JPH03191777A - 核酸の生物学的不活性化法 - Google Patents

核酸の生物学的不活性化法

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JPH03191777A
JPH03191777A JP2330856A JP33085690A JPH03191777A JP H03191777 A JPH03191777 A JP H03191777A JP 2330856 A JP2330856 A JP 2330856A JP 33085690 A JP33085690 A JP 33085690A JP H03191777 A JPH03191777 A JP H03191777A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は核酸の生物学的不活性化法に関する。
生物工学的製造法で生成し、使用した遺伝子操作した微
生物により汚染されている物質(残留発酵液、水洗液な
ど)は容器に集められ天然の細菌、酵母又は腐生性カビ
による自己消化及び/又は計画的汚染により分解される
生物工学的製造法は生物学的物質及び活性化合物(特に
タンパク質、多糖類、抗生物質、アミノ酸、ビタミン、
アルコール)を得るため使用が増加している。現在では
異種生物中でタンパク質を生成させることが分子生物学
的技術により可能である。この関係で微生物、植物、動
物及びヒト遺伝子を各々の場合能の宿主細胞で発現する
ことが可能である。今日タンパク質合成のため圧倒的に
使用されているのはエシェリキア・コリ(Escher
ichia coli)、バチルス・サブチリス(Ba
cillus 5ubtilis)及びストレプトミセ
ス・リビダンス(Streptow+yces 1iv
idans)のような細菌及びサツカロミセス・セレビ
シェ−(Saccharo+ayces cerevi
siae) 、ピキア・パストリス(pichiB p
astoris)及びクルイ7エロミセス・ラクチス(
K1uyveroo+yces 1actis)のよう
な酵母である。しかしながら動物細胞、例えばモルモッ
ト卵細胞(CHO細胞〕、マウス細胞例えば(C127
i細胞〕及びヒト細胞も異種遺伝子発現に使用される。
活性化合物の生産は発酵槽で行うのが好ましく、何故な
らこれらにより近代的制御技術により合成を制御するこ
とができるからである。生成物は細胞から得られるか又
は培養液中に分泌される。
大量の細胞物質が発酵終期に生成し、それらは特に主と
して天然及び同種核酸(DNAとRNA)のみならず、
宿主細胞のゲノムに組み込まれた組換えプラスミドDN
A又は外来DNAを含むことがすべての製造法に共通し
ている。これまでこの組み換えDNAの環境への放出の
可能な危険性を評価することは困難を伴ってのみ可能で
あった。
従って予防的方針に基づいて、法的な要求と規制が多く
の国の関係当局上施設(例えば、ドイツ連邦共和国、ベ
ルリン連邦保険局、生物学的安全性に関する中央委員会
(ZKBS)  (FederalRepublic 
 or  Germany  the  Centra
l  Co+uaitteefor Blologic
al 5afety(ZKBS)of the Fed
eralBoard of Health in Be
rlin))から発されており、それは環境への可能性
のある危険に対する予防措置として通常は液体である廃
棄物質、従って製造工程の後に存在する核酸のすべての
不活性化を求めている。
核酸は物理的に例えば加熱により不活性化することがで
きる。これは大量のエネルギーを必要とし、従って経費
的に厳しい方法である。
方接酸は化学的に不活性化することができる。
例えば、特許願WO第89/ 03226号はDNAを
パーカルボン酸、アルカリ金属過酸化物又はアルカリ金
属パーオキソモノスルフェートの存在下で加熱処理する
ことにより化学的に不活性化する方法を提言している。
同様な不活性化方法はクエン酸の使用に基づく。後の方
法も他の化学的方法もいずれも使用者の健康に潜在的な
危険を与え、及び/又は残留する最終生成物は環境に有
害であるという欠点を持つ。両方法において、適当な化
学物質の添加により比較的低い温度(例えば80℃)で
核酸の完全な不活性化を達成することが可能である。
本発明は核酸を室温で生物学的に不活性化する方法を提
供する。これらの方法は有効であり、費用効率的であり
環境的に受諾可能である。それらは特異的酵素(ヌクレ
アーゼ、すなわちDNアーゼ及びRNアーゼ)による核
酸の分解、及びこれらの酵素の特に培養液又は廃水に存
在するか又は添加した微生物による形成に基づく。
ここに示す方法論的段階はDNアーゼ(組換えDNAを
含む)を動物細胞の溶解により放出することができる発
酵液と廃水を用いて実施した。
特に、核酸で汚染された生成物質(残留発酵液、細胞、
水洗液など)を容器に集め、室温で撹拌しながらある時
間計画的にインキュベートする方法が記述されている。
容器に入り込んだDNアーゼ(例えば細胞溶解又は微生
物分泌による放出)は組換えプラスミドDNAを含むD
NAを短時間に完全に分解することができる。廃水捕集
容器を不完全にからにすることは微生物群がそれらの構
成を保持することを意味する。それらは容器を再び廃水
で満たした場合、廃水が利用可能なエネルギー源例えば
DNAを含んでいると更に増殖してDNアーゼを分泌す
ることができる。
従って、廃水中に存在する組換え並びに宿主特異的核酸
はヌクレアーゼにより完全に分解され、廃水の加熱又は
化学的不活性化を必要としない。又、微生物は廃水捕集
容器から組換えDNAを取り込まず、従ってDNアーゼ
活性の不存在下では廃水中で必然的に安定な組換えDN
Aは上述の微生物中で発現も複製もしないことも認め 
tこ 。
核酸を分解する微生物の増殖は室温においても、及び酵
素導入、培養液の撹拌及び他の手段のような通常の発酵
条件を伴わなくても起こる。
それでも、微生物の発育速度を増加し、高い細胞密度を
実現するため、廃水を例えば通常の室温より高い温度で
発酵させることが可能である。
廃水から分離しDNアーゼ分泌菌と同定した微生物を廃
水外で増殖させ、濃縮した形で廃水に添加してインキュ
ベーション段階前にDNアーゼ活性を増加させることも
できる。
更に、分泌されるDNアーゼをコードする遺伝子をクロ
ーン化し、更に所望の生成物に発現させて、生産工程の
間にもDNアーゼを形成させ分泌させて、次いで培養液
法に廃水中の遊離DNAを分解することも可能である。
又、単離したDNアーゼを廃水に添加することも可能で
ある。この方法においては、DNアーゼを遊離のタンパ
ク質分子として、又は別の担体物質もしくは微小担体の
いずれかに結合させた固定化酵素として適用することが
でき、それら自身を細胞発酵に使用することができる。
廃水に本来存在する微生物70−ラの選択は触媒活性、
半減期、基質特異性、至適pHなどの点で種々な性質を
持つ広範囲のスペクトルのDNアーゼが核酸分解のため
存在することを可能にする。
これらの新しく開発された方法による組換えDNAの酵
素的分解は核酸不活性化の物理的又は化学的方法を上回
る利点を持つ。これらの方法は薬剤を使用する人と環境
に対して受入れられない薬剤を必要としない。これらの
方法はかなり経費効率がよく、労働集約的な点がより少
なく、妨害の影響をより受けにくく、また作業者の保護
の点で例えば加熱特に高圧加熱による核酸の不活性化よ
りかなり信頼性が高い。微生物は組換えDNAを取り込
むことがなく、従って組換えDNAの複製又は発現のい
ずれも起こることがない。反対に、組換えDNAは完全
に代謝される。すなわち組換えDNAはこの方法により
その微生物群組成が通常のバイオトープ又は浄化プラン
トのバイオマスと本質的に異ならない天然のバイオマス
に変換される。
従って本発明は自己消化及び/又は分泌により放出され
るRNアーゼ及び/又はDNアーゼに露出することから
なる核酸を不活性化する方法に関する。好ましい方法で
は無菌条件下で発酵中に放出されるヌクレアーゼ及び/
又は非無菌的条件下で発酵後に微生物により放出される
ヌクレアーゼを使用する。特に好ましい方法では精製し
たヌクレアーゼ又はヌクレアーゼ放出微生物、特にブタ
ペスト条約により第DSM 5650号としてジャーマ
ン・ミクロオルガニズム・コレクション(German
 Microorganism Co11ection
)に寄託されている腐生性カビAW 13の添加を伴う
更に本発明はペシロミセス リラシヌス(Paecil
o+oyces l1lacinus)と同定された上
述の腐生性カビAW 13自身に関し、前記カビはその
種の他の核酸分泌株も含む。
実施例 次の実施例は組換えヒトエリスロポエチン(EPO)の
通常の製造プラントに関する。「古典的」原理に基づく
製造プラントは発酵槽、廃水捕集槽及び殺菌プラントか
らなる。発酵液中の細胞成分と担体物質は沈降により分
離する。次いで上澄液を抜き出し、濾過して清澄にする
更にか過後上澄液をヒトエリスロポエチンを得るため精
製工程にかけ、一方面体成分、すなわちフィルターの細
胞と担体残渣を焼却により廃棄する。精製工程からの廃
液は廃液捕集槽に移送する。培養液を抜き出した後細胞
と担体沈降物は水道水と共に排出し、廃液捕集槽に移送
する。次いで発酵槽を水道水で満たし、120℃に20
分間加熱する。80℃に冷却後、この水を同様に廃液捕
集槽に移送する。発酵槽を更に洗浄することにより発生
する追加の廃液は同様に廃液捕集槽に移送する。このよ
うにして廃液捕集槽中の廃液はEPO精製工程及び発酵
槽の洗浄による廃液で構成される。発酵槽の洗浄に水道
水を使用しているのですべての廃水混合物は動物細胞に
とって非生理的な状態を示す。廃水捕集槽中の液体が特
定の水準まで到達すると廃水を30分間撹拌し、次いで
殺菌槽にポンプ移送する。
殺菌槽中で液体を120℃に加熱し、20分間この温度
に保つ。次いで不活性化しI;廃水を80℃に冷却し、
次に10倍量の水道水と混合し、下水道に廃棄する。
実施例 l 培養した動物細胞の上澄液中におけるDNアーゼによる
DNAの分解 動物細胞の発酵中連続的な細胞の死があり、その結果核
酸とタンパク質が放出される。組換えDNAを使用する
製造工程において、発酵中及び発酵後の組換えDNAの
所在を監視することが重要である。本発明者等はpCE
SプラスミドDNA(欧州特許願第267678号参照
)を含み、EPOを生産するマウスセルライン3T1の
発酵の培養上澄液中のDNA含量は極めて低い(< 1
100p/ l112)ことを見出した。更に研究した
結果、これらの細胞の発酵の培養上澄液はDNアーゼ活
性を含むことが明らかになった。天然のDNアーゼ活性
は極めて高いので、培養上澄液中のlθμ9・pCES
DNA/m12が室温で6時間のインキュベーション後
完全に分解されることが可能であった(図参照)。これ
がサザンプロットハイプリダイゼーションにより培養上
澄液中にさえ大きさが14.3kbのpCESプラスミ
ド分子も他のより小さい断片も検出されなかった理由で
ある。
実施例 2 廃水中のDNアーゼによるDNAの分解実施例1で述べ
た発酵プラントから発生するすべての廃水は、現在法令
と当局の要求により廃水補集槽に集め、次いで不活性化
プラントで高圧加熱する。これには補集槽の約30%又
はそれ以上が満たされた後、毎時最小の時間範囲で高圧
殺菌用殺菌プラントにポンプ輸送することが必要である
。しかしながら、補集槽は不完全にしかからにならず、
廃水の約lθ〜20%が残留する。次いでこの廃水は導
入される新しい廃水と混合される。発酵の培養上澄液に
おける(実施例1参照)と同様なりNA分解試験を廃水
補集槽の試料についても実施した。再び、各々の場合に
おいて少なくともlOμ9のDNA/rtrQ/6時間
のDNアーゼ活性が認められた。
このように処理したlOμ9のプラスミドDNAの受容
能のあるE、  coli細菌中の形質転換能に激しい
減少が認められ(2XIO″クロ一ン/μg・DNA)
、廃水の組成により完全に除くことができる(表参照)
DNAアーゼ活性は実験的に水道水で処理することによ
り、細胞から放出することができる。
これはほぼ発酵装置を水道水で清浄にする場合の条件に
相当する。
廃水中のDNアーゼ活性はlomMのEDTAの存在で
阻害することができる。EDTAは液体のDNアーゼの
生物学的活性に必須の二価荷電イオンを捕獲してキレー
トを形成する。このことがEDTAが存在しても例えば
M g 2+及びZn”+の濃度が十分であることに注
意しなければならない理由である。
少量の細胞断片が廃水中に入り込むので、それからDN
Aを単離し分析した。DNAが細胞タンパク質により比
較的保護される断片中においても、断片のみが検出され
、完全なpcEsプラスミド分子を検出することはでき
なかった。
実施例 3 廃水からの微生物の分離 捕集槽(実施例2参照)中の廃水はもはや無菌的ではな
いので、廃水中の微生物の蓄積の可能性を研究した。3
0℃でLB寒天でインキュベーションした場合微生物数
(コロニー形成単位)は10s/rtrQであり、測定
可能な微生物数はYPD寒天でl O’ / ra (
l及びYNB寒天で10”であることが認められた。
捕集槽中の微生物数は新たな廃水を導入した後確かに変
動するが、先きに測定した値は廃水中の有機物質が貧弱
な培養条件下(無撹拌、無通気)でかつ洗浄剤添加の場
合においてもかなりの微生物が確実に増殖するために十
分であることを示した。
廃水から分離した微生物が組換えDNAを取り込み、複
製することが可能か否かを研究した。
いかなる微生物のコロニーハイブリダイゼーシコンによ
ってもpCESプラスミド又はその断片が検出されなか
った。
組換え核酸は溶解したマウス細胞から放出されるので、
次にDNアーゼを分泌することができる微生物の廃水か
らの分離を試みた。廃水の0.01.0.05及び0.
1tiQをへらでLB寒天(混合物1)とYPD寒天(
混合物2)に塗り広げ、30℃にインキュベートした。
 DNAをほぼ唯一のエネルギー及び炭素源として含む
培地中で廃水からDNアーゼ活性を持つ微生物を蓄積す
る試みも行った。
次の培地はこの目的のために作った。
DNA培地    ニシン精液のDNA水道水 LB培地 M!JIOX塩類溶液 l M CaCQx l M MgCL 1 M (NHa)tsO4 0,1g 19.0+*α 0.01mQ O,1m12 0.01m12 0、O1誼a Q、Ql++(2 10XM9培地 Na、HPO,X H,070y KH*POt          3hNH,C121
h H,0を添加してlooOmQにする LB培地 トリプトン     10g 酵母エキス     5g NaCa        5g Hloを添加して1000鱈にする YPD培地 ペプトン      209 酵母エキス     109 グルコース     2h H,Oを添加して10100Oにする このDNA培地を1raQの廃水と混合し、30℃で4
日間インキュベートした。培地は混濁し、顕微鏡下で種
々の微生物が確認された。この混合物から0.Ol及び
0.05m<2の試料を除き、LB寒天にへらで塗り広
げた(混合物3)。すべての混合物で微生物を分離し、
それを純粋培養とすることができた。
R合物1 (LB寒天) :  AWI%AW2、AW
3、AW4、AW5、AW8、AW9混合物2 (YP
D寒天):AWlo、AWII%AW12、AW13混
合物3 (DNA培地):AW6、AW7実施例 4 純粋培養にした7つの微生物の確認 風なるコロニーモルフオオロジーと色を持つ13の微生
物を純粋培養にした。それらのすべてはYPD又はLB
培地の寒天平板上で発育した。分離株AWIOは黒い気
菌糸のカビであり、YPD及びLB液体培養で発育せず
、それ以上研究しなかった。分離株AVlSAW2、A
W4、AW6及びAW 12は最初に研究した後、それ
らが明らかに種々な培地で発育する際DNアーゼを分泌
しなかったので廃棄した。分離株AW3は同様に液体培
養でDNアーゼを分泌しなかったが、ネガチブ対照とし
て以後の実験に含めた。
LB寒天に発育した分離株コロニーの記述:AW3 :
  黄色 AW5 :  無色 AW7 :  白色、光沢あり AW8 :  オレンジ色 AWII:  ベージュ色 YPD培地に30℃で発育した一分離株の光学顕微鏡A
W3 :細菌、球菌様、細胞は凝集してクラスターとな
る 実験A:  培養上澄液 0−Oh(2 により中鎖を形成、分岐形態もとる AW7 :細菌、球菌様、生育してクラスターになり、
AW3とAW5より大 AW8 :細菌、球形ないし卵形細胞、増殖してクラス
ター形成 AWII:大きい酵母状細胞、円形、単一又は二連、分
岐せず 実施例 5 分泌したDNアーゼの検出 300瀧(+のエルレンマイヤーフラスコ中で30肩a
のLB培地又はYPD培地に8つの分離株を植菌し、3
0℃、120rpn+でインキュベートした。70時間
インキュベーション後、細胞を遠心沈殿し、上澄液のD
NA活性を測定した。
プラスミド溶液(1,74+wg/m(2)  0.0
1m12実験B:  培養上澄液         0
−08m12ラムダDNA(0,5it9/m(2) 
    0.015m<20.03iti2の試料を0
,6.10及び16時間後採取し、0.005m(lの
5TOP混液(100■M EDTA、 20%シュク
ロース、指示1c七してブロモフェノールブルー)と混
合し、−20℃で凍結し、次いで0.8%アガロースゲ
ルで90Vで3時間分画した(実験A)、実験Bでは分
析用試料を0.8及び24時間後に採取した。
細胞外DNアーゼ活性は分離株AW5、AW6、AW7
、AW8、All l及びAl113の培養上澄液で検
出された。ある場合、DNアーゼ活性はLB培地又はY
PD培地で培養した場合具なった。例えば、分離株AW
6はYPD培地で培養した場合LB培地で培養した場合
より多量のDNアーゼを分泌した。これとは反対に、分
離株8はLB培地で培養した場合の方がより多量のDN
アーゼを分泌した。一方、分離株AW3は上述の実験条
件でLB培地又はYPD培地のいずれで発育した場合も
DNアーゼ活性は検出されなかった。最高のDNアーゼ
活性は与えられた条件下で分離株AW13で検出された
。LB及びYPD培地でこの微生物は環状プラスミドD
NA及び線状ラムダDNAを短時間に完全に分解するこ
とができるDNアーゼ(一つ又は複数)を多量に分泌し
た。
実施例 6 廃水中における分離株AW13のDNアーゼの分泌分離
株AW13はDNアーゼをYPD及びLB培地で発育す
る場合のみならず、EPOの生産で生成する廃水中でも
生産する。
300m+2の廃水を121 ’Cで20分間オートク
レーブ殺菌し、50μQの2日培養のAW13培養(Y
PDで発育)を植菌した。24時間後と96時間後に1
m(2の培養液を除き、遠心分離し、上澄液のDNアー
ゼ活性をプラスミドDNAとラムダDNAを基質として
試験した。実験計画は実施例5に記述した通りである。
試料採取は0時間、3.5時間及び7時間後に行った。
対照としてDNAをオートクレーブ殺菌した廃水中でイ
ンキュベートした。AW13が発育した廃水は高いDN
アーゼ活性を含んでいた。
プラスミド及びラムダDNAの両方が分解されIこ 。
表 から採取した1mQの廃水中でインキュベートし動物細
胞の発酵プラントからの廃水中で室温で10μ9のpC
ES DNAをインキュベーションした後の1100p
と同等のDNAの形質転換 EDTA無添加で1分間   6100  13300
  10800EDTA添加で1分間    6742
  10020  9600EDTA無添加で6時間 
   10    2   134EDTA添加で6時
間    6100  6000   9000600 200 100 pCESプラスミドDNAのlOμ9の試料を1111
2の廃水に添加し、EDTA (2mM)添加又は無添
加で室温で1分間又は6時間インキュベートした。次い
でlOμQを除き、E、 coli DH5株の受容能
のある細菌中に形質転換した。種々な試料(1−4)は
異なる組成の廃水を異なる水準に満たした捕集槽から採
取した廃水に相当する。
pcEs DNAのlOμgの試料を種々な時間に捕集
槽た。次いで1OuQを除き、アガロースゲル上で分画
した。ゲルをニトロセルローズへプロットし、pCES
プラスミドの800塩基対(bp)の放射能ラベルした
断片をハイブリダイズし、次いで露出した。X線フィル
ムのシグナルを定量的に評価し、インキュベージタン時
間に対してプロットした。
結果を図面で示す。
【図面の簡単な説明】
添付図面は10 u y / rx QのpcEsプラ
スミドDNAを室温で捕集槽からの廃水中でインキュベ
ートした場合のpCESプラスミドDNAの経時的変化
を表すものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)自己消化及び/又は分泌により放出されるRNアー
    ゼ及び/又はDNアーゼに露出することからなる核酸特
    に組換え核酸の不活性化法。 2)無菌条件下で発酵中に放出されるRNアーゼ及び/
    又はDNアーゼを使用する請求項1記載の方法。 3)非無菌条件下で発酵後微生物により放出されるRN
    アーゼ及び/又はDNアーゼを使用する請求項1記載の
    方法。 4)精製したRNアーゼ及び/又はDNアーゼを添加す
    る請求項1記載の方法。 5)担体物質に固定化した精製したRNアーゼ及び/又
    はDNアーゼを添加する請求項1記載の方法。 6)活性ヌクレアーゼは細胞培養に使用する微小担体に
    固定化された酵素として含まれる請求項5記載の方法。 7)使用する遺伝的に変更した宿主細胞は発酵前ヌクレ
    アーゼをコードする遺伝子で形質変換又はトランスフェ
    クションされる請求項2記載の方法。 8)予め純粋培養し、外部で増殖したRNアーゼ及び/
    又はDNアーゼ放出微生物を添加する請求項1記載の方
    法。 9)寄託番号第DSM5650号の微生物AW13をD
    Nアーゼ分泌のために使用する請求項8記載の方法。 10)ジャーマン・ミクロオルガニズム・コレクション
    (GermanMicroorganismColle
    ction)に第DSM5650号で寄託されている微
    生物AW13。 11)核酸分解のためヌクレアーゼを分泌するペシロミ
    セス・リラシヌス(Paecilomyceslila
    cinus)株の使用。 12)核酸分解のためペシロミセス・リラシヌス株、特
    にDSM5650株が分泌するヌクレアーゼの使用。
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