JP2586283B2 - Method for producing L-carnitine by microbiological means - Google Patents

Method for producing L-carnitine by microbiological means

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JP2586283B2
JP2586283B2 JP32921592A JP32921592A JP2586283B2 JP 2586283 B2 JP2586283 B2 JP 2586283B2 JP 32921592 A JP32921592 A JP 32921592A JP 32921592 A JP32921592 A JP 32921592A JP 2586283 B2 JP2586283 B2 JP 2586283B2
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butyrobetaine
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、微生物学的手段によっ
てL−カルニチンを製造する方法に関する。
The present invention relates to a method for producing L-carnitine by microbiological means.

【0002】[0002]

【従来の技術】L−カルニチンをγ−ブチロベタインか
ら製造することは知られている。 γ−ブチロベタイン
は、2−オキソグルタール酸ナリトウム、還元試薬、鉄
イオン源およびヒドロキシル基供与体としての空気中の
酸素の存在下に、ヒドロキシラーゼ酵素によってニュー
ロスポラ・クラッサの胞子から遊離されることが報告さ
れた(アメリカ特許明細書4,371,618)。 こ
の方法は、コファクターを多数必要とするという欠点を
もつ。 反応において、化学量論量の2−オキソグルタ
ール塩酸が酸化的にコハク酸塩に脱カルボキシル化され
る。 Fe2+はO2 活性化剤として必要であり、アスコ
ルビン酸塩が鉄イオンを還元状態に保ち、カタラーゼが
痕跡量生産する有害なH22を破壊する。
BACKGROUND OF THE INVENTION It is known to produce L-carnitine from γ-butyrobetaine. γ-butyrobetaine is released from Neurospora crassa spores by hydroxylase enzymes in the presence of sodium 2-oxoglutarate, a reducing reagent, a source of iron ions and oxygen in the air as a hydroxyl group donor. (U.S. Pat. No. 4,371,618). This method has the disadvantage of requiring a large number of cofactors. In the reaction, a stoichiometric amount of 2-oxoglutal hydrochloride is oxidatively decarboxylated to succinate. Fe @ 2 + is required as O 2 activator, ascorbate keeping the iron in reduced state, to destroy harmful H 2 O 2 catalase is produced trace amounts.

【0003】リンドシュテット(Lindstedt)ほか〔バイ
オケミストリー(Biochemistry),,1262−12
70(1967)〕「シュードモナス中におけるカルニチ
ンの生産と変質」(The Formation and Degrodation of
Carnitin in Pseudomonas)は、γ−ブチロベタインをC
−およびN−源として増殖するガットウング・シュード
モナス(Gattung Pseudomonas)微生物を分離した。 代
謝過程の第一の反応は、γ−ブチロベタインのL−カル
ニチンへのヒドロキシル化であって、それによって中間
体として生成したL−カルニチンはすべて、CO2,H2
OおよびNH3にさらに分解代謝される。
[0003] Lindstedt et al. [Biochemistry, 6 , 1262-12].
70 (1967)] "Carnitine production and alteration in Pseudomonas" (The Formation and Degrodation of
Carnitin in Pseudomonas) converts γ-butyrobetaine to C
Gattung Pseudomonas microorganisms growing as-and N- sources were isolated. The first reaction in the metabolic process is the hydroxylation of γ-butyrobetaine to L-carnitine, whereby all the L-carnitine produced as an intermediate is CO 2 , H 2
It is further decomposed and metabolized to O and NH 3 .

【0004】このようにして、バクテリアから取得した
ヒドロキシラーゼがあれば、それがL−カルニチン生産
のために添加された場合には、上述した欠点であるコフ
ァクターの必要性〔リンドシュテットほか、Biochemist
ry 16,2181−2188(1977)〕「シュー
ドモナス sp.AK1からのγ−ブチロベタイン・ヒ
ドロキシラーゼの精製と特性」(Purification and Pro
perties of γ−Butyrobetaine Hydroxylase from Pseu
domonas sp. AK1)を解消できる。
[0004] In this way, if any hydroxylase obtained from bacteria is added for L-carnitine production, the above-mentioned drawback of the need for cofactors [Lindstedt et al. Biochemist
ry 16 , 2182-1188 (1977)] "Purification and properties of γ-butyrobetaine hydroxylase from Pseudomonas sp. AK1" (Purification and Pro
perties of γ-Butyrobetaine Hydroxylase from Pseu
domonas sp. AK1) can be solved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
課題にもとづき、既知の方法の欠点を有しない、簡単な
方法で、ラセミ体でなくエナンチオ選択性L−カルニチ
ンをクロトノベタイン、ブチロベタインまたはそれらの
混合物から製造することを可能にする、新しいタイプの
微生物を見出し、それを利用してL−カルニチンを製造
する方法を提供することにある。
The object of the present invention, based on this object, is to convert enantioselective L-carnitines, not racemates, into crotonobetaine, butyrobetaine in a simple manner without the disadvantages of the known processes. Another object of the present invention is to find a new type of microorganism which can be produced from a mixture thereof, and to provide a method for producing L-carnitine using the microorganism.

【0006】現在の技術水準で知られている系とちがっ
て、我々の見出した微生物は、O2でなくH2 Oをヒド
ロキシル基供与体として利用する。 このことは、我々
の研究においてH2 18Oと182とを用いて確認すること
ができた。
[0006] Unlike the systems known in the state of the art, the microorganisms we have found utilize H 2 O instead of O 2 as hydroxyl donor. This could be confirmed in our study using H 2 18 O and 18 O 2 .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の微生物学的手段
によってL−カルニチンを製造する方法は、アグロバク
テリウム/リゾビウム属に属し、クロトノベタインおよ
び(または)γ−ブチロベタインからL−カルニチンを生
産する能力があり、しかも後者を異化しない微生物を、
クロトノベタインおよび(または)γ−ブチロベタイン
を用いて成長基質の存在下に培養し、蓄積されたL−カ
ルニチンを採取することを特徴とする。
The process for producing L-carnitine by the microbiological means of the present invention belongs to the genus Agrobacterium / Rhizobium and converts L-carnitine from crotonobetaine and / or γ-butyrobetaine. Microorganisms capable of producing and not catabolizing the latter,
It is characterized by culturing in the presence of a growth substrate using crotonobetaine and / or γ-butyrobetaine, and collecting accumulated L-carnitine.

【0008】[0008]

【作用】四つの大陸からの土壌のサンプルについての比
較研究が示したように、ブチロベタインおよびクロトノ
ベタインをL−カルニチンを経由して分解代謝する微生
物は、広い範囲にわたって存在する。 また、下水浄化
装置の活性汚泥からも、単離に成功している。 これら
の株すべてが、以下に示す本発明の原理に従って変異さ
せた場合、問題のL−カルニチン生産株としての能力を
もつ。
As indicated by comparative studies on soil samples from four continents, there are a wide range of microorganisms that degrade and metabolize butyrobetaine and crotonobetaine via L-carnitine. It has also been successfully isolated from activated sludge of sewage purification equipment. All of these strains, when mutated in accordance with the principles of the present invention described below, have the potential as L-carnitine producing strains of interest.

【0009】そのような変異種は、下記の分類法によっ
て入手可能である。
[0009] Such variants are available by the following classification method.

【0010】a)ベタイン、γ−ブチロベタイン、クロ
トノベタインおよびL−カルニチンをC−およびN−源
として増殖する微生物を、常法に従って変異させるこ
と、 b)変異した微生物の接種によって得た培養物からそれ
ぞれ分類され、安定であって、L−カルニチンを異化せ
ず、L−カルニチン、クロトノベタイン、γ−ブチロベ
タインで増殖しないがベタインで増殖すること。
A) mutating a microorganism which grows using betaine, γ-butyrobetaine, crotonobetaine and L-carnitine as a C- and N-source according to a conventional method; b) a culture obtained by inoculation of the mutated microorganism Are stable, do not catabolize L-carnitine, do not grow on L-carnitine, crotonobetaine, and γ-butyrobetaine, but grow on betaine.

【0011】好ましくは、分類工程b)に従って、L−
カルニチンを分泌しL−カルニチン、クロトノベタイ
ン、γ−ブチロベタインでは増殖しないがベタインで増
殖する各微生物を選別する。
Preferably, according to the classification step b), L-
Each microorganism that secretes carnitine and does not grow on L-carnitine, crotonobetaine or γ-butyrobetaine but grows on betaine is selected.

【0012】変異した微生物は、ベタイン媒体中でさら
に培養し、この培養された微生物を分類工程b)に、好
ましくはL−カルニチン媒体上に接種することが得策で
ある。 ベタイン、γ−ブチロベタイン、クロトノベタ
インおよびL−カルニチンをC−およびN−源として増
殖する株の接種は、つぎのように実施するのがよい。す
なわち、バクテリア混合物からクロトノベタイン栄養溶
液への接種により混合培養物を製造し、そこから常用の
微生物工学的技術の助けを借りて、クロトノベタイン生
産微生物の純粋培養をはじめるのである。
It is advisable to further culture the mutated microorganism in a betaine medium and inoculate the cultured microorganism in the classification step b), preferably on L-carnitine medium. Inoculation of a strain that grows with betaine, gamma-butyrobetaine, crotonobetaine and L-carnitine as C- and N-sources may be performed as follows. That is, a mixed culture is produced from the bacterial mixture by inoculation into a crotonobetaine nutrient solution, from which pure culture of the crotonobetaine-producing microorganism is initiated with the aid of conventional microbial engineering techniques.

【0013】このような、ベタイン、γ−ブチロベタイ
ン、クロトノベタインおよびL−カルニチンをC−およ
びN−源として増殖する培養物の変異は、既知の方法に
従って実施できる。〔J.H.ミラー(Miller),「分子
生物学実験」(Experimentsin Molecular Genetics),
コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー(Cold
Spring Harbor Laboratory), 1972〕 好適に利用できる安定な変異種の製造方法は、フレーム
シフト法、ディリーション法またはトランスポソン−イ
ンサーション法である。 そのように変異した微生物
は、さらにベタイン媒体上で培養され、L−カルニチン
媒体上に移したものを分類工程b)で処理し、そこで既
知の「交叉分類」(Counter-Selektionierenden Agenzi
en)〔P.ゲルハルト(Gerhardt)ほか編,「一般細菌
学実験法」(Manual of Methods for General Bacteriol
ogy),アメリカン・ソサイエティ・フォー・マイクロバ
イオロジー(Am. Soc. for Microbiology),1981〕
によって、各微生物を分類し、安定な、L−カルニチン
を異化せず、L−カルニチン、クロトノベタイン、γ−
ブチロベタインで増殖しないがベタインで増殖するもの
を得る。
Such a mutation in a culture that grows using betaine, γ-butyrobetaine, crotonobetaine and L-carnitine as C- and N-sources can be carried out according to known methods. [J. H. Miller, "Experiments in Molecular Genetics",
Cold Spring Harbor Laboratory (Cold)
Spring Harbor Laboratory), 1972] Suitable methods for producing stable mutants are a frame shift method, a deletion method and a transposon-insertion method. Microorganisms so mutated are further cultured on betaine media and transferred to L-carnitine media and subjected to the classification step b), where they are known to have a known "cross-classification" (Counter-Selektionierenden Agenzi).
en) [P. Edited by Gerhardt et al., "Manual of Methods for General Bacteriol"
ogy), American Society for Microbiology (Am. Soc. for Microbiology), 1981]
, Each microorganism is classified, and stable, without catabolizing L-carnitine, L-carnitine, crotonobetaine, γ-carnitine
One that does not grow on butyrobetaine but grows on betaine is obtained.

【0014】ベタイン、γ−ブチロベタイン、クロトノ
ベタイン、L−カルニチンをC−およびN−源として増
殖する好適な微生物は、HK4(DSM No.293
8)株ならびにその子孫および変種である。
A preferred microorganism which grows on betaine, γ-butyrobetaine, crotonobetaine and L-carnitine as C- and N-sources is HK4 (DSM No. 293).
8) The strain and its progeny and variants.

【0015】これらの株は、1984年3月3日にドイ
ッチェン・ザンムルング・フォン・ミクロオルガニスメ
ン(Deutschen Sammlung von Mikroorganismen, DS
M),ゲゼルシャフト・フュア・ビオテクノロジッシェ
・フォアシュング(Gesellschaftfuer Biofechonllgisc
he Forschung)・mbH,ドイツ連邦共和国ゲッチンゲ
ン−4300−グリーゼバッハシュトラーセ8に、No.
DSM2938の番号で寄託(国際寄託、以下同じ)さ
れている。
These strains were established on March 3, 1984 in Deutschen Sammlung von Mikroorganismen, DS.
M), Gesellschaftfuer Biofechonllgisc
he Forschung) mbH, Göttingen-4300-Griesebachstrasse 8, Germany
Deposited under the DSM2938 number (international deposit, the same applies hereinafter).

【0016】HK4(DSM No.2938)株の学術
的記述 細胞形態 桿菌、一部は変形 長さ1〜2μm 幅0.5〜0.8μm 運動性 + 鞭毛 周辺 グラム反応 − 胞子 − ポリ−β−ヒドロキシブチレート生成 − オキシダーゼ + カタラーゼ + 増殖 嫌気的 − マコンキー寒天 + 37℃ + SS寒天 − 41℃ − セトリミド寒天 − pH5.6 − 色素形成 非拡散性 − 拡散性 − 螢光性 − 酸形成(OFテスト) グルコースから 好気的 − 嫌気的 − フラクトースから好気的 − ASSグルコース + キシロース + トレハロース + エタノール − グルコースからガス形成 − ONPG + アルギニンジヒドロラーゼ − リジンデカルボキシラーゼ − フェニルアラニンデアミラーゼ − オルニチンデカルボキシラーゼ − H2S − フォーゲス・プロスカウアー − インドール − 硝酸塩から亜硝酸塩 + 脱硝 + レバン形成 − レシチナーゼ − ウレアーゼ + 成育 でんぷん − ゼラチン − カゼイン − チロシン − トウィーン80 − DNA + エスクリン + 基質転化 酢酸塩 − クエン酸塩 − マロン酸塩 − グリシン − ノルロイシン − キシロース + フラクトース + グルコース + 自家栄養増殖 H2存在下 − 3−ケトラクトース − 発育 ベタイン + L−カルニチン + γ−ブチロベタイン + クロトノベタイン + 上記した微生物から変異して分類された好適な微生物で
あって、安定で、L−カルニチンを異化せず、しかしこ
れを分泌し、かつL−カルニチン、クロトノベタインお
よびγ−ブチロベタインでは増殖しないがベタインで増
殖するものが、HK13である。
Academic description of HK4 (DSM No. 2938) strain Cell morphology Bacillus, partly deformed Length 1-2 μm Width 0.5-0.8 μm Motility + Flagellar periphery Gram reaction-spore-poly-β- Hydroxybutyrate formation-Oxidase + catalase + growth Anaerobic-Macconkey agar + 37 ° C + SS agar-41 ° C-Cetrimide agar-pH 5.6-Pigmentation Non-diffusible-Diffusive-Fluorescent-Acid formation (OF test ) aerobic glucose - anaerobic - aerobic fructose - ASS glucose + xylose + trehalose + ethanol - gas formation from glucose - ONPG + arginine dihydrolase - lysine decarboxylase - phenylalanine deaminase - ornithine decarboxylase - H 2 S-Forges Roscauer-indole-nitrite to nitrite + denitrification + levanization-lecithinase-urease + growth starch-gelatin-casein-tyrosine-Tween 80-DNA + esculin + substrate conversion acetate-citrate-malonate-glycine-norleucine - xylose + fructose + glucose + autotrophic growth presence of H 2 - 3-keto lactose - there in suitable microorganisms classified mutated from developmental betaine + L-carnitine + .gamma.-butyrobetaine + crotonobetaine + the microorganism HK13 is stable, does not catabolize L-carnitine, but secretes it, and does not grow on L-carnitine, crotonobetaine and γ-butyrobetaine but grows on betaine.

【0017】上述の菌株は、1984年1月23日に、
ドイッチェ・ザンムルング・フォン・ミクロオルガニス
メン(DSM),ゲゼルシャフト・ヒュア・ビオテクノ
ロジッシェ・フォアシュング・mbH,ドイツ連邦共和
国ゲッチンゲン−4300−グリーゼバッハシュトラー
セ8に、No.DSM2903の番号で寄託された。
On January 23, 1984, the above-mentioned strain was
Deutsche Sangmulng von Microorganismen (DSM), Geselshaft Huer Biotechniquesche Forsung mbH, Göttingen-4300-Griesebachstrasse 8, Germany; Deposited under the number DSM2903.

【0018】HK13(DSM No.2903)株の学
術的記述 細胞形態 桿菌、一部は変形 長さ1〜2μm 幅0.5〜0.8μm 運動性 + 鞭毛 周辺 グラム反応 − 胞子 − ポリ−β−ヒドロキシブチレート生成 − オキシダーゼ + カタラーゼ + 増殖 嫌気的 − マコンキー寒天 + 37℃ + SS寒天 − 41℃ − セトリミド寒天 − pH5.6 − 色素形成 非拡散性 − 拡散性 − 螢光性 − 酸形成(OFテスト) グルコースから 好気的 − 嫌気的 − フラクトースから好気的 − ASSグルコース + キシロース + トレハロース + エタノール − グルコースからガス形成 − ONPG + アルギニンジヒドロラーゼ − リジンデカルボキシラーゼ − フェニルアラニンデアミラーゼ − オルニチンデカルボキシラーゼ − H2 S − フォーゲス・プロスカウアー − インドール − 硝酸塩から亜硝酸塩 + 脱硝 + レバン形成 − レシチナーゼ − ウレアーゼ + 成育 でんぷん − ゼラチン − カゼイン − チロシン − トウィーン80 − DNA + エスクリン + 基質転化 酢酸塩 − クエン酸塩 − マロン酸塩 − グリシン − ノルロイシン − キシロース + フラクトース + グルコース + 自家栄養増殖 H2 存在下 − 3−ケトラクトース − 発育 ベタイン + L−カルニチン − γ−ブチロベタイン − クロトノベタイン − L−グルタミン酸塩+クロトノベタイン ± L−グルタミン酸塩+ブチロベタイン ± L−グルタミン酸塩+L−カルニチン ± 微生物HK13の子孫であって、安定でL−カルニチン
を異化せず、しかしこれを分泌し、L−カルニチン、ク
ロトノベタインおよびγ−ブチロベタインでは増殖しな
いが、ベタイン、L−グルタミン酸塩およびクロトノベ
タイン、L−グルタミン酸塩およびブチロベタイン、L
−グルタミン酸塩およびL−カルニチンで増殖するもの
がHK1331b株である。 これは、寒天で固体にし
たL−グルタミン酸およびγ−ブチロベタイン含有栄養
培地の表面の、自然突然変異による良好に増殖する変異
種コロニーとして単離された。
Academic description of HK13 (DSM No. 2903) strain Cell morphology Bacillus, partly deformed Length 1-2 μm Width 0.5-0.8 μm Motility + Flagella periphery Gram reaction-spore-poly-β- Hydroxybutyrate formation-Oxidase + catalase + growth Anaerobic-Macconkey agar + 37 ° C + SS agar-41 ° C-Cetrimide agar-pH 5.6-Pigmentation Non-diffusible-Diffusive-Fluorescent-Acid formation (OF test ) aerobic glucose - anaerobic - aerobic fructose - ASS glucose + xylose + trehalose + ethanol - gas formation from glucose - ONPG + arginine dihydrolase - lysine decarboxylase - phenylalanine deaminase - ornithine decarboxylase - H 2 S-Forges Proscour-Indole-nitrite to nitrite + denitrification + levanization-lecithinase-urease + growth starch-gelatin-casein-tyrosine-Tween 80-DNA + esculin + substrate conversion acetate-citrate-malonate-glycine-norleucine - xylose + fructose + glucose + autotrophic growth presence of H 2 - 3-keto lactose - growth betaine + L-carnitine - .gamma.-butyrobetaine - crotonobetaine - L-glutamate + crotonobetaine ± L-glutamate + butyrobetaine ± L-glutamate + L-carnitine ± progeny of the microorganism HK13, which is stable and does not catabolize L-carnitine but secretes it, and L-carnitine, crotonobetaine and γ-butyro Does not grow on betaine, but does not produce betaine, L-glutamate and crotonobetaine, L-glutamate and butyrobetaine, L
-Growing on glutamate and L-carnitine is the HK1331b strain. It was isolated as a well-growing mutant colony by spontaneous mutation on the surface of nutrient medium containing L-glutamic acid and γ-butyrobetaine solidified on agar.

【0019】上述の菌株は、1985年2月8日に、ド
イッチェン・ザンムルング・ヒュア・ミクロオルガニス
ムス(DSM),ゲゼルシャフト・ヒュア・ビオテクノ
ロジッシェ・フォアシュング・mbH,ドイツ連邦共和
国ゲッチンゲン−4300−グリーゼバッハシュトラー
セ8に、No.DSM3225の番号で寄託された。
On February 8, 1985, the above-mentioned strains were found in Deutschen-Sanmurung-Hur Microorganisms (DSM), Geselshaft-Hur Biotechniquesche Forsung-mbH, Göttingen-4300-Germany. No. 8 in Griesebachstrasse 8 Deposited under the DSM 3225 number.

【0020】 HK1331b(DSM No.3225)株の学術的記述 細胞形態 桿菌、一部は変形 長さ1〜2μm 幅0.5〜0.8μm 運動性 + 鞭毛 周辺 グラム反応 − 胞子 − ポリ−β−ヒドロキシブチレート生成 − オキシダーゼ + カタラーゼ + 増殖 嫌気的 − マコンキー寒天 + 37℃ + SS寒天 − 41℃ − セトリミド寒天 − pH5.6 − 色素形成 非拡散性 − 拡散性 − 螢光性 − 酸形成 グルコースから 好気的 − 嫌気的 − フラクトースから好気的 − ASSグルコース + キシロース + トレハロース + エタノール − グルコースからガス形成 − ONPG + アルギニンジヒドロラーゼ − リジンデカルボキシラーゼ − フェニルアラニンデアミラーゼ − オルニチンデカルボキシラーゼ − H2 S − フォーゲス・プロスカウアー − インドール − 硝酸塩から亜硝酸塩 + 脱硝 + レバン形成 − レシチナーゼ − ウレアーゼ + 成育 でんぷん − ゼラチン − カゼイン − チロシン − トウィーン80 − DNA + エスクリン + 基質転化 酢酸塩 − クエン酸塩 − マロン酸塩 − グリシン − ノルロイシン − キシロース + フラクトース + グルコース + 自家栄養増殖 H2存在下 − 3−ケトラクトース − 発育 ベタイン + L−カルニチン − γ−ブチロベタイン − クロトノベタイン − L−グルタミン酸塩およびクロトノベタイン + L−グルタミン酸塩およびブチロベタイン + L−グルタミン酸塩およびL−カルニチン + 分類学上の同定において、上記3種の微生物はいずれ
も、アグロバクテリウム属に属するとすべき特性を示す
と同時に、リゾビウム属に属するとすべき特性をも示し
た。 そのため、これらは「アグロバクテリウム/リゾ
ビウム属」の微生物であると表記した。L−カルニチン
の製造方法は、好ましくはつぎのように実施する。 す
なわち、微生物、好ましくは番号HK13の微生物を、
滅菌した前培養、好ましくは、ビタミン含有ミネラル培
地〔クラ(Kulla)ほか,アルヒーフ・ミクロビロオジー
(Arch. Microbiol.),135,1(1983)〕に、2
0〜40℃、好ましくは30℃において、6〜8の適当
なpH、好ましくはpH7で、20〜50時間、有利に
は30〜40時間培養する。 この前培養物は、代表的
には0.1〜10重量%とりわけ0.5〜5重量%のコ
リン、グルタミン酸塩、酢酸塩、ジメチルグリシンまた
はベタインを成長基質として含有する。 とくに好まし
いものは、0.5〜5重量%のベタインを添加したもの
である。
Academic description of HK1331b (DSM No. 3225) strain Cell morphology Bacillus, partly deformed Length 1-2 μm Width 0.5-0.8 μm Motility + Flagella periphery Gram reaction-spore-poly-β- Hydroxybutyrate formation-Oxidase + Catalase + Proliferation Anaerobic-Macconkey agar + 37 ° C + SS agar-41 ° C-Cetrimide agar-pH 5.6-Pigmentation Non-diffusible-Diffusive-Fluorescent-Acid-forming Good from glucose vapor manner - anaerobic - aerobic fructose - ASS glucose + xylose + trehalose + ethanol - gas formation from glucose - ONPG + arginine dihydrolase - lysine decarboxylase - phenylalanine deaminase - ornithine decarboxylase - H 2 S - Fogesu & Pros Wore-indole-nitrite to nitrite + denitrification + levan formation-lecithinase-urease + growth starch-gelatin-casein-tyrosine-Tween 80-DNA + esculin + substrate conversion acetate-citrate-malonate-glycine-norleucine - xylose + fructose + glucose + autotrophic growth presence of H 2 - 3-keto lactose - growth betaine + L-carnitine - .gamma.-butyrobetaine - crotonobetaine - L-glutamate and crotonobetaine + L-glutamate and butyrobetaine + L-glutamate and L-carnitine + In taxonomic identification, all three microorganisms exhibit characteristics that should belong to the genus Agrobacterium and at the same time, Then also it showed to be characteristic. Therefore, they were described as being "Agrobacterium / Rhizobium" microorganisms. The method for producing L-carnitine is preferably carried out as follows. That is, a microorganism, preferably a microorganism of the number HK13,
Sterile preculture, preferably vitamin-containing mineral medium [Kulla et al., Archif microbiorosy
(Arch. Microbiol.), 135, 1 (1983)]
The culture is carried out at a suitable pH of 6 to 8, preferably at pH 7, at 0 to 40 ° C, preferably 30 ° C, for 20 to 50 hours, advantageously 30 to 40 hours. This preculture typically contains 0.1 to 10% by weight, especially 0.5 to 5% by weight, of choline, glutamate, acetate, dimethylglycine or betaine as growth substrate. Particularly preferred are those containing 0.5 to 5% by weight of betaine.

【0021】さらに、微生物学的技術において通常行な
われるように、この前培養物には添加される出発化合物
に加えて、γ−ブチロベタイン、クロトノベタインまた
はそれらの混合物を反応媒体基準で0.1〜10重量
%、好ましくは0.5〜5重量%の量加える。 γ−ブ
チロベタインあるいはクロトノベタインは、塩酸塩であ
っても、遊離の内部塩であっても、あるいはその誘導体
の形であってもよい。上述の方法によって製造した前培
養物は、別の培養のため接種することができる。この別
の培養には、前培養と同じ組成物を用いることが好まし
い。
Furthermore, as is customary in microbiological technology, in addition to the starting compound added to this preculture, γ-butyrobetaine, crotonobetaine or a mixture thereof is added to the reaction medium in an amount of 0.1%. It is added in an amount of from 10 to 10% by weight, preferably from 0.5 to 5% by weight. γ-butyrobetaine or crotonobetaine may be a hydrochloride, a free internal salt, or a derivative thereof. The preculture produced by the method described above can be inoculated for another culture. It is preferable to use the same composition as the pre-culture for this another culture.

【0022】添加すべきクロトノベタイン、γ−ブチロ
ベタインまたはそれらの混合物は、0.1〜10重量
%、好ましくは0.5〜5重量%とする。
The amount of crotonobetaine, γ-butyrobetaine or a mixture thereof to be added is 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight.

【0023】成長基質、コリン、グルタミン酸塩、酢酸
塩、ジメチルグリシンおよびベタインは、前培養におい
て使用された濃縮物中に、有利に利用することができ
る。後の培養の培養条件を前培養の培養条件と合致させ
ることが得策である。
The growth substrates, choline, glutamate, acetate, dimethylglycine and betaine can be advantageously used in the concentrate used in the preculture. It is advisable to match the culture conditions of the subsequent culture with those of the preculture.

【0024】従って温度は、好ましくは20〜40℃、
とりわけ30℃、pH値は6〜8の範囲、とりわけpH
7に保持する。
Therefore, the temperature is preferably 20 to 40 ° C.,
Especially at 30 ° C., the pH value is in the range from 6 to 8, especially at pH
Hold at 7.

【0025】このようにして実施されるL−カルニチン
の生産は、20〜30時間の後に停止に至る。 L−カ
ルニチンの濃度は、加えられたγ−ブチロベタインまた
はクロトノベタインの量の範囲に相当である。 細胞は
遠心分離またはろ過分離され、接種材料として新しい培
養のために利用することができる。 L−カルニチン
は、既知の方法〔J.P.ヴァンデカスティーレ(Vande
casteele),アプライド・エンビロンメンタル・マイク
ロバイオロジー(Appl. Environ. Microbiol.)39,3
27(1980)〕によって、カチオン交換クロマトグ
ラフィーの手段で上澄液から回収し、再結晶によって精
製することができる。
The production of L-carnitine carried out in this way reaches a halt after 20 to 30 hours. The concentration of L-carnitine corresponds to the range of the amount of γ-butyrobetaine or crotonobetaine added. The cells can be centrifuged or filtered and available for new cultures as inoculum. L-carnitine can be synthesized by a known method [J. P. Vande Castile
casteele), Applied environ mental Microbiology (Appl. Environ. Microbiol.) 39, 3
27 (1980)], can be recovered from the supernatant by means of cation exchange chromatography and purified by recrystallization.

【0026】L−カルニチンの製造は、連続的な方法に
よっても実施でき、その場合、細胞は化学装置内で、有
利には希釈速度0.04〜0.2/h、好ましくは0.
06〜0.08/hで、バッチ培養と同様な条件下に増
殖させることができる。
The production of L-carnitine can also be carried out by a continuous process, in which the cells are placed in a chemical device, advantageously at a dilution rate of 0.04 to 0.2 / h, preferably 0.1 to 0.2 / h.
At a rate of 06 to 0.08 / h, the cells can be grown under the same conditions as in the batch culture.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

[実施例1] クロトノベタイン生育微生物の単離 土壌中から微生物を中性リン酸塩緩衝溶液を用いて攪拌
下に抽出し、最後に大きな構成部分をろ紙によって分離
して、クロトノベタイン栄養溶液中に、上記のようにし
て得たバクテリア混合物をわずかに濁るまで接種した。
9日の後、濁りは90倍の細胞濃度の集団に増大して
いた。 クロトノベタインはこの溶液から全く消失し、
アンモニアが生産副生物として検出された。
Example 1 Isolation of Crotonobetaine-Growing Microorganisms Microorganisms were extracted from soil using a neutral phosphate buffer solution under agitation, and finally, large components were separated by filter paper. The bacterial mixture obtained as described above was inoculated into the solution until it became slightly turbid.
After 9 days, turbidity had increased to a 90-fold cell concentration population. Crotonobetaine is completely lost from this solution,
Ammonia was detected as a by-product of the production.

【0028】この場合培養体から、常用の微生物学的手
段(固体にした寒天−栄養培地)の助けを借りて、クロ
トノベタイン生育微生物の純粋培養を行なった。 培養
物をさらに処理して選別し、HK4と命名した。
In this case, pure cultures of crotonobetaine-growing microorganisms were carried out from the cultures with the aid of conventional microbiological means (solidified agar-nutrition medium). The culture was further processed and selected and named HK4.

【0029】この菌株は、γ−ブチロベタイン、L−カ
ルニチンおよびベタインでも増殖する。
This strain also grows on γ-butyrobetaine, L-carnitine and betaine.

【0030】[実施例2] 安定なカルニチン−デヒドロゲナーゼ陰性変異種の単離 このような変異種は、γ−ブチロベタインまたはクロト
ノベタインから生産されたL−カルニチンをそれ以上分
解代謝することがなく、理想的な場合はむしろ分泌する
ものである。
Example 2 Isolation of Stable Carnitine-Dehydrogenase Negative Mutants Such mutants do not degrade and metabolize L-carnitine produced from γ-butyrobetaine or crotonobetaine any more. In the ideal case they are rather secreted.

【0031】HK4の培養物を、「アクリジン・ミュタ
ーゲン ICR 191」5μg/mlとともに、コハク
酸塩媒体中で指針〔J.H.ミラー,「分子生物学実
験」コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー,
(1972)〕に従って安定に変異させ、ついで細胞を
標準に従って「栄養肉汁」中で変異のあらわれを促進
し、続いてベタイン媒体中で実施した。 この熟成した
培養物をL−カルニチン媒体に接種した。
A culture of HK4 was incubated with 5 μg / ml of “Acridine Mutagen ICR 191” in a succinate medium according to guidelines [J. H. Miller, "Molecular Biology Experiments", Cold Spring Harbor Laboratory,
(1972)], and the cells were then promoted in a "vegetable broth" according to the standard to promote the appearance of the mutation, and subsequently performed in betaine medium. The aged culture was inoculated into L-carnitine medium.

【0032】数時間後、培養物は対数的な増殖をみせ
た。 この時点で、ペニシリンG(15mg/ml)および
D−シクロゼリン(0.5mg/ml)を添加した〔オルン
ストン(Ornston)ほか,Biochim. Biophys. Res. Comm
un. 36,179(1969)〕。 この「カウンター
分類」をされた試薬は、成長したバクテリアだけを殺し
た。 L−カルニチンでもはや増殖することのできず、
我々にとって興味のある変異種は、行き残って相対的に
増加した。
After several hours, the culture showed logarithmic growth. At this point, penicillin G (15 mg / ml) and D-cyclozerin (0.5 mg / ml) were added [Ornston et al., Biochim. Biophys. Res. Comm.
un. 36, 179 (1969)]. This "counter-sorted" reagent killed only the growing bacteria. Can no longer grow on L-carnitine,
Mutants of interest to us remained and increased relatively.

【0033】30時間後、生きている細胞の数は100
分の1に後退した。 抗生物質を洗い流し、培養をベタ
イン媒体中で実施した。 増殖ののち、対応する固化し
た栄養寒天上の培養液希釈物を分配した。 そのように
個別化された細胞を増殖させてコロニーにし、個々に試
験した。 変異種HK13をえらび出した。 これは安
定でもはやカルニチン・デヒドロゲナーゼを含まず、従
ってL−カルニチン、γ−ブチロベタインまたはクロト
ノベタインでは増殖しないがベタインでは増殖した。
ベタイン、ジメチルグリシン、コリン、グルタミン酸塩
または酢酸塩による増殖に際して、この菌株はクロトノ
ベタインまたはγ−ブチロベタインをL−カルニチンに
転化させ、それを分泌した。
After 30 hours, the number of living cells is 100
Retreated by a factor of one. The antibiotic was washed off and the culture was performed in betaine medium. After growth, the corresponding culture dilutions on solidified nutrient agar were dispensed. The cells so individualized were expanded into colonies and tested individually. The mutant HK13 was selected. It is stable and no longer contains carnitine dehydrogenase, and therefore did not grow on L-carnitine, gamma-butyrobetaine or crotonobetaine but did grow on betaine.
Upon growth on betaine, dimethylglycine, choline, glutamate or acetate, this strain converted crotonobetaine or γ-butyrobetaine to L-carnitine and secreted it.

【0034】[実施例3]HK13の前培養物5lを、
ビタミン含有ミネラル媒体〔クラほか,Arch. Microbio
l. 135,1(1983)〕であってベタイン1重量%
およびクロトノベタイン・クロライド0.5重量%を含
有するものの中で、30℃,pH7.0において、32
時間のあいだ培養した。 これを15lの同じ組成物に
接種し、前培養と同様に(30℃,pH7.0,pO2
=ppm)24時間にわたって培養した。 生成が停止に
至ったところで細胞を遠心分離し、新しいバッチへの接
種材料として利用した。 上澄液(19.8l)の中の
L−カルニチンの濃度を、酵素的分析によって測定し
た。
Example 3 5 l of the preculture of HK13 was
Vitamin-containing mineral medium [Kura et al., Arch. Microbio
l, 135 , 1 (1983)] and 1% by weight of betaine
And 0.5% by weight of crotonobetaine chloride at 30 ° C. and pH 7.0,
Cultured for a time. This was inoculated into 15 l of the same composition and, as in the preculture (30 ° C., pH 7.0, pO 2
= Ppm) for 24 hours. When production ceased, cells were centrifuged and used as inoculum for a new batch. The concentration of L-carnitine in the supernatant (19.8 l) was determined by enzymatic analysis.

【0035】この上澄液は、1mlあたり4.26mgのL
−カルニチンを含んでいた。 これは、クロトノベタイ
ンの添加量に対して95.0%の収率に相当すると計算
された。
This supernatant contains 4.26 mg of L per ml.
-Carnitine was included. This was calculated to correspond to a 95.0% yield, based on the amount of crotonobetaine added.

【0036】中間体または他の汚染物は、NMRスペク
トル中に検出されなかった。
No intermediates or other contaminants were detected in the NMR spectrum.

【0037】記述されたように〔J.P.ヴァンデカス
ティーレ,Appl. Environ. Microbiol. 39,327
(1980)〕、L−カルニチンはカチオン交換クロマ
トグラフィーの手段で上澄液から回収することができ、
再結晶によって精製された。
As described [J. P. Vande Castile, Appl. Environ. Microbiol. 39 , 327
(1980)], L-carnitine can be recovered from the supernatant by means of cation exchange chromatography,
Purified by recrystallization.

【0038】[実施例4]HK13の前培養物5lを、
ビタミン含有ミネラル媒体(実施例1に従う)であって
コリン1%およびγ−ブチロベタイン0.6%を含有す
るものの中で、pH7.0、温度30℃で32時間にわ
たって培養した。 この前培養物で、同じ組成物の媒体
15lの培地に接種し、実施性1と同じ条件下に培養し
た。
Example 4 5 l of a preculture of HK13 was
Cultured in a vitamin-containing mineral medium (according to Example 1) containing 1% choline and 0.6% γ-butyrobetain at pH 7.0, temperature 30 ° C. for 32 hours. In this preculture, 15 l of medium of the same composition was inoculated and cultured under the same conditions as in feasibility 1.

【0039】約30時間後に生産が停止し、細胞を精密
ろ過(アミコンのホローファイバーカートリッジ)によ
り分離した。 この細胞集団は、次のL−カルニチン生
産に利用することができた。 ろ液(19.6l)中の
L−カルニチンの濃度は、酵素的に測定した。 このろ
液は1mlあたり5.3mgのL−カルニチンを含有してい
た。 これは、添加したγ−ブチロベタインクロライド
の量に対して97.6%の分析収率に相当すると計算さ
れた。
After about 30 hours, the production was stopped, and the cells were separated by microfiltration (Amicon hollow fiber cartridge). This cell population could be used for the next L-carnitine production. The concentration of L-carnitine in the filtrate (19.6 l) was determined enzymatically. The filtrate contained 5.3 mg L-carnitine per ml. This was calculated to correspond to an analytical yield of 97.6% based on the amount of γ-butyrobetaine chloride added.

【0040】拡大NMR分析によっても、中間体または
他の異なった有機副生物は、ろ液中に検出されなかっ
た。 この溶液から、L−カルニチンを既知の手法たと
えば共沸蒸留(ドイツ特許2300492)によって単
離することができた。
No intermediates or other different organic by-products were detected in the filtrate by expanded NMR analysis. From this solution, L-carnitine could be isolated by known techniques, for example azeotropic distillation (German Patent No. 2300492).

【0041】[実施例5]連続培養のための設備をそな
えた発酵器に1.5lのビタミン含有ミネラル媒体(実
施例1に従う)にベタイン1.5%およびγ−ブチロベ
タインクロライドを含有させたものを入れ、同じ培地の
HK13前培養物150mlを接種した。30℃,pH
7.0における20時間の好気的培養ののち、培養物は
完全に成熟したので、連続運転を流速0.1l/hで開
始した。 発酵器から流出する培養物溶液を、4℃に冷
却した容器に受け取った。 細胞は、遠心分離によって
除去した。 拡大酵素分析の結果、上澄液は培養物1l
あたり8.8gのL−カルニチンを含有していた。
Example 5 A fermenter equipped with a facility for continuous cultivation contains 1.5 l of a vitamin-containing mineral medium (according to Example 1) containing 1.5% betaine and γ-butyrobetaine chloride. And inoculated with 150 ml of HK13 preculture of the same medium. 30 ° C, pH
After 20 hours of aerobic cultivation at 7.0, the culture was fully matured, so continuous operation was started at a flow rate of 0.1 l / h. The culture solution flowing out of the fermenter was received in a container cooled to 4 ° C. Cells were removed by centrifugation. As a result of the enzymatic analysis, the supernatant was 1 l of the culture.
8.8 g of L-carnitine.

【0042】これは、γ−ブチロベタインクロライドの
添加された濃度に対する分析的に検出される収率99.
2%に相当すると計算された。
This is the analytically detected yield for the added concentration of γ-butyrobetaine chloride.
It was calculated to correspond to 2%.

【0043】固体のL−カルニチンは、この溶液からイ
オンクロマトグラフィーおよび水分離によって単離する
ことができた。
Solid L-carnitine could be isolated from this solution by ion chromatography and water separation.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明により、クロトノベタイン、γ−
ブチロベタイン、またはそれらの混合物から微生物を利
用してL−カルニチンを製造する方法が改良され、コフ
ァクターを必要としない簡単な方法で、エナンチオ選択
性L−カルニチンを製造することが可能になった。
According to the present invention, crotonobetaine, γ-
The method for producing L-carnitine from butyrobetaine or a mixture thereof using microorganisms has been improved, and it has become possible to produce enantioselective L-carnitine by a simple method that does not require a cofactor.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アグロバクテリウム/リゾビウム属に属
するL−カルニチン生産菌であって、クロトノベタイン
および(または)γ−ブチロベタインからL−カルニチ
ンを生産する能力を有し、かつ後者を異化しない微生物
を、クロトノベタインおよび(または)γ−ブチロベタ
インを用いて成長基質の存在下に培養し、蓄積されたL
−カルニチンを採取することを特徴とするL−カルニチ
ンの製造方法。
An L-carnitine-producing bacterium belonging to the genus Agrobacterium / Rhizobium, which has the ability to produce L-carnitine from crotonobetaine and / or γ-butyrobetaine and does not catabolize the latter. Was cultured in the presence of a growth substrate using crotonobetaine and / or γ-butyrobetaine and the accumulated L
-A method for producing L-carnitine, which comprises collecting carnitine.
【請求項2】 クロトノベタイン、γ−ブチロベタイン
またはそれらの混合物を培地基準で0.1〜10重量%
の量使用することを特徴とする請求項1の製造方法。
2. The amount of crotonobetaine, γ-butyrobetaine or a mixture thereof is 0.1 to 10% by weight based on the medium.
2. The method according to claim 1, wherein the amount is used.
【請求項3】 成長基質としてジメチルグリシン、コリ
ン、グルタミン酸塩、酢酸塩および(または)ベタイン
を使用することを特徴とする請求項1の製造方法。
3. The process according to claim 1, wherein dimethylglycine, choline, glutamate, acetate and / or betaine are used as growth substrates.
【請求項4】 成長基質を培地基準で0.1〜10重量
%の量使用することを特徴とする請求項1の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the growth substrate is used in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the medium.
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