JP2021527399A - Method for producing abundant cell culture medium using chemosynthetic autotrophic microorganisms - Google Patents
Method for producing abundant cell culture medium using chemosynthetic autotrophic microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021527399A JP2021527399A JP2020568733A JP2020568733A JP2021527399A JP 2021527399 A JP2021527399 A JP 2021527399A JP 2020568733 A JP2020568733 A JP 2020568733A JP 2020568733 A JP2020568733 A JP 2020568733A JP 2021527399 A JP2021527399 A JP 2021527399A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- medium
- cells
- autotrophic
- inoculum
- concentrated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001651 autotrophic effect Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 244000005700 microbiome Species 0.000 title abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 23
- 239000006143 cell culture medium Substances 0.000 title description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 claims description 39
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 20
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 18
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 claims description 17
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims description 15
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 15
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 14
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 13
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 12
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 claims description 11
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 claims description 10
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 claims description 10
- -1 carotinoid Chemical class 0.000 claims description 9
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 claims description 9
- 241000191025 Rhodobacter Species 0.000 claims description 8
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 claims description 8
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 claims description 8
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 claims description 8
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 claims description 8
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 241000233866 Fungi Species 0.000 claims description 7
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 claims description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 claims description 6
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 claims description 6
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000005556 hormone Substances 0.000 claims description 6
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 claims description 6
- 241000203069 Archaea Species 0.000 claims description 5
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 5
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 5
- 241001528539 Cupriavidus necator Species 0.000 claims description 4
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 claims description 4
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 claims description 4
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 claims description 4
- 239000010685 fatty oil Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 241000589346 Methylococcus capsulatus Species 0.000 claims description 3
- 241001524101 Rhodococcus opacus Species 0.000 claims description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 claims description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 2
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 claims description 2
- 235000021466 carotenoid Nutrition 0.000 claims description 2
- 150000001747 carotenoids Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 claims description 2
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims 2
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 claims 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims 1
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 claims 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims 1
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 claims 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 abstract description 137
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 abstract description 36
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 abstract description 36
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 21
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 abstract description 13
- 239000007320 rich medium Substances 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 99
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 46
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 16
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 13
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 13
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 9
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 9
- 239000000306 component Substances 0.000 description 9
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 7
- 241000894007 species Species 0.000 description 7
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 5
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 4
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 240000001929 Lactobacillus brevis Species 0.000 description 4
- 235000013957 Lactobacillus brevis Nutrition 0.000 description 4
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 4
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 4
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 4
- 241000191023 Rhodobacter capsulatus Species 0.000 description 3
- 241000191043 Rhodobacter sphaeroides Species 0.000 description 3
- 241000190932 Rhodopseudomonas Species 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 3
- 244000059267 chemoautotrophic organism Species 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 3
- 244000059217 heterotrophic organism Species 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 3
- 239000006151 minimal media Substances 0.000 description 3
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 3
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 3
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 2
- GHOKWGTUZJEAQD-ZETCQYMHSA-N (D)-(+)-Pantothenic acid Chemical compound OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(O)=O GHOKWGTUZJEAQD-ZETCQYMHSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000238421 Arthropoda Species 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000186000 Bifidobacterium Species 0.000 description 2
- 241001528480 Cupriavidus Species 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000001046 Lactobacillus acidophilus Species 0.000 description 2
- 235000013956 Lactobacillus acidophilus Nutrition 0.000 description 2
- 244000199866 Lactobacillus casei Species 0.000 description 2
- 235000013958 Lactobacillus casei Nutrition 0.000 description 2
- 241001147746 Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis Species 0.000 description 2
- 241000186840 Lactobacillus fermentum Species 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 241000589345 Methylococcus Species 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 241001117114 Paracoccus zeaxanthinifaciens Species 0.000 description 2
- 241000194017 Streptococcus Species 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 150000008064 anhydrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000007640 basal medium Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N ciprofloxacin Chemical compound C12=CC(N3CCNCC3)=C(F)C=C2C(=O)C(C(=O)O)=CN1C1CC1 MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003501 co-culture Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 235000012041 food component Nutrition 0.000 description 2
- 239000012737 fresh medium Substances 0.000 description 2
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 2
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 2
- 229940039695 lactobacillus acidophilus Drugs 0.000 description 2
- 229940017800 lactobacillus casei Drugs 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 210000004962 mammalian cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 2
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 2
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 2
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000006041 probiotic Substances 0.000 description 2
- 235000018291 probiotics Nutrition 0.000 description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 239000012137 tryptone Substances 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 108010088751 Albumins Proteins 0.000 description 1
- 102000009027 Albumins Human genes 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 241000235349 Ascomycota Species 0.000 description 1
- 241000228212 Aspergillus Species 0.000 description 1
- 241000228245 Aspergillus niger Species 0.000 description 1
- 240000006439 Aspergillus oryzae Species 0.000 description 1
- 235000002247 Aspergillus oryzae Nutrition 0.000 description 1
- 238000000035 BCA protein assay Methods 0.000 description 1
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 1
- 241000193749 Bacillus coagulans Species 0.000 description 1
- 241000193422 Bacillus lentus Species 0.000 description 1
- 241000194108 Bacillus licheniformis Species 0.000 description 1
- 241001158232 Bacillus magaterium Species 0.000 description 1
- 241000194107 Bacillus megaterium Species 0.000 description 1
- 241000194103 Bacillus pumilus Species 0.000 description 1
- 244000063299 Bacillus subtilis Species 0.000 description 1
- 235000014469 Bacillus subtilis Nutrition 0.000 description 1
- 241000606125 Bacteroides Species 0.000 description 1
- 241001221145 Bacteroides pyogenes Species 0.000 description 1
- 241000221198 Basidiomycota Species 0.000 description 1
- 241000186018 Bifidobacterium adolescentis Species 0.000 description 1
- 241000901050 Bifidobacterium animalis subsp. lactis Species 0.000 description 1
- 241000186016 Bifidobacterium bifidum Species 0.000 description 1
- 241000186012 Bifidobacterium breve Species 0.000 description 1
- 241001608472 Bifidobacterium longum Species 0.000 description 1
- 241000186015 Bifidobacterium longum subsp. infantis Species 0.000 description 1
- 241001468229 Bifidobacterium thermophilum Species 0.000 description 1
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 1
- 241000131407 Brevundimonas Species 0.000 description 1
- 108091033409 CRISPR Proteins 0.000 description 1
- 238000010354 CRISPR gene editing Methods 0.000 description 1
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241000661938 Capsus Species 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- GHOKWGTUZJEAQD-UHFFFAOYSA-N Chick antidermatitis factor Natural products OCC(C)(C)C(O)C(=O)NCCC(O)=O GHOKWGTUZJEAQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 1
- 241001656809 Clostridium autoethanogenum Species 0.000 description 1
- 238000011537 Coomassie blue staining Methods 0.000 description 1
- 241000960359 Cupriavidus basilensis Species 0.000 description 1
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000194031 Enterococcus faecium Species 0.000 description 1
- 241000206602 Eukaryota Species 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N Glycolic acid Chemical class OCC(O)=O AEMRFAOFKBGASW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000921809 Hydrogenothermus Species 0.000 description 1
- 241000921774 Hydrogenothermus marinus Species 0.000 description 1
- 241001137856 Hydrogenovibrio Species 0.000 description 1
- 241001138401 Kluyveromyces lactis Species 0.000 description 1
- LEVWYRKDKASIDU-IMJSIDKUSA-N L-cystine Chemical compound [O-]C(=O)[C@@H]([NH3+])CSSC[C@H]([NH3+])C([O-])=O LEVWYRKDKASIDU-IMJSIDKUSA-N 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N L-glutamine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N L-tyrosine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 1
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000186660 Lactobacillus Species 0.000 description 1
- 244000199885 Lactobacillus bulgaricus Species 0.000 description 1
- 235000013960 Lactobacillus bulgaricus Nutrition 0.000 description 1
- 241001134659 Lactobacillus curvatus Species 0.000 description 1
- 241000186673 Lactobacillus delbrueckii Species 0.000 description 1
- 240000002605 Lactobacillus helveticus Species 0.000 description 1
- 235000013967 Lactobacillus helveticus Nutrition 0.000 description 1
- 241001468157 Lactobacillus johnsonii Species 0.000 description 1
- 241000186605 Lactobacillus paracasei Species 0.000 description 1
- 241000831743 Lactobacillus parafarraginis Species 0.000 description 1
- 240000006024 Lactobacillus plantarum Species 0.000 description 1
- 235000013965 Lactobacillus plantarum Nutrition 0.000 description 1
- 241000186604 Lactobacillus reuteri Species 0.000 description 1
- 241000218588 Lactobacillus rhamnosus Species 0.000 description 1
- 241000186869 Lactobacillus salivarius Species 0.000 description 1
- 241000194034 Lactococcus lactis subsp. cremoris Species 0.000 description 1
- 239000006391 Luria-Bertani Medium Substances 0.000 description 1
- 241000589323 Methylobacterium Species 0.000 description 1
- 241000589308 Methylobacterium extorquens Species 0.000 description 1
- 241000589354 Methylosinus Species 0.000 description 1
- 241000589351 Methylosinus trichosporium Species 0.000 description 1
- 241000237852 Mollusca Species 0.000 description 1
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N Niacin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000605159 Nitrobacter Species 0.000 description 1
- 241001495402 Nitrococcus Species 0.000 description 1
- 241000192147 Nitrosococcus Species 0.000 description 1
- 241000605122 Nitrosomonas Species 0.000 description 1
- 241001057811 Paracoccus <mealybug> Species 0.000 description 1
- 241000191996 Pediococcus pentosaceus Species 0.000 description 1
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 1
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 1
- BELBBZDIHDAJOR-UHFFFAOYSA-N Phenolsulfonephthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2S(=O)(=O)O1 BELBBZDIHDAJOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000186428 Propionibacterium freudenreichii Species 0.000 description 1
- 241000186334 Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii Species 0.000 description 1
- 241001528479 Pseudoflavonifractor capillosus Species 0.000 description 1
- 102000007056 Recombinant Fusion Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010008281 Recombinant Fusion Proteins Proteins 0.000 description 1
- 241000316848 Rhodococcus <scale insect> Species 0.000 description 1
- 241000190950 Rhodopseudomonas palustris Species 0.000 description 1
- 241000190967 Rhodospirillum Species 0.000 description 1
- 241000190984 Rhodospirillum rubrum Species 0.000 description 1
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 1
- 241000606008 Ruminobacter amylophilus Species 0.000 description 1
- 241000235070 Saccharomyces Species 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- 235000014962 Streptococcus cremoris Nutrition 0.000 description 1
- 241000194046 Streptococcus intermedius Species 0.000 description 1
- 244000057717 Streptococcus lactis Species 0.000 description 1
- 235000014897 Streptococcus lactis Nutrition 0.000 description 1
- 241000605118 Thiobacillus Species 0.000 description 1
- 241000251539 Vertebrata <Metazoa> Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 229930003779 Vitamin B12 Natural products 0.000 description 1
- 229930003471 Vitamin B2 Natural products 0.000 description 1
- 229930003537 Vitamin B3 Natural products 0.000 description 1
- NJIWVMGUAFXONX-UHFFFAOYSA-J [C+4].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O Chemical compound [C+4].CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O.CC([O-])=O NJIWVMGUAFXONX-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001195 anabolic effect Effects 0.000 description 1
- 235000021120 animal protein Nutrition 0.000 description 1
- 229940054340 bacillus coagulans Drugs 0.000 description 1
- 235000013361 beverage Nutrition 0.000 description 1
- 229940002008 bifidobacterium bifidum Drugs 0.000 description 1
- 229940004120 bifidobacterium infantis Drugs 0.000 description 1
- 229940009289 bifidobacterium lactis Drugs 0.000 description 1
- 229940009291 bifidobacterium longum Drugs 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 1
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 1
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 239000012888 bovine serum Substances 0.000 description 1
- 229940098773 bovine serum albumin Drugs 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000001925 catabolic effect Effects 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000013375 chromatographic separation Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- AGVAZMGAQJOSFJ-WZHZPDAFSA-M cobalt(2+);[(2r,3s,4r,5s)-5-(5,6-dimethylbenzimidazol-1-yl)-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] [(2r)-1-[3-[(1r,2r,3r,4z,7s,9z,12s,13s,14z,17s,18s,19r)-2,13,18-tris(2-amino-2-oxoethyl)-7,12,17-tris(3-amino-3-oxopropyl)-3,5,8,8,13,15,18,19-octamethyl-2 Chemical compound [Co+2].N#[C-].[N-]([C@@H]1[C@H](CC(N)=O)[C@@]2(C)CCC(=O)NC[C@@H](C)OP(O)(=O)O[C@H]3[C@H]([C@H](O[C@@H]3CO)N3C4=CC(C)=C(C)C=C4N=C3)O)\C2=C(C)/C([C@H](C\2(C)C)CCC(N)=O)=N/C/2=C\C([C@H]([C@@]/2(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=N\C\2=C(C)/C2=N[C@]1(C)[C@@](C)(CC(N)=O)[C@@H]2CCC(N)=O AGVAZMGAQJOSFJ-WZHZPDAFSA-M 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229960003067 cystine Drugs 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229940061607 dibasic sodium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 235000020776 essential amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000003797 essential amino acid Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 150000004675 formic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000012520 frozen sample Substances 0.000 description 1
- 238000012239 gene modification Methods 0.000 description 1
- 230000005017 genetic modification Effects 0.000 description 1
- 235000013617 genetically modified food Nutrition 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 235000001727 glucose Nutrition 0.000 description 1
- 150000002306 glutamic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N glutamine Natural products OC(=O)C(N)CCC(N)=O ZDXPYRJPNDTMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003630 growth substance Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000011090 industrial biotechnology method and process Methods 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 229940039696 lactobacillus Drugs 0.000 description 1
- 229940004208 lactobacillus bulgaricus Drugs 0.000 description 1
- 229940012969 lactobacillus fermentum Drugs 0.000 description 1
- 229940054346 lactobacillus helveticus Drugs 0.000 description 1
- 229940072205 lactobacillus plantarum Drugs 0.000 description 1
- 229940066544 lactobacillus sporogenes Drugs 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000011177 media preparation Methods 0.000 description 1
- 239000012533 medium component Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000006109 methionine Nutrition 0.000 description 1
- 150000002742 methionines Chemical class 0.000 description 1
- 229940111688 monobasic potassium phosphate Drugs 0.000 description 1
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 1
- DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N nicotinic acid amide Natural products NC(=O)C1=CC=CN=C1 DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 description 1
- 235000019161 pantothenic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011713 pantothenic acid Substances 0.000 description 1
- 229940055726 pantothenic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 1
- 238000005504 petroleum refining Methods 0.000 description 1
- 229960003531 phenolsulfonphthalein Drugs 0.000 description 1
- 235000021118 plant-derived protein Nutrition 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000005014 poly(hydroxyalkanoate) Substances 0.000 description 1
- 229920000903 polyhydroxyalkanoate Polymers 0.000 description 1
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M potassium dihydrogen phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000529 probiotic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 1
- 229960002181 saccharomyces boulardii Drugs 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 210000002966 serum Anatomy 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000002415 sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 238000011146 sterile filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009469 supplementation Effects 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001228 trophic effect Effects 0.000 description 1
- OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N tyrosine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 235000019156 vitamin B Nutrition 0.000 description 1
- 239000011720 vitamin B Substances 0.000 description 1
- 235000019163 vitamin B12 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011715 vitamin B12 Substances 0.000 description 1
- 235000019164 vitamin B2 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011716 vitamin B2 Substances 0.000 description 1
- 235000019160 vitamin B3 Nutrition 0.000 description 1
- 239000011708 vitamin B3 Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/26—Processes using, or culture media containing, hydrocarbons
- C12N1/28—Processes using, or culture media containing, hydrocarbons aliphatic
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23K—FODDER
- A23K10/00—Animal feeding-stuffs
- A23K10/10—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
- A23K10/16—Addition of microorganisms or extracts thereof, e.g. single-cell proteins, to feeding-stuff compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P39/00—Processes involving microorganisms of different genera in the same process, simultaneously
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
- C12R2001/225—Lactobacillus
- C12R2001/24—Lactobacillus brevis
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Virology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Botany (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Animal Husbandry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
従属栄養細胞を培養するのに適した、最初の最小培地からの、栄養豊富な培地の産生が記載される。これらの方法は、成長するバイオマスに供給するために一般的な産業排ガス中の炭素を使用して、化学合成独立栄養条件下で、光合成独立栄養微生物及び/又は化学合成独立栄養微生物のガス発酵を使用する。微生物はまた、炭素の一部を、最小培地に放出される有機栄養素に変換し、それによって最小培地を富化する。さらなる方法では、栄養豊富な培地を用いて従属栄養細胞を培養する。
【選択図】図3The production of a nutrient-rich medium from the first minimal medium suitable for culturing heterotrophic cells is described. These methods use carbon in common industrial emissions to feed growing biomass, gas fermentation of chemosynthetic autotrophic microorganisms and / or chemosynthetic autotrophic microorganisms under chemosynthetic autotrophic conditions. use. Microorganisms also convert some of the carbon into organic nutrients that are released into the minimal medium, thereby enriching the minimal medium. In a further method, heterotrophic cells are cultured in nutrient-rich medium.
[Selection diagram] Fig. 3
Description
関連出願の相互参照
本出願は平成30年6月18日に出願された米国仮特許出願第62/686,508号の利益を主張する、令和1年6月17日に出願された米国特許出願第16/443,658号の利益を主張し、平成29年7月3日に出願された米国特許出願第15/641,114号の一部継続出願であり、その3つすべてが参照により本明細書に組み込まれる。
Cross-reference to related applications This application is a US patent filed on June 17, 2018, claiming the interests of US Provisional Patent Application No. 62 / 686,508 filed on June 18, 2018. A partial continuation of US Patent Application No. 15 / 641,114, alleging the interests of Application No. 16 / 443,658 and filed on July 3, 2017, all three by reference. Incorporated herein.
発明の分野
本発明は一般に、微生物発酵及び工業的バイオテクノロジーの分野に関し、より詳細には、従属栄養生物の培養のための栄養豊富な増殖培地の製造に関する。
Fields of Invention The present invention generally relates to the fields of microbial fermentation and industrial biotechnology, and more particularly to the production of nutrient-rich growth media for the cultivation of heterotrophic organisms.
細胞培養は、細胞を液体中で、又は寒天などの固体もしくは半固体基質上で成長させ、増殖させ、維持する方法である。細胞培養の実施において、細胞が培養される液体又は物質は培地と呼ばれる。すべての従属栄養細胞、すなわち独立栄養細胞以外のすべての細胞は何らかの形態の化学エネルギー及び炭素を含む培地を必要とし、これらは、ギ酸塩、酢酸塩、及びメタノールなどの小分子、又は糖及びデンプンなどのより複雑でより大きな分子、及び場合によってはタンパク質などの非常に複雑で大きな化学物質によって提供され得る。 Cell culture is a method of growing, growing and maintaining cells in a liquid or on a solid or semi-solid substrate such as agar. In performing cell culture, the liquid or substance in which the cells are cultured is called the medium. All dependent vegetative cells, i.e. all cells other than independent vegetative cells, require some form of medium containing chemical energy and carbon, which are small molecules such as formates, acetates, and methanol, or sugars and starches. It can be provided by more complex and larger molecules such as, and in some cases very complex and larger chemicals such as proteins.
細胞培養培地は、無機塩、糖、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、多糖、ホルモン、成長因子、ならびにウシ血清、トリプトン及び酵母抽出物などの複合成分を含む、様々な成分を含む多くの異なる組成物を有することができる。水とミネラル塩のみを含む培地組成物は「最小培地」と呼ばれ、化学エネルギーと炭素の何らかの形態を欠くため、本質的に従属栄養細胞にとっては最小培地は不十分である。最小培地は有機化合物を含まない。糖、酵母エキス、酵素的に消化されたタンパク質及びその他のエネルギー源及び複合化合物のような有機化合物を含有する培地は「リッチ培地」又は「複合培地」と呼ばれ、複合培地又はリッチ培地は微生物が増殖するために必要とされるすべてのエネルギー、炭素及びその他の因子を本質的に含有する培地である。タンパク質は、脊椎動物、軟体動物、節足動物などの多細胞生物の細胞株を培養する際に特に重要である。 Cell culture media contain many different compositions containing a variety of components, including inorganic salts, sugars, amino acids, peptides, proteins, polysaccharides, hormones, growth factors, and complex components such as bovine serum, tryptone and yeast extracts. Can have. Medium compositions containing only water and mineral salts are called "minimal media" and are essentially inadequate for heterotrophic cells because they lack some form of chemical energy and carbon. The minimum medium does not contain organic compounds. Mediums containing organic compounds such as sugars, yeast extracts, enzymatically digested proteins and other energy sources and complex compounds are called "rich media" or "composite media", and composite media or rich media are microorganisms. Is a medium that essentially contains all the energy, carbon and other factors needed to grow yeast. Proteins are of particular importance in culturing cell lines of multicellular organisms such as vertebrates, mollusks and arthropods.
以下のさらなる定義が本明細書に適用される: The following additional definitions apply herein:
「従属栄養」とは、「代謝合成のために窒素及び炭素(酵母、植物又は動物物質から得られるものなど)の複雑な有機化合物を必要とすること」を意味すると定義される。 "Heterotrophic" is defined to mean "requiring complex organic compounds of nitrogen and carbon (such as those obtained from yeast, plant or animal material) for metabolic synthesis".
「独立栄養性」とは、「炭素源として二酸化炭素又は炭酸塩(C1化合物)のみを必要とし、有機分子(グルコースなど)の代謝的合成に単純な無機窒素化合物を必要とする」ことを意味する。 The "autotrophic", that "the carbon source as carbon dioxide or a carbonate (C 1 compounds) requires only require simple inorganic nitrogen compounds in the metabolic synthesis of organic molecules (such as glucose)" means.
「化学合成独立栄養性」とは、「独立栄養性であり、エネルギー源としての無機化合物を酸化すること」と定義されており、水素酸化細菌の場合、エネルギー源としての無機化合物にはH2が含まれ、CO2、H2、O2の組み合わせを消費することができる。たとえば、炭素にはCO2を、エネルギーにはH2を消費する嫌気性アセトゲンがある。化学合成独立栄養生物の他の無機エネルギー源としては、還元型小分子、例えば、H2S、アンモニウム、又は第一鉄が挙げられる。ある場合には、化学合成独立栄養生物への炭素と
エネルギーの入力は、単一のC1分子に結合される。たとえば、カルボキシドトロフ(carboxydotorophs:一酸化炭素資化性)とカルボキシド食性(carboxydovores)は炭素とエネルギーの両方でCO(一酸化炭素)を消費し、メタノトローフ(methanotorophs)はO2(酸素分子)や他の酸素供与性化合物とともにCH4(メタン)を消費する。化学合成独立栄養的代謝は細菌や古細菌で知られており、未発見の形質として、あるいは遺伝子組み換えによって与えられる能力として、他の生物にも存在することがある。化学合成独立栄養生物の例は、Cupriavidus、Rhodobacter、Methylobacterium、Methylococcus、Methylosinus、Nitrosomonas、Nitrosococcus、Nitrobacter、Nitrococcus、Paracoccus、Hydrogenothermus、Hydrogenovibrio、Clostridium、Rhodococcus、Rhodospirillum、Alcaligines、Rhodopseudomonas、及びThiobacillusのような多数の細菌属、並びにメタン生成菌を含む古細菌の多くの属に見られる。化学合成独立栄養生物の具体例としては、Cupriavidus necator、Cupriavidus basilensis、Rhodococcus opacus、Methylococcus capsulatus、Methylosinus trichosporium、Methylobacterium extorquens、Hydrogenothermus marinus、Rhodospirillium rubrum、Rhodopseudomonas palustrus、Paracoccus zeaxanthinifaciens、Rhodobacter sphaeroides、Rhodobacter capsulatus、及びClostridium autoethanogenumが含まれる。
"Chemosynthetic autotrophic" is defined as "autotrophic and oxidizes an inorganic compound as an energy source". In the case of hydrogen-oxidizing bacteria, the inorganic compound as an energy source is H 2 Is included, and a combination of CO 2 , H 2 , and O 2 can be consumed. For example, there is an anaerobic acetogen that consumes CO 2 for carbon and H 2 for energy. Other inorganic energy sources chemoautotrophic organisms, reduced small molecules, e.g., H 2 S, ammonium, or first iron. In some cases, the input of carbon and energy to chemoautotrophic organisms are combined into a single C 1 molecule. For example, carboxydotrophs (carbon monoxide assimilation) and carboxydovores consume CO (carbon monoxide) in both carbon and energy, and methanotrovs are O 2 (oxygen molecules). together or other oxygen donor compounds consume CH 4 a (methane). Chemosynthesis Autotrophic metabolism is known in bacteria and archaea and may also be present in other organisms as an undiscovered trait or as an ability conferred by genetic modification. Examples of chemoautotrophic organisms, Cupriavidus, Rhodobacter, Methylobacterium, Methylococcus, Methylosinus, Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrobacter, Nitrococcus, Paracoccus, Hydrogenothermus, Hydrogenovibrio, Clostridium, Rhodococcus, Rhodospirillum, Alcaligines, Rhodopseudomonas, and many, such as Thiobacillus It is found in the genus Bacteria, as well as in many genera of paleococci, including methane-producing bacteria. Examples of chemical synthesis autotrophs, Cupriavidus necator, Cupriavidus basilensis, Rhodococcus opacus, Methylococcus capsulatus, Methylosinus trichosporium, Methylobacterium extorquens, Hydrogenothermus marinus, Rhodospirillium rubrum, Rhodopseudomonas palustrus, Paracoccus zeaxanthinifaciens, Rhodobacter sphaeroides, Rhodobacter capsulatus, and Clostridium Autoethanogenum Is included.
「発酵」とは、「酵素の作用により有機基質に化学変化を起こす代謝過程」と定義され、生化学では、酸素が存在しないときに炭水化物からエネルギーを抽出することと狭義に定義される。食品製造の関連では、微生物の活性が食品又は飲料に望ましい変化をもたらす任意のプロセスと、より広く言及される。さらにより広い意味で、本発明の目的のために、「発酵」とは、それらの増殖を最適化し、効率を最大化するために、制御されたプロセス条件下で、特殊な容器(ガラス、金属又はプラスチックで作られ、発酵器又はバイオリアクターとして知られる)中の細胞を培養するためのプロセスである。制御されたプロセス条件は、無菌性、温度、撹拌速度、pH、投入ガス組成及び流量、栄養成分、細胞密度、溶存ガス濃度、バイオマス除去速度(連続的又は半連続的収穫のため)などを含む。後者の場合、発酵は好気的又は嫌気的である。 "Fermentation" is defined as "a metabolic process that causes a chemical change in an organic substrate by the action of an enzyme", and in biochemistry, it is narrowly defined as extracting energy from carbohydrates in the absence of oxygen. In the context of food manufacturing, it is more broadly referred to as any process in which the activity of microorganisms results in the desired changes in food or beverage. In an even broader sense, for the purposes of the present invention, "fermentation" refers to special containers (glass, metal) under controlled process conditions to optimize their growth and maximize efficiency. Or made of plastic, a process for culturing cells in a fermenter or bioreactor). Controlled process conditions include asepticity, temperature, agitation rate, pH, input gas composition and flow rate, nutritional components, cell density, dissolved gas concentration, biomass removal rate (for continuous or semi-continuous harvesting), etc. .. In the latter case, the fermentation is aerobic or anaerobic.
「ガス発酵」とは、化学合成独立栄養細胞の代謝プロセスが、それらに供給されるガス入力からエネルギー及び炭素を抽出するバイオリアクター中の発酵をいう。ガス発酵は、ガス上で微生物を培養する嫌気的又は好気的プロセスを指す。これらのガス入力を培地中の単純な無機塩と組み合わせることによって、化学合成独立栄養細胞はこれらの基本的な入力をより複雑なバイオマスや他の細胞産物に変換する。ガス発酵は、使用する微生物及び発酵に利用できる原料ガスに応じて、好気性又は嫌気性のいずれかである。ガス発酵は、化学合成独立栄養発酵の中でも特に有利な形態である。なぜなら、主要なインプットは、広く利用可能で低コストのガスによって提供されるからである。 "Gas fermentation" refers to fermentation in a bioreactor in which the metabolic processes of chemically synthesized autotrophic cells extract energy and carbon from the gas inputs supplied to them. Gas fermentation refers to an anaerobic or aerobic process of culturing microorganisms on gas. By combining these gas inputs with simple inorganic salts in the medium, chemosynthetic autotrophic cells convert these basic inputs into more complex biomass and other cell products. Gas fermentation is either aerobic or anaerobic, depending on the microorganisms used and the source gas available for fermentation. Gas fermentation is a particularly advantageous form of chemically synthesized autotrophic fermentation. This is because the main input is provided by widely available and low cost gas.
「培養」とは、「調製した栄養培地中で生物(細菌、ウイルス等)を培養する行為又は方法」、「栄養」とは、「成長を促進し、エネルギーを供給し、生命を維持する物質又は成分」、「培地」とは、「細胞又は生物、特に細菌を人工的に培養するための栄養体系」をいい、培地は、液体、半固体又は固体(例えば、寒天、ビーズ又はその他の足場)とすることができる。固体又は半固体培地は、細胞の増殖支持体を提供することができる。 "Culture" is "the act or method of culturing organisms (bacteria, viruses, etc.) in the prepared nutrient medium", and "nutrition" is "a substance that promotes growth, supplies energy, and sustains life." "Or component", "medium" means "nutrition system for artificially culturing cells or organisms, especially bacteria", and the medium is liquid, semi-solid or solid (for example, agar, beads or other scaffolds). ). Solid or semi-solid medium can provide a growth support for cells.
典型的な従属栄養発酵において、細胞は、糖、アミノ酸、ペプチド、有機酸などの複雑な有機分子を含む培地中で増殖されることに留意されたい。従属栄養細胞は一般に「高エネルギー」型の炭素の大部分を培地から抽出し、細胞のバイオマスを増加させ、異化された炭素を二酸化炭素、酢酸炭素、又は他の単純で低価値の老廃物として放出するので、従属栄養発酵プロセス後にバイオリアクターからバイオマスを回収した後に残る培地は、一般に従属栄養生物をさらに培養するための栄養価が非常に低いので、通常「使用済み培地」と呼ばれる。従属栄養生物が高価値産物を培地中に排泄するように選択又は設計される場合でさえ、それにもかかわらず、それらはかなり高コストの培地(糖又はタンパク質のような複雑な分子を含む)上で培養されなければならず、したがって、生産プロセスの利益率を制限する。 Note that in a typical heterotrophic fermentation, cells grow in a medium containing complex organic molecules such as sugars, amino acids, peptides and organic acids. Heterotrophic cells generally extract most of the "high energy" type of carbon from the medium, increasing the cell's biomass and turning the catabolic carbon into carbon dioxide, carbon acetate, or other simple, low-value waste products. As released, the medium remaining after recovery of biomass from the bioreactor after the heterotrophic fermentation process is commonly referred to as "used medium" because it is generally very low in nutritional value for further heterotrophic culture. Even if heterotrophs are selected or designed to excrete high value products into the medium, they are nevertheless on fairly high cost media (including complex molecules such as sugar or protein). Must be cultivated in, thus limiting the profitability of the production process.
化学合成独立栄養発酵では、細胞は同様に成長し、バイオマスを生産する。しかし、化学合成独立栄養生物の高度な同化代謝によって栄養的に価値のある産物が過剰に生成され、その一部が培地から漏出したり、培地中に排出されたりする。 In chemosynthetic autotrophic fermentation, cells grow in the same way and produce biomass. However, the high degree of anabolic metabolism of chemosynthetic autotrophs produces excess nutritionally valuable products, some of which leak out or are excreted in the medium.
「高等生命体」又は「高等生物」とは、酵母、真菌、微細藻類、植物及び動物などの真核生物を意味する。 "Higher organism" or "higher organism" means eukaryotes such as yeast, fungi, microalgae, plants and animals.
細胞の商業的培養及び維持、特に植物、魚、軟体動物及び節足動物のような多細胞生物から単離された細胞の培養におけるかなりの費用は、増殖培地の費用である。このような培地はしばしば、水及び種々の無機塩に加えて、多くの異なるペプチド成長因子、アミノ酸、糖、酵母抽出物、動物又は植物起源のタンパク質消化物、動物起源の血清、タンパク質(例えば、トリプトン及びペプトン、又はウシ血清アルブミンのようなアルブミン)、ならびに細胞の成長に重要な他の代謝産物を含む。これらの媒体の高い製造コストの重要な部分は、動物材料、例えば血液及び他の流体及び組織から加工される材料の使用である。 A significant cost in the commercial culture and maintenance of cells, especially in the culture of cells isolated from multicellular organisms such as plants, fish, soft animals and arthropods, is the cost of growth medium. Such media often include water and various inorganic salts, as well as many different peptide growth factors, amino acids, sugars, yeast extracts, animal or plant-derived protein digests, animal-derived serum, proteins (eg, eg). Contains trypton and peptone, or albumin such as bovine serum albumin), as well as other metabolites important for cell growth. An important part of the high manufacturing costs of these media is the use of animal materials such as those processed from blood and other fluids and tissues.
例えば、基礎培地イーグル(BME)は、多くの異なる哺乳動物細胞の増殖を支持するために広く使用されている合成基礎培地である。BMEは、8つのB−ビタミン及び10の必須アミノ酸+シスチン、チロシン、及びグルタミンを含む。 For example, basal medium Eagle (BME) is a synthetic basal medium that is widely used to support the growth of many different mammalian cells. BME contains 8 B-vitamins and 10 essential amino acids + cystine, tyrosine, and glutamine.
本発明は、従属栄養細胞を培養するのに適した栄養豊富な培地の、排ガスからの産生を記載する。本明細書に記載の方法は、産業廃棄物中の炭素を、光合成独立栄養微生物又は化学合成独立栄養微生物を、化学合成独立栄養条件下で、その炭素上で、及び最初は有機栄養素を含まない培地中でガス発酵することによって開始する食物連鎖の底部として使用する。微生物はこの炭素をより大きなバイオマスに変換するために増殖し、適切な条件下で、炭素の一部を廃棄副産物として有機栄養素に変換することもでき、これは、従属栄養細胞を食物連鎖のさらに上方で培養するのに適したものとなるように培地を濃縮することができる。 The present invention describes the production of a nutrient-rich medium suitable for culturing heterotrophic cells from exhaust gas. The methods described herein are free of carbon in industrial waste, photosynthetic autotrophic microorganisms or chemosynthetic autotrophic microorganisms, on that carbon under chemosynthetic autotrophic conditions, and initially free of organic nutrients. It is used as the bottom of the food chain, which is initiated by gas fermentation in the medium. Microorganisms can grow to convert this carbon to larger biomass, and under appropriate conditions, some of the carbon can also be converted to organic nutrients as waste by-products, which translates heterotrophic cells further into the food chain. The medium can be concentrated to be suitable for culturing above.
本発明の例示的な方法はバイオリアクターに最小培地を提供する工程と、化学合成独立
栄養細胞及び/又は光合成独立栄養細胞を含む接種材料をバイオリアクター中の最小培地に接種する工程と、培地中のバイオマスの細胞密度が閾値を満たすまでバイオリアクター中にガス入力を提供することによってバイオリアクター中のバイオマスを増殖させるために、接種材料を培養し、化学合成独立栄養的に培養する工程とを含み、それによって、培養中に最小培地が濃縮培地になるように富化される。様々な実施形態では、本方法が最小培地に接種する前に接種物を調製することをさらに含む。種々の方法は、最小培地を調製することをさらに含み得る。さらなる実施形態は最小培地に接種材料を接種する前に、最小培地及びバイオリアクターを滅菌することを含む。なおさらなる実施形態では、最小培地はゲルを含む。種々の実施形態において、最小培地は、細胞の増殖支持体と共にバイオリアクターに添加される。
An exemplary method of the present invention comprises providing a minimal medium to the bioreactor, inoculating an inoculum containing chemically synthesized independent vegetative cells and / or photosynthetic independent vegetative cells into the minimal medium in the bioreactor, and in the medium. In order to grow the biomass in the bioreactor by providing a gas input into the bioreactor until the cell density of the biomass in the bioreactor meets the threshold, the inoculum is cultured and chemically synthesized and independently cultured. , Thereby enriching the minimum medium during culture to a concentrated medium. In various embodiments, the method further comprises preparing an inoculum prior to inoculating the minimal medium. Various methods may further comprise preparing a minimal medium. A further embodiment comprises sterilizing the minimal medium and the bioreactor prior to inoculating the minimal medium with the inoculum. In a further embodiment, the minimal medium comprises a gel. In various embodiments, the minimal medium is added to the bioreactor along with the cell growth support.
種々の実施形態において、化学合成独立栄養細胞又は光合成独立栄養細胞は、成長因子、ホルモン、抗生物質、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、ビタミン、着色剤、カロチノイド、脂肪酸、又は油を産生する。様々な実施形態では、接種材料は従属栄養細胞も含む。接種物はまた、光合成独立栄養細胞を含むことができ、これらの実施形態において、培養は、バイオリアクター内の光の非存在下で行われる。 In various embodiments, chemosynthetic autotrophic cells or photosynthetic autotrophic cells produce growth factors, hormones, antibiotics, amino acids, peptides, proteins, vitamins, colorants, carotinoids, fatty acids, or oils. In various embodiments, the inoculum also comprises heterotrophic cells. The inoculum can also contain photosynthetic autotrophic cells, and in these embodiments, the culture is carried out in the absence of light in the bioreactor.
様々な実施形態では、接種材料を培養することは、有益な分子を濃縮培地に添加することを含み、これらの実施形態のいくつかでは、有益な分子はグルコースを含む。接種材料の培養は、いくつかの態様において、豊富化された培地のpHを調節することを含む。場合によっては、接種材料は化学合成独立栄養細胞を含み、ガス流入はCH4とO2を含む。これらの実施態様のいくつかにおいて、化学合成独立栄養細胞は、Methylococcus capsulatusの細胞を含む。様々な実施形態では、ガス投入はCOを含み、ガス投入はCO2及びH2Sを含み、ガス投入はCO2、H2及びO2を含む。なお他の実施形態では、接種材料は、Cupriavidus necatorの細胞、Rhodobacter capsulatusの細胞、又は両方の細胞を含む。接種材料は、種々の実施形態において、カルボキシドトロフ(carboxydotrophs:一酸化炭素資化性)の細胞又はRhodococcus opacusの細胞を含むことができる。 In various embodiments, culturing the inoculum comprises adding a beneficial molecule to the concentrated medium, and in some of these embodiments, the beneficial molecule comprises glucose. Culturing the inoculum comprises adjusting the pH of the enriched medium in some embodiments. In some cases, the inoculum contains chemically synthesized autotrophic cells and the gas influx contains CH 4 and O 2 . In some of these embodiments, chemosynthetic autotrophic cells include cells of Methylococcus capsulatus. In various embodiments, the gas input comprises CO, the gas input comprises CO 2 and H 2 S, and the gas input comprises CO 2 , H 2 and O 2 . In still other embodiments, the inoculum comprises Cupriavidus necator cells, Rhodobacter capsaturus cells, or both cells. Inoculum can include, in various embodiments, carboxydotrophs (carbon monoxide assimilation) cells or Rhodococcus opacus cells.
本発明の様々な実施形態は濃縮培地中にそれらの内容物を放出するように、濃縮培地中の細胞を破壊することをさらに含む。細胞を破壊することは、場合によっては細胞を溶解することを含むことができる。様々な実施形態では、濃縮培地が成長因子、ホルモン、抗生物質、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、ビタミン、着色剤、カロチノイド、脂肪酸、又は油のうちの1つ以上を含む。 Various embodiments of the invention further include destroying cells in the concentrated medium such that their contents are released into the concentrated medium. Destroying a cell can optionally include lysing the cell. In various embodiments, the concentrated medium comprises one or more of growth factors, hormones, antibiotics, amino acids, peptides, proteins, vitamins, colorants, carotinoids, fatty acids, or oils.
様々な実施形態では、遠心分離、濾過、又は重力に基づく分離などの方法によって、濃縮媒体から不溶性バイオマスを分離することをさらに含む。これらの態様のいくつかにおいて、分離後の濃縮培地は、1リットル当たり少なくとも1グラムのD−グルコースを含む。いくつかの実施形態では、方法が分離後、濃縮培地に鉱物塩を添加すること、濃縮培地のpHを調整すること、濾過すること、濃縮培地に酵素処理を提供すること、濃縮培地にクロマトグラフィー分離を行うこと、又は濃縮培地から選択的沈殿を行うことのうちの1つ以上をさらに含む。濃縮培地から不溶性バイオマスを分離する方法において、いくつかの方法は、濃縮培地からアンモニウムイオンを除去することをさらに含む。 Various embodiments further include separating insoluble biomass from the concentration medium by methods such as centrifugation, filtration, or gravity-based separation. In some of these embodiments, the concentrated medium after separation contains at least 1 gram of D-glucose per liter. In some embodiments, the method is to add mineral salts to the concentrated medium after separation, adjust the pH of the concentrated medium, filter, provide enzymatic treatment to the concentrated medium, chromatograph to the concentrated medium. It further comprises one or more of performing separations or performing selective precipitation from concentrated media. In the method of separating insoluble biomass from the concentrated medium, some methods further include removing ammonium ions from the concentrated medium.
種々の態様において、本方法は、さらに、バイオマスから分離された濃縮培地中で従属栄養生物の細胞を培養することを含み、それによって、濃縮培地を枯渇させる。これらの方法のいくつかでは、従属栄養生物は酵母、菌類、藻類、古細菌、細菌、又は哺乳類を含む。従属栄養細胞は、さらなる態様において、多細胞水生生物の細胞系に由来する。 In various embodiments, the method further comprises culturing the cells of the heterotrophic organism in a concentrated medium separated from the biomass, thereby depleting the concentrated medium. In some of these methods, heterotrophs include yeast, fungi, algae, archaea, bacteria, or mammals. Heterotrophic cells, in a further embodiment, are derived from the cell lineage of multicellular aquatic organisms.
さらに、本発明は、本明細書中に記載される方法によって産生される種々の濃縮培地を対象とする。 In addition, the present invention is directed to a variety of concentrated media produced by the methods described herein.
本発明は、従属栄養細胞を培養するのに適した栄養豊富培地の、廃ガスからの生産を記載する。このような培地の製造には、当初は最小の培地でガス発酵を介して化学合成独立栄養的に化学合成独立栄養細胞及び/又は光合成独立栄養細胞を培養し、その後、十分な培養を行った後に、そのような培地を豊富に収穫することが含まれる。次いで、濃縮培地を酵母、真菌、微細藻類、植物及び動物のような従属栄養生物の培養に用いることができる。バイオリアクター中で培養された細胞は、化学合成独立栄養微生物又は光合成独立栄養微生物の単一種又は単一株を含んでもよく、又はそれらは複数の株又は種を含んでもよい。さらに、これらの細胞は、種々の選択された従属栄養微生物の1つ又は複数の種又は株と共培養され得、その目的は、化学合成独立栄養細胞又は光合成独立栄養細胞のみによっては産生されない培地に、さらなる所望の栄養成分(プロバイオティクスなど)を供給することである。従属栄養細胞との共培養又は共同体は、従属栄養細胞が消費するよりも最終産物に付加価値を提供するように設計することができる。いくつかの態様において、得られたバイオマスの細胞内内容物を、濃縮培地に添加することができる。 The present invention describes the production of nutrient-rich media suitable for culturing heterotrophic cells from waste gas. In the production of such a medium, initially, chemically synthesized autotrophic cells and / or photosynthetic autotrophic cells were cultured in a minimum medium through gas fermentation, and then sufficient culture was performed. Later, it involves abundant harvesting of such media. The concentrated medium can then be used to culture heterotrophic organisms such as yeast, fungi, microalgae, plants and animals. Cells cultured in a bioreactor may contain a single species or single strain of chemosynthetic autotrophic microorganisms or photosynthetic autotrophic microorganisms, or they may contain multiple strains or species. In addition, these cells can be co-cultured with one or more species or strains of various selected dependent trophic microorganisms, the purpose of which is a medium not produced solely by chemically synthesized autotrophic cells or photosynthetic autotrophic cells. To supply additional desired nutritional components (such as probiotics). Co-cultures or communities with heterotrophic cells can be designed to add value to the end product rather than being consumed by the heterotrophic cells. In some embodiments, the intracellular contents of the resulting biomass can be added to the concentrated medium.
ここで、「第1の培地」とは最初の発酵のための基本的な栄養素を供給するために使用される最初の培地である。ここで使用される「第2の培地」が第1の培地の富化から得られる上清濃縮培地であり、バイオマスの全部又は大部分から分離された後に残る。したがって、化学合成独立栄養発酵の間に、細胞は増殖し、高度に同化する産物も生成する。化学合成独立栄養発酵からの富化後に残る培地は従属栄養発酵から得られる栄養的に劣る「使用済み培地」と区別するために、「第2の培地」と呼ばれる。バイオマスの大部分又は全体が除去された後に、第2の培地は従属栄養細胞の増殖を支持するのに適した多くの複合物質を含む。したがって、この第2の培地は発酵中又は発酵後に収集され、(所望であれば)任意の残存する細胞又は細胞残屑を除去するために処理され、従属栄養細胞の培養のための栄養的に有利な増殖培地又は添加剤として再使用され得る。本明細書で使用される「濃縮培地」はガス発酵が始まった後の第1の培地を指し、培養中の培地及び分離プロセス後の第2の培地の両方を広く包含する。 Here, the "first medium" is the first medium used to supply the basic nutrients for the first fermentation. The "second medium" used herein is the supernatant concentrated medium obtained from the enrichment of the first medium, which remains after separation from all or most of the biomass. Therefore, during chemosynthetic autotrophic fermentation, cells proliferate and also produce highly assimilated products. The medium remaining after enrichment from chemosynthetic autotrophic fermentation is referred to as the "second medium" to distinguish it from the nutritionally inferior "used medium" obtained from dependent autotrophic fermentation. After removal of most or all of the biomass, the second medium contains many complex substances suitable to support the growth of heterotrophic cells. Therefore, this second medium is collected during or after fermentation and processed to remove any residual cells or cell debris (if desired) and nutritionally for culturing dependent vegetative cells. It can be reused as an advantageous growth medium or additive. As used herein, "concentrated medium" refers to the first medium after the onset of gas fermentation and broadly includes both the medium during culture and the second medium after the separation process.
産業廃ガス上で培養された化学合成栄養性微生物及び光合成独立栄養性微生物は、それらの微生物が単純で一般に安価な投入物(例えば、水素、二酸化炭素、酸素、水及び無機塩)から、それらの細胞構成成分(糖、脂肪酸、カロテノイド、補因子、ビタミン、ペプチド及びタンパク質を含む)のすべてを新たに産生しなければならないので、特に豊富で有益な栄養源であり得る。この化学合成独立栄養様式の産生はまた、ビタミン及びタンパク質が例えば、糖上での従属栄養微生物の発酵によるよりも低いコストで合成され得るという利点を有する。 Chemosynthetic and autotrophic microorganisms cultured on industrial waste gas are those microorganisms from simple and generally inexpensive inputs (eg, hydrogen, carbon dioxide, oxygen, water and inorganic salts). It can be a particularly abundant and beneficial source of nutrients, as all of its cell constituents (including sugars, fatty acids, carotenoids, cofactors, vitamins, peptides and proteins) must be newly produced. The production of this chemosynthetic autotrophic mode also has the advantage that vitamins and proteins can be synthesized at a lower cost than, for example, by fermentation of heterotrophic microorganisms on sugar.
本発明に従って製造された第2の培地は、先行技術のリッチ培地と比較して類似又は同一の成分を含有することができ、同等の栄養価を提供することができ、したがって、様々な細胞培養用途のための動物由来及び他の高価な成分を補うか、又は完全に置き換えることができる。いくつかの場合において、これは、生産コストを低減するだけでなく、動物を殺すこと又は害することを必要としない培養培地の供給源を提供する。他の場合には培地中で利用可能な成分が公知のリッチ培地には見られない利点を提供し得、したがって、この方法の生成物はそれ自体、先行技術に対して新規である。培地は、完全に液体であってもよく、あるいは、細胞の増殖支持体として使用するために、ゲル(例えば、寒天を使用)に処方してもよく、あるいは、固体又は半固体の物質(例えば、ビーズ)を含有してもよい。 The second medium produced according to the present invention can contain similar or identical components as compared to the rich medium of the prior art and can provide equivalent nutritional value and therefore various cell cultures. It can supplement or completely replace animal-derived and other expensive ingredients for use. In some cases, this not only reduces production costs, but also provides a source of culture medium that does not require killing or harming the animal. In other cases, the components available in the medium can provide advantages not found in known rich media, and therefore the product of this method is itself novel to the prior art. The medium may be completely liquid, or may be formulated into a gel (eg, using agar) for use as a cell growth support, or a solid or semi-solid substance (eg, using agar). , Beads).
従属栄養生物のための典型的な先行技術の増殖培地は、増殖細胞が培養されるにつれて枯渇するように設計された初期組成を有することに留意することが重要である。本発明によれば、化学合成独立栄養細胞の発酵は、最小培地中で開始する。ミネラル塩及び供給原料ガスを供給する細胞の化学合成独立栄養増殖、ならびにコンソーシアムの一部として含まれ得る任意のさらなる従属栄養細胞の増殖及び化学合成独立栄養増殖からの産物の供給と組み合わされた供給原料ガスの投入は、培養が進行するにつれて、実際に豊富化された培地の栄養的な質を蓄積する。 It is important to note that the typical prior art growth medium for heterotrophs has an initial composition designed to be depleted as the growing cells are cultured. According to the present invention, fermentation of chemosynthetic autotrophic cells is initiated in a minimal medium. Supply combined with chemical synthetic autotrophic growth of cells supplying mineral salts and feedstock gas, and any additional heterotrophic cell growth and product supply from chemically synthesized autotrophic growth that may be included as part of the consortium. The feed gas input actually accumulates the nutrient quality of the enriched medium as the culture progresses.
図1は、本発明の例示的なシステム100の概略図を示す。システム100は、光合成独立栄養細胞及び/又は化学合成独立栄養細胞120を含むバイオリアクター110を含む。システム100はまた、1つ以上の酸化炭素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含む廃棄流140を生成する工業的供給源のような炭素源130を含む。炭素源130の例には、セメント製造設備、化石燃料を燃焼させる発電所、鉄金属製品製造(例えば、鋳造及び鍛造)、非鉄製品製造、食品製造、エタノール又は他のバイオ生産を生産する発酵プラント、バイオマスのガス化、石炭のガス化、ならびに石油精製、カーボンブラック生産、アンモニア生産、メタノール生産及びコークス製造などの化学製造が含まれる。
FIG. 1 shows a schematic view of an
システム100は、水素貯蔵タンク、水素パイプライン、水蒸気メタン改質装置、ガス化装置、又は電解システムなどの任意の分子水素源150をさらに備える。水素源150は化学合成独立栄養的に、すなわち光の不在下で成長させた化学合成独立栄養細胞又は光合成独立栄養細胞のためのエネルギー源として分子状水素を含む水素流160を生成する。本発明の種々の実施形態では化学合成独立栄養的に増殖されるバイオリアクター中の細胞がメタン又は一酸化炭素などの1つの廃棄流140から炭素及びエネルギーの両方を誘導し、これらの実施形態では水素分子源150は必要ではない。さらなる実施形態では、廃棄流140が炭素源と、ガス化装置によって生成され得るような水素源とを含む。図1はまた、システム100の2つの産出流が、バイオリアクター110からの除去及び分離後に、蓄積されたバイオマス170及び濃縮された又は「第2の」培地180であることを概略的に示す。いくつかの実施形態では、バイオマス170はガス化され(図示せず)、産生物は第2の炭素源130として使用される。
The
図2は、本発明の方法のための適切なバイオリアクターの一例としてのバイオリアクター200の概略図を示す。バイオリアクター200は第1の培地に接種するための細胞の産生のための合成容器、及び濃縮培地におけるバイオマスの産生のための別個の増殖容器と併せて使用するための合成容器のいずれかを含むことができ、又はバイオリアクター200は、合成及び増殖段階の両方に適した容器を含むことができる。図2において、バイオリアクター200は、操作中に化学合成独立栄養細胞又は光合成独立栄養細胞及び任意に他の従属栄養細胞を含む一定量の液体培地210を培養物中に保持する容器205を含む。バイオリアクター200はまた、培地210に導入するためにガス220を容器205に導入することができる流入口215と、新鮮な培地230を容器205に導入することができる培地注入口225と、培地210を除去して、例えば、濃縮培地を不溶性バイオマスから分離することができる培地排出口235とを含む。バイオリアクター200はまた、ヘッドスペース240と、ヘッドスペース240からガスを排出するためのガス放出弁245とを含むことができる。いくつかの実施形態では、ガス放出弁245がベントされたガスを入力ポート215に戻すために再循環システムに取り付けられ、ガス組成を最適化するための添加を行うためのマニホールド(図示せず)を含むことができる。
FIG. 2 shows a schematic representation of the
種々の実施形態において、バイオリアクター200は、連続撹拌タンクリアクター、ループバイオリアクター、又はガス発酵に適切な任意の他の設計であり得る。バイオリアクター200は、混合のための制御された撹拌、pH、溶解ガス、及び培養密度を測定するための様々なプローブ、ならびにガス、温度調節などのための制御をさらに含むことがで
きる。発泡を制御するための薬剤をバイオリアクター200に添加することもできる。
In various embodiments, the
図3は、本発明の例示的な方法300を示す。一部の手順はオプションとして記載されているが、オプションとして記載されていない手順は必ずしも必須ではない。方法300は、接種材料を調製する任意の工程305と、最小培地を調製する任意の工程310とを含む。次いで、方法300は、バイオリアクターに最小培地を添加する工程315と、最小培地及びバイオリアクターを滅菌する任意の工程320とを含む。次いで、方法300は、ガスをバイオリアクターに供給することによって、滅菌最小培地に接種材料を接種する工程325、細胞密度が閾値を満たすまで発酵する工程330を含む。次いで、方法300は、細胞の内容物を濃縮培地に放出する任意の工程335、次いで、バイオマスを第2の培地から分離する任意の工程340を含む。任意選択の工程345では、第2の培地に、第2の培地が支持するように設計されたタイプの従属栄養細胞を接種する。
FIG. 3 shows an
工程305において、バイオリアクター200のようなバイオリアクターに接種するのに十分な接種材料が調製される。この工程は、方法300の特定の実施形態が予め作製された接種材料から開始することができる限り、任意である。接種材料は光合成独立栄養微生物又は化学合成独立栄養微生物の少なくとも1つの種の細胞を含み、ガス供給原料と共にリッチ培地又は最小培地のいずれかを使用して調製することができる。接種材料のために選択された微生物の特定の種、及びその中に含まれる任意の他の従属栄養微生物は、細菌、古細菌、微細藻類、真菌、カビ、又は酵母のような、第2の培地中で後に特定の高等生物を培養する利益のために調整された適切な第2の培地を産生するように選択される。接種材料を調製することは、化学合成独立栄養細胞、光合成独立栄養細胞、及び/又は従属栄養細胞を、同じ培地中で一緒に、又は別々の培地中の1つ以上の株で共培養することを含み得る。後者の場合、接種材料を調製することは、化学合成独立栄養細胞、光合成独立栄養細胞、及び/又は従属栄養細胞の量を異なる時点で調製すること、及びそれらの量をすべての使用の準備ができるまで保存することを含むことができる。
In
いくつかの実施形態において、化学的独立栄養微生物は、有益な異種性産物を産生するように遺伝子的に改変されている、Cupriavidus necastor、Methylococcus capsulatus、Rhodobacter capsulatus、若しくはRhodococcus opacus、又は化学的独立栄養生物のような単一の化学的独立栄養細胞株を含む。化学合成独立栄養株は、天然であっても、突然変異を含んでいても、遺伝的に改変されていても、又はCRISPRを介して編集された1つ以上の遺伝子を含んでいてもよく、貴重な小分子、成長因子、ホルモン、抗生物質、アミノ酸、ペプチド、糖、多糖、タンパク質、ビタミン、着色剤、カロチノイド、脂肪酸、有機酸、核酸、油、グリコール酸、炭化水素、ポリヒドロキシアルカン酸、ファシン、遺伝子導入剤(GTA)又は非独立栄養微生物及び他の従属栄養細胞によって成長基質及び成長調節因子として利用され得る他の生体分子を産生するためであってもよい。このように使用することができる光合成独立栄養微生物の例には、Rhodospirillium rubrum、Rhodopseudomonas palustrus、Paracoccus zeaxanthinifaciens、Rhodobacter sphaeroides、Rhodobacter capsulatus、spirulina及びanabaenaなどのシアノバクテリアが含まれる。 In some embodiments, the chemically autotrophic microorganism has been genetically modified to produce a beneficial heterologous product, such as Cupriavidus necastor, Methylococcus capsaturus, Rhodobacter capsaturus, or Rhodobacter capsus, or chemically autotrophic. Includes a single chemical autotrophic cell line, such as an organism. A chemically synthesized autotrophic strain may be natural, contain mutations, be genetically modified, or contain one or more genes edited via CRISPR. Valuable small molecules, growth factors, hormones, antibiotics, amino acids, peptides, sugars, polysaccharides, proteins, vitamins, colorants, carotinoids, fatty acids, organic acids, nucleic acids, oils, glycolic acids, hydrocarbons, polyhydroxyalkanoic acids, It may be to produce facins, gene transfer agents (GTAs) or other biomolecules that can be utilized as growth substrates and growth regulators by non-autotrophic microorganisms and other autotrophic cells. Examples of photosynthetic autotrophic microorganisms that can be used in this way include Rhodobacter rubrum, Rhodopseudomonas pulustrus, Paracoccus zeaxanthinifaciens, Rhodobacter sphaeradias, Rhodobacter sphaeroides, Rhodobacter.
生物材料の寄託
以下の微生物は、American Type Culture Collection, 10801 University Boulevard, Manassas,
VA 20110−2209, USA (ATCC)に寄託されている:
表1:
微生物の指定:Rhodobacter capsulatus OB−213
ATCC番号:PTA−12049
寄託日:2011年8月25日
Deposit of biomaterials The following microorganisms are American Type Culture Collection, 10801 University Boulevard, Manassas,
Deposited with VA 20111-2209, USA (ATCC):
Table 1:
Designation of microorganisms: Rhodobacter capsulatus OB-213
ATCC number: PTA-12049
Deposit date: August 25, 2011
この寄託は、特許手続上の微生物の寄託の国際承認に関するブダペスト条約及びその下の規則(ブダペスト条約)の規定に基づいて行われた。これは、寄託の日から30年間、生存可能な培養物の維持を保証する。生物はブダペスト条約の条件の下でATCCによって利用可能にされ、Oakbio、Inc.とATCCとの間の合意に従う。これは、関連する米国特許の発行時に、又は米国特許もしくは外国特許出願のいずれかの公開時に、培養物の子孫の永続的かつ無制限の入手可能性を保証し、35 USC §122及びそれに従う局長の規則(886 OG 638を特に参照して37 CFR §1.12を含む)に従い、米国特許商標局長によって決定されたものに対する子孫の入手可能性を保証する、Oakbio、Inc.とATCCとの間の合意に従う。 This deposit was made under the provisions of the Budapest Treaty on International Approval of the Deposit of Microorganisms in Patent Procedures and the rules below it (Budapest Treaty). This guarantees the maintenance of viable cultures for 30 years from the date of deposit. Organisms have been made available by the ATCC under the terms of the Budapest Treaty, Okbio, Inc. Follow the agreement between the ATCC and the ATCC. This guarantees the permanent and unlimited availability of the progeny of the culture at the time of issuance of the relevant US patent, or at the time of publication of either the US patent or the foreign patent application, 35 USC §122 and the Director in accordance therewith. To ensure the availability of descendants to those determined by the Director of the United States Patent and Trademark Office, in accordance with the rules of 886 OG 638, including 37 CFR §1.12, Okbio, Inc. Follow the agreement between the ATCC and the ATCC.
本出願の譲受人は、寄託培養物が、適切な条件下で培養されたときに、死滅又は滅失又は破壊される場合、それらは、同一培養物の生存可能な標本と通知され次第、速やかに交換されることに合意した。寄託された菌株の利用可能性は、特許法に従って政府の権限に基づいて付与された権利に違反して発明を実施するためのライセンスと解釈されるべきではない。 The assignee of this application shall promptly, if the deposited cultures are killed, lost or destroyed when cultured under appropriate conditions, as soon as they are notified that they are viable specimens of the same culture. Agreed to be exchanged. The availability of deposited strains should not be construed as a license to work the invention in violation of the rights granted under government authority in accordance with patent law.
工程310では、水中にミネラル塩を含む最小培地が調製される。また、この工程は方法300の特定の実施形態が予め作製された最小培地で始まることができる限り、任意である。化学合成独立栄養生物のための最小培地の例としては、水素栄養生物のためのRepaske培地及びメタノトロフのためのNMS培地が挙げられる。これらの例示的なミニマルメディアのレシピは、例えば、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(ATCC)を通じて一般に入手可能である。
In
工程315において、最小培地をバイオリアクターに添加し、工程320において、最小培地及びバイオリアクターを滅菌する。最小培地は、例えば、熱、放射線によって、又は最小培地を無菌フィルター(例えば、0.2μmフィルター装置)に通すことによって、滅菌され得る。工程315において、最小培地はゲルを含むことができる。また、工程315において、最小培地は、ビーズのような増殖支持体と一緒にバイオリアクターに添加され得る。
In
工程325では、バイオリアクタ内の滅菌培地に、工程305で調製されたような接種材料を接種する。いくつかの実施形態において、バイオリアクターに接種材料を接種することは、別々に調製された量の異なる細胞を連続的に導入することを含む。
In
工程330では、CO2、CO、CH4、H2、H2S、O2、N2、又はNH3のうちの1つ以上を含むガス供給原料をバイオリアクターに供給することによって、接種材料を発酵させ、バイオマスに培養する。2つ以上のガスが供給原料中に含まれる場合、いくつかのガスは、培養される細胞の種に適切な組み合わせ及び割合で供給される。具体的な例としてはCO2、H2、及びO2の混合、CH4とO2の混合、ならびにCO2とH2Sの混合が挙げられ、バイオマスのセルが通常、リットル当たり0.5グラムのセルドライウェイト(CDW/L)を超える、好ましくは約2グラムのCDW/Lを超える、しきい値密度が達成されるまで、発酵が維持される。工程330の間に、有益な分子は、増殖するバイオマスの細胞によって最小培地中に分泌され、濃縮培地を作製する。さらなる態様において、工程330の間に、さらなる有益な分子を濃縮培地に添加して、その栄養品質をさらに増加させることができる。例えば、哺乳動物細胞に適切な培養培地を作製するために、グルコースを添加して、グルコースの濃度を、迅速な増殖のための許容可能なレベルまで増加させ得る。他の場合には、鉄又は他のミネラルの添加が必要となることがあ
る。同様に、pHは酸又は塩基を添加することによって調整することができ、追加の無機塩、酵母エキス、トリプトン、フェノールレッド又は他の成分を含めることができる。
In
任意の工程335において、培地は濃縮培地が細胞内アミノ酸、タンパク質、核酸、ポリヒドロキシアルカノエート、有機酸、及び高等生物の細胞を培養するために培地をより有用にする他の因子をさらに含むように、それらの内容物を放出するような様式で、濃縮培地中の細胞を殺菌、溶解、又は不活化もしくは破壊するために滅菌又は処理され得る。
In any
工程340では、第2の培地を採取する。いくつかの実施形態では、これは例えば、バイオマスを除去するための遠心分離、濾過、又は重力に基づく分離などの分離プロセスによって達成される。いくつかの実施形態ではこの処理が0.2μmフィルター膜を通した滅菌濾過を含み得、その結果、得られる液体は任意の微生物細胞を含まない。いくつかの実施形態において、工程340で回収された第2の培地は、無機塩の添加、pHの調整、濾過、酵素処理、クロマトグラフィー分離、選択的沈殿、及び/又は他の操作によって改変されて、第2の培地を高等生物の細胞の培養により有用にすることができる。例えば、従属栄養発酵がこの成分の高濃度によって阻害される場合、洗浄工程などを用いて、第2の培地からアンモニウムイオンを選択的に除去することが有利であり得る。乳酸塩についても同様である。いくつかの実施形態では、第2の培地が元の接種物由来の化学合成独立栄養生物又は他の細胞を含む。
In
本明細書中に記載される化学合成独立栄養法によって産生される第2の培地は、1リットルあたり1グラムを超えるD−グルコース、ならびに有意量のビタミンB2、ビタミンB3、ビタミンB12、ビオチン、パントテン酸塩、グルタミン酸塩、メチオニン、及びグルコース、ビタミン、アミノ酸又はタンパク質を全く含有しない第1の培地から出発するペプチドを含有する。従属栄養細菌、酵母(Phaffia、Saccharomyces)、真菌(Aspergillus)、細菌(Lactobacillus、Bacillus、Bifidobacterium、Brevundimonas、Escherichia)は、化学合成独立栄養細菌を培養することによって生産される改良されていない第2の培地で培養することができる。本発明の第2の培地はまた、高等生物のためのより複雑な培地調製物のための基礎として、又はそれに対する補足として使用され得る。 The second medium produced by the chemically synthesized independent nutrition methods described herein is more than 1 gram of D-glucose per liter, as well as significant amounts of vitamin B2, vitamin B3, vitamin B12, biotin, pantothenic acid. Contains peptides starting from a first medium that are completely free of acid salts, glutamates, methionines, and glucose, vitamins, amino acids or proteins. Dependent bacterium, yeast (Phafia, Saccharomyces), fungus (Aspergillus), bacterium (Lactobacillus, Bacillus, Bifidobacterium, Brevundimonas, Eschericia) are produced by culturing a chemically synthesized autotrophic bacterium. It can be cultured in a medium. The second medium of the invention can also be used as a basis for, or as a supplement to, a more complex medium preparation for higher organisms.
任意の工程345において、第2の培地に、より高い生命形態の細胞を接種する。細胞は細胞が回収されるまで、又は培養物全体が回収されるまで、又はそのいくつかの成分(例えば、組換えタンパク質)が得られる培地から単離されるまで、第2の培地中で培養される。これらの微生物には、細菌、古細菌、微細藻類、真菌、カビ、酵母又はその他が含まれ得る。そのような微生物の例には、以下が含まれる:
Ascomycota、Aspergillus niger、Aspergillus oryzae、Bacillus coagulans、Bacillus lentus、Bacillus licheniformis、Bacillus magaterium、Bacillus pumilus、Bacillus subtilis、Bacteroides amylophilus、Bacteroides capillosus、Bacteroides ruminocola、Bacteroides suis、Basidiomycota、Bifidobacterium adolescentis、Bifidobacterium amimalis、Bifidobacterium bifidum、Bifidobacterium infantis、Bifidobacterium lactis、Bifidobacterium longum、Bifidobacterium thermophilum、Bifidobacterium breve、Saccharomyces cerevisiae、Blakeslea trispora、Pichia pastor
is、Kluyveromyces lactis、Hensenula polymorpha、Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus brevis、Lactobacillus bulgaricus、Lactobacillus casei、Lactobacillus cellobiosus、Lactobacillus curvatus、Lactobacillus delbruekii、Lactobacillus fermentum、Lactobacillus helveticus、Lactobacillus johnsonii、Lactobacillus lactis、Lactobacillus paracasei、Lactobacillus parafarraginis、Lactobacillus plantarum、Lactobacillus reuterii、Lactobacillus rhamnosus、Lactobacillus salivarius、Lactobacillus sporogenes、Lactococcus lactis、Leuconostoc mesenteroides、Pediococcus acidilactici、Pediococcus
cerevisiae、Pediococcus pentosaceus、Propionibacterium shermanii、Propionibacterium freudenreichii、Saccharomyces boulardii、Streptococcus cremoris、Streptococcus diacetylactis、Streptococcus faecium、Streptococcus intermedius、Streptococcus lactis、Streptococcus thermophiles。
In any
Ascomycota, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Bacillus coagulans, Bacillus lentus, Bacillus licheniformis, Bacillus magaterium, Bacillus pumilus, Bacillus subtilis, Bacteroides amylophilus, Bacteroides capillosus, Bacteroides ruminocola, Bacteroides suis, Basidiomycota, Bifidobacterium adolescentis, Bifidobacterium amimalis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium infantis, Bifidobacterium lactis, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium thermophilum, Bifidobacterium breve, Saccharomyces cerevisiae, Blaques
is, Kluyveromyces lactis, Hensenula polymorpha, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus brevis, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus casei, Lactobacillus cellobiosus, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus delbruekii, Lactobacillus fermentum, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus johnsonii, Lactobacillus lactis, Lactobacillus paracasei, Lactobacillus parafarraginis, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus reuterii, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus salivarius, Lactobacillus sporogenes, Lactobacillus lactis, Leuconostosticocicessocicescence
cerevisiae, Pediococcus pentosaceus, Propionibacterium shermanii, Propionibacterium freudenreichii, Saccharomyces boulardii, Streptococcus cremoris, Streptococcus diacetylactis, Streptococcus faecium, Streptococcus intermedius, Streptococcus lactis, Streptococcus thermophiles.
例1:化学合成独立栄養細菌のガス発酵を用いた第2の培地の製造 Example 1: Preparation of a second medium using gas fermentation of chemosynthetic autotrophic bacteria
この最初の例では、ガス発酵のために改良されたNew Brunswick BioFlo 4500 30L連続攪拌タンクバイオリアクターを用いてガス発酵を行った。化学合成独立栄養種としてCupriavidus necator、Rhodobacter capsulatus、Rhodospirillum rubrum、Rhodobacter sphaeroides、Rhodopseudomonas palustris、従属栄養(プロバイオティック)種としてBacillus megaterium、Lactobacillus acidophilus、Lactobacillus casei 亜種 caseiを用いて、化学合成独立栄養及び従属栄養種の接種材料を調製した。 In this first example, gas fermentation was performed using a New Brunswick BioFlo 4500 30L continuous stirring tank bioreactor modified for gas fermentation. Cupriavidus necator as chemoautotrophic species, Rhodobacter capsulatus, Rhodospirillum rubrum, Rhodobacter sphaeroides, Rhodopseudomonas palustris, heterotrophic Bacillus megaterium as (probiotic) species, Lactobacillus acidophilus, using Lactobacillus casei subsp casei, chemoautotrophic and Inoculum for dependent nutrients was prepared.
接種材料を調製するために、細菌培養物を、15mlの滅菌Luria Bertani培地に接種した凍結ストックから培養し、200rpm及び30℃で一晩振盪する温度制御インキュベーター中で、又は培養物が620nmでの0.6吸光度単位(au)の吸光度に達するまで増殖させた。これらを、1リットル当たり以下を含有する化学合成独立栄養増殖培地中でさらに培養した:
10倍溶液からのリン酸塩(PO4) 100mL
10倍溶液からの塩化アンモニウム(NH4Cl) 200ml
20g/200mL溶液からの炭酸水素ナトリウム(NaHCO3) 2ml
100mM (NH4)2Ni(SO4)2・6H2O溶液4からのニッケル 0.166ml
蒸留水(diH2O) 674 ml
To prepare inoculum, bacterial cultures are cultured from frozen stock inoculated into 15 ml sterile Luria Bertani medium and shaken overnight at 200 rpm and 30 ° C. in a temperature controlled incubator or at 620 nm. The cells were grown until the absorbance reached 0.6 absorbance units (au). These were further cultured in chemosynthetic autotrophic growth medium containing less than or equal to 1 liter:
Phosphate from 10x solution (PO 4 ) 100 mL
Ammonium chloride (NH 4 Cl) 200 ml from 10x solution
2 ml of sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) from a 20 g / 200 mL solution
100mM nickel from (NH 4) 2 Ni (SO 4) 2 · 6H 2 O solution 4 0.166 mL
Distilled water (diH 2 O) 674 ml
培地を滅菌した後、以下の無菌の無機塩を添加した:
SchlegelSolution ‘E’からの微量元素 2mL
200g/Lの溶液5からのCaCl2・2H2O 0.1 ml
100倍の溶液6からのMgSO4・7H2O 10 ml
0.1g/100mLの溶液からのFeSO4・7H2O 12 ml
After sterilizing the medium, the following sterile inorganic salts were added:
Trace element 2mL from Schlegel Solution'E'
CaCl 2 · 2H 2 O 0.1 ml of a solution 5 of 200 g / L
MgSO from 100 times the solution 6 4 · 7H 2
FeSO 4 · 7H 2 O 12 ml of a solution of 0.1 g / 100 mL
上記の成分の多くは、はるかに高濃度のストック溶液から添加された。リン酸塩10倍のストックは、1LのdiH2O中に混合したリン酸二塩基性ナトリウム(Na2HPO4)無水物40g及びリン酸一塩基性カリウム(KH2PO4)無水物66.7gから調製した。10倍量の塩化アンモニウムストックを、1LのdiH2O中に混合した18gのNH4Clから調製した。炭酸水素ナトリウムストック溶液を、200mLのdiH2O中に混合された20gのNaHCO3から調製した。ニッケルは、100mMのNiCl2を100μL加えてもよい。塩化カルシウムは、200gのCaCl2・H2O;1LのdiH2O;10,000倍濃縮ストック溶液から得ることができる。最後に、113.05gのMgSO4・7H2Oを含む溶液から適量を加えて、硫酸マグネシウム(100倍に濃縮されたストック溶液)を調製することができる。 Many of the above components were added from much higher concentration stock solutions. The stock of 10 times phosphate is 40 g of dibasic sodium phosphate (Na 2 HPO 4 ) anhydride mixed in 1 L of diH 2 O and monobasic potassium phosphate (KH 2 PO 4 ) anhydride 66. Prepared from 7 g. 10 volumes of ammonium chloride stocks were prepared from of NH 4 Cl 18g mixed in diH 2 O in 1L. Sodium bicarbonate stock solution was prepared from NaHCO 3 in 20g mixed in diH 2 O in 200 mL. For nickel, 100 μL of 100 mM NiCl 2 may be added. Calcium chloride can be obtained from 200 g of CaCl 2 · H 2 O; 1 L of diH 2 O; 10,000 times concentrated stock solution. Finally, it is possible by adding appropriate amount from a solution containing MgSO 4 · 7H 2 O in 113.05G, preparing a (stock solution concentrated to 100-fold) magnesium sulfate.
バイオリアクターを〜20Lの培地で満たし、次いでバイオリアクターのオンボード滅菌サイクルを使用して30分間滅菌し、室温に冷却し、次いで残りの無機塩を添加した。次いで、コンソーシアル接種物の種々の成分を、滅菌ポートを通して添加した。 The bioreactor was filled with ~ 20 L of medium, then sterilized for 30 minutes using the bioreactor's onboard sterilization cycle, cooled to room temperature, and then the remaining inorganic salts were added. Various components of the consortial inoculum were then added through sterile ports.
超純水を供給した9kWプロトンS40電解槽により、バイオリアクターに水素ガスを供給した。O2及びCO2を、ガスレギュレーターを備えた圧縮ガスボンベから供給して、約20psiに減圧した。ガス混合は、80:10:10(H2:CO2:O2)の比率に従って、3つのマスフローコントローラーのセットによって制御した。バイオリアクターへのガス流量は、発酵が進行することにつれて1〜8SLPMから増加した。バイオリアクター内のガスヘッド圧力は10psiであった。30℃の温度、6.8のpH、及び300rpmのインペラー撹拌速度を維持した。 Hydrogen gas was supplied to the bioreactor by a 9 kW proton S40 electrolytic cell supplied with ultrapure water. O 2 and CO 2 were supplied from a compressed gas cylinder equipped with a gas regulator and reduced to about 20 psi. Gas mixing was controlled by a set of three mass flow controllers according to a ratio of 80:10:10 (H 2 : CO 2 : O 2). The gas flow rate to the bioreactor increased from 1-8 SLPM as the fermentation progressed. The gas head pressure in the bioreactor was 10 psi. A temperature of 30 ° C., a pH of 6.8, and an impeller stirring rate of 300 rpm were maintained.
バイオリアクターを、半連続採取モードで32日間運転した。24時間毎に、10Lの反応器内容物を無菌ポートを介して取り出し、同じ容量の無菌新鮮培地をバイオリアクターに戻した。細菌バイオマスを、遠心分離によって濃縮培地から分離し、次いで、後の使用のために凍結乾燥した。残りの上清培地のアリコートを、滅菌済みの使い捨て0.2μm濾過装置を通して濾過することによって滅菌し、−20℃で凍結し、「第2の培地」を得た。 The bioreactor was run in semi-continuous sampling mode for 32 days. Every 24 hours, 10 L of reactor contents were removed through a sterile port and the same volume of sterile fresh medium was returned to the bioreactor. Bacterial biomass was separated from the concentrated medium by centrifugation and then lyophilized for later use. The aliquots of the remaining supernatant medium were sterilized by filtering through a sterilized disposable 0.2 μm filter and frozen at −20 ° C. to give a “second medium”.
発酵の11日目及び23日目からの第2の培地の凍結サンプルを使用済み培地分析に供し、以下の結果を得た: Frozen samples of the second medium from days 11 and 23 of fermentation were subjected to spent medium analysis and the following results were obtained:
BCAタンパク質アッセイ(Pierce)は、11日目のサンプルも0.83g/Lのタンパク質を含むことを示した。クーマシーブルー染色(Invitrogen)によるSDS−PAGEによるタンパク質分子量の分析は、タンパク質の大部分が約10kD未満の小分子量ペプチドからなることを示した(図示せず。)。 The BCA protein assay (Pierce) showed that the sample on day 11 also contained 0.83 g / L of protein. Analysis of protein molecular weight by SDS-PAGE by Coomassie Blue staining (Invitrogen) showed that the majority of proteins consisted of small molecular weight peptides less than about 10 kD (not shown).
各試料からの細菌バイオマスを、遠心分離によって第2の培地から分離し、後の使用のために凍結乾燥した(収穫された各リットルについて約8gのCDW)。すでに細胞を含まない第2の培地を収集し、4℃で保存した。 Bacterial biomass from each sample was separated from the second medium by centrifugation and lyophilized for later use (approximately 8 g CDW for each liter harvested). A second medium that was already cell-free was collected and stored at 4 ° C.
例2:ガス発酵11日目からの第2の培地でのLactobacillus brevisの従属栄養培養 Example 2: Heterotrophic culture of Lactobacillus brevis in a second medium from day 11 of gas fermentation
従属栄養Lactobacillus brevisの凍結ストックの細胞を、例1に記載の発酵の11日目からの30mlの無菌第2培地に1:50比で接種した。この接種物を、250mlのバッフル付き培養フラスコ中で、温度制御インキュベーター中で回転振盪機上で28℃にて100rpmで振盪した。一方のフラスコには添加物を加えず(「グルコースなし」)、他方の2つのフラスコは第1のフラスコと同じ第2の培地を含有したが、追加の0.5%(w/v)グルコース及び1.0%(w/v)グルコースをそれぞれ含有した(第2の培地中に既に存在した0.14%のレベルを超える)。サンプルを様々な時点で取り出し、200μLアリコートの620nm(A620)での光学密度をマイクロプレートリーダーで測定した。成長曲線を図4に示す。 Cells in a frozen stock of heterotrophic Lactobacillus brevis were inoculated into 30 ml sterile second medium from day 11 of fermentation as described in Example 1 at a ratio of 1:50. The inoculum was shaken in a 250 ml baffled culture flask in a temperature controlled incubator on a rotary shaker at 28 ° C. at 100 rpm. No additives were added to one flask (“no glucose”), and the other two flasks contained the same second medium as the first flask, but with an additional 0.5% (w / v) glucose. And 1.0% (w / v) glucose, respectively (above the 0.14% level already present in the second medium). Samples were removed at various time points and the optical densities of 200 μL aliquots at 620 nm (A620) were measured with a microplate reader. The growth curve is shown in FIG.
図4の結果は、従属栄養細菌がグルコース補給なしの第2の培地上でそれらの密度を3
倍以上に増加させたことを示す。追加のグルコースは特に0.5%添加の後期段階で、このレベルを超えるそれらの増殖を刺激したが、1%グルコースは培養期間が長くなるにつれて効果が低くなる可能性がある。これは、第2の培地が完全培地又は有意な培地成分のいずれかとして従属栄養細胞を培養するために使用され得ることを実証する。この方法はまた、従属栄養細胞をガス上で間接的に効果的に培養することを可能にし、それによって、それらが代謝的に適していない供給原料及び培養条件を利用する。また、本発明は、元の抽出されたバイオマスを超えて、ガス発酵の生成物から付加的な価値を抽出することを可能にする。
The results in FIG. 4 show that heterotrophic bacteria have their densities 3 on a second medium without glucose supplementation.
Indicates that it has been increased more than double. Additional glucose stimulated their growth above this level, especially in the late stages of 0.5% addition, but 1% glucose may become less effective as the culture period increases. This demonstrates that the second medium can be used to culture heterotrophic cells as either complete medium or significant medium components. This method also allows heterotrophic cells to be indirectly and effectively cultured on gas, thereby utilizing feedstocks and culture conditions in which they are not metabolically suitable. The present invention also makes it possible to extract additional value from the product of gas fermentation beyond the original extracted biomass.
前述の明細書において、本発明は、その特定の実施形態を参照して説明されているが、当業者は、本発明がそれに限定されないことを認識するであろう。上述の発明の様々な特徴及び態様は、個別に又は共同で使用され得る。さらに、本発明は、本明細書のより広い精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されている環境及び用途を超える任意の数の環境及び用途において利用することができる。したがって、明細書及び図面は、限定的ではなく例示的であるとみなす。本明細書で使用される「含む」、「含む」、「有する」という用語は、特に、オープンエンドの技術用語として読まれることが意図されていることが認識されよう。
Although the invention is described herein with reference to a particular embodiment thereof, one of ordinary skill in the art will recognize that the invention is not limited thereto. The various features and aspects of the invention described above can be used individually or jointly. Moreover, the invention can be used in any number of environments and uses beyond those described herein, without departing from the broader spirit and scope of the specification. Therefore, the specification and drawings are considered to be exemplary rather than limiting. It will be appreciated that the terms "include", "include", and "have" as used herein are specifically intended to be read as open-ended technical terms.
Claims (32)
化学合成独立栄養細胞及び/又は光合成独立栄養細胞を含む接種材料を前記バイオリアクター中の前記最小培地に接種することと、
前記培地中のバイオマスの細胞密度が閾値を満たすまで、前記バイオリアクターへのガス投入を提供することによって、前記バイオリアクター中でバイオマスを増殖させるために、化学合成独立栄養的に、接種材料を培養し、それによって、培養中に前記最小培地が濃縮され、濃縮培地となることと、
を含む方法。 Providing the minimum medium to the bioreactor and
Inoculating the minimal medium in the bioreactor with an inoculum containing chemosynthetic autotrophic cells and / or photosynthetic autotrophic cells.
The inoculum is cultivated chemically and autotrophically to grow the biomass in the bioreactor by providing gas uptake into the bioreactor until the cell density of the biomass in the medium meets a threshold. As a result, the minimum medium is concentrated during culturing to become a concentrated medium.
How to include.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862686508P | 2018-06-18 | 2018-06-18 | |
US62/686,508 | 2018-06-18 | ||
US16/443,658 US20190300844A1 (en) | 2017-07-03 | 2019-06-17 | Methods for Producing Rich Cell Culture Media using Chemoautotrophic Microbes |
US16/443,658 | 2019-06-17 | ||
PCT/US2019/037688 WO2019246066A1 (en) | 2018-06-18 | 2019-06-18 | Methods for producing rich cell culture media using chemoautotrophic microbes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021527399A true JP2021527399A (en) | 2021-10-14 |
Family
ID=68982745
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020568733A Pending JP2021527399A (en) | 2018-06-18 | 2019-06-18 | Method for producing abundant cell culture medium using chemosynthetic autotrophic microorganisms |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3806650A4 (en) |
JP (1) | JP2021527399A (en) |
CN (1) | CN112312771A (en) |
AU (1) | AU2019288208A1 (en) |
CA (1) | CA3102627A1 (en) |
SG (1) | SG11202012302QA (en) |
WO (1) | WO2019246066A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115397255A (en) * | 2020-03-02 | 2022-11-25 | 空气蛋白公司 | Structured high protein meat analog compositions |
CN111440754B (en) * | 2020-03-19 | 2022-05-27 | 南京农业大学 | Method for eliminating organic pollutant residue in soil by using genetically engineered methane-oxidizing bacteria |
EP4116409A1 (en) * | 2021-07-06 | 2023-01-11 | Oakbio Inc. | Microbial biomass-based feed products |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5386080A (en) * | 1976-12-27 | 1978-07-29 | Ajinomoto Co Inc | Cultivation of microorganisms |
JPH10113196A (en) * | 1996-08-23 | 1998-05-06 | Toyota Motor Corp | Production of useful material from c1 compound |
JP2003523196A (en) * | 2000-02-16 | 2003-08-05 | ノーファーム ディーエー | Method |
US20130065285A1 (en) * | 2011-09-12 | 2013-03-14 | Brian Sefton | Chemoautotrophic Conversion of Carbon Oxides in Industrial Waste to Biomass and Chemical Products |
US20130189763A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-07-25 | Kiverdi, Inc. | Method and apparatus for growing microbial cultures that require gaseous electron donors, electron acceptors, carbon sources, or other nutrients |
JP2015525078A (en) * | 2012-06-15 | 2015-09-03 | マイクロヴァイ・バイオテック・インコーポレイテッド | Bioconversion process and equipment |
WO2017165244A1 (en) * | 2016-03-19 | 2017-09-28 | Kiverdi, Inc. | Microorganisms and artificial ecosystems for the production of protein, food, and useful co-products from c1 substrates |
JP2018198580A (en) * | 2017-05-29 | 2018-12-20 | 学校法人明治大学 | Organic acid production promoter, organic acid production method and culture method |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6043092A (en) * | 1996-03-18 | 2000-03-28 | University Of Pittsburgh | Cell culture media for mammalian cells |
US10376837B2 (en) * | 2013-03-14 | 2019-08-13 | The University Of Wyoming Research Corporation | Conversion of carbon dioxide utilizing chemoautotrophic microorganisms systems and methods |
US10920230B2 (en) * | 2013-08-08 | 2021-02-16 | Knipbio, Inc. | Methylotrophs for aquaculture and animal feed |
WO2018227184A1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-12-13 | C16, Llc | Methods of producing lipids |
US11439172B2 (en) * | 2017-07-03 | 2022-09-13 | Oakbio, Inc. | Microbial biomass based feed products |
-
2019
- 2019-06-18 SG SG11202012302QA patent/SG11202012302QA/en unknown
- 2019-06-18 EP EP19823188.8A patent/EP3806650A4/en active Pending
- 2019-06-18 AU AU2019288208A patent/AU2019288208A1/en active Pending
- 2019-06-18 CA CA3102627A patent/CA3102627A1/en active Pending
- 2019-06-18 JP JP2020568733A patent/JP2021527399A/en active Pending
- 2019-06-18 CN CN201980040810.0A patent/CN112312771A/en active Pending
- 2019-06-18 WO PCT/US2019/037688 patent/WO2019246066A1/en unknown
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5386080A (en) * | 1976-12-27 | 1978-07-29 | Ajinomoto Co Inc | Cultivation of microorganisms |
JPH10113196A (en) * | 1996-08-23 | 1998-05-06 | Toyota Motor Corp | Production of useful material from c1 compound |
JP2003523196A (en) * | 2000-02-16 | 2003-08-05 | ノーファーム ディーエー | Method |
US20130065285A1 (en) * | 2011-09-12 | 2013-03-14 | Brian Sefton | Chemoautotrophic Conversion of Carbon Oxides in Industrial Waste to Biomass and Chemical Products |
US20130189763A1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-07-25 | Kiverdi, Inc. | Method and apparatus for growing microbial cultures that require gaseous electron donors, electron acceptors, carbon sources, or other nutrients |
JP2015525078A (en) * | 2012-06-15 | 2015-09-03 | マイクロヴァイ・バイオテック・インコーポレイテッド | Bioconversion process and equipment |
WO2017165244A1 (en) * | 2016-03-19 | 2017-09-28 | Kiverdi, Inc. | Microorganisms and artificial ecosystems for the production of protein, food, and useful co-products from c1 substrates |
JP2018198580A (en) * | 2017-05-29 | 2018-12-20 | 学校法人明治大学 | Organic acid production promoter, organic acid production method and culture method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112312771A (en) | 2021-02-02 |
EP3806650A1 (en) | 2021-04-21 |
WO2019246066A1 (en) | 2019-12-26 |
EP3806650A4 (en) | 2022-05-11 |
AU2019288208A1 (en) | 2021-01-07 |
SG11202012302QA (en) | 2021-01-28 |
CA3102627A1 (en) | 2019-12-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230000125A1 (en) | Novel Microbial Biomass Based Feed Products | |
Do et al. | Growth of Rhodospirillum rubrum on synthesis gas: conversion of CO to H2 and poly‐β‐hydroxyalkanoate | |
JP2023511430A (en) | Microorganism-derived protein hydrolyzate, its preparation method and its use | |
JP2021527399A (en) | Method for producing abundant cell culture medium using chemosynthetic autotrophic microorganisms | |
US20230101863A1 (en) | Structured high-protein meat analogue compositions with microbial heme flavorants | |
KR20220146512A (en) | Structured High Protein Meat Analog Composition | |
RU2728345C1 (en) | Methylococcus capsulatus vkpm b-13479 strain - producer of microbial protein mass, resistant to aggressive medium | |
El-Rab et al. | Costless and huge hydrogen yield by manipulation of iron concentrations in the new bacterial strain Brevibacillus invocatus SAR grown on algal biomass | |
JP4388824B2 (en) | Product | |
US20210337829A1 (en) | Microbial Biomass-Based Feed Products | |
US20190300844A1 (en) | Methods for Producing Rich Cell Culture Media using Chemoautotrophic Microbes | |
CA3166871C (en) | Microbial biomass-based feed products | |
EP4116409A1 (en) | Microbial biomass-based feed products | |
JP2023015819A (en) | Feed products based on microbial biomass | |
Filonov et al. | Regimes of separated and combined cultivation of oil-degrading microorganisms of Pseudomonas and Rhodococcus genera | |
Golubeva et al. | Annual Contents of NN 1-6, 2016 | |
Shojaosadati et al. | SINGLE-CELL PROTEIN (SCP) PRODUCTION FROM METHANOL–UTILIZING BACTERIA IN IR IRAN |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220401 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230307 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20230512 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230804 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231031 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20240115 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240430 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240604 |