JP2006325520A - 3−ハロ−1,2−プロパンジオールの製造方法及びそれに用いる微生物 - Google Patents

3−ハロ−1,2−プロパンジオールの製造方法及びそれに用いる微生物 Download PDF

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Abstract

【課題】微生物を利用した3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造方法及びそれに用いる微生物を提供する。
【解決手段】エピハロヒドリンを3-ハロ-1,2-プロパンジオールに変換する能力を有するリゾビウム(Rhizobium)属又はレイフソニア(Leifsonia)属に属する微生物、微生物が受領番号FERM AP-20452で特定されるリゾビウム・ラジオバクター (Rhizobium radiobacter MRC01株)、及びレイフソニア(Leifsonia)属に属する微生物が受領番号FERM AP-20453で特定されるレイフソニア エスピー(Leifsonia sp. MRC03株)、並びに上記のいずれかに記載の微生物又はその処理物をエピハロヒドリンと接触させ、3-ハロ-1,2-プロパンジオールを回収する3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、医薬中間体の原料または中間体として有用な3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造方法及びそれに用いる微生物に関する。
これまで下記一般式(1)
Figure 2006325520
で示される化合物を脱ハロゲン化及び/又はエポキシドの開環をする酵素として、シュードモナス(Pseudomonas)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ミクロバクテリウム(Microbacterium)属、オウレオバクテリウム(Aureobacterium)属又はアグロバクテリウム(Agrobacterium)属微生物由来のものが知られている。例えば、コリネバクテリウム属、ミクロバクテリウム属、オウレオバクテリウム属、アグロバクテリウム属に属する微生物の脱ハロゲン化酵素の作用により、1,3-ジハロ-2-プロパノールから光学活性3-ハロ-1,2-プロパンジオールを製造する方法(特許文献1〜3)、エピハロヒドリンから光学活性3-ハロ-1,2-プロパンジオールを製造する方法(特許文献2、4、5)及びアグロバクテリウム由来脱ハロゲン化酵素遺伝子組換え微生物を使用した光学活性3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造法(特許文献6)が知られている。
また、この他にもシュードモナス属、アルカリゲネス属を利用し、3-ハロ-1,2-プロパンジオールから(S)体又は(R)体を資化させ、残留する(R)体又は(S)体を回収する方法(特許文献7)や(R)-1-アシロキシ-3-クロロ-2-プロパノールを加水分解することで(S)-3-クロロ-1,2-プロパンジオールを得る方法(特許文献8)が知られている。
しかし、上述の方法で使用されている酵素は、シュードモナス(Pseudomonas)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ミクロバクテリウム(Microbacterium)属、オウレオバクテリウム(Aureobacterium)属又はアグロバクテリウム(Agrobacterium)属に属する微生物由来の酵素のみであった。
特開平02−291280号公報 特開平05−219965号公報 特開平04−94689号公報 特開平02−283295号公報 特開平04−94690号公報 特開平10−210981号公報 特開2004−41076号公報 特開平11−103878号公報
本発明の目的は、微生物を利用した3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造方法及びそれに用いる微生物を提供することにある。
すなわち、本発明は、以下の発明を包含する。
下記一般式(1)で示される化合物を、下記一般式(2) で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールに変換する能力を有するリゾビウム(Rhizobium)属、若しくはレイフソニア(Leifsonia)属に属する微生物。
Figure 2006325520
Figure 2006325520
リゾビウム・ラジオバクター (Rhizobium radiobacter )MRC01株(FERM AP-20452)である上記微生物、レイフソニア エスピー (Leifsonia sp.)MRC03株(FERM AP-20453)である上記微生物、並びに、上記のいずれかに記載の微生物又はその処理物を下記一般式(1)で示される化合物と接触させ、下記一般式(2) で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールを回収する3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造方法。
Figure 2006325520
Figure 2006325520
本発明によれば、微生物を利用した3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造方法及びそれに用いる微生物を提供することができる。
本発明に係る微生物としては、上記一般式(1)で示される化合物を上記一般式(2)で示される化合物(3-ハロ-1,2-プロパンジオール)に変換する能力を有するリゾビウム(Rhizobium)属に属する微生物又はレイフソニア(Leifsonia)属に属する微生物が挙げられ、好ましくはリゾビウム・ラジオバクター (Rhizobium radiobacter )MRC01株(以下、「MRC01株」という。)及びレイフソニア エスピー(Leifsonia sp.)MRC03株(以下、「MRC03株」という。)が挙げられる。
以下にMRC01株及びMRC03株の分類学的性質を説明する。
〔分類学的性質〕
MRC01株及びMRC03株は、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1-1-1中央第6)に平成17年3月9日付で寄託されており、その受領番号はMRC01株がFERM AP-20452及びMRC03株がFERM AP-20453である。
MRC01株及びMRC03株について、株式会社エヌシーアイエムビー・ジャパン(NCIMB Japan Co., LTD)に委託して、16S rRNA遺伝子の塩基配列(MRC01株が469bp、MRC03株が506bp)を決定(MicroSeq 500 16S rDNA Bacterial Sequencing Kit (Applied Biosystems, CA, USA)を使用)し、さらに16S rRNA遺伝子の塩基配列に基づく分子系統樹を作製し、系統分析を行った。決定されたMRC01株の16S rRNA遺伝子の塩基配列を配列番号1に示す。また、MRC03株の16S rRNA遺伝子の塩基配列を配列番号2に示す。
得られた16S rRNAの塩基配列を用いて相同性検索を行い、相同率上位10株を決定した。更に検索された上位10株とMRC03株の16S rRNAを用いて近接結合法により分子系統樹を作製し、MRC01株及びMRC03株の近縁種及び帰属分類の検討を行った。相同性検索及び系統樹の作製にはMicroSeq Microbial Identification System Software1.4.1を使用した。
相同性解析の結果、MRC01株の16S rRNA部分塩基配列は、相同率100%でリゾビウム・ラジオバクター (Rhizobium radiobacter)の16S rRNAと一致した。また、リゾビウム エスピー(Rhizobium sp.)GH-2001株等の16S rRNAと一致した。MRC03株の16S rRNA部分塩基配列は相同率98.4%でレイフソニア ポアエ(Leifsonia poae)の16S rRNAに対し最も高い相同性を示した。その他にもレイフソニア(Leifsonia)由来の16S RDNAが検出された。16S rDNAを用いた解析において基準株に対して相同率が97%以上の場合、同種である可能性があるが、二つの塩基配列は完全に一致しなかった。よって、レイフソニア ポアエ(Leifsonia poae)に近縁であるが系統的に異なる菌株であると判断した。
以上の事から、MRC01株は、リゾビウム・ラジオバクター (Rhizobium radiobacter)に属する菌株であると判断した。また、MRC03株は、レイフソニア(Leifsonia)属に属する菌株であると判断した。
MRC01株又はMRC03株を含む本発明に係る微生物の培養方法は、当該微生物が生育できる方法であればいずれの方法でもよい。
培養に使用する培地は、本発明に係る微生物が生育することができれば、天然培地又は合成培地のいずれでもよい。炭素源としては、例えば、グルコース、シュークロース、マルトースやフルクトース等の糖類、酢酸、クエン酸やフマル酸等の有機酸あるいはその塩、またはエタノールやグリセロール等のアルコール類等を使用できる。窒素源としては、例えば、ペプトン、肉エキス、酵母エキスやアミノ酸等の一般天然窒素源の他、各種無機、有機酸アンモニウム塩等が使用できる。その他、硫酸、塩酸、燐酸やホウ酸等の無機酸あるいはその塩、用いられる微生物が利用可能なナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウム等を含む無機塩、鉄、マンガン、亜鉛、コバルト、ニッケル微量金属塩、微生物育成促進剤としてビタミンB1、B2、C、K等のビタミン等が必要に応じて適宜添加される。さらに、誘導剤を培地に添加することで、一般式(1)で示される化合物を一般式(2)で示される化合物(3-ハロ-1,2-プロパンジオール)に変換する能力を有する酵素の酵素量を高めることができる。誘導剤としては、一般式(1)に示す化合物が挙げられる。例えば、1,3-ジクロロ-2-プロパノール、1,3-ジブロモ-2-プロパノール、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、3-クロロ-1,2-プロパンジオール、3-ブロモ-1,2-プロパンジオール等である。
本発明に係る微生物の培養は、通常、振盪培養又は通気攪拌培養等の好気的条件下、10〜50℃、好ましくは25〜45℃で行う。pHの調整は、無機又は有機酸、アルカリ溶液等を用いて行い、pH2〜11、好ましくはpH5〜9、特に好ましくはpH7〜8に設定すれば良い。培養時間は、好ましくは1〜96時間、特に好ましくは8〜72時間である。
本発明に係る微生物は、培養により得られた微生物が触媒として使用される。微生物は、一般式(1)から一般式(2)の変換を触媒する。
その使用形態は、該触媒活性を示す限り特に制限されず、培養液そのまま又は該培養物から遠心分離等の集菌操作によって得られる微生物菌体、培養上清、菌体処理物又は常法により固定化した菌体等の形で、利用することができる。処理物としては、例えば、アセトン、トルエン等で処理した菌体、菌体の破砕物、無細胞抽出物、粗酵素、精製酵素、遺伝子操作微生物等が挙げられ、菌体の破砕物、無細胞抽出物、粗酵素、精製酵素又は遺伝子操作微生物が好ましい。
ここで、遺伝子操作微生物とは、酵素を発現し得るように宿主細胞中に該酵素をコードする遺伝子が組み込まれた微生物のことである。遺伝子操作微生物の使用形態も上記と同様に特に制限されない。また、一般に、菌体処理物、粗酵素、精製酵素又は遺伝子操作微生物等の形態では微生物菌体、菌体培養液等に比べて酵素活性が上昇することがある。
本発明において一般的に使用される基質は一般式(1)で示される。
Figure 2006325520
ハロゲン原子は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、塩素、臭素が特に好ましい。具体的には、1,3-ジフルオロ-2-プロパノール, 1,3-ジクロロ-2-プロパノール、1,3-ジブロモ-2-プロパノール、1,3-ジヨード-2-プロパノール、エピフルオロヒドリン、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンエピヨードヒドリン等が挙げられる。1,3-ジクロロ-2-プロパノール、1,3-ジブロモ-2-プロパノール、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンが好ましい。
上記一般式(1)で表される化合物は、上記微生物又はその処理物と接触させることにより下記一般式(2)で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールが生成する。
Figure 2006325520
例えば、3-フルオロ-1,2-プロパンジオール、3-クロロ-1,2-プロパンジオール、3-ブロモ-1,2-プロパンジオール、3-ヨード-1,2-プロパンジオール等である。光学活性3-クロロ-1,2-プロパンジオール、光学活性3-ブロモ-1,2-プロパンジオール等の光学活性体が特に好ましい。
「接触」とは、培養物又はその処理物中の酵素触媒が酵素として機能し、当該酵素触媒と基質とが酵素反応する状態であればよい。酵素として機能する条件は、例えば、pH4〜10、好ましくはpH6〜9、温度は5〜50℃、好ましくは10〜40℃であることに起因して、本条件下で、本発明に係る微生物又はその処理物と基質とを接触させることが好ましい。
微生物又はその処理物を一般式(1)で示される化合物に接触させて一般式(2) で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールを得る反応について、以下に示す。
反応液中の一般式(1)で表される基質の濃度は、 0.01〜15(W/V) %とすることが好ましい。この範囲内であると酵素安定性の観点から好ましい。基質濃度を10%以下とすることが特に好ましい。
基質は反応液に一括して加えるかあるいは分割添加することができる。分割添加により基質濃度を一定とすることが3-ハロ-1,2-プロパンジオールの蓄積性の観点から好ましい。
反応液の溶媒としては、水又は緩衝液が好ましい。緩衝液としては、例えば、リン酸、ホウ酸、クエン酸、グルタル酸、リンゴ酸、マロン酸、o-フタル酸、コハク酸又は酢酸等の塩等によって構成される緩衝液、トリス(Tris)緩衝液あるいはグッド緩衝液等が挙げられる。この溶媒であると酵素活性の最適pH4〜10の付近であることから好ましい。溶媒は、水とすることが特に好ましい。
反応時間は基質濃度、微生物又はその処理物の酵素量あるいはその他の反応条件等によって適時選択する。反応時間は、0.1〜120 時間で終了するように条件を設定することが好ましい。反応時間は、0.1〜48時間とすることが特に好ましい。この範囲内であると生産性の観点から好ましい。
また、反応系内に微生物又はその処理物及び基質を添加する順序は問わない。例えば、培養液あるいは遠心分離等により得られた微生物又はその処理物に基質を添加する方法や微生物の培養時に基質を培養液に添加して培養と同時に反応を行う方法等が挙げられる。
本発明に係る一般式(2)で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールの回収は、以下の方法で行うことができる。培養物又はその処理物と生成化合物との混合物が菌体又は細胞を含む場合には、遠心分離等により菌体又は細胞を除去し、次いで、濾過、濃縮、各種クロマトグラフィー、抽出、活性炭処理及び蒸留等の通常の方法に単独で又は適宜組み合わせて適用する。あるいは、混合物を、濾過、濃縮、各種クロマトグラフィー、抽出、活性炭処理及び蒸留等の通常の方法に単独で又は適宜組み合わせて直接適用してもよい。
例えば、反応液から遠心分離により菌体を除いた後、有機溶媒で抽出を行い、その有機相から減圧下に溶媒を除去することにより3-ハロ-1,2-プロパンジオールのシロップを得ることができる。また、これらのシロップを減圧下に蒸留することによりさらに精製することもできる。
以上のように、本発明に係る一般式(2)で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造方法によれば、一般式(1)の化合物から一般式(2)で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールを効率よく製造することができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
なお、3-ハロ-1,2-プロパンジオールの定量及び光学純度は、下記の分析条件でガスクロマトグラフィーを用いて決定した。
<3-ハロ-1,2-プロパンジオールの定量>
試料調製方法: 試料を等量の酢酸エチルに溶解
装置: カラムオーブン 島津製作所社製 GC-17A
インテグレータ 島津製作所社製 C-R5A
カラム: DB−5 J&W Scientific社製
キャリヤー: He 純度 99.995%以上
メイクアップガス: He 純度 99.995%以上
検出器ガス: 水素 純度 99.995%以上
カラム温度: 50℃から10℃ずつ昇温して、250℃で5分保持
インジェクション温度: 250℃
デテクタ温度: 250℃
線速度 : 35 cm/s
リテンションタイム:10min
<3-ハロ-1,2-プロパンジオールの光学純度>
試料調製方法:反応液から等量の塩化メチレンで抽出を行い、p-toluenesulfonateを用いて誘導体化した後、減圧下で溶媒を除去してシロップを得、シロップ中の3-クロロ1,2-プロパンジオールを200μlのキャリアに溶解して、高速液体クロマトグラフィ−による光学異性体の分析を行う。
装置: カラムオーブン 島津製作所社製 CTO―6AUV
ポンプ ジャスコ社製 PU―1580
インテグレーター sic社製 Chromatocoder 21J
UV ジャスコ社製 UV 1575
カラム: CHIRALCEL OC ダイセル化学工業社製
キャリヤー: ヘキサン/2-プロパノール=98.5/1.5(容積比)
カラム温度: 40 ℃
流速: 2.5mL/min
波長: 235nm
リテンションタイム:S体 20min
R体 26min
光学純度(エナンチオマー過剰率;%e.e.)は、 (S)- 3-ハロ-1,2-プロパンジオール及び(R)- 3-ハロ-1,2-プロパンジオールのHPLCによる各ピーク面積から、以下の式によって算出することができる。
R>Sの場合:R体の光学純度(%e.e.)=(R−S/R+S)×100
S>Rの場合:S体の光学純度(%e.e.)=(S−R/R+S)×100
S:(S)- 3-ハロ-1,2-プロパンジオールのピーク面積
R:(R)- 3-ハロ-1,2-プロパンジオールのピーク面積
[調製例1]
培地(培地組成;グルコース1%、ペプトン0.5%、肉エキス0.3%、酵母エキス0.3%)をpH7.0に調整し500ml三角フラスコに100mlずつ分注し、121℃で15分滅菌した。培地を常温に戻してから、メンブレンフィルターで除菌した25(w/v)%の3-クロロ-1,2-プロパンジオール水溶液を0.8ml添加した。
[調製例2]
3-クロロ-1,2-プロパンジオール水溶液に代えてエピクロロヒドリンを0.1ml添加した以外は、調製例1と同様の方法で培地を作成した。
[実施例1]
調製例1で作製された培地に、レイフソニア エスピー(Leifsonia sp.)MRC03株(FERM AP-20453)をピペットマンで100μl接種し30℃で48時間振とう培養を行った。この培養液を各々遠心分離(15000xg)して菌体を集菌した。これに100mM Tris―HCl(pH8.0)緩衝液100mlを加えた。その後、遠心分離(15000xg)して菌体の洗浄を行った。その後、780mMの1,3-ジクロロ−2-プロパノール溶液(1Mリン酸緩衝液pH7.0)100mlに菌体を懸濁し、反応を30℃で23時間振とうして行った。
反応後、反応液を遠心分離(15000xg)し、菌体を除去した。上清中の生成3-クロロ1,2-プロパンジオールをガスクロマトグラフィーで定量し、基質からの収率を求めた。結果、600mMの3-クロロ-1,2-プロパンジオールが生成していた。また、この上清に50mlの塩化メチレンを加えて抽出を行い、p-toluenesulfonateを用いて誘導体化した後、減圧下で溶媒を除去してシロップを得、シロップ中の3-クロロ1,2-プロパンジオールを200μlのキャリヤーに溶解して、高速液体クロマトグラフィ−による光学異性体の分析を行った。3-クロロ-1,2-プロパンジオールの光学純度はR体83%eeであった。
[実施例2]
終濃度110mMとなるようエピクロロヒドリンを1MTris-HCl緩衝液(pH8.0)35mlに添加した後、菌体を懸濁した以外は実施例1と同様の方法で行った。
結果、86mMの3-クロロ-1,2-プロパンジオールが生成していた。3-クロロ-1,2-プロパンジオールの光学純度は、R体32%eeであった。
[実施例3]
調製例2で作製された培地に、リゾビウム・ラジオバクター(Rhizobium radiobacter )MRC01株(FERM AP-20452)を接種し30℃で48時間振とう培養を行った。この培養液を各々遠心分離(15000xg)して菌体を集菌した。これに100mM 燐酸緩衝液(pH7.0)100mlを加え、遠心分離(15000xg)して菌体の洗浄を行った。同緩衝液50mlに、菌を懸濁し菌液とした。その後、156mMの1,3-ジクロロ-2-プロパノール溶液(1M燐酸緩衝液pH7.0)100mlに上記菌液50mlを混合し、反応を20℃で30分間振とうして行った。反応後、反応液を遠心分離(15000xg)し、菌体を除去した。実施例1と同様の方法で分析した結果、156mMの3-クロロ-1,2-プロパンジオールが生成していた。3-クロロ-1,2-プロパンジオールの光学純度は、S体95%eeであった。
[実施例4]
菌体の洗浄を100mM Tris-HCl緩衝液100mlで行った以外は実施例3と同様の方法で行った。同緩衝液50mlに、菌を懸濁し菌液とした。終濃度110mMとなるようエピクロロヒドリンを1MTris-HCl緩衝液(pH8.0)35mlに添加し、上記菌液50mlを混合し、反応を30℃で23時間振とうして行った以外は実施例3と同様の方法で行った。その結果、70mMの3-クロロ-1,2-プロパンジオールが生成していた。シロップの比旋光度は、S体の光学純度5%eeであった。
[実施例5]
100mM Tris-HCl(pH8.0)緩衝液140mlで3回洗浄した以外は実施例1と同様の方法で行った。同緩衝液50mlに、培養して得られた菌を遠心分離(15000xg)して得たものを懸濁し、超音波で菌体を破砕した。得られた菌体破砕液を遠心分離して上清を回収した。この上清を粗酵素液とした。粗酵素液に1,3-ジクロロ−2−プロパノールを終濃度50mMになるよう添加し、反応を20℃で50分間振とうして行った。分析した結果、36mMの3-クロロ-1,2-プロパンジオールが生成していた。光学純度が87%eeで(R)-3-クロロ-1,2-プロパンジオールあった。
[実施例6]
実施例3と同様の方法でリゾビウム・ラジオバクター (Rhizobium radiobacter )MRC01株(FERM AP-20452)の菌体を得た。実施例5と同様の方法で粗酵素液を得た。得られた粗酵素液に1,3-ジクロロ−2−プロパノールを終濃度50mMになるよう添加し、反応を20℃で30分間振とうして行った。分析した結果、46mMの3-クロロ-1,2-プロパンジオールが生成していた。光学純度が96%eeの(S)-3-クロロ-1,2-プロパンジオールであった。

Claims (4)

  1. 下記一般式(1)で示される化合物を、下記一般式(2) で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールに変換する能力を有するリゾビウム(Rhizobium)属、若しくはレイフソニア(Leifsonia)属に属する微生物。
    Figure 2006325520
    Figure 2006325520
  2. 微生物がリゾビウム・ラジオバクター (Rhizobium radiobacter )MRC01株(FERM AP-20452)である請求項1記載の微生物。
  3. 微生物が、レイフソニア エスピー (Leifsonia sp.)MRC03株(FERM AP-20453)である請求項1記載の微生物。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の微生物又はその処理物を下記一般式(1)で示される化合物と接触させ、下記一般式(2) で示される3-ハロ-1,2-プロパンジオールを回収する3-ハロ-1,2-プロパンジオールの製造方法。
    Figure 2006325520
    Figure 2006325520
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