JP2598676B2 - プロテアーゼの製造方法 - Google Patents

プロテアーゼの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はプロテアーゼ産生菌の培養によるプロテアー
ゼの製造方法に関し、特に産生菌の培養時におけるプロ
テアーゼの自己消化を抑制し生産性を向上せしめたプロ
テアーゼの製造方法に関する。
[従来の技術及びその問題点等] プロテアーゼ(タンパク質分解酵素)は、皮革工業
(皮なめし工程等)、繊維工業(絹の精練等)、食品工
業(調味料、みそ、しょう油、チーズ、ビール、清酒等
の製造)等の工業的用途、更に近年は洗浄剤配合の用途
に向けて多量に生産されている。
プロテアーゼは、動、植物体から抽出するか、微生物
を培養して生産するかの方法により製造されるが、需要
が多量のプロテアーゼの場合、専ら微生物の培養により
製造されている。
プロテアーゼ産生菌の培養によるプロテアーゼの製造
法では、プロテアーゼの自己分解性(自己消化性)によ
り、菌の培養時あるいはプロテアーゼの分離精製時にプ
ロテアーゼが分解するため取得収量が低下する。
そこで菌の培養過程あるいは分離精製過程において塩
化カルシウム、塩化コバルト等の金属塩を安定化剤とし
て添加する方法が提案されているが(特公昭61−108387
号)、その効果には限界がある。
プロテアーゼの自己消化による失活を防ぐには、プロ
テアーゼをその活性発現の低いpHあるいは温度条件にお
くことが有効であるが、微生物の培養過程でこの様な条
件を設定する事は、微生物の増殖および目的物質の生産
の上から実際的ではない。
また、従来、プロテアーゼの分離精製は微生物の培養
後、遠心分離あるいは濾過により菌体その他の浮遊物を
除去後、溶媒沈澱、塩析、又は膜分離等により行われて
いる。
さらに高純度のプロテアーゼ等の酵素を取得する方法
としてアフィニィティ担体を用いるアフィニィティクロ
マトグラフィー法が知られている[R.B.Dunlap編,Immob
ilized biochemicals and affinity chromatography(P
lenum press,1974,pp123−134)]。
アフィニィティ担体を分離、精製に使用する場合には
通常分離しようとする酵素を適当なpHの緩衝能を有する
溶液中で平衡吸着し、未吸着物質を充分洗浄後、pH、イ
オン強度を変えるか、あるいはアフィニィティ担体中の
リガンドに親和性を有する物質を含有する溶離液を用い
て酵素を溶出する。
これまでにプロテアーゼのアフィニィティ担体として
鉱物質担体にプロテアーゼを特異的に吸着するリガンド
を結合した吸着体を使用しプロテアーゼの分離精製を行
なった例が開示されている(PCT/CH86/00081)。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、プロテアーゼ産生菌の培養時におけ
るプロテアーゼの自己消化による失活を抑制し、プロテ
アーゼ取得収量の高い製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的はプロテアーゼ産生菌の培養時にお
けるプロテアーゼの自己消化による失活を抑制すると共
に、培養液からのプロテアーゼの分離精製を容易に行う
ことのできる製造方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは、目的とするプロテアーゼに対して親和
性を有する化合物を培地中に存在させると生産されるプ
ロテアーゼの活性中心が保護されプロテアーゼの自己消
化を防止することが可能であることを見出し、また前記
の化合物をリガンドとして保持した吸着体を培地中に存
在させると生成するプロテアーゼが吸着体に吸着され、
プロテアーゼの自己消化が防止されると共にプロテアー
ゼの分離精製が容易に行えることを見出し、本発明を完
成するに至った。
すなわち、本発明はプロテアーゼに親和性を有する化
合物を含有する培地中で、プロテアーゼ産生菌を培養す
ることを特徴とするプロテアーゼの製造方法、およびプ
ロテアーゼに親和性を有する化合物の吸着体を含有する
培地中でプロテアーゼ産生菌を培養し、前記吸着体を分
離した後、プロテアーゼを単離精製することを特徴とす
るプロテアーゼの製造方法である。
[発明の構成] プロテアーゼ親和性化合物 本発明の製造方法で培地に直接添加するか、または担
体に結合させて培地に添加するプロテアーゼに親和性を
有する化合物(リガンド)としては、例えばケイヒ酸、
ケイヒ酸エステル、バシトラシン、フェニルブチルアミ
ン、フェニルホウ酸、アミノフェニルホウ酸、フェニル
アラニン、Z−フェニルアラニン(ここでZはN−カル
ベゼンゾキシ基をいう)、チロシン等が挙げられる。
プロテアーゼ産生菌の培養に際して上記のバチルス属
セリンプロテアーゼに親和性をもつ化合物は、培養開始
時の培地中、またはプロテアーゼ生産の開始する培養後
期の培養液中に通常50〜100mM程度の濃度になるように
添加するが、添加量は用いる微生物によって最適の条件
を選ぶべきであり、使用濃度も上記範囲に限定されるも
のではない。
吸着体 親和性化合物を吸着体として培地に添加する場合に使
用する担体は通常用いられるアフィニィティクロマドグ
ラフィー用の担体であり、例えばシリカ、アルミナ、Zr
O2、TiO2等の鉱物質担体、多糖類[例えばファルマシア
社製のCHセファロース4B及びエポキシ化活性セファロー
ス6B(共に商品名)等]および架橋ポリメタアクリルア
ミド[例えば東洋曹達社製のAFエポキシトヨパール(商
品名)等]等の高分子化合物担体が挙げられる。
これらの担体自体に公知の方法(例えばNature228 13
27〜1328(1970)記載の方法)により、前述のプロテア
ーゼに親和性を有する化合物を化学的に結合させて得ら
れた吸着体を培養液中に培地と共に添加してプロテアー
ゼ生産菌を培養し、その培養液か吸着体に吸着したプロ
テアーゼを単離精製する。
プロテアーゼ産生菌の培養 本発明で使用されうる培地はプロテアーゼ産生菌の培
養に通常用いられるものでよく、酵素生産に用いる微生
物が増殖しうる任意のものであり、例えば炭素源として
グルコース、マルトース、スクロース、酢酸、エタノー
ル、グリセリンなど、窒素源としては、ふすま粕、大豆
粕、ごま粕、コーンスティープリカーなどの有機窒素
源、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウムなどの無機
窒素源が用いられる。
この培地に、さらにプロテアーゼに対して親和性を有
する化合物またはこの化合物を担体に吸着させた吸着体
を添加混合したものを用いる。
培養する微生物はプロテアーゼ産生菌として公知の菌
では、例えばバチルス属NKS−21菌株、NCIB10312菌株、
NCIB10302菌株、NCIB10293菌株等が利用できる。
培養は通常一般に行われる好気的条件下に、例えば通
気培養法や振盪培養法によって行う。培養温度は20℃〜
65℃のいづれでもよく、培養pHは培養全期を通じてpH4
〜11で良い。培養時間は15〜60時間で実施する。
しかし、これらの条件は用いる微生物によって最適の
条件を選ぶべきであり、上に示した範囲に限定されるも
のではない。
培地組成、培養条件によりプロテアーゼ産生菌を生産
するプロテアーゼの生産性は大きく変動するが、いかな
る培養条件においても、酵素に親和性を有する化合物ま
たはその吸着体を添加した培地では、無添加同組成培地
より多量の酵素が得られる。
培地にプロテアーゼ親和性化合物を添加して培養した
場合には、培養液から菌体を分離した培養上澄に目的酵
素が含まれるので、これを通常行なわれる精製法(液体
クロマトグラフィ等)により単離精製する。
また、プロテアーゼ親和性化合物の吸着体を添加して
培養した場合には培養液を遠心分離し、菌体と吸着体を
分離し、水で充分に洗浄し、この沈澱物にメタノール、
エタノール、イソプロパノール等の脂肪族低級アルコー
ルを含む、食塩、塩化カリウム、硫酸ナトリウム等のア
ルカリ金属塩0.02〜1Mを含む水溶液を用いて溶出分離す
るだけで精製純度が極めて高く、着色度の低い高品質の
酵素が得られる。
[実施例] 以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
プロテアーゼ活性の測定 実施例において、プロテアーゼ活性は以下の公知の方
法により測定した。
すなわち、検液を0.1M炭酸ナトリウム、ホウ酸、塩化
ナトリウム緩衝液(pH10.0)0.5mlを加えて、30℃で10
分間反応させる。反応停止は0.1Mトリクロル酢酸を含む
0.2M酢酸、0.2M酢酸ナトリウム2mlを加えて行なう。30
℃、20分間放置後、No.2瀘紙を用いて濾過し、瀘液1ml
に0.4M炭酸ナトリウム5mlと6倍希釈のフェノール試薬
水溶液1mlを添加し、30℃、20分間放置して発色させ660
nmにおける吸光度を測定する。酵素単位は、国際酵素委
員会の「エンザイムノーメンクレーチャー」に従い、30
℃でpH10の1%カゼインを基質とし、1秒間にチロシン
1モル相当量の660nmの発色を示すトリクロル酢酸可溶
性物質を遊離するプロテアーゼ量を1katalとする。
なお、本発明に使用するプロテアーゼに親和性をもつ
化合物は、いわゆるプロテアーゼの拮抗阻害剤である
が、プロテアーゼの活性測定に際して過剰の基質の存在
下(カゼイン1%)においてはプロテアーゼの蛋白質分
解活性を阻害するものではない。
また、本発明の吸着体添加法で得られた酵素と従来の
吸着体を添加しないで培養して得られた酵素の精製度、
着色度を比較するために280nmの吸光度当りの活性、350
nmの吸光度当りの活性を測定した。
実施例1 バチルス属NCIB10312菌株を下記培地組成1の斜面培
地で35℃、16時間培養し、その一白金耳量を寒天を含ま
ぬ培地組成1の液体培地をモルトン栓付18mm口径試験管
5ml入れたものに接種した。これを35℃で6時間培養
し、対数増殖期後期に達した培養液を0.1ml採取して下
記培地組成2の液体培地を同寸試験管5ml入れたものに
植え次ぎ、培養開始20時間後にリガンド(Z−D,L−フ
ェニルアラニン)を70mMとなるように添加した。
次いで35℃で振盪培養し、24、30、36及び42時間後に
培養液を遠心分離し、上清について活性測定し、総活性
を求めた結果をリガンドを添加しない場合の結果と共に
表1に示す。
培地組成 1: ペプトン 1 wt% 酵母エキス 0.5 塩化ナトリウム 0.5 炭酸ナトリウム 0.3 寒天 2 培地組成 2: 大豆粕 2wt% マルトース 2 炭酸水素二カリウム 0.5 硫酸マグネシウム 0.05 炭酸ナトリウム 1 (各培地はオートクレーブにより120℃で20分間減菌し
たものを使用した。) 実施例2 バチルス属NKS−21菌株(特公昭60−55118号)につい
て実施例1と培養時間、リガンド添加方法を除いて同様
に行った。培養時間は24時間、30時間とした。
リガンドは、培養開始18時間後にZ−D−フェニルア
ラニンを100mMになる様に添加した。結果を表2に示
す。
実施例3 バチルス属NKS−21菌株につき、実施例1と同様の培
養条件で、培養時間を26時間とし、リガンドに、Z−D,
L−フェニルアラニン、trans−ケイヒ酸、m−アミノフ
ェニルホウ酸を用い、培養開始後19時間後に最終濃度10
0mMになる様に添加した。結果を表3に示す。
実施例4 バチルス属NCIB10312菌株を実施例1に記載した培地
組成1の斜面培地で35℃、16時間培養し、その一白金耳
量を寒天を含まぬ培地組成1の液体培地をモルトン栓付
18mm口径試験管に5ml入れたものに接種した。これを35
℃で6時間培養し、対数増殖期後期に達した培養液を0.
1ml採取して下記組成のリガンド(Z−D,L−フェニルア
ラニン)吸着体を添加した液体培地及び添加しない液体
培地(培地組成3)を同付試験管に5ml入れたものに植
えつけた。
35℃で振盪培養し26、28、45、52時間後に菌体もしく
は菌体と吸着体を遠心分離し、沈澱物を5mlの蒸溜水で
洗浄し遠心分離した。沈澱物に30%イソプロパノール10
0mM Na2SO4水溶液5mlを添加し、充分撹拌後遠心分離し
た。この酵素溶出操作を3回繰り返し抽出した。
これらの上清液について活性測定し、総活性を求めた
結果を表4に示す。
培地組成 3: 大豆粕 2 wt% マルトース 2 炭酸水素二カリウム 0.5 硫酸マグネシウム 0.05 炭酸ナトリウム 1 Z−D,L−フェニルアラニンをリガントする微粉状シリ
カゲル吸着体 2mg又は0mg (培地はオートクレーフにより120℃で20分間減菌した
ものを使用した。) 実施例5 実施例4と同一バチルス属NCIB10312菌株を使用して
培地として下記の培地組成4を用いた他は実施例4と同
じ方法で培養し抽出した結果を表5に示す。
培地組成 4: 大豆粕 2 wt% マルトース 2 炭酸水素二カリウム 0.5 硫酸マグネシウム 0.05 炭酸ナトリウム 1 フェニルホウ酸をリガンドする微粉状AFエポキシトヨパ
ール(東洋曹達社製) 10mg又は0mg 実施例6 バチルス属NKS−21菌株(特公昭60−55118号)につい
て培養時間を30時間としたことを除いて実施例4同様に
行なった。その結果を表6に示す。
実施例7 実施例4で得られた上清液を用いて精製度、着色度の
比較を行った。無添加系についてはNo.1の培養液上清を
使用し、添加系についてはNo.6の溶出液1の上清を用い
て、その活性と280nm、350nmでの吸光度を測定した。そ
の結果を表7に示す。
表7から、吸着体を添加した方法では、無添加の場合
に比べて280nmでの吸光度当りの活性は約7倍高く、ま
た350nmでの吸光度当りの活性は約50倍高いことがわか
る。すなわち吸着体添加法によれば精製純度が極めて高
く着色度の低い高品質の酵素を容易に得ることができ
る。
実施例8 実施例4使用の菌株と培地を用い、30時間培養し以下
の溶出液を用いて総活性を測定した。その結果をリガン
ド無添加の場合の結果と共に表8に示す。
溶出液1:30%メタノール0.02M NaCl 2:30%イソプロパノール0.02M NaCl 3: 〃 0.1M NaCl 4: 〃 0.02M KCl 5: 〃 0.02M Na2SO4 6:80% 〃 0.02M Na2SO4 7:50%エタノール0.05M NaCl 8: 〃 0.1M NaCl [発明の効果] 本発明はプロテアーゼ産生菌の培地に、プロテアーゼ
に親和性を有する化合物またはその化合物の吸着体を添
加して培養を行うプロテアーゼの製造方法を提供したも
のであり、本発明の方法によれば培養時に生産されるプ
ロテアーゼの自己消化が抑制されるためプロテアーゼの
取得収量が向上する。また吸着体を使用する本発明の方
法によればプロテアーゼの分離精製が容易であり、純度
が極めて高い着色度の低い高品質の酵素を容易に得るこ
とができる。
フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼間 道裕 東京都大田区多摩川2―24―25 昭和電 工株式会社生化学研究所内 (72)発明者 波々伯部 自克 東京都港区芝大門2丁目10番12号 昭和 電工株式会社内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プロテアーゼに親和性を有する化合物を含
    有する培地中で、プロテアーゼ産生菌を培養することを
    特徴とするプロテアーゼの製造方法。
  2. 【請求項2】プロテアーゼに親和性を有する化合物の吸
    着体を含有する培地中でプロテアーゼ産生菌を培養し、
    前記吸着体を分離した後、プロテアーゼを単離精製する
    ことを特徴とするプロテアーゼの製造方法。
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