JPH0698014B2 - アデノシン−5′−三リン酸の製造法 - Google Patents

アデノシン−5′−三リン酸の製造法

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JPH0698014B2 JP56053681A JP5368181A JPH0698014B2 JP H0698014 B2 JPH0698014 B2 JP H0698014B2 JP 56053681 A JP56053681 A JP 56053681A JP 5368181 A JP5368181 A JP 5368181A JP H0698014 B2 JPH0698014 B2 JP H0698014B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、細菌菌体を用いるアデノシン−5′−三リン
酸(以下ATPと略称する)の製造法に関する。特に、解
糖系酵素活性を遺伝子工学的手法によつて増大させた細
菌を低温で培養し、その乾燥処理物を用いる新規なATP
の製造法に関する ATPは、生体内における吸エルゴン的生合成反応にエネ
ルギー或いは、リン酸供与体として関与するリン酸化合
物であつて、脳血管障害や筋萎縮症の治療薬等の医薬用
途の他、生化学的試薬としても重要視されている。
従来、ATPの製造法としては、アデノシン−5′−一リ
ン酸(以下AMPと略称する)からの有機合成の他、ATP生
合成系の酵素を有する酵母や細菌等の微生物菌体、或い
は該微生物菌体から抽出された酵素を利用する方法等多
数知られている。
例えば、(1)アデノシンまたはAMPから酵素的にATPを
製造するに際し、予め酵母を界面活性剤或いはトルエン
で処理する方法(特公昭46−20757号,米国特許第26068
99号,同第2700038号,西独特許第703400号)や、アセ
トン乾燥,凍結乾燥、或いは風乾等の乾燥処理する方法
(特開昭50−42093号) (2)大腸菌より精製したポリリン酸キナーゼを用い、
安価に且つ、大量に供給されるリン酸ポリマーを用い
て、アデノシン−5′−二リン酸(以下ADPと略称す
る)をリン酸化してATPを製造する方法(特公昭53−575
2号) (3)アデノシン,またはAMP,リン酸供与体および糖類
を含む反応液に、ミクロバクテリウム属或いは、コリネ
バクテリウム属の細菌菌体、若しくはその菌体処理物を
酵素的に作用させる方法(特公昭48−15635号)(4)
アデニンまたは、その誘導体の存在する培地に界面活性
剤の存在、または非存在下にミクロコツカス属、或いは
ブレビバクテリウム属細菌を培養してATPを生成蓄積さ
せる方法(特公昭46−28827号,特公昭49−28996号)
(5)アセトン乾燥酵母を光硬化性樹脂たるエチレング
リコール.ヒドロキシエチルアクリレートに固定化し、
これにアデノシン,グルコース,リン酸およびマグネシ
ウムイオンを含む溶液を作用させて連続的にATPを製造
する方法(Agric Biol Chem 43,1773,(1979))等が報
告されている。
これ等の方法の中、細菌菌体或いは、その処理物を用い
るATP製造法としては、上記(2),(3)の酵素法と
(4)の発酵法が検討されているのみである。しかしな
がら、酵素法でATPを生合成するためには、生合成に必
要なエネルギー供与系との共役が不可欠である。ATP供
与系としては、アセチルリン酵等に代表される高エネル
ギーリン酸化合物とリン酸転移酵素から成る系、或いは
解糖系、呼吸系等の準細胞画分が考えられるが、高エネ
ルギーリン酸化合物は高価なこと、また細菌における上
記機能画分の活性が低い上に、その機能機作も充分に解
明されていない。従つて、酵素法によるATP製造法は、
充分に満足できるものではない。また醗酵法による場合
には培養管理が難しい上、培養時間の長い割にはATP蓄
積量も少く工業的見地から改善の余地が残されている。
そこで、本発明者らは、ATP生成活性の強い細菌を育種
するため、先ず細菌の解糖系に着目し鋭意研究の結果、
解糖系酵素であるフオスフオフルクトキナーゼ(以下PF
Kと略称する)とトリオースリン酸イソメラナーゼ(以
下TPIと略称する)活性を遺伝子工学的手法を用いて増
大させることによつてATP生成活性の強い細菌の育種に
成功し、本発明を完成するに至つた。即ち、かかる知見
に基づく発明は、PFKとTPI活性を遺伝子工学的手法を用
いて増大させることによつて強い解糖系活性を有する菌
株を造成し、温度制御下に培養して得られる菌体を適当
な解糖系基質存在下にATP前駆体に作用させることを特
徴とするATPの製造法である。解糖系の強化によつてATP
生成活性を増大させられる事実は生化学的に興味あるば
かりでなく、生合成にATPを要求する種々の有用な物質
の生合成反応と共役して利用できるので工業的にも極め
て重要である。
本発明のアデノシン−5′−三リン酸の製造法は、アデ
ノシン−5′−三リン酸前駆体、マグネシウムイオン、
リン酸および解糖系基質を含有する溶液に、アデノシン
キナーゼおよびアデニレートキナーゼを含有する細菌の
菌体処理物または固定化菌体を接触させる工程を包含
し、該細菌が、大腸菌由来のフオスフオフルクトキナー
ゼ遺伝子およびトリオースリン酸イソメラーゼ遺伝子を
含む組み換え体プラスミド、またはトリオースリン酸イ
ソメラーゼ遺伝子を含む組み換え体プラスミドを大腸菌
に導入して得られる形質転換体であり、そして、 該アデノシン−5′−三リン酸前駆体の濃度が5〜50mM
であり、該マグネシウムイオンの濃度が5〜50mMであ
り、そして、該リン酸の濃度が50〜500mMである。
本発明において、大腸菌のPFK或いはTPI活性の増大した
菌株の造成は、大腸菌染色体DNAより切り出されたPFK或
いはTPI遺伝子を含むDNA断片を、大腸菌内において自律
的に増複可能なプラスミドに連結し、これを大腸菌内に
戻すことによつて容易に取得することができる。例え
ば、このような大腸菌の染色体DNAの断片を含む組み換
えプラスミドは、既知の遺伝子ライブラリーから取り出
すことが可能である。発明者らは、クラーク・カーボン
の遺伝子バンク(Louise Clarke and John Carbon;Cel
l,Vol.9:91−99(1976)からこのような組み換えプラス
ミドを見い出した。ここに記載の遺伝子バンクは公開さ
れているため、著者らから入手可能である。
PFK遺伝子およびTPI遺伝子を有する組み換えプラスミド
は、例えば次のようにして得られる。まず、クラーク・
カーボンのバンクを構成する大腸菌JA200株のクローン
を培養し、そこからプラスミドのライブラリーを得る。
これをPFK欠損変異株である大腸菌、例えば大腸菌DF456
に導入する。次いでこの形質転換体を選択培地を用いて
スクリーニングする。例えば、炭素源としてマニトール
を用い、栄養要求性を示すアミノ酸であるアルギニンと
メチオニンとを含有する最少培地を用いてスクリーニン
グし、生じたコロニーを分離する。この形質転換体から
プラスミドを得、適当な宿主、例えば大腸菌C600に導入
し、この形質転換体C600株についてPFK活性を調べるこ
とによりPFK遺伝子を有するプラスミドを含む形質転換
体であることが確認される。同様にTPI活性を調べるこ
とにより、TPI遺伝子を有するプラスミドを含む形質転
換体であることが確認される。発明者らはこのようにし
てPFK遺伝子およびTPI遺伝子を有するプラスミドを保持
し、宿主の大腸菌C600株よりもPFK活性が約7倍に、そ
してTPI活性が約11倍に上昇した形質転換体C600株を得
た。この形質転換体が有するプラスミドは、クラーク・
カーボンの遺伝子バンクの各プラスミド制限酵素部位か
らプラスミドpLC16−4と合致した。このpLC16−4は大
腸菌のPFK遺伝子およびPTIを含むDNA造片をプラスミド
の一種コリシンE1に連結して得られる組み換え体である
(図1)。これを宿主大腸菌C600に導入することにより
得られたPFKおよびTPI活性の増大した菌株はC600/pLC16
−4と称する。pLC16−4に挿入されている大腸菌のDNA
断片は、制限酵素HindIIIとEcoRIで各1ケ所切断される
(図1)ので、これ等酵素でpLC16−4を処理し、切り
出した大腸菌の5.3kbのDNA断片を、他のプラスミドpBR3
22を同じ制限酵素で切断して得られる4.3kbの断片に連
結することによって、TPI遺伝子のみを有する組み換え
体(以下pT1と略称する)を創製することができる(図
2)。プラスミドpT1は上記pBR322の断片との連結によ
り得られるプラスミドを例えば、大腸菌C600株に導入
し、次いで選択培地を用いて選択することにより得られ
る。例えば、アンピシリンを含有するL−ブロス寒天培
地で増殖するコロニーを採取し、次いで、このコロニー
がテトラサイクリンを含有するL−ブロス寒天培地で増
殖しないことを確認することによりスクリーニングされ
る。
ここに図1は大腸菌のPFKとTPI遺伝子を含む より成る組み換え体(pLC 16−4)の構造−E.H;EcoRI,
Hind III切断部位を示し、図2は大腸菌のTPI違伝子を
含む より成る組み換え体(pT1)の構造−E・H;EcoRI,Hind
IIIの切断部位を示す。
この組み換え体pT1を宿主大腸菌C600またはHB−101に導
入することによつてpT1活性のみを増大させた菌株(C60
0/pT1,HB−101/pT1)を取得することができる。
宿主菌への組み換え体DNAの導入法としては公知の方
法、例えば大腸菌の稔性を利用する方法(Mol Gene Gen
et.(1980)180:213),カルシウム処理する方法(J.Mo
l.Biol.(1970)53:159)プロトプラスト法(Proc.Nat
l.Acad.Sci,(1978)75:1929)や凍結融解菌体を使用す
る方法などが適宜利用できる。即ち、プラスミドの種
類、プラスミドに組み込まれるE.coli DNA断片の大きさ
組み換えDNAの調製法、およびそれらDNAの宿主への導入
法の差違は全て本発明の範疇に含まれることは言うまで
もない。
また、本発明での遺伝子工学的手法による解糖系活性の
増強法は、基本的には大腸菌に限らず全ての微生物に適
用可能であると共に、解糖系のPFK,TPI以外の酵素活性
を遺伝子工学的手法で高めることも本発明の広く内容と
するものである。
解糖系活性を強化した菌体をATP生産反応に適用するに
は、先ず、これ等菌株を栄養培地に培養した後、集洗菌
し、破砕、或いは乾燥等の処理を施す。この菌体処理物
を解糖系基質とATP前駆体に作用させることによつてATP
を製造することができる。
即ち、解糖系活性の強化された菌株を適当な栄養培地、
例えば5%グルコース,0.3%ペプトン,0.1%酵母エキ
ス,0.2%リン酸第二カリ,0.3%リン酸第二アンモン,0.1
%硫酸マグネシウム,7水塩(PH7.2)に25℃〜40℃(就
中28℃)で10〜20時間培養する。培養後、集洗菌し25℃
〜40℃で10〜30時間乾燥することにより基質、生成物の
膜透過性の改善された乾燥菌体を得ることができる。
ATP生産反応は、ATP前駆体5〜50mM,解糖系基質50〜500
mM,硫酸マグネシウム5〜50mM,リン酸緩衝液50〜500mM,
(反応液PH6.5〜8.5)の反応液に上記調製した乾燥菌体
20〜150mg/mlを添加し25〜37℃で1〜5時間振盪反応す
ることによつて最大のATP生産量が得られる。尚、反応
に用いる酵素源としては、乾燥菌体以外に無細胞抽出
液,固定化菌体なども適宜使用でき、その種類を問わな
い。
反応液中に生成蓄積したATPは、公知の方法で容易に単
離、精製できる。
以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。
実施例1 解糖系活性の強化された菌株(C600/pLC16−4,C600/pT
1,HB−101/pT1)を5%グルコース,0.3%ペプトン,0.1
%酵母エエキス,0.2%リン酸第二カリ,0.3%リン酸第二
アンモン,0.1%硫酸マグネシウム・7水塩(PH7.2)に
接種して10時間37℃で振盪培養する。
培養後、集洗菌し50mMリン酸緩衝液(PH7.4)に懸濁し
て破砕し、これ等菌株のPFK,TPI活性を測定し、第1表
の結果を得た。尚、対照としてC600,HB−101の値も併記
した。
実施例2 実施例1に示した菌株を実施例1と同様に培養した後、
菌体を20℃で10時間乾燥する。
AMP20mM,G−6−P200mM,リン酸緩衝液(PH8.0)300mM,
硫酸マグネシウム・7水塩30mMを含む反応液に上記乾燥
菌体を100mg/ml添加し、28℃で3時間振盪反応する。か
くして反応液中に生成したATPは第2表の通りであつ
た。
実施例3 実施例2においてAMP20mMの代りに、アデノシン40mMとA
MP2mMを加えて、同様に反応を行なう。かくして反応液
中に生成蓄積したATPは第3表の通りであつた。
実施例4 実施例2と同じ培地に28℃および37℃で培養した菌体の
乾燥標品を用いて同様に反応する。ATP生成量は第4表
の通りであつた。
実施例5 実施例2に示す反応を種々の解糖系中間体を用いて行な
つた結果、生成したATP量は第5表の通りであつた。
実施例6 実施例1と同様に培養後、生菌体2.8gを30%塩化カリウ
ム1.5mlに懸濁し、これに33.5%アクリルアミドモノマ
ー1.2ml,20%N,N′−メチレンビスアクリルアミド0.2m
l,5.0%β−ジメチルアミノプロピルニトリル0.5mlおよ
び6.7%過硫酸カリウム0.6mlを加え、5℃にて5分間放
置する。かくして約7gの固定化菌体を得る。反応液の1/
3容の固定化菌体を用いて実施例2と同様に反応する。
かくして生成蓄積したATP量は第6表の通りであつた。
実施例7 実施例2の反応を10mlで3時間行なつた後、加熱して反
応を止め、その液をPH3.5として活性炭カラムに導通
する。カラムを水洗後1.5%アンモニアを含む5%メチ
ルエチルケトンを通して吸着物を溶出し、その溶出液を
濃縮後、陰イオン交換樹脂Dowex 1(cl-)カラムに流下
して吸着させる。水洗後、塩酸と食塩の混液を通して溶
出し、ATP画分を濃縮する。これに5倍量のエタノール
を加えてATPを結晶析出させる。63mgのATPが収率70%で
得られた。
【図面の簡単な説明】
図1および図2は本発明の遺伝子組み換え機構を示す概
略図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 1:19)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アデノシン−5′−三リン酸前駆体、マグ
    ネシウムイオン、リン酸および解糖系基質を含有する溶
    液に、アデノシンキナーゼおよびアデニレートキナーゼ
    を含有する細菌の菌体処理物または固定化菌体を接触さ
    せる工程を包含する、アデノシン−5′−三リン酸の製
    造法であつて、 該細菌が、大腸菌由来のフオスフオフルクトキナーゼ遺
    伝子およびトリオースリン酸イソメラーゼ遺伝子を含む
    組み換え体プラスミド、またはトリオースリン酸イソメ
    ラーゼ遺伝子を含む組み換え体プラスミドを大腸菌に導
    入して得られる形質転換体であり、そして、 該アデノシン−5′−三リン酸前駆体の濃度が5〜50mM
    であり、該マグネシウムイオンの濃度が5〜50mMであ
    り、そして、該リン酸の濃度が50〜500mMである、 アデノシン−5′−三リン酸の製造法。
  2. 【請求項2】前記組み換え体プラスミドがpLC16−4ま
    たはpT1である、特許請求の範囲第1項に記載の製造
    法。
  3. 【請求項3】前記形質転換体が、E.coli C600/pLC 16−
    4、E.coli C600/pT1、またはE.coli HB−101/pT1であ
    る、特許請求の範囲第1項に記載の製造法。
  4. 【請求項4】前記細菌の菌体処理物が、該菌体の無細胞
    抽出液、または乾燥菌体である特許請求の範囲第1項に
    記載の製造法。
  5. 【請求項5】前記アデノシン−5′−三リン酸前駆体
    が、アデノシン、アデノシン−5′−一リン酸またはア
    デノシン−5′−二リン酸である特許請求の範囲第1項
    に記載の製造法。
  6. 【請求項6】前記解糖系基質が、グルコース、グルコー
    ス6−リン酸、フラクトース、フラクトース−6−リン
    酸、フラクトース1,6−二リン酸、或いはグリセロール
    である特許請求の範囲第1項に記載の製造法。
  7. 【請求項7】前記形質転換体の培養が20℃〜30℃で行わ
    れる特許請求の範囲第1項に記載の製造法。
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WO1998048031A1 (fr) * 1997-04-18 1998-10-29 Yamasa Corporation Procede de production d'adenosine 5'-triphosphate et utilisation de ladite substance
WO2021246522A1 (ja) * 2020-06-05 2021-12-09 国立大学法人神戸大学 耐熱性組換え宿主、耐熱性組換え宿主の製造方法、宿主に耐熱性を付与する方法、及び有用物質を生産する方法

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