010、pBR322、pACYC184、pMW219等が挙げられる。   To prepare the recombinant DNA by ligating the obtained LDC gene and the vector, cut the vector with a restriction enzyme that matches the end of the LDC gene, and use the ligase such as T4 DNA ligase to combine the gene and the vector. What is necessary is just to connect. Examples of vectors for E. coli include pUC18, pUC19, pSTV29, pHSG299, pHSG399, pHSG398, RSF1010, pBR322, pACYC184, pMW219 and the like.

LDC遺伝子は、野生型であってもよいし、変異型であってもよい。例えば、cadA遺伝子は、コードされるLDCの活性が損なわれない限り、1若しくは複数の位置での1若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、又は付加を含むLDCをコードするものであってもよい。ここで、「数個」とは、アミノ酸残基のタンパク質の立体構造における位置や種類によっても異なるが、具体的には2から50個、好ましくは、2から30個、より好ましくは2から10個である。上記のLDCの変異は、LDC活性が維持されるような保存的変異である。置換は、アミノ酸配列中の少なくとも1残基が除去され、そこに他の残基が挿入される変化である。LDCタンパク質の元々のアミノ酸を置換し、かつ、保存的置換とみなされるアミノ酸としては、Alaからser又はthrへの置換、argからgln、his又はlysへの置換、asnからglu、gln、lys、his又はaspへの置換、aspからasn、glu又はglnへの置換、cysからser又はalaへの置換、glnからasn、glu、lys、his、asp又はargへの置換、gluからasn、gln、lys又はaspへの置換、glyからproへの置換、hisからasn、lys、gln、arg又はtyrへの置換、ileからleu、met、val又はpheへの置換、leuからile、met、val又はpheへの置換、lysからasn、glu、gln、his又はargへの置換、metからile、leu、val又はpheへの置換、pheからtrp、tyr、met、ile又はleuへの置換、serからthr又はalaへの置換、thrからser又はalaへの置換、trpからphe又はtyrへの置換、tyrからhis、phe又はtrpへの置換、及び、valからmet、ile又はleuへの置換が挙げられる。   The LDC gene may be a wild type or a mutant type. For example, the cadA gene encodes an LDC containing a substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acids at one or more positions, as long as the activity of the encoded LDC is not impaired. May be. Here, “several” differs depending on the position and type of protein in the three-dimensional structure of amino acid residues, but specifically 2 to 50, preferably 2 to 30, more preferably 2 to 10 It is a piece. The aforementioned LDC mutation is a conservative mutation that maintains LDC activity. A substitution is a change in which at least one residue in the amino acid sequence is removed and another residue is inserted therein. Amino acids that replace the original amino acid of the LDC protein and are considered conservative substitutions include Ala to ser or thr, arg to gln, his or lys, asn to glu, gln, lys, his or asp substitution, asp to asn, glu or gln substitution, cys to ser or ala substitution, gln to asn, glu, lys, his, asp or arg substitution, glu to asn, gln, lys or asp substitution, gly to pro substitution, his to asn, lys, gln, arg or tyr substitution, ile to leu, met, val or phe, leu to ile, met, val or substitution from phe, substitution from lys to asn, glu, gln, his or arg, substitution from met to ile, leu, val or phe, substitution from phe to trp, tyr, met, ile or leu, from ser Substitution from thr or ala, substitution from thr to ser or ala, substitution from trp to phe or tyr, substitution from tyr to his, phe or trp, and substitution from val to met, ile or leu It is done.

上記のようなLDCと実質的に同一のタンパク質をコードするDNAは、例えば部位特異的変異法によって、特定の部位のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むように、cadA遺伝子の塩基配列を改変することによって得られる。また、上記のような改変されたDNAは、従来知られている変異処理によっても取得され得る。変異処理としては、変異処理前のDNAをヒドロキシルアミン等でインビトロ処理する方法、及び変異処理前のDNAを保持する微生物、例えばエシェリヒア属細菌を、紫外線照射またはN−メチル−N'−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(NTG)もしくはEMS等の通常変異処理に用いられている変異剤によって処理する方法が挙げられる。   DNA encoding a protein substantially the same as LDC as described above may contain a substitution, deletion, insertion, addition, or inversion of an amino acid residue at a specific site, for example, by site-directed mutagenesis. , Obtained by modifying the base sequence of the cadA gene. The modified DNA as described above can also be obtained by a conventionally known mutation treatment. As the mutation treatment, a method of treating DNA before mutation treatment with hydroxylamine or the like in vitro, and a microorganism that retains the DNA before mutation treatment, such as an Escherichia bacterium, are irradiated with ultraviolet rays or N-methyl-N′-nitro-N -A method of treating with a mutagen that is usually used for mutagenesis such as nitrosoguanidine (NTG) or EMS.

上記のような変異を有するDNAを、適当な細胞で発現させ、発現産物の活性を調べることにより、LDCと実質的に同一のタンパク質をコードするDNAが得られる。また、変異を有するLDCをコードするDNAまたはこれを保持する細胞から、例えばcadA遺伝子(GenBank accession M76411)のコード領域の配列、又は同配列の一部を有するプローブとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、LDCと同等の活性を有するタンパク質をコードするDNAが得られる。ここでいう「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。この条件を明確に数値化することは困難であるが、一例を示せば、相同性が高いDNA同士、例えば70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%、最も好ましくは95%以上の相同性を有するDNA同士がハイブリダイズし、それより相同性が低いDNA同士がハイブリダイズしない条件、あるいは通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である60℃、1×SSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1×SSC、0.1%SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件が挙げられる。   By expressing the DNA having the mutation as described above in an appropriate cell and examining the activity of the expression product, DNA encoding a protein substantially the same as LDC can be obtained. In addition, it hybridizes under stringent conditions with a DNA encoding a mutated LDC or a cell carrying the same with, for example, a sequence of the coding region of the cadA gene (GenBank accession M76411) or a probe having a part of the sequence. In addition, DNA encoding a protein having an activity equivalent to that of LDC can be obtained. The “stringent conditions” referred to herein are conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Although it is difficult to clearly quantify this condition, for example, highly homologous DNAs, for example, 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90%, most preferably 95% or more. The conditions are such that DNAs having the same homology hybridize with each other and DNAs having lower homology with each other do not hybridize with each other, or normal Southern hybridization washing conditions at 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS Preferably, the conditions include hybridization at a salt concentration corresponding to 0.1 × SSC and 0.1% SDS.

プローブとして、cadA遺伝子の一部の配列を用いることもできる。そのようなプローブは、公知のcadA遺伝子の塩基配列に基づいて作製したオリゴヌクレオチドをプライマーとし、cadA遺伝子を含むDNA断片を鋳型とするPCRによって作製することができる。プローブとして、300bp程度の長さのDNA断片を用いる場合には、ハイブリダイゼーションの洗いの条件は、50℃、2×SSC、0.1%SDSが挙げられる。   A partial sequence of the cadA gene can also be used as a probe. Such a probe can be prepared by PCR using an oligonucleotide prepared based on a known cadA gene base sequence as a primer and a DNA fragment containing the cadA gene as a template. When a DNA fragment having a length of about 300 bp is used as a probe, hybridization washing conditions include 50 ° C., 2 × SSC, and 0.1% SDS.

LDCと実質的に同一のタンパク質をコードするDNAとして具体的には、公知のcadA遺伝子がコードするアミノ酸配列と、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の相同性を有し、かつLDC活性を有するタンパク質をコードするDNAが挙げられる。   Specifically, the DNA encoding a protein substantially identical to LDC is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, most preferably the amino acid sequence encoded by a known cadA gene. Preferably, DNA encoding a protein having 95% or more homology and having LDC activity can be mentioned.

組換えDNAを微生物に導入するには、これまでに報告されている形質転換法に従って行えばよい。例えば、エシェリヒア・コリ K−12について報告されているような、受容菌細胞を塩化カルシウムで処理してDNAの透過性を増す方法(Mandel,M.and Higa,A.,J. Mol. Biol., 53, 159 (1970))があり、バチルス・ズブチリスについて報告されているような、増殖段階の細胞からコンピテントセルを調製してDNAを導入する方法( Duncan,C.H.,Wilson,G.A.and Young,F.E., Gene, 1, 153 (1977))がある。あるいは、バチルス・ズブチリス、放線菌類及び酵母について知られているような、DNA受容菌の細胞を、組換えDNAを容易に取り込むプロトプラストまたはスフェロプラストの状態にして組換えDNAをDNA受容菌に導入する方法( Chang,S.and Choen,S.N.,Molec. Gen. Genet., 168, 111 (1979);Bibb,M.J.,Ward,J.M.and Hopwood,O.A.,Nature, 274, 398 (1978);Hinnen,A.,Hicks,J.B.and Fink,G.R.,Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 1929 (1978))も応用できる。また、電気パルス法(特開平2-207791号公報)によっても、微生物の形質転換を行うことができる。   In order to introduce the recombinant DNA into the microorganism, transformation methods that have been reported so far may be used. For example, as reported for Escherichia coli K-12, a method in which recipient cells are treated with calcium chloride to increase DNA permeability (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol. , 53, 159 (1970)), and a method for preparing competent cells from proliferating cells and introducing DNA as reported for Bacillus subtilis (Duncan, CH, Wilson, GA and Young, FE, Gene, 1, 153 (1977)). Alternatively, DNA-receptive cells, such as those known for Bacillus subtilis, actinomycetes, and yeast, are introduced into the DNA-receptor cells in a protoplast or spheroplast state that readily incorporates recombinant DNA. (Chang, S. and Choen, SN, Molec. Gen. Genet., 168, 111 (1979); Bibb, MJ, Ward, JMand Hopwood, OA, Nature, 274, 398 (1978); Hinnen, A Hicks, JBand Fink, GR, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 1929 (1978)). Also, transformation of microorganisms can be performed by an electric pulse method (Japanese Patent Laid-Open No. 2-207791).

LDCを産生する微生物又は細胞を得るための培養は、用いる微生物又は細胞に応じて、L
DCの産生に適した方法によって行えばよい。
例えば、培地は、炭素源、窒素源、無機イオンおよび必要に応じその他の有機成分を含有する通常の培地でよい。炭素源としては、グルコース、ラクトース、ガラクトース、フラクトース、アラビノース、マルトース、キシロース、トレハロース、リボースや澱粉の加水分解物などの糖類、グリセロール、マンニトールやソルビトールなどのアルコール類、グルコン酸、フマール酸、クエン酸やコハク酸等の有機酸類を用いることができる。窒素源としては、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機アンモニウム塩、大豆加水分解物などの有機窒素、アンモニアガス、アンモニア水等を用いることができる。有機微量栄養素としては、ビタミンB1等のビタミン類、アデニンやRNA等の核酸類などの要求物質または酵母エキス等を適量含有させることが望ましい。これらの他に、必要に応じて、リン酸カルシウム、硫酸マグネシウム、鉄イオン、マンガンイオン等が少量添加される。
Culture to obtain microorganisms or cells that produce LDC depends on the microorganisms or cells used.
A method suitable for DC production may be used.
For example, the medium may be a normal medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic ions, and other organic components as required. Carbon sources include glucose, lactose, galactose, fructose, arabinose, maltose, xylose, trehalose, sugars such as ribose and starch hydrolysates, alcohols such as glycerol, mannitol and sorbitol, gluconic acid, fumaric acid, citric acid And organic acids such as succinic acid can be used. As the nitrogen source, inorganic ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium chloride and ammonium phosphate, organic nitrogen such as soybean hydrolysate, ammonia gas, aqueous ammonia and the like can be used. As organic micronutrients, it is desirable to contain appropriate amounts of required substances such as vitamins such as vitamin B1, nucleic acids such as adenine and RNA, or yeast extract. In addition to these, a small amount of calcium phosphate, magnesium sulfate, iron ion, manganese ion or the like is added as necessary.

培養は、例えばエシェリヒア・コリの場合は、好気的条件下で16〜72時間程度実施するのがよく、培養温度は30℃〜45℃に、培養中pHは5〜8に制御する。なお、pH調整には無機あるいは有機の酸性あるいはアルカリ性物質、さらにアンモニアガス等を使用することができる。   For example, in the case of Escherichia coli, the culture is preferably carried out under aerobic conditions for about 16 to 72 hours, and the culture temperature is controlled to 30 ° C. to 45 ° C., and the pH is controlled to 5 to 8 during the culture. In addition, an inorganic or organic acidic or alkaline substance, ammonia gas or the like can be used for pH adjustment.

尚、LDC遺伝子が、誘導可能なプロモーターによって発現が調節されている場合には、誘導剤を培地に添加する。
培養後、細胞は、遠心分離機や膜により集めることにより、培養液から回収することができる。細胞は、そのまま用いてもよいが、LDCを含むそれらの処理物を用いる場合は、細胞を超音波、フレンチプレス、または酵素的処理により破砕し酵素を抽出させ、無細胞抽出液とし、さらにそこからLDCを精製する場合には、常法に従い、硫安塩析、各種クロマトグラフィーを使用することによって精製することができる。
In addition, when the expression of the LDC gene is regulated by an inducible promoter, an inducing agent is added to the medium.
After culturing, the cells can be recovered from the culture solution by collecting them with a centrifuge or a membrane. The cells may be used as they are, but when using a treated product containing LDC, the cells are disrupted by ultrasonication, French press, or enzymatic treatment to extract the enzyme, and a cell-free extract is obtained. In the case of purifying LDC from, it can be purified by using ammonium sulfate salting out and various chromatographies according to a conventional method.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

〔実施例1〕エシェリヒア・コリのLDC増幅株の構築
E.coliのLDC遺伝子(cadA)の塩基配列(N. Watson et al., Journal of bacteriology, (1992) vo.174, p.530-540; S. Y. Meng and GN Bennet, Journal of bacteriology,
(1992) vol.174, p.2659-2669)を基に、配列番号1及び2に示す塩基配列を有するPCRプライマーを設計し、E. coli W3110(ATCC39936)の染色体を鋳型として、PCR法によりcadAを含むDNA断片を増幅した。
[Example 1] Construction of an LDC-amplified strain of Escherichia coli
E. Nucleotide sequence of LDC gene (cadA) of Escherichia coli (N. Watson et al., Journal of bacteriology, (1992) vo.174, p.530-540; SY Meng and GN Bennet, Journal of bacteriology,
(1992) vol.174, p.2659-2669), PCR primers having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 1 and 2 were designed. A DNA fragment containing cadA was amplified by PCR using the chromosome of E. coli W3110 (ATCC39936) as a template.

増幅されたDNA断片を、KpnIとSphIで切断し、得られた断片(2468bp)をpUC18(宝酒造(株))のKpnI及びSphI切断部位に挿入して、プラスミドpcadAを作製した(図1)。このプラスミドpcadAで、E.coli JM109株(宝酒造(株))を形質転換した。形質転換体は、アンピシリン耐性を指標として選択し、得られた形質転換体を、E.coli JM109/pcadAと命名した。   The amplified DNA fragment was cleaved with KpnI and SphI, and the obtained fragment (2468 bp) was inserted into the KpnI and SphI cleavage sites of pUC18 (Takara Shuzo Co., Ltd.) to prepare plasmid pcadA (FIG. 1). With this plasmid pcadA, Escherichia coli JM109 strain (Takara Shuzo Co., Ltd.) was transformed. Transformants were selected using ampicillin resistance as an index. It was named coli JM109 / pcadA.

〔実施例2〕cadA増幅株を用いた、リジン・アジピン酸塩からのカダベリン・アジピン酸塩の製造
(1)cadA増幅株の培養
E.coli JM109/pcadAをLB培地で前培養した後、50mlの培養液を500mlの2倍濃度LB培地(トリプトン:2%、酵母エキス:1%、NaCl:1%)が入った1L容ジャーファーメンター(エイブル社製)に接種し、通気量250ml/分、35℃、700rpmで通気攪拌培養を行った。15時間培養後、培養液全量を22Lの2倍濃度のLB培地が入った50L容ジャーファーメンターに接種して更に培養を行った。50Lジ
ャーでの培養条件は、通気量11L/分、35℃、ジャーの内圧50kPa、250rpmであった。培養4時間目に、3gのIPTG(イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド)を50mlの水に溶解した後、フィルターを通して添加した。その後22時間培養を続けた。
[Example 2] Production of cadaverine adipate from lysine adipate using cadA amplified strain (1) Cultivation of cadA amplified strain
E. After pre-culturing Escherichia coli JM109 / pcadA in LB medium, 1 ml of jar fermenter containing 50 ml of culture solution containing 500 ml of double concentration LB medium (tryptone: 2%, yeast extract: 1%, NaCl: 1%) (Able Co., Ltd.) was inoculated and cultured with aeration and stirring at an aeration rate of 250 ml / min, 35 ° C. and 700 rpm. After culturing for 15 hours, the whole culture solution was inoculated into a 50 L jar fermenter containing 22 L of LB medium having a double concentration, and further cultured. The culture conditions in the 50 L jar were an aeration rate of 11 L / min, 35 ° C., an internal pressure of the jar of 50 kPa, and 250 rpm. At 4 hours of culture, 3 g of IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) was dissolved in 50 ml of water and then added through a filter. Thereafter, the culture was continued for 22 hours.

(2)菌体の分離
17,000rpm、フィード速度550ml/分の条件下で、チューブラー分離機により培養液からの菌体回収を行った。回収した菌体を円筒内シートよりかきとり、1Lの生理食塩水に懸濁して菌体液を得た。回収された菌体の湿重量は147gであった。
(2) Separation of bacterial cells The bacterial cells were collected from the culture solution using a tubular separator under the conditions of 17,000 rpm and a feed rate of 550 ml / min. The collected microbial cells were scraped from the cylinder inner sheet and suspended in 1 L of physiological saline to obtain a microbial cell solution. The wet weight of the collected cells was 147 g.

(3)カダベリン・アジピン酸塩の製造
50%(w/v)リジンベース溶液(第一ファインケミカル製)に、pHが6.0となるようにアジピン酸を添加して、リジン・アジピン酸塩溶液を調製し、基質溶液とした。リジン濃度に換算して終濃度50g/Lとなるように基質溶液を水に加え、更にピリドキサルリン酸を0.1mMとなるよう加えて反応液を調製し、これにE.coli JM109/pcadAの菌体液(菌体湿重量147g)を添加して反応を開始した。反応は50Lジャーファーメンターに22Lの反応液を仕込んで行った。反応条件は、37℃、1/10vvm通気、250rpm、内圧5kPaとした。反応液のpHは、アジピン酸スラリー(250g/kg-HO)を添加して、6.0に制御した。
(3) Manufacture of cadaverine adipate Addition of adipic acid to 50% (w / v) lysine base solution (Daiichi Fine Chemical) so that the pH is 6.0 Was prepared as a substrate solution. A substrate solution is added to water to a final concentration of 50 g / L in terms of lysine concentration, and pyridoxal phosphate is added to 0.1 mM to prepare a reaction solution. The reaction was started by adding a bacterial cell solution of Escherichia coli JM109 / pcadA (wet cell weight 147 g). The reaction was carried out by charging a 22 L reaction solution into a 50 L jar fermenter. The reaction conditions were 37 ° C., 1/10 vvm aeration, 250 rpm, and an internal pressure of 5 kPa. The pH of the reaction solution was controlled at 6.0 by adding adipic acid slurry (250 g / kg-H 2 O).

反応2時間目、3時間目に、それぞれリジン1kg相当の基質溶液を添加して更に反応を続け、反応6時間でリジンはほぼ100%カダベリンに転換された。リジンとカダベリンの測定は、HPLCを用いたポストカラムOPA法(S.R. Vale and M. B. Gloria, Journal Of AOAC International (1997) vol. 80, p. 1006-1012)によった。測定結果は以下のとおりである。   At the second and third hours of the reaction, a substrate solution corresponding to 1 kg of lysine was added and the reaction was further continued. In 6 hours of reaction, lysine was converted to almost 100% cadaverine. Lysine and cadaverine were measured by a post-column OPA method using HPLC (S. R. Vale and M. B. Gloria, Journal Of AOAC International (1997) vol. 80, p. 1006-1012). The measurement results are as follows.

カダベリン濃度 69g/L(0.68M)
アジピン酸濃度 105g/L(0.72M)
残リジン濃度 <1g/l
カダベリン得量 2.2kg (21mol)
リジン仕込量 3.1kg (21mol)
転換収率 100%(mol/mol)
Cadaverine concentration 69g / L (0.68M)
Adipic acid concentration 105g / L (0.72M)
Residual lysine concentration <1 g / l
Cadaverine yield 2.2 kg (21 mol)
Charge of lysine 3.1kg (21mol)
Conversion yield 100% (mol / mol)

以上のように、カダベリンとアジピン酸をほぼ等モルで含むカダベリン・アジピン酸塩溶液を得た。   As described above, a cadaverine-adipate solution containing cadaverine and adipic acid in approximately equimolar amounts was obtained.

〔実施例3〕カダベリン・アジピン酸塩結晶の取得
(1)カダベリン・アジピン酸塩溶液の除菌
実施例2で得られたカダベリン・アジピン酸溶液を120℃、10分間オートクレーブ殺菌した後、遠心分離にて上清を回収した。
[Example 3] Acquisition of cadaverine / adipate crystals (1) Disinfection of cadaverine / adipate solution The cadaverine / adipate solution obtained in Example 2 was autoclaved at 120 ° C. for 10 minutes and then centrifuged. The supernatant was recovered.

(2)脱色および濃縮
前記上清に、活性炭を対カダベリン重量で20%添加し、20℃で1時間攪拌しながら脱色した。ろ紙で活性炭を除去して、得られたろ液を減圧下(55〜60℃、110〜150mmHg)で4〜5倍に濃縮した。濃縮液の固形分は70〜77%であった。
(2) Decolorization and concentration To the supernatant, activated carbon was added at a weight of 20% by weight with respect to cadaverine, and decolorized while stirring at 20 ° C. for 1 hour. Activated carbon was removed with filter paper, and the obtained filtrate was concentrated 4-5 times under reduced pressure (55-60 ° C., 110-150 mmHg). The solid content of the concentrate was 70-77%.

(3)カダベリン・アジピン酸塩の晶析および結晶分離
前記濃縮液を、60℃から10℃まで4℃/時間で冷却し、結晶を析出させた。晶析率は、40〜45%であった。析出した結晶を、遠心ろ過機で分離回収後、デシケーター内で数日風乾した。得られた結晶は、X線結晶解析(AFC-5S(株)リガク製、解析プ
ログラム;TEXAN)により分析したところ、カダベリン・アジピン酸塩・二水和物であり、純度は99%以上であった。この結晶は、カダベリンとアジピン酸が等モルの結晶であり、そのまま、ナイロンの重合反応に利用することができる。
(3) Crystallization and crystal separation of cadaverine adipate The concentrated solution was cooled from 60 ° C to 10 ° C at 4 ° C / hour to precipitate crystals. The crystallization rate was 40 to 45%. The precipitated crystals were separated and recovered with a centrifugal filter and then air-dried for several days in a desiccator. The obtained crystal was analyzed by X-ray crystal analysis (AFC-5S, manufactured by Rigaku Corporation, analysis program: TEXAN). As a result, it was cadaverine, adipate, dihydrate, and the purity was 99% or more. It was. This crystal is an equimolar crystal of cadaverine and adipic acid and can be used as it is for the polymerization reaction of nylon.

〔実施例4〕cadA増幅株を用いた、リジン・コハク酸塩からのカダベリン・コハク酸塩の製造
E. coli JM109/pcadAをLB培地50mlおよびアンピシリン100mg/Lが入った500ml坂口フラスコに接種し、28℃で8時間前培養した。この培養液12mlを500mlの2倍濃度LB培地が入った1L容ジャーファーメンター(エイブル社製)に接種し、通気量250ml/分、35℃、700rpmで通気撹拌培養を行った。培養3.5時間目に、終濃度0.67mMとなるよう、IPTG(イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド)を添加した。その後、12.5時間培養を続けた。8,000rpm、10分の遠心分離を行い、上清を除去して培養液から菌体を回収した。回収した菌体は−80℃で凍結保管し、使用時に氷上で融解させ、純水に懸濁して酵素液とした。回収した菌体の湿重量は10.3g/培養液1L であった。
[Example 4] Production of cadaverine succinate from lysine succinate using cadA amplified strain
E. coli JM109 / pcadA was inoculated into a 500 ml Sakaguchi flask containing 50 ml of LB medium and 100 mg / L of ampicillin, and pre-cultured at 28 ° C. for 8 hours. 12 ml of this culture solution was inoculated into a 1 L jar fermenter (manufactured by Able) containing 500 ml of double LB medium, and aerated and stirred culture was performed at an aeration rate of 250 ml / min at 35 ° C. and 700 rpm. At 3.5 hours of culture, IPTG (isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) was added to a final concentration of 0.67 mM. Thereafter, the culture was continued for 12.5 hours. Centrifugation was performed at 8,000 rpm for 10 minutes, the supernatant was removed, and the cells were collected from the culture solution. The collected cells were stored frozen at −80 ° C., thawed on ice at the time of use, and suspended in pure water to obtain an enzyme solution. The wet weight of the collected cells was 10.3 g / liter of culture solution.

50%(w/v)リジンベース溶液(第一ファインケミカル製)に、pHが6.0となるようにコハク酸を添加して、リジン・コハク酸塩溶液を調製し、基質溶液とした。リジン濃度に換算して終濃度100g/Lとなるように基質溶液に水を加え、更にピリドキサルリン酸を0.1mMとなるよう加えて反応液を調製し、これにE. coli JM109/pcadAの菌体液(菌体湿重量0.309g)を添加して反応を開始した。反応は1L容ジャーファーメンターに0.3Lの反応液を仕込んで行った。反応条件は、37℃、1/10vvm通気、200rpmとした。反応液のpHはコハク酸結晶を、仕込みリジン量に対し等モル量(24.23g)まで投入して6.0に制御し、その後はpH制御なしに3時間反応を行った。反応終了時点でのpHは7.2であった。   A lysine / succinate solution was prepared by adding succinic acid to a 50% (w / v) lysine base solution (manufactured by Daiichi Fine Chemical Co., Ltd.) so that the pH was 6.0. Water is added to the substrate solution to a final concentration of 100 g / L in terms of lysine concentration, and pyridoxal phosphate is further added to a concentration of 0.1 mM to prepare a reaction solution, to which E. coli JM109 / pcadA is added. Body fluid (wet cell weight 0.309 g) was added to initiate the reaction. The reaction was performed by charging 0.3 L of the reaction liquid into a 1 L jar fermenter. The reaction conditions were 37 ° C., 1/10 vvm aeration, and 200 rpm. The pH of the reaction solution was controlled to 6.0 by adding succinic acid crystals to an equimolar amount (24.23 g) with respect to the amount of lysine charged, and then reacted for 3 hours without pH control. The pH at the end of the reaction was 7.2.

リジンとカダベリンを、HPLCを用いたポストカラムOPA法により測定した結果を以下に示した。脱炭酸反応は良好に進行し、カダベリンとコハク酸をほぼ等モルで含むカダベリン・コハク酸塩溶液が得られた。   The results of measuring lysine and cadaverine by the post-column OPA method using HPLC are shown below. The decarboxylation reaction proceeded well, and a cadaverine / succinate solution containing cadaverine and succinic acid in approximately equimolar amounts was obtained.

カダベリン濃度 69.5g/L(0.685M)
残リジン濃度 0.17g/L
コハク酸添加濃度 78.3g/L(0.663M)
カダベリン得量 21.6g(213mmol)
リジン仕込量 30g(204mmol)
転換収率 103%
Cadaverine concentration 69.5g / L (0.685M)
Residual lysine concentration 0.17 g / L
Succinic acid added concentration 78.3 g / L (0.663M)
Cadaverine yield 21.6 g (213 mmol)
Lysine charge 30g (204mmol)
Conversion yield 103%

〔実施例5〕cadA増幅株を用いた、リジン・セバシン酸塩からのカダベリン・セバシン酸塩の製造
実施例4と同様に、E. coli JM109/pcadA を1L容ジャーファーメンター(エイブル社製)で培養し、菌体を回収した。50%(w/v)リジンベース溶液(第一ファインケミカル製)に、pHが6.6となるようセバシン酸を添加して、リジン・セバシン酸塩溶液を調製し、基質溶液とした。リジン濃度に換算して終濃度100g/Lとなるように基質溶液に水を加え、更にピリドキサルリン酸を0.1mMとなるよう加えて反応液を調製し、これにE. coli JM109/pcadAの菌体液(菌体湿重量0.309g)を添加して反応を開始した。反応は1L容ジャーファーメンターに0.3Lの反応液を仕込んで行った。反応条件は、37℃、1/10vvm通気、200rpmとした。反応液のpHは、セバシン酸結晶を、仕込みリジン量に対し等モル量(41.51g)まで投入して6.6に制御し、その後はpH制御なしに3時間反応を行った。反応終了時点でのpHは7.1であった。
[Example 5] Production of cadaverine sebacate from lysine sebacate using cadA amplified strain In the same manner as in Example 4, 1 L jar fermenter (manufactured by Able) of E. coli JM109 / pcadA was used. And the cells were collected. Sebacic acid was added to a 50% (w / v) lysine base solution (manufactured by Daiichi Fine Chemical) so that the pH was 6.6 to prepare a lysine / sebacate salt solution, which was used as a substrate solution. Water is added to the substrate solution to a final concentration of 100 g / L in terms of lysine concentration, and pyridoxal phosphate is further added to a concentration of 0.1 mM to prepare a reaction solution, to which E. coli JM109 / pcadA is added. Body fluid (wet cell weight 0.309 g) was added to initiate the reaction. The reaction was performed by charging 0.3 L of the reaction liquid into a 1 L jar fermenter. The reaction conditions were 37 ° C., 1/10 vvm aeration, and 200 rpm. The pH of the reaction solution was controlled to 6.6 by adding sebacic acid crystals to an equimolar amount (41.51 g) with respect to the amount of charged lysine, and then reacted for 3 hours without pH control. The pH at the end of the reaction was 7.1.

リジンとカダベリンを、HPLCを用いたポストカラムOPA法により測定した結果を以下に示した。脱炭酸反応は良好に進行し、カダベリンとセバシン酸をほぼ等モルで含むカダベリン・セバシン酸塩溶液が得られた。   The results of measuring lysine and cadaverine by the post-column OPA method using HPLC are shown below. The decarboxylation reaction proceeded well, and a cadaverine / sebacate solution containing cadaverine and sebacic acid in approximately equimolar amounts was obtained.

カダベリン濃度 63.4g/L(0.622M)
残リジン濃度 0.17g/L
セバシン酸濃度 128.9g/L(0.637M)
カダベリン得量 20.2g(198mmol)
リジン仕込量 30g(204mmol)
転換収率 97%
Cadaverine concentration 63.4g / L (0.622M)
Residual lysine concentration 0.17 g / L
Sebacic acid concentration 128.9 g / L (0.637M)
Cadaverine yield 20.2g (198mmol)
Lysine charge 30g (204mmol)
Conversion yield 97%

E. coliのcadA遺伝子を持つプラスミドpcadAの構造を示す図。The figure which shows the structure of plasmid pcadA which has the cadA gene of E. coli.

Claims (9)

リジン溶液に、同溶液のpHが酵素的脱炭酸反応に適したpHに維持されるようにジカルボン酸を加えながら、リジンの酵素的脱炭酸反応を行うことにより、カダベリン・ジカルボン酸塩を生成させる、カダベリン・ジカルボン酸塩の製造法。 Cadaverine dicarboxylate is formed by performing enzymatic decarboxylation of lysine while adding dicarboxylic acid to the lysine solution so that the pH of the solution is maintained at a pH suitable for enzymatic decarboxylation. , Method for producing cadaverine dicarboxylate. 前記pHが4.0〜8.0である請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the pH is 4.0 to 8.0. 前記ジカルボン酸が、炭素数4〜10のジカルボン酸である請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the dicarboxylic acid is a dicarboxylic acid having 4 to 10 carbon atoms. 前記ジカルボン酸がアジピン酸である請求項3に記載の方法。 The method of claim 3, wherein the dicarboxylic acid is adipic acid. 前記酵素的脱炭酸反応を、リジン脱炭酸酵素、又はリジン脱炭酸酵素を産生する細胞もしくは同細胞の処理物を用いて行う請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the enzymatic decarboxylation reaction is performed using lysine decarboxylase, a cell that produces lysine decarboxylase, or a treated product of the cell. 前記細胞が、リジン脱炭酸酵素活性が上昇するように改変された細胞である、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the cell is a cell modified to increase lysine decarboxylase activity. 前記細胞が、リジン脱炭酸酵素をコードする遺伝子のコピー数を高めること、又は同遺伝子の発現が増強されるように、同遺伝子の発現調節配列が改変されたことにより、リジン脱炭酸酵素活性が上昇した組換え細胞である、請求項6に記載の方法。 The cell has increased the copy number of a gene encoding lysine decarboxylase, or the expression regulatory sequence of the gene has been modified so that expression of the gene is enhanced, whereby lysine decarboxylase activity is increased. 7. The method of claim 6, wherein the method is an elevated recombinant cell. 前記細胞がエシェリヒア・コリ細胞であり、リジン脱炭酸酵素をコードする遺伝子がcadA遺伝子である、請求項7に記載の方法。 The method according to claim 7, wherein the cell is an Escherichia coli cell, and the gene encoding lysine decarboxylase is a cadA gene. リジン溶液に、同溶液のpHが酵素的脱炭酸反応に適したpHに維持されるようにジカルボン酸を加えながら、リジンの酵素的脱炭酸反応を行うことにより、カダベリン・ジカルボン酸塩を生成させる工程と、前記工程で得られたカダベリン・ジカルボン酸塩を重縮合させることによりナイロンを生成させる工程を含む、ナイロンの製造法。 Cadaverine dicarboxylate is formed by performing enzymatic decarboxylation of lysine while adding dicarboxylic acid to the lysine solution so that the pH of the solution is maintained at a pH suitable for enzymatic decarboxylation. The manufacturing method of nylon including the process and the process of producing | generating nylon by polycondensing the cadaverine dicarboxylate salt obtained at the said process.
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