JP2751183B2 - ピロロキノリンキノンの製造方法 - Google Patents

ピロロキノリンキノンの製造方法

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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、ピロロキノリンキノンの製造法に関し、さ
らに詳細には、細菌を使用したピロロキノリンキノンの
製造法に係わる。
ピロロキノリンキノン(以下PQQと記す)は、別名2,
7,9−トリカルボキシ−1H−ピロロ〔2,3f〕キノリン−
4,5−ジオンであり、補酵素として酵素反応または物質
代謝系を活性化し、また、ビタミン作用を有することも
明らかとなっており、医薬品として重要な役割を果す物
質と考えられている。
〔従来技術、発明が解決しようとする問題点〕
従来、PQQの製造法としては、有機化学的合成法が知
られている(例えば、JACS.,103巻、5599〜5600頁(198
1))。
しかしながら有機化学的合成法は、多段階の合成反応
から成るために、製造に長時間を要し、異性体をはじめ
とする副生物の除去のために、煩雑な操作を必要とし、
また、PQQの収率も低いという問題がある。
他方、発酵法による製造法も知られているが、その多
くは、PQQの生産菌自体に関するものであり、PQQの培養
法については、たとえば、特開昭62−126988公報に開示
されている。この公開公報において示されている方法
は、「メタノール資化性細菌を40mg/以上のマグネシ
ウム(MgSO4・7H2Oで0.4g/以上)を含有する栄養培地
で培養する方法」であるが、そのPQQの生産性は工業的
に生産するには、不十分である。また、この方法に用い
られている培地中の鉄の濃度は、約0.2mg/(FeSO4・7
H2O 1mg/)であって低いものである。
また、今まで報告されているメタノール資化性細菌の
培養において、培地組成として、鉄に着目したものはみ
られず、ジャーファメンターを用いて、メタノールを少
量ずつ添加しながら回分培養する、いわゆる流加培養あ
るいは連続培養においては、鉄として5ppm以上の鉄化合
物が添加されているのが一般である。しかし、これらの
培養においてPQQの生産性は極めて低い。
本発明者らは、PQQの生産性の向上を目的として、PQQ
の生化学的製造方法を種々検討した。
〔問題を解決するための手段、作用〕
本発明者らは、PQQの生産性を向上させるべく、培養
法を種々検討したところ、メタノールを主炭素源として
ハイホミクロビウム属に属するPQQ生産性を培養するに
際し、培養液中の鉄化合物の濃度が、PQQの生産性に大
きく関与することを発見し、この発見にもとづき、本発
明を完成した。
すなわち、本発明は、メタノールの資化性を有し、か
つ、ピロロキノリンキノンを生産する能力を有する細菌
を用いて、炭素源として少くともメタノールを含有する
培地で培養して、ピロロキノリンキノンを生産するに際
し、培養液の鉄化合物の濃度を鉄として0.3〜2ppm(ppm
=mg/)に制御して培養液中にピロロキノリンキノン
を蓄積せしめることを特徴とするピロロキノリンキノン
の製造方法である。
本発明において使用される細菌としては、メタノール
の資化性を有し、ピロロキノリンキノンを生産する能力
を有するハイホミクロビウム属の細菌であればよく、そ
の代表例としては、次のようなものがある。
すなわち、ハイホミクロビウム ブルガレ、ハイホミ
クロビウム メチロボラムなどがある。
これらのメタノールの資化性を有し、PQQを生産する
能力を有するハイホミクロビウム属に属する細菌(以下
PQQ生産菌 と記すこともある)を培養するにあたっ
て、培養液の鉄化合物の濃度を鉄として0.3〜2ppmに制
御する以外は、メタノール資化性細菌の培養に使用され
る通常の培養法と異なるところはない。
培地または培養液に添加された鉄化合物は、極めて短
い時間で菌体内に取り込まれ、その鉄化合物のまゝで、
菌体内に滞留する。
従って、培養液の鉄化合物の濃度は、培養液中の菌体
に取り込まれた鉄化合物の鉄分の重量と培地中の鉄化合
物の鉄分の重量との和を培養液の重量で徐した商または
培地もしくは培養液に添加された鉄化合物の鉄分の総重
量を培養液の重量で徐した商として定義される。
培養液の鉄化合物の濃度を所定の値に制御するために
は、回分培養では(イ)予め培地を調製する際に培地の
鉄化合物の濃度を所定の値とする(ロ)鉄化合物を含有
しない培養液に培養開始時に鉄化合物を添加して、培養
液の鉄化合物の濃度を所定の値とする および (ハ)
鉄化合物を含有しないかまたは所定量の鉄化合物の中の
一部を含有した培養液に残部の鉄化合物を培養期間内に
数回に分割して、または連続的に添加する。この場合に
も、添加された鉄化合物の鉄分全量(=所定量)を培養
液の重量で除した商が培養液の鉄化合物の濃度となる。
また、連続培養では(ニ)鉄化合物を培養槽に補充し
ない場合と(ホ)鉄化合物を培養槽に分割して、または
連続的に補充する場合とがある。(ニ)の場合には培養
液の鉄化合物の濃度は、培養槽入口と培養槽出口とで
は、実質的に差はなく、ともに所定の値とされ、また
(ホ)の場合には培養液の鉄化合物の濃度は培養槽出口
で所定の値とされる。
培養液の鉄化合物の濃度は、鉄として0.3〜2ppm(ppm
=mg/)であり、この範囲の外では、PQQの生産性は著
しく低下する。なお、培地に使用する水として、工業用
水、井戸水などの鉄を含有している水を使用する場合
は、これらの水に含まれている鉄含量を分析し、培養液
の鉄化合物の濃度が前記の範囲に入るように鉄化合物を
補充すればよい。
鉄化合物の種類は、水溶性で、かつ、PQQ生産菌が利
用し得るものであればよく、たとえば硫酸鉄、クエン酸
鉄、シュウ酸鉄、酸化鉄、乳酸鉄、硝酸鉄およびリン酸
鉄などが好適に用いられ、培地または培養液に溶解して
いることが必要である。また、主炭素源として、メタノ
ールを含有することが必要である。
培地中または培養液中のメタノール濃度は、使用する
細菌が生育、増殖できる濃度であればよいが、一般的に
は、1.5重量%を越えると生育、増殖速度が遅くなり、
3重量%以上では、生育、増殖速度はさらに低下し、6
重量%では生育、増殖しない。
従って、回分培養においては、培養液中のメタノール
濃度を100ppm〜1.5重量%に調節しながら培養すること
が好ましい。また、連続培養においては、培養液中のメ
タノール濃度が0.5重量%以下、好ましくは1重量%に
なるように培養すればよく、供給する培地中のメタノー
ル濃度には、特に制限はない。しかし、実質的には1重
量%〜15重量%が好ましい。
培養液中のメタノール濃度の測定は、培養液中のメタ
ノール濃度をガスクロマトグラフィーで分析する方法、
排ガス中のメタノールを分析し培養液中のメタノール濃
度を知る方法などによって行なわれる。
さらに培地成分として、通常の窒素源、無機物の適量
が使用される。
窒素源としては、通常は、たとえば硫酸アンモニウ
ム、尿素、硝酸アンモニウムおよびリン酸アンモニウム
などが用いられ、生育に必要な量を添加する。窒素源と
して、アンモニウム塩を使用する場合は、細胞が増殖す
るに伴って培養液中のpHが低下するので、培養液中のpH
を所定の値に保つために、アンモニア、苛性カリもしく
は苛性ソーダ等を添加して培養液のpHを調節する必要が
ある。これらの中でアンモニアが特に好ましい。
無機塩類としては、通常は、たとえばリン酸塩、マグ
ネシウム塩およびその他必要に応じて微量金属塩が用い
られる。鉄以外の無機塩類の添加量は、特に制限はな
く、通常用いられる量でよいが、PQQの生産量を高める
ためには、高い菌体濃度が好ましいので、細菌の生育、
増殖にとって、十分な量の添加が好ましい。また、使用
菌株が栄養供給性を示す場合には、その要求性物質を培
地に添加する必要がある。
培養条件は、使用する細菌が生育し得る条件であれば
よい。たとえば培養pHは、通常はpH 6〜8とされるが、
用いる細菌によっては、この範囲をはずれることもあ
る。
連続培養で生産を行なう場合は、供給培地中の鉄含量
を0.3〜2ppmとし、かつ、他の成分を十分量とした培地
を使用し、培養液中にメタノールが存在するような滞留
時間あるいは、メタノールの添加量を調節することによ
り、PQQの生産を行なう。
このような培養を行なうことにより、PQQ生産菌は、
メタノールを消費してPQQを生産し、このPQQは培養液中
に排出蓄積されるが、PQQは酸性物質であるのでその蓄
積に従い、培養液のpHが低下する。従って、アンモニア
水などのアルカリを添加し、培養液のpHを使用された細
菌の生育pHの範囲に調節する必要がある。
このようにして得られた培養液から、たとえば、ろ過
もしくは遠心分離などの通常の固液分離手段によって、
菌体を除去し、培養上澄液を得る。得られた培養上澄液
あるいは、場合によっては、菌体を含有する培養液から
PQQを分離し、精製する。
培養液または培養上澄液からのPQQの分離、精製は、
通常の方法によって行なうことが出来る。たとえば、イ
オン交換クロマトグラフィー、濃縮物のゲルろ過法、凍
結乾燥物の溶媒抽出法あるいはアフィニティー クロマ
トグラフィーなどが利用できる。
このようにして得られたPQQは、高速液体クロマトグ
ラフィー、元素分析、核磁気共鳴スペクトルおよび質量
分析などによって同定される。
また、定量法としては、大腸菌のD−グルコース脱水
素酵素を用いる方法(Agric.Biol.Chem.,第49巻、第122
7〜1231頁1985)あるいは、高速液体クロマトグラフィ
ー(検出器、紫外検出あるいは蛍光分析)などがある。
〔実施例〕
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明す
る。
実施例 1 純水1あたり、(NH42SO4 3.0g、KH2PO4 1.4g、N
a2HPO4 2.1g、MgSO4・7H2O 0.2g、FeC6H5O2・XH2O 30m
g、ZnSO4・7H2O 5mg、CaCl2・2H2O 30mg、MnCl2・4H2O
5mg、CuSO4・5H2O 0.5mgおよびメタノール8mlを溶解
し、pHが7.1に調整された液200mlを1容三角フラスコ
に入れ、120℃で20分間殺菌し、これを培地とした。
これに、ハイホミクロビウム エスピー DSM 1869を
接種し、30℃でロータリーシエーカーで回転数220回/
分の回転振とう培養を行なった。この培養液を種母液と
した。
純水1あたり、(NH42SO4 1.0g、MgSO4・7H2O 1.
0g、KH2PO4 1.4g含む培地15を30容培養槽に入れ、
殺菌した。
純水10mlあたり、FeSO4・7H2O 75mg、ZnSO4・7H2O 15
0mg、CaCl2・2H2O 150mg、NaCl 150mg、MnSO4・4−5H2
O 45mg、H3BO3 3mg、CuSO4・5H2O 1.5mg、CoCl2・2H2O
1.5mg、KI 1.5mg、(NH46Mo7O24・4H2O 1.5mgを含む
ミネラル溶液を殺菌した。30培養槽内の培地の温度が
30℃に低下したのち、このミネラル溶液10mlを無菌的に
加え、さらにアンモニア水を無菌的に添加して、培養液
のpHを6.8に調整した。この培養槽に、メタノールを150
mlおよび前記の種母液200mlを無菌的に加え、通気量 1
0/min、撹拌数300rpmで温度30℃、培養pHを6.8になる
ようにアンモニア水を添加しながら培養した。
細菌が増殖するに従って、培養液中のメタノール濃度
が低下したが、それを排気ガス中のメタノールをガスク
ロマトグラフィーで分析することにより検出し、培養液
中のメタノール濃度が0.1〜0.5重量%になるようにメタ
ノールを供給した。
また、ミネラル溶液の10mlあたりのFeSO4・7H2O量を
それぞれ11.25mg、22.5mg、37.5mg、112.5mg、150mgお
よび225mgに変更した以外は、前記と同様にしてそれぞ
れ10日間培養した。
培養液の菌体量(610nmの吸光度で示す)およびPQQの
蓄積量を表1に示す。
実施例 2 菌株としてハイホミクロビウム ブルガレ NCIB 97
75 を使用し、30容培養槽へ入れるミネラル溶液組成
を10mlあたりFeCl3・6H2O 75mg、ZnSO4・7H2O 15mg、Ca
Cl2・2H2O 15mg、NaCl 15mg、MnSO4・4−5H2O 4.5mg、
H3BO3 0.3mg、CuSO4・5H2O 0.15mg、CoCl2・2H2O 0.15m
g、KI 0.15mg、(NH46Mo7O24・4H2O 0.15mgとし、培
地中の鉄濃度を1.03ppmとした以外は、実施例1と同様
にして、10日間培養した。
菌体量は、610nmの吸光度として20であり、培養上澄
液中のPQQ蓄積量は、160mg/であった。
実施例 3 菌株として、ハイホミクロビウム メチロボラム IF
O 14180を使用し、30容培養槽へ入れるミネラル溶液
組成を10mlあたりFe3(PO4・8H2O 45mg、ZnSO4・7H
2O 15mg、CaCl2・2H2O 15mg、NaCl 15mg、MnSO4・4−5
H2O 4.5mg、H3BO3 0.3mg、CuSO4・5H2O 0.15mg、CoCl2
・2H2O 0.15mg、KI 0.15mg、(NH46Mo7O24・4H2O 0.1
5mgとし、培地中の鉄濃度を1.0ppmとした以外は実施例
1と同様にして10日間培養した。
菌体量は、610nmの吸光度として、22であり、培養上
澄液中のPQQ蓄積量は146mg/であった。
実施例 4 菌株として、メチロバチルス グリコゲネスTK0193
(=Pseudomonas methylonica=Pseudomonas methanoli
s BNK−84=微工研菌寄第2247号)(Int.J.Syst.BActer
iol.,36,p.502〜511)を使用した以外は、実施例2と同
様にして、4日間培養した。
菌体量は610nmの吸光度として28であり、培養上澄液
中のPQQ蓄積量は410mg/であった。
〔発明の効果〕
本発明により、PQQの生産性が大幅に増大し、PQQを工
業的に効率よく生産することが可能となる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタノールの資化性を有し、かつ、ピロロ
    キノリンキノンを生産する能力を有するハイホミクロビ
    ウム属に属する細菌を用いて、炭素源として少なくとも
    メタノールを含有する培地で培養してピロロキノリンキ
    ノンを生産するに際し、培養液の鉄化合物の濃度を鉄と
    して0.3〜2ppmに制御して、培養液中にピロロキノリン
    キノンを蓄積せしめることを特徴とするピロロキノリン
    キノンの製造方法。
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