JPH07502649A - ノイラミニダーゼの調製のためのプロセス - Google Patents
ノイラミニダーゼの調製のためのプロセスInfo
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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】
ノイラミニダーゼの調製のためのプロセス本発明の背景
本発明は、生物学的探求、細胞の面に関する研究及び糖タンパク質の酵素解析の
ための手段として主要な役割を果す酵素である、ノイラミニダーゼの調製のため
の改良されたプロセスに関する。
従来の技術
先行する実験的研究は、ノイラミニダーゼが細胞外酵素であって、タンパク質を
変異させることができかっ、特に、糖脂質とりわけスフィンゴ糖脂質の末端位置
に局在する、/アル酸の残基を加水分解できることがら非常に重要であることを
示した。
ノイラミニダーゼは、ウィルス及び微生物の間に広く分布している。実際にこの
酵素は、混合ウィルス群の全てのウィルスの中に含まれ、また、アルトロバクチ
ル・/アラフィルス(Arthrobacler 5ialaphllus)、
ビブリオ・コレラル(VlbriOcholeral)、クロストリディウム・
ウェルキイ(パーフリノゲン) (C1ostridlu@ velchii(
perfringens))、/ニードモナス・フルオレセンス(Pseudo
monas flu。
rescens)、ビーニス・ストウシエリ(Ps、 5tuzeri)、ビー
ニス・ビオシアネウス(Ps、 pyocyaneus)、ラクトバチラス・ビ
フィダス(Lactobacillus bifidus)、ニューモコノカス
(Pneumococcus)、ジフテロイド・バチリ(Diphteroid
bacilli)、タレブ/エラ・アエロゲン(Klebsiella ae
rogenes)等の細菌の中に含まれる。
しかしながら、前記ウィルス及び細菌から開始されるノイラミニダーゼの調製は
、複雑な培地と復雑な操作条件を必要とするため、僅がな酵素しが得られない。
概要
本出願人は、ノイラミニダーゼの工業的調製を可能にする改良されたプロセスを
見出した。すなわち、そのようなプロセスは、安価な培地において急速に好気性
成長を行う細菌株の利用により、毒素又はタフバク貫分解酵素のいずれも検出さ
れる程存在することなく高収率を得るものである。
前記プロセスは、細菌株として、アルトロバクチル・ウレフェイ/エンス(Ar
throbacter Urefaeiens)A T CC7562の変異に
より得られたアルトロバクチル/アラフィルを用いており、以下の特徴を有する
。
a)アルトロバクチル・/アラフィルスの細菌培養は、カゼイン氷解物を含む培
地中の低濃度のN−アセチルノイラミン酸(NANA)へ曝すれる。
b)恒成分培養槽の条件下における連続的培養での細菌成長が生じるようにする
。
C)上記で得られた酵素は、培地から回収され、そしてろ過、濃縮、限外ろ過、
透析、及びイオノ交換樹脂へのフローによって精製される。
本発明の詳細な説明
本発明による、細菌株としてアルトロバクチル・/アラフィルスを用いるノイラ
ミニダーゼの調製プロセスの特徴及び有用性は、以下の詳細な説明においてさら
に広転に示される。
試験において用いられた元の微生物は、アルトロバクチル・ウレフェイノエンス
ATCC7562であり、アメリカン・タイプ・カルチャ・コレク/gン(th
eA@erican Type Cu1ture Co11ection)から
購入した。
この微生物は、カゼイ/氷解物(0,1%)、N−アセチルノイラミン酸(NA
NA)及び寒天からなる固体培地における成長により変異させられた。
NANAの存在下での微生物の成長は、いくつかの過程を用いて行われ、それに
よって小さな光沢のある輝きをもつコロニーからなるアゼニックが得られる。
このアゼニックは、アルトロバクチル・/アラフィルスであることが示され、低
;l[のNANA (0,1−1%)が存在する液体培地中で成長するときノイ
ラミニダーゼを高収率で生成するという特徴を示す。
前駆体fiJ菌株であるアルトロバクチル・ウレフェイ/エンスATCC756
2は、NANAに曝された場合にノイラミニダーゼを全く生成しないことを注記
する。
アルトロバクチル・/アラフィルスの成長のために用いられた培地は、水溶液中
に以下の成分を含む。すなわち、カゼイン水解物、酵母エキス、NANA、二塩
基リン酸アンモニウム、(−塩基)リン酸カリウム(KH2PO4) 、塩化ナ
トリウム、硫酸マグネ/ラム、硫酸第一鉄である。
培養は、pi(7,3及び温度26°Cにおいて、通気攪拌条件下で実施された
。
定常状態条件は、培養が汚染されるまで14日間保持された。
細菌の質量が0.4g/リットルに達すると、NANAo、5g/リットルを含
みカゼイン氷解物を含まない新鮮な培地が、毎時0.13に等しい希釈値(単位
時間当りの体積変化の値)に相当するフロー速度でいくらか追加される。
このような条件下で作用させることにより、極めて大量のノイラミニダーゼが生
成されブイヨン中に堆積される。
使用された機器が、図1に示されている。この機器は、連続フロー・システムか
らなっており、二ニー・ブルノスウィノク・イノスソルメント・コーホレーンw
ノ(New Brunswick Instrument Co、 )により
マイクロゲン・ゲンII−システム(MICROGEN−GEN II SYS
TEM)として市販されている。図1中、Aはリアクタ(又は培養容器)、Cは
fiuな培地を入れた容器、Dは生成物を入れるタンク、そしてB(入)及びB
(出)はそれぞれリアクタへ培地を供給し、またリアクタからタンクDへ生成物
を引出すために設けられたボ/プである。
リアクタA(+4リツトル)は、アルトロバクチル・/アラフィルスの初期培養
により播種される。細胞懸濁の吸光度は、0.1乃至0.20D単位の間である
。5乃至7時間の誘導期の後、細胞分裂が始まる。14時間後に成長が平均指数
期又は対数期に達し、細胞分裂の倍加時間は4.6時間となる。
細胞が吸光度3乃至40D単位の間に達すると、即座に定常状態条件が確立され
る。
培養の定常状聾は、反応フラスコ中へ新鮮な無菌培地を実質的に1.8リツトル
/hに等しいフロー速度で供給することにより保持される。以下の例は、単に説
明のためにのみ提示するものであり、いかなる場合も本発明の転回を限定するも
のではない。
NANAI11度0.1%による細菌成長アルトロバクチル・ノアラフィルスは
、カゼイン濃度0.1%及びNANAI度0.1%である培地中で成長させられ
た。
定常状態レベルに到達したとき、新鮮な培地がリアクタへ供給された。この培地
にはNANA及び塩が0.05%含まれカゼインは含まれなかった。フロー速度
は30ミリリフ)ル/分、及び希釈率は毎時0.13に等しかった。
この調製の結果は図2に記録されており、定常状態において約700単位/リッ
トルに等しい酵素生成が可能であることを注記する(ここで1酵素単位とは、G
DIaを基板として用いたときpH5,3及び温度37℃においてNANAを1
μmol/分で加水分解するために十分な酵素の量である)。図2中、ライン9
は吸光度(OD)を表し、ライン2は酵素活性(U/L)を表す。
例2
NANA濃度1%のときの細菌成長
アルトロバクチル・ンアラフィルスは、カゼイン加水物0.1%及びNANA1
%を含む培地中で成長させられた。
細菌成長が定常状態に達したとき、リアクタに、カゼイン加水物を含まない新鮮
な培地(NANA及び塩を0.05%含む)が供給された。フロー速度は30ミ
リリットル/′分であった。
この結果は図3に記録されており、定常状態での生成が約1400単位/リット
ルであることを示している。ライン3は吸光度(OD)を表し、ライン4は酵素
活性([1/L)を表している。
例3
NANA涜度0.1%のときの細菌成長アルトロバクチル・シアラフィルスは、
カゼイン加水物0.5%及びNANAO,1%を含む培地中で成長させられた。
細菌成長が定常状態に達したとき、リアクタに、カゼイン加水物を含まない新鮮
な培地(NANA及び塩をO,OS%含む)が供給された。フロー速度は30ミ
リリットル/分であった。
この結果は図4に記録されており、定常状態に対応する酵素生成が約8oo単位
/リットルであることを示している。
図4において、ライン5は吸光度(OD)を表し、ライン6は酵素活性(υ/L
)を表している。
ノイラミニダーゼの精製
上記の調製の間に採集された培地は、まず最初に微生物細胞を分離するためろ過
される。この分離は、ザルトコンI I (Sartocon 11)モジコー
ル及びセルロース・アセテートからなる孔径0.2μmのフィルタ膜を備えたザ
ルトリウス・フィルタ(S訂torius filter>を用いることにより
行われる。
その後、上層の流体は、DCIOLA又は5P20フイルタ(いずれも米国アミ
フン・コーホレーン9ン(Asicon Corl+−)により提供される)で
濃縮される。
セルロース・アセテートからなり、10,000ドルトンのカットオフ分子量を
示すS−10YIOカートリツジ(Amicon提供)を通してろ過が行われる
。
次に、5IYIOカートリツジを備えたアミコンCH2(Asicon CH2
)フィルタによって限外ろ過が行われる。
アミコンDC10LAフィルタを通過すると、ろ液200すyトルは約3リツト
ルに減少し、そしてCH2フィルタを通過すると、4ooミリリ1トルに減少す
る。
その後、ろ液は、pH5,3アセテート緩衝液(0,02M)に対して以下の比
率に従って希釈される。すなわち、酵素体積lに対して、緩衝液体積6である。
本実施例においては、出願人は、酵素400ミリリツトルを希釈するために緩衝
液2リツトルを用いた。
その次に、酢酸ナトリウム緩衝液(0,02M)によりpH5,3に平衡を保た
れたCM S e ph a d e x C−50(Pharmaela)を
用いたイオン交換樹脂を通する過が行われる。各精製の後、イオン交換カラムは
、残存するタンパク質を除去するために4乃至5リツトルの1M酢酸アセテート
を用いて再生される。
ノイラミニダーゼ活性試験
1、NANA試験
水200マイクロリットル中にNANAを5.10.15,20マイクログラム
含むブランク又は標準試料の少量溶液の各々が、10マイクロリツトルの過ヨウ
素酸(0,125NのHz S Oa中に25mM)により処理される。この混
合液は60℃において5分間温室され、その間にヒ素ナトリウム100マイクロ
リットル(0,4NのMCI中)によって過剰な過ヨウ素酸塩が低減される。遊
離されたヨウ素の黄色い色が消えると(2分)、0.OIMのチオバルビッール
酸(pH9)を1ミリリツトル追加し、そして試料を覆って沸騰水浴中で7.5
分加熱する。
その後、着色された溶液は氷水の浴により冷却され、アセトンペースのアセテー
ト緩衝液(MCIが2.5%)2ミリリツトルとともに振り混ぜられる。吸光レ
ベルは、分光光度計をもちいて(552ナノメートルにおいて)アセテ−ドプラ
/りとの比較により測定される。
2、酵素活性の分析
ノイラミニダーゼの酵素活性は、K、S値の5倍に相当する、基質1度の飽和レ
ベルにおいて分析される。
遊離生成物は、比色技術(チオバルビッール酸法)を用いて測定される。例えば
、ノイラミニダーゼ酵素及びその基1j(GDiaのようなンアロ糖脂1)が5
乃至10分間温置きれた後にその基質から加水分解されたN A N Aを酵素
活性を評価するために用いる場合、その活性量を決定するために溶液中に遊離し
ているNANAが一連の反応を行う。
NANAはまた、ろ液を抽出する定常状態の細菌株培地を得るためにも用いられ
るので、測定されたNANAが酵素と基質との間の反応から生じたものであり元
の細菌株からの残留物から生じたものでないことを確認するために、2.3の検
査反応が行われる。
例えば、3本の試験管により以下に記載の2.3の試験が行われる。各試験管に
は酢酸ナトリウム緩衝液を入れる。さらに第1の試験管にはGDIa基質のみを
入れ(S)、第2の試験管[ブランク(B)]には酵素のみを入れ、モして箪3
の試験管には基質と酵素の両方を入れる(E)。
s B E
緩衝液 150’ 150 100マイクロリツトル基質 50 −−− 50
マイクロリツトル酵素 −505Qマイクロリットル
*1の試験管(S)中にはNANAは入っていないはずである。第2の試験管(
B)中にNANAが検知されたならば、その分光光度針の測定値が、第3の試験
管(E)中の反応により得られる測定値から差引かれる。従って酵素活性は、p
H5,3及び37℃において1分間に加水分解されるNANAの量として間接的
に測定される。
その解析は以下のとおりである。
基質GDIa(50マイクロリツトル)及びノイラミニダーゼ酵素(50マイク
ロリツトル)が、50mMの酢酸ナトリウム緩衝液(pH5,0)とともに試験
管中に入れられ、そして5分間反応させられる。その後、0.125Nの過ヨウ
素酸H10a (H2SOa中に25mM)を100マイクロリツトル追加して
、さらに5分間加温浴(60”C)中で反応をすすめさせられる。この時点でヒ
素ナトリウA(0,4NのMCI中に1.6%)100フイクロリyトル及び0
.1Mのチオバルビッール酸(NaOHによりpH9)1 ミリリットルを溶液
に追加シ、その追加後の溶液を100℃の洛中で7.5分間加熱する。赤橙色が
現れる。この着色を安定化するために抽出溶液(アセトン及び塩酸)を2ミリリ
ットル加える。ここで、分光光度計の測定値読取りを行うことができる。
酵素活性の計算
ノイラミニダーゼ11位は、GDlaを基板として用い、37℃にて1分間1ミ
リリツトルあたり形成されたNANAのマイクロモル(μmol)として定義さ
れる。従って、酵素溶液1ミリリツトルの活性は、次のように表される。
OD NANAx20x希釈因子
ここで、ODは分光光度計により測定されたNANAの吸光度である。0.08
72は、NANA lマイクログラムから得られる樟準ODである。309.2
8はNASAの分子量であり、20は本発明において用いられたm準希釈因子で
ある。さらに希釈が行われる場合は、その因子もまた式に含めなければならない
。
この酵素の特有の活性はタンパク質の単位/ミ1ノグラムとして定義される。
前述のように得られた酵素の特徴
本発明によるプロセスを用いて得られるノイラミニダーゼは、次のような特徴を
有する。
l)機能的作用
N−アセチル・ノイラミン酸の残留物がGDIaから遊離され、GMIを形成す
る反応の触媒として働く。
2)基質特異性
ノイラミニダーゼ活性は、GDIaのアルファ配置に対して非常に特異的である
。しかしながら次の表に示すように、ノイラミニダーゼはまた、合成NANA乳
糖からのNANAの遊離と同様に、ノ〜及びトリー/アロ糖脂質のアルファ及び
ベータの混合物からのNANAの1l11の触媒にもなる。
基質 相対活性(%)
3)最適pH
最適活性のためのpHは、5分間37°Cにおいて5.0である。
4)安定性
この酵素は、エタノール、メタ/−ル及びブタノール等の種々の有機溶媒中で安
定である。すなわち、水とf子機溶媒との混合物中で活性が増すことを示してい
る。
5)(活性に対する)最適温度範囲
この酵素は、40°Cから50″Cまで安定である。酵素活性に対する最適温度
は37℃である。
6)酵素活性及び抑制
この酵素は、+o−4Mにほぼ等しいに、値を有し、NANAの存在下では極度
に抑制される。NANAについてのに、は、約0.3mMである。
7)分子量
5ephadex G−100に関するゲル透過クロマトグラフィ及びゲル電気
泳動により決定される分子量は、この酵素が80.000の分子量を有すること
を示している。
8)純度
ノイラミニダーゼは、毒性がなくかつタンパク質分解酵素による汚染らない。
ψ 寸 n 〜 −〇
補正書の写しく翻訳文)提出書
(特許法第184条の8)
平成6年 6月 14日固
持許庁長官 殿
1、特許出願の表示
PCT/EP92102868
2、発明の名称
ノイラミニダーゼの調製のためのプロセス3、特許出頒人
住 所 イタリア国、アイ−3503トアバノ・テルメ、ヴイア・ポンチ・デラ
・ファブブリカ、3/ニ一名称 フィディア・ニス・ピー・エイ
国 籍 イタリア国
4、代理人
住 所 170東京都豊島区東池袋1丁目20番2号池袋ホワイトハウスビル4
階 電話(3982168811993年 12月 9日
定常状態レベルに到達したとき、新鮮な培地がリアクタへ供給された。この培地
にはNANA及び塩が0.05%含まれカゼインは含まれなかった。フロー速度
は30ミリリットル/分、及び希釈率は毎時0.13に等しかった。
この調製の結果は図2に記録されており、定常状管において約700単位/リッ
トルに等しい酵素生成が可能であることを注記する(ここで1酵素率位とは、G
DIaを基板として用いたときpH5,3及び温度37℃においてNANAを1
μmol/分で加水分解するために十分な酵素の量である)。図2中、ライン上
は吸光度(OD)を表し、ライン2は酵素活性(U/L)を表す。
例2
NANAm度1%のときの細菌成長
アルトロバクチル・シアラフィルスは、カゼイン加水物0. 1%及びNANA
1%を含む培地中で成長させられた。
細菌成長が定常状態に達したとき、リアクタに、カゼイン加水物を含まない新鮮
な培地(NANA及び塩を0.05%含む)が供給された。フロー速度は30ミ
リリットル/分であった。
この結果は図3に記録されており、定常状態での生成が約1400単位/リット
ルであることを示している。ライン3は吸光度(OD)を表し、ライン4は酵素
活性(U/L)を表している。
例3
請求の範囲
1.アルトロバクチル・ウレフェイ/エンス(^rthrobaeLerυre
faeiens) A T CC7562から得られるアルトロバクチル・7ア
ラフイルス(^rthrobaeter 5lalaphilus)を細菌株と
して用いて、ノイラミニダーゼを調製するためのプロセスであって、
a)NANAとカゼイン加水物とを含む液体培地中において定常状態条件が得ら
れるまでアルトロバクチル・/アラフィルスを培養するステップと、b)低濃度
NANAを含みカゼイン加水物を含まない培地を前記アルトロバクチル・/アラ
フィルスに供給することにより恒成分培養槽条件下において連続的培養が生じる
べくノイラミニダーゼ生成を誘導するステップと、C)前記のように生成された
酵素を前記培地から回収し、さらにろ過、続いて濃縮、限外ろ過、希釈、及びイ
オン交換樹脂へのフローによって精製するステップとを有することを特徴とする
プロセス。
2、前記培養が、pH7,3かつ温度26°Cである攪拌通気条件下において行
われる請求項1に記載のプロセス。
3、前記NANAの低濃度が、0. 1乃至1%である請求項1に記載のプロセ
ス。
4、前記ステップb)において前記アルトロバクチル・ンアラフイルスが、0゜
1乃至0.20D単位の細胞V濁の初期吸光度を有し、かつ前記細胞が3乃至4
ODI11位の吸光度に達するとき前記定常状態条件に達する請求項1に記載の
プロセス。
5、細11質量が0.4gyリットルに達したときに0,05%のNASAを含
む新鮮な培地を毎時0.13に等しい希釈値(単位時間当りの体積変化の値)に
相当するフロー速度で少量追加することにより、前記連続培養が実行される請求
項1に記載のプロセス。
、−−、l+++、11==、−PCT/Eρ 921021168フロントペ
ージの続き
0. NZ、 PL、 RO,RU、 SD、 UA、 US
Claims (5)
- 1.アルトロバクテル・ウレフェイシェンス(Arthmbacter Ure faciens)ATCC7562から得られるアルトロバクテル・シアラフィ ルス(Arthrobacter sialaPhilus)を細菌株として用 いて、ノイラミニダーゼを調製するためのプロセスであって、 a)アルトロバクテル・シアラフィルス細菌培養が、カゼイン加水物を含培養培 地中の低濃度のN−アセチル・ノイラミン酸峨(NANA)に曝され、b)細菌 成長が、恒成分培養槽条件下において連続的培養で行われ、c)前記のように生 成された酵素が培養地から回収され、さらにろ過、続いて濃縮、限外ろ過希釈、 及びイオン交換樹脂へのフローによって精製されることを特徴とするプロセス。
- 2.前記アルトロバクテル・ンアラフィルスの初期培養が、0.1乃至0.20 D単位の細胞態濁の吸光度を有する請求項1に記載のプロセス。
- 3.前記培養が、PH7.3かつ温度26℃である通気撹拌下において行われる 請求項1に記載のプロセス。
- 4.前記NANA濃度が、0.1乃至1.0%である請求項1に記載のプロセス
- 5.細菌質量が0.4g/リットルに達したときに0.05%のNANAを含む 新鮮な培地を毎時0.13に等しい希釈値(単位時間当りの体積変化の値)に相 当するフロー速度で少量追加することにより、前記連続培養が実行される請求項 1に記載のプロセス。
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