JP2928797B2 - p―キシレン耐性コリネバクテリウム属細菌及びこれを用いる反応方法 - Google Patents

p―キシレン耐性コリネバクテリウム属細菌及びこれを用いる反応方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、p−キシレン耐性コリネバクテリウム属細
菌及びこれを用いる反応方法に関する。
〔従来の技術、発明が解決しようとする課題〕
微生物を用いて水に難溶性の物質を生産する場合に、
生成した物質の回収の容易さ、反応平衡の移動による収
量増大、毒性生成物の除去による反応阻害の回避、反応
系の混合状態の改善による反応速度増大等を目的とし
て、微生物生菌体を含む反応混合物に水と完全には混合
せず相分離する有機溶媒を加えて二相系とすることが試
みられている。
しかし、有機溶媒が微生物の細胞壁や膜構造に及ぼす
障害のため、溶解力が大きい芳香族系溶媒を用いること
は、生物活性を長期間にわたり維持するという観点から
は好ましくない。一方、毒性の低いパラフィン系溶媒等
を使用する場合は、溶解力が不十分であったり、溶媒の
除去に高温や減圧を必要とするなどの問題点がある。
ところで、シュードモナス属細菌や大腸菌の一部の菌
株には、トルエンやp−キシレンに耐性を有するものが
ある。しかし、これらはグラム陰性菌であり、細胞表層
に外膜を有するため、水に難溶性の物質の透過は困難で
あり、物質生産の手段としては好ましくない。
これに対して、グラム陽性菌には細胞表層に外膜がな
いので、物質生産に好適であるが、トルエンやp−キシ
レンに耐性を有するグラム陽性菌の存在はこれまでに知
られていない。
本発明の目的は、有機溶媒に耐性のあるグラム陽性菌
を検索し、該微生物を用いることによって各種の化合物
に対して良好な溶解性を持つ芳香族系溶媒を使用するこ
とが可能で、しかも生物活性を長期維持できる反応方法
を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、第1にp−キシレンに耐性を有するコリネ
バクテリウム属細菌を提供することであり、第2は該細
菌を、当該細菌が許容する有機溶媒の分配係数(P)の
対数(logP)値以上のlogPを有する有機溶媒の存在下、
反応性有機化合物と接触させることを特徴とする反応方
法を提供することである。
本発明者らは、有機溶媒に耐性を有するグラム陽性菌
を検索すべく検討を重ねた結果、埼玉県和光市の土壌よ
りカゼイン分解能を有する細菌のスクリーニングにより
分離したコリネバクテリウム属細菌に対し、下記の手法
を適用してp−キシレンに耐性を有する菌株を取得し
た。
スクリーニングにより得られた細菌を該細菌が生成し
得る適当な液体培地で常法により純粋に生育させる。こ
の培養物を同一組成の培地で10〜10,000倍に希釈した
後、p−キシレンを1〜10vol.%加え、3〜48時間経過
したのち栄養源を含む寒天平板上に塗抹し、12〜48時間
培養してコロニーを生じせしめ、該コロニーを計数し、
p−キシレン存在下で増殖が見られた細菌を単一コロニ
ーから釣菌する。
ここで、分配係数(P)について説明すると、これは
混り合わない2種の溶媒系における平衡状態での物質の
活動度の比として表され、物質の濃度が小さい場合は、
その濃度を活動度とみなすことができる。生物反応に使
用可能な有機溶媒を決定する際に、溶媒の極性もしくは
疎水性を指標にするが、logPを溶媒の極性の指標として
使うと、生物反応と良好な相関関係が得られ、logP<2
の極性溶媒では反応性が低く、logP=2〜4の溶媒中で
は反応性が中程度、logP>4の非極性溶媒では反応性が
高いことなどが知られている(C.Laane,S.Boeren,and
K.Vos;Trends Biotechnol.,3,251,1985およびC.Laane,
S.Boeren,K.Vos and C.Veeger;Biotechnology and Bioe
ngineering,30,81,1987)。
logP値は以下の方法で求めることができる。
(1)計算により求める方法 logP値は溶質分子を構成している各成分の疎水性の和
として表され、置換基Xを基準物質(H)に導入して化
合物にいて疎水性置換基定数πxは次式で表される。
πx=logPX−logPH logPは物質を構成している置換基のπxと基準物質の
分配係数の対数(logPH)値の和として表される。
ここで、logPまたはπ値は実験的に求めることが望ま
しいが、分配に影響を与える構成因子(例えば環化,枝
分れ,多重結合,置換基等の疎水性)に関する疎水性フ
ラグメント定数(hydrophobic fragmental constant;
f)を定め、logP=ΣfからlogPを算出することができ
(Nys,G.G.,Rekker,R.F.,Chim.Themp.,5,521,1973:R.F.
Rekker,The Hydrophobic Fragmental Constant,Elsevie
r,New York,1977)、第1表ではこの算出方法により算
出したlogPを記載してある。ただし、p−キシレンにつ
いては以下の(2)の方法により求めたlogP値である。
(2)実験により求める方法(Flask shaking法) 有機溶媒(例えばn−オクタノール)と水との間にお
ける溶質の濃度比を求めることによって決定する。相手
の相で予め飽和していた有機溶媒と水をそれぞれ一定体
積ずつとり、マイヤー中に入れる。通常は、いずれかの
相に予め薬物を溶解しておき、平衡後の両相の濃度をし
かるべき方法(通常は比色法)で定量し、分配係数Pを
求める。このとき、薬物濃度を変化させて測定し、濃度
によってPの値が変わらない領域での値を採用する(寺
田弘,化学の領域,増刊122号、p73,1979)。
以下に有機溶媒の中の主要なものについてlogP値を示
す。
本菌の菌学的性質を以下に示す。
(a)形態学的性質 細胞の形,大きさ 桿菌0.3〜1.0×0.8〜3.0μm 運動性:なし 細胞の多形性:あり 胞子形成:なし グラム染色;陽性 細胞のV字形接続:あり (b)各種培地における生育状態(30℃,24時間) 肉汁寒天平板培養 4〜5mmの円形コロニー,全縁,不透明で白色〜淡黄色
のコロニーを形成する (c)生理学的性質 生育の範囲 温度:5〜40℃(最適温度25〜37℃) pH:4.5〜9.5(最適pH4.5〜9.0) 硝酸塩の利用:陽性 アンモニウム塩の利用:陽性 酸素に対する態度:絶対好気性 カタラーゼ:+ オキシダーゼ:− O−Fテスト:反応せず ゼラチンの加水分解:+ カゼインの加水分解:+ デンプンの加水分解:− セルロースの加水分解:− インドールの生成:− 糖からの酸及びガスの生成 キシロール,アラビノース,グルコース,フルクトー
ス,マンノース,ガラクトース,シュクロース,ラクト
ース,マルトース,トレハロース,マンニトール,ソル
ビトール,イノシトールのいずれも− VPテスト:− MRテスト:− H2Sの生成:− 硝酸還元:− 尿素分解:− 炭素源の資化性: グルコース +(弱い) フルクトース + シュクロース + ソルビトール +(弱い) マンニトール +(弱い) グリセロール +(弱い) コハク酸 + グルタミン酸 + クエン酸 + 以上の菌学的性質を基準としてバージーズ・マニュア
ル・オブ・ディターミナティブ・バクテリオロジー、第
8版(1975年)を用いて検索したところ、本菌はコリネ
バクテリウム属に属するものと判定された。また、コリ
ネバクテリウム属に属する公知菌の中に本菌と同一性質
のものが存在しないので、本菌は新種に相当するものと
認められた。そこで、本菌をコリネバクテリウム・エス
ピー(Corynebacterium sp.)CX1と命名した。本菌は工
業技術院微生物工業技術研究所に寄託されており、その
受託番号はFERM P11483である。
上記微生物を用いて行なう反応の種類については特に
制限がなく、例えばエポキシ化,水酸化,脱水素等の酸
化反応、アルデヒド還元,ケトン還元,水素化等の還元
反応、エステル,多糖類,ペプチド,アミド,ニトリル
等の加水分解(トランンスエステル化,トランスペプチ
デーションも含む)を行なう加水分解反応、光学活性の
異性化,立体異性化(シス−トランス)等の異性化反応
などを挙げることができる。
上記の如く、本発明における反応は様々なものがある
が、微生物の生育の有無から反応を増殖系反応と休止菌
体反応に分けることができ、前者はさらに複雑な代謝系
を経て有用物質が生産される発酵生産と比較的単純な酵
素反応(系)を利用した変換反応に細分される。休止菌
体反応は専ら変換反応である。
また、反応を反応媒質により分類すると、緩衝液等の
水を主体とする通常の反応が行なわれる水系、水系と有
機溶媒とが2相系をなした状態で反応が行われる2相系
および有機溶媒中に可能な範囲で水を含ませ、微生物の
生存に必要な水分を確保(脱水しない)して反応を行な
う微水系があるが、本発明では主に水と有機溶媒からな
る2相系ないし微水系の反応系にて行なうことが望まし
い。
反応を行なうに際して有機溶媒を使用する場合、前記
微生物の生育が可能な最低のlogP値(限界logP値)以上
の有機溶媒を選択して使用すべきである。特に、logP値
が2.8以上の有機溶媒を用いることが望ましい。
次に、前記微生物と接触させる有機化合物としては、
水溶性,油溶性の区別なく様々なものを使用することが
でき、例えば前記した脂肪族炭化水素類などの各種有機
化合物やピルビン酸,乳酸,フマル酸などの有機酸,酢
酸エチル,酢酸ブチル,酢酸オクチル,トリブチリン
(グリセリンの酪酸トリエステル)などのエステル類、
フェニル酢酸アミドなどのアミド類、さらには糖類,ア
ミノ酸類,核酸類,ステロイド類,テルペノイド類およ
びその他の窒素化合物や硫黄化合物等を挙げることがで
きる。なお、例えばL−チロシンを生産する場合のよう
に、有機化合物のほかにアンモニア,その他の無機化合
物を適宜加える場合もある。
前記微生物を培養するための培地としては、該微生物
が十分に増殖しうるものであればよく、通常は炭素源と
してグルコース,フルクトース,シュクロース,キシロ
ース,澱粉,澱粉加水分解等の糖類、メタノール,エタ
ノール等のアルコール類、ベンゼン,トルエン,キシレ
ン,ノルマルパラフィン,α−オレフィン等の炭化水素
類,コハク酸,マロン酸,酢酸,プロピオン酸,酪酸等
の有機酸類などがあり、窒素源としては肉エキス,ペプ
トン,酵母エキス,乾燥酵母,コーンスティープリカ
ー,カザミノ酸,尿素,塩化アンモニウム,硝酸アンモ
ニウム,硝酸ナトリウム,硫酸アンモニウム等がある。
その他にリン酸塩,マグネシウム塩,カルシウム塩,鉄
塩,カリウム塩,銅塩,マンガン塩等の無機塩類を適宜
加える。
本発明の反応を増殖系で行なう場合、上記培地に微生
物を接種し、培養する際または培養中に前述の有機化合
物を1回もしくは数回に分割して加える。また、休止菌
体反応の場合は、上記培地に微生物を培養した培養液を
そのまま、もしくは遠心分離等の操作により固液分離し
て得た微生物あるいは該微生物を適当な緩衝液等で希釈
したり、微生物を常法により破砕処理したもの等を使用
して前記の有機化合物と接触させればよい。なお、反応
を2相系で行なう場合、前述した有機溶媒を使用すれば
よく、反応系が2相を形成する範囲で有機溶媒を添加す
ればよい。有機溶媒が培地成分として含まれている場合
は、それを充当することもできる。
培養は好気的条件下、pH4〜10、好ましくは6〜8、
温度10〜50℃、好ましくは10〜40℃で行なう。また、反
応は好気または嫌気的条件下、pH2〜11、好ましくは4
〜10、温度5〜90℃、好ましくは20〜50℃で目的とする
反応が十分に行なわれるまで続ける。
〔実施例〕
次に、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発
明はこれらにより限定されるものではない。
実施例1 L−1ブロス(トリブトン10g/l,イーストエキス5g/
l,塩化ナトリウム5g/lk)50mlを500ml容の坂口フラスコ
に入れ、120℃,15分間殺菌した。
この培地に、別に殺菌したトルエン2.5mlを加え、コ
リネバクテリウム・エスピーCX1(FERM P−11483)を1
白金耳植菌し、30℃で48時間振とう培養した。菌体は速
やかに増殖し、培養終了後の乾燥菌体収量は0.7g/lであ
った。また、トルエンの代わりにp−キシレンを用いて
培養したこと以外は同様に行なったときの乾燥菌体収量
は0.85g/lであった。これによりp−キシレン,トルエ
ンに耐性を有することがわかる。
実施例2 ペプトン水(ペプトン濃度5g/l)にフェニル酢酸アミ
ド(1g/l)を加えた培地50mlを500ml容の坂口フラスコ
に入れ、120℃,15分間殺菌した。
この培地に、p−キシレン5mlを加え、コリネバクテ
リウム・エスピーCX1(FERM P−11483)を1白金耳植菌
し、30℃で48時間振とう培養した。培養終了後、p−キ
シレン層を取り、蓄積したフェニル酢酸をガスクロマト
グラフィーにより定量したところ、生成量は水層1当
り115mgであった。一方、対照としてp−キシレンを添
加しないで培養した場合、生成するフェニル酢酸によっ
て菌体の生育が著しく阻害され、フェニル酢酸の生成量
は4mg/lであった。
実施例3 ペプトン水(ペプトン濃度5g/l)にトリブチリン(1g
/l)を加えた培地50mlを500ml容の坂口フラスコに入
れ、120℃,15分間殺菌した。
この培地に、p−キシレン5mlを加え、コリネバクテ
リウム・エスピーCX1(FERM P−11483)を1白金耳植菌
し、30℃で24時間振とう培養した。培養終了後、p−キ
シレン層を取り、蓄積した酪酸をガスクロマトグラフィ
ーにより定量したところ、生成量は水層1当り22mgで
あった。
一方、対照としてp−キシレンを添加しないで培養し
た場合、トリブチリンは完全に同化され、酪酸の蓄積は
全く認められなかった。
〔発明の効果〕
本発明により、p−キシレンに耐性を有するコリネバ
クテリウム属の細菌が提供され、この微生物を、適当な
有機溶剤の存在下に反応性有機化合物と接触させること
により有用な物質を効率よく生産することができる。特
に、芳香族系溶媒を使用することにより、反応性有機化
合物の供給と生成した有機化合物の回収が効果的に行な
われる。そのため、水に難溶性の物質の生産を極めて効
率良く行なうことが可能となった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C12R 1:15) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 1/00 - 7/08 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】p−キシレンに耐性を有するコリネバクテ
    リウム属細菌。
  2. 【請求項2】p−キシレンに耐性を有する細菌がコリネ
    バクテリウム・エスピーCX1(FERM P−11483)である請
    求項1記載の細菌。
  3. 【請求項3】請求項1記載の細菌を、当該細菌が許容す
    る有機溶媒の分配係数(P)の対数(logP)値以上のlo
    gPを有する有機溶媒の存在下、反応性有機化合物と接触
    させることを特徴とする反応方法。
  4. 【請求項4】反応が加水分解反応である請求項3記載の
    方法。
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