JPH0638737A - Method for preparing l-carnitine by microbiological means - Google Patents

Method for preparing l-carnitine by microbiological means

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JPH0638737A
JPH0638737A JP32921592A JP32921592A JPH0638737A JP H0638737 A JPH0638737 A JP H0638737A JP 32921592 A JP32921592 A JP 32921592A JP 32921592 A JP32921592 A JP 32921592A JP H0638737 A JPH0638737 A JP H0638737A
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Abstract

PURPOSE: To produce L-carnitine by utilizing a microorganism.
CONSTITUTION: This method for producing L-carnitine by a microbiological means is to culture a microorganism belonging to the Genus Agrobacterium/ Rhizobium, having a function of producing L-carnitine from crotonobetaine and/or γ-butyrobetaine and not catabolizing the former, representatively DSM-2903, DSM-3225 and DSM-2938 in the presence of a growth substrate.
COPYRIGHT: (C)1994,JPO

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。
FIELD OF THE INVENTION 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。
It is known to produce L-carnitine from γ-butyrobetaine. γ-Butyrobetaine is liberated from Neurospora crassa spores by a hydroxylase enzyme 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. Was reported (US Pat. No. 4,371,618). This method has the drawback of requiring a large number of cofactors. In the reaction, a stoichiometric amount of 2-oxoglutar hydrochloric acid is oxidatively decarboxylated to the succinate salt. 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。
Lindstedt et al. [Biochemistry, 6 , 1262-12]
70 (1967)] "Production and alteration of carnitine in Pseudomonas" (The Formation and Degrodation of
Carnitin in Pseudomonas)
-And Gattung Pseudomonas microorganisms that grow as N-sources were isolated. The first reaction in the metabolic process is the hydroxylation of γ-butyrobetaine to L-carnitine, whereby any L-carnitine produced as an intermediate is CO 2 , H 2.
It is further decomposed and metabolized into 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。
Thus, if there is a hydroxylase obtained from a bacterium, when it is added for the production of L-carnitine, the necessity of the above-mentioned disadvantageous cofactor [Lindstedt et al. Biochemist
ry 16 , 2181-2188 (1977)] “Purification and Proposition of γ-Butyrobetaine Hydroxylase from Pseudomonas sp. AK1” (Purification and Pro.
perties of γ−Butyrobetaine Hydroxylase from Pseu
domonas sp. AK1) can be resolved.

【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 is, on the basis of this object, of the enantioselective L-carnitine rather than the racemate, crotonobetaine, butyrobetaine, in a simple manner, without the disadvantages of the known methods. Another object of the present invention is to provide a method for producing L-carnitine by discovering a new type of microorganism, which enables production from a mixture thereof.

【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。
Unlike the systems known in the state of the art, the microorganisms we have found utilize H 2 O instead of O 2 as the hydroxyl group 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 method for producing L-carnitine by the microbiological means of the present invention belongs to the genus Agrobacterium / Rhizobium and produces L-carnitine from crotonobetaine and / or γ-butyrobetaine. A microorganism that has the ability to produce, and that does not catabolize 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 demonstrated by comparative studies on soil samples from four continents, a wide range of microorganisms exist that degrade and metabolize butyrobetaine and crotonobetaine via L-carnitine. It has also been successfully isolated from activated sludge in sewage purification equipment. All of these strains have the potential as L-carnitine producing strains of interest when mutated according to the principles of the invention described below.

【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。
Such mutants can be obtained 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 that grows with betaine, γ-butyrobetaine, crotonobetaine and L-carnitine as C- and N-sources according to a conventional method, and b) a culture obtained by inoculation of the mutated microorganism. , Stable, does not catabolize L-carnitine, does not grow with L-carnitine, crotonobetaine, γ-butyrobetaine, but grows with 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 classification step b), L-
Each microorganism that secretes carnitine but does not grow with L-carnitine, crotonobetaine, and γ-butyrobetaine but grows with 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 expedient to further cultivate the mutated microorganism in a betaine medium and inoculate this cultivated microorganism in the sorting step b), preferably on the L-carnitine medium. Inoculation of a strain that grows with betaine, γ-butyrobetaine, crotonobetaine and L-carnitine as the C- and N-sources may be performed as follows. That is, a mixed culture is produced by inoculating a crotonobetaine nutrient solution from a bacterial mixture, from which a pure culture of a crotonobetaine-producing microorganism is started 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 mutation of the culture which 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] A suitable method for producing a stable mutant is a frame shift method, a deletion method or a transposon-insertion method. The microorganisms so mutated are further cultivated on betaine medium and transferred to L-carnitine medium and treated in the classification step b), where the known "cross-classification" (Counter-Selektionierenden Agenzi) is carried out.
en) [P. Gerhardt et al., Manual of Methods for General Bacteriol
ogy), American Society for Microbiology, 1981]
By classifying each microorganism according to, stable L-carnitine is not catabolized, L-carnitine, crotonobetaine, γ-
Obtain one that does not grow on butyrobetaine but grows on betaine.

【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。
Suitable microorganisms which grow using betaine, γ-butyrobetaine, crotonobetaine, L-carnitine as C- and N-sources are HK4 (DSM No. 293).
8) Strains and their 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 purchased from Deutschen Sammlung von Mikroorganismen, DS on March 3, 1984.
M), Gesellschaftfuer Biotechnsche Forschung (Gesellschaftfuer Biofechonllgisc
he Forschung) mbH, Göttingen-4300-Griesebachstrasse 8, Germany, No.
It has been deposited with 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。
Scientific description of HK4 (DSM No. 2938) strain Cell morphology Bacillus, partly deformed Length 1-2 μm Width 0.5-0.8 μm Motility + flagella peripheral gram reaction-spore-poly-β- Hydroxybutyrate formation-oxidase + catalase + growth Anaerobic-Maconkey agar + 37 ° C + SS agar-41 ° C-cetrimide agar-pH5.6-pigmentation non-diffusible-diffusible-fluorescent-acid formed (OF test) ) From glucose aerobic-anaerobic-from fructose aerobic-ASS glucose + xylose + trehalose + ethanol-gas formation from glucose-ONPG + arginine dihydrolase-lysine decarboxylase-phenylalanine deamylase-ornithine decarboxylase-H 2 S-Forges Roscauer-Indole-nitrate to nitrite + denitrification + levan formation-lecithinase-urease + growing 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 Thus, 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。
The above-mentioned strain was prepared on January 23, 1984,
Deutsche Zammulung von Microorganismen (DSM), Gesellschaft Hür Biotechnsche Forschung mbH, Göttingen-4300-Griesebachstrasse 8, Germany, No. Deposited under the number DSM 2903.

【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。
Scientific description of HK13 (DSM No. 2903) strain Cell morphology Bacillus, partly deformed Length 1-2 μm Width 0.5-0.8 μm Motility + peripheral flagella gram reaction-spore-poly-β- Hydroxybutyrate formation-oxidase + catalase + growth Anaerobic-Maconkey agar + 37 ° C + SS agar-41 ° C-cetrimide agar-pH5.6-pigmentation non-diffusible-diffusible-fluorescent-acid formed (OF test) ) From glucose aerobic-anaerobic-from fructose aerobic-ASS glucose + xylose + trehalose + ethanol-gas formation from glucose-ONPG + arginine dihydrolase-lysine decarboxylase-phenylalanine deamylase-ornithine decarboxylase-H 2 S-Forges Proscour-Indole-nitrate to nitrite + denitrification + levan formation-lecithinase-urease + growing 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, L-carnitine, crotonobetaine and γ-butyro Does not grow on betaine, but betaine, L-glutamate and crotonobetaine, L-glutamate and butyrobetaine, L
-The strain that grows on glutamate and L-carnitine is strain HK1331b. It was isolated as a well-growing mutant colony due to spontaneous mutation on the surface of nutrient medium containing L-glutamic acid and γ-butyrobetaine solidified in 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。
The above-mentioned strains were obtained on February 8, 1985 by Deutschen Zammulung Hua Microorganisms (DSM), Gesellschaft Hüh Biotechnique Forschung mbH, Göttingen-4300-Germany. Griesebachstrasse 8 No. Deposited under the number DSM3225.

【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 + 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HK1
3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(1
983)〕に、20〜40℃、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。
HK1331b (DSM No. 3225)
Scientific description of the strain Cell morphology Bacillus, partly deformed Length 1-2 μm Width 0.5-0.8 μm Motility + flagellar peripheral Gram reaction-spores-poly-β-hydroxybutyrate formation-oxidase + catalase + growth Anaerobic-Maconkey agar + 37 ° C + SS agar-41 ° C-cetrimide agar-pH 5.6-Dye formation non-diffusible-diffusible-fluorescent-acid formed glucose aerobic-anaerobic-fructose-aerobic manner - ASS glucose + xylose + trehalose + ethanol - gas formation from glucose - ONPG + arginine dihydrolase - lysine decarboxylase - phenylalanine deaminase - ornithine decarboxylase - H 2 S - Fogesu & Purosukaua - indol - nitrite + de nitrates + Levan formation- Lecithinase- Urease + Growing starch- Gelatin- Casein- Tyrosine- Tween 80- DNA + Esculin + Substrate conversion Acetate- Citrate- Malonate- Glycine- Norleucine- Xylose + Fructose + Glucose + Autotrophic growth In the presence of H 2 -3-ketolactose-development betaine + L-carnitine-γ-butyrobetaine-crotonovetaine-L-glutamate and crotonobetaine + L-glutamate and butyrobetaine + L-glutamate and L-carnitine +. The method for producing L-carnitine is preferably carried out as follows. That is, a microorganism, preferably number HK1
The microorganisms of 3 were sterilized and pre-cultured, preferably vitamin-containing mineral medium [Kulla et al., Arch. Microbiol., 135, 1 (1
983)] at 20-40 ° C., preferably 30 ° C., at a suitable pH of 6-8, preferably pH 7, 20-20.
Incubate for 50 hours, preferably 30-40 hours. This preculture is typically 0.1-10% by weight, especially 0.
It contains 5-5% by weight choline, glutamate, acetate, dimethylglycine or betaine as growth substrate. Especially preferred is the addition of 0.5 to 5% by weight 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 the microbiological arts, in addition to the starting compounds added to this preculture, .gamma.-butyrobetaine, crotonobetaine or mixtures thereof are added in an amount of 0.1, based on the reaction medium. -10% by weight, preferably 0.5-5% by weight. γ-Butyrobetaine or crotonobetaine may be in the form of a hydrochloride salt, a free inner salt, or a derivative thereof. The preculture produced by the method described above can be inoculated for another culture. For this other culture, it is preferable to use the same composition as the preculture.

【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 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。
Growth substrates, choline, glutamate, acetate, dimethylglycine and betaine can be advantageously utilized in the concentrate used in the preculture. It is advisable to match the culture conditions of the subsequent culture with those of the pre-culture.

【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., pH values in the range 6-8, especially 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 thus carried out reaches a stop 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 used as inoculum for new cultures. L-carnitine can be prepared by known methods [J. P. Vande Castile
casteele), Applied Environmental 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 case the cells are advantageously diluted in the chemistry at a rate of 0.04 to 0.2 / h, preferably 0.
At 06 to 0.08 / h, the cells can be grown under the same conditions as in 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 with stirring using a neutral phosphate buffer solution, and finally, large components were separated by a filter paper to obtain crotonobetaine nutrition. The solution was inoculated with the bacterial mixture obtained as described above until it became slightly cloudy.
After 9 days, turbidity had increased to a population with 90-fold cell concentration. Crotonobetaine disappeared completely from this solution,
Ammonia was detected as a production byproduct.

【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-grown microorganisms were carried out from the cultures with the aid of conventional microbiological means (solid agar-nutrient medium). The culture was further processed, sorted 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 Mutant Such a mutant does not further decompose and metabolize L-carnitine produced from γ-butyrobetaine or crotonobetaine. In the ideal case, it is 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 [J. H. Miller, "Experimental Molecular Biology" Cold Spring Harbor Laboratory,
(1972)] and then cells were stimulated to develop mutations in "nutrient broth" according to standards, followed by betaine media. This matured 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-cyclozelin (0.5 mg / ml) were added [Ornston et al., Biochim. Biophys. Res. Comm.
un. 36, 179 (1969)]. This "countersorted" reagent killed only grown bacteria. Can no longer grow on L-carnitine,
Variants of interest to us were left over and relatively increased.

【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 to one-half. Antibiotics were washed out and the culture was carried out in betaine medium. After growth, the corresponding culture dilutions on solidified nutrient agar were distributed. The cells so individualized were grown into colonies and tested individually. The mutant HK13 was selected. It is stable and no longer contains carnitine dehydrogenase and therefore does not grow on L-carnitine, γ-butyrobetaine or crotonobetaine but on betaine.
Upon growth with 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 a preculture of HK13 was
Vitamin-containing mineral medium [Kura et al., Arch. Microbio
l. 135 , 1 (1983)] and betaine 1% by weight
And those containing 0.5% by weight of crotonobetaine chloride, at 30 ° C. and pH 7.0, 32
Cultured for a period of time. This was inoculated into 15 liters of the same composition and the same as in the preculture (30 ° C., pH 7.0, pO 2
= Ppm) for 24 hours. When the production stopped, the cells were centrifuged and used as an inoculum for a new batch. The concentration of L-carnitine in the supernatant (19.8 l) was measured 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.
-Contains carnitine. This was calculated to correspond to a yield of 95.0% 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. Van de 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
It was cultivated in a vitamin-containing mineral medium (according to Example 1) containing 1% choline and 0.6% γ-butyrobetaine at pH 7.0 at a temperature of 30 ° C. for 32 hours. This preculture was inoculated into a medium of 15 l of medium of the same composition and cultivated 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。
Production stopped after about 30 hours and cells were separated by microfiltration (Amicon hollow fiber cartridge). This cell population could be used for subsequent L-carnitine production. The concentration of L-carnitine in the filtrate (19.6 l) was measured 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 distinct organic by-products were detected in the filtrate by extended NMR analysis either. L-Carnitine could be isolated from this solution by known techniques, for example azeotropic distillation (German Patent 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 fermentor equipped with equipment for continuous culture was prepared by adding 1.5 l of vitamin-containing mineral medium (according to Example 1) to 1.5% betaine and γ-butyrobetaine chloride. And HK13 preculture of the same medium was inoculated with 150 ml. 30 ℃, pH
After 20 hours of aerobic culture at 7.0, the culture was fully matured and continuous operation was started with a flow rate of 0.1 l / h. The culture solution flowing out of the fermentor was received in a container cooled to 4 ° C. Cells were removed by centrifugation. As a result of extended enzyme analysis, the supernatant was 1 liter of culture.
Each contained 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 an analytically detected yield of 99.% 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 a microorganism has been improved, and it has become possible to produce enantioselective L-carnitine by a simple method that does not require a cofactor.

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:01) Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display area C12R 1:01)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[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。
1. A 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 which does not catabolize the latter. Were cultured in the presence of growth substrate with crotonobetaine and / or γ-butyrobetaine to accumulate 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. Crotonobetaine, γ-butyrobetaine or a mixture thereof in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the medium.
The manufacturing 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 method 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 culture medium.
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