JPH08511952A - 組換酵母増殖のための培地 - Google Patents

組換酵母増殖のための培地

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JPH08511952A JP7503594A JP50359495A JPH08511952A JP H08511952 A JPH08511952 A JP H08511952A JP 7503594 A JP7503594 A JP 7503594A JP 50359495 A JP50359495 A JP 50359495A JP H08511952 A JPH08511952 A JP H08511952A
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Abstract

(57)【要約】 組換酵母を増殖させる合成培地および組換蛋白質の産生につき開示する。

Description

【発明の詳細な説明】 組換酵母増殖のための培地 発明の背景 組換酵母の培養による医薬上意義ある化合物の製造は、科学および産業の拡大 分野である。精製された組換B型肝炎表面抗原(HBSAg)はB型肝炎ウィル ス病のワクチンとして使用され、医薬上重要な組換蛋白質の周知例である。 組換HBSAgは、複合もしくは化学上明確(合成)な培地における酵母細胞 の発酵により産生される。一般に、たとえば酵母抽出物およびペプトンのような 粗製の炭素および窒素源を含有する複合培地は、合成培地で得られるよりも高い 菌体および粗製HBSAgの収率をもたらす。しかしながら複合培地で行われる 発酵は、合成培地を用いる場合よりも変動が大である。発酵における不均一性は 下流の精製工程に悪影響を及ぼし、精製HBSAgのコストをも増大させる。 組換蛋白質の産生には調整された発現系が一般に使用される。 1種の調整系では、外来性蛋白質の産生に関し厳密に栄養管理する。この種の系 はバイオマス生成および生産物安定性を最大化させると共に、宿主細胞における 外来性蛋白質発現による悪 作用を最小化させる[Zabriskieら、Enzyme Microbia l Technol.:706〜717(1986)]。厳密に調整された 酵母のガラクトース利用経路における各種の成分が、B型肝炎エンベロプ蛋白質 の部分を含む多数の組換蛋白質の発現調節につき開発され成功を収めている[C artyら、Biotech.Lett.11:301−306(1989) ]。GAL1もしくはGAL10プロモータの制御下における蛋白質の合成は、 ガラクトースが存在しグルコースが存在しない場合にのみ生ずる[Oshima,1981 ,Regulatory Circuits for Gene Expression:The Mechanism for Galactose a nd PhosphateThe Molecular Biology of the Yeast Saccharomyces,Vol.1, pp,159-180,Strathern,Jones and Broach,編,Cold Spring Harbor Laborato ry,Cold Spring Harbor,NY]。殆どの調整発現系は、複合培地および合成培地 の両者にて機能する。 発酵収率に影響を及ぼす複合培地の各成分を確認することが望ましい。さらに 組換蛋白質の産生を、複合培地とほぼ同様にもたらす合成培地の処方を決定する ことも望ましい。この種の知見の利点は、一層再現性のある発酵過程および一層 予測性の 高い精製過程を含む。 YEHD培地は、組換HBSAgの産生に使用される多くの複合培地の1種で ある。YEHDは(蒸留水1L当り)20gの酵母抽出物と10gの大豆ペプト ンと16gのグルコースとを含有する。組換酵母をYEHDにて培養する際に産 生される粗製HBSAgの量は発酵毎に変化する。 予備試験により、発酵収率における変動の主たる原因は、YEHDの成分とし ての酵母抽出物粉末であると確認された。酵母抽出物の種々異なる製造ロットを 化学分析した結果、酵母抽出物粉末の少なくとも6種の成分の濃度はロット毎に 顕著に相違することが示された。さらに酵母抽出物の他のロットの分析は、発酵 の生産性に強度に相関する酵母抽出物粉末の成分としてコリンを確認した。 これらデータを酵母細胞の増殖および組換蛋白質の産生をもたらす合成培地の 開発に使用した。本発明の合成培地は、コリンを含有する点において組換酵母の 培養に用いる他の合成培地と相違する。本発明の培地は限定はしないが、B型肝 炎表面抗原を産生するS. cerevisiaeの菌株を包含するSaccharomyces cerevisiaeの組換菌株の保存培養物を 作成すべく使用することができる。さらに、本発明の培地は限定はしないが粗製 HBSAgを包含する粗製組換蛋白質を産生するにも使用することができる。こ の培地の利点の1つは、発酵過程から窒素および炭素の複合源を排除することで ある。複合成分の排除は、発酵条件変化に基づく変動を最小化させると共に、精 製工程に供給される粗製組換蛋白質の量および品質を基準化させる。発明の要点 組換酵母の培養および組換蛋白質の産生方法に有用な化学上明確な培地が提供 される。この培地は、B型肝炎表面抗原を産生するSaccharomyces cerevisiaeの菌株の培養に特に有用である。この培地は炭素および 窒素の複合源を含有せず、コリンを含有する。発明の詳細な説明 本発明は、酵母細胞により組換蛋白質を産生させるための一般的な発酵法に関 するものである。本発明の方法は、HBSAgに関する遺伝子を含んだプラスミ ドで形質転換され たSaccharomyces cerevisiaeの菌株による組換B型肝 炎表面抗原(HBSAg)の産生により例示される。当業者には了解されるよう に、本発明の方法はS. cerevisiaeの他の菌株の培養および他の組 換生産物の産生に関する一層多くの一般的用途を有し、組換HBSAgのみに限 定されない。 本発明は、合成培地を用いる発酵法に向けられる。ここで用いる「合成培地」 とは酵母細胞の増殖をもたらす混合物として規定され、この混合物は化学的に規 定された成分のみを含有すると共に、たとえばペプトン、大豆ペプトン、酵母抽 出物粉末、酵母透析物、コーンスターチ、糖蜜もしくはカゼインのような複合栄 養成分を欠如する。ここに開示した合成培地は、複合培地で行われる発酵にみら れる生産物収率における操作毎の変動を最小化させるよう設計される。 本発明による培地の1つの好適処方は文献[O′Connorら(1992) 、Biotechnol Bioengineer、39:294−304]に 記載された培地の改変処方であって、次のものを含有する: 基礎培地 成分 g/L (NH42SO4 10 KH2PO4 10 CaCl2・2H2O 0.5 NaCl 0.5 MgSO4・7H2O 3 L−チロシン 0.25 コリン・Cl 0.1 炭素源 1〜100g/L アミノ酸カクテル 50〜150mL/L ビタミン溶液 30mL/L 微量要素溶液 20mL/L UCON LB−625消泡剤 0.3mL/L コハク酸/NaOH 10g(任意) アデニン 150〜400mg/L(任意) ウラシル 400mg/L(任意) アミノ酸カクテルは次のものを含有する:(保存溶液におけるg/L)L−ア ルギニン、2.0;L−ヒスチジン、1.0; L−イソロイシン、6.0;L−リジン、4.0;L−メチオニン、1.0;L −フェニルアラニン、6.0;L−トリプトファン、4.0。 ビタミン溶液は次のものを含有する:(保存溶液におけるmg/L)ビオチン 、10;Caパントテン酸塩、120;ミオイノシトール、600;ピリドキシ ン・HCl、120;チアミン・HCl、120。 微量要素溶液は次のものを含有する:(保存溶液におけるmg/L)FeSO4 ・7H2O、278;ZnSO4・7H2O、288;CuS04・5H2O、80 ;Na2MoO4・2H2O、242;CoCl2・6H2O、238;MnCl2・ 4H2O、198。 炭素源はグルコース、シュークロース、フコース、フラクトース、グリセリン 、エタノール、蟻酸、乳酸およびその組合せ物よりなる群から選択される。 アデニンおよびウラシルは、宿主菌株がアデニンおよびウラシルにつき栄養素 要求性であれば添加される。 コハク酸およびNaOHは振とうフラスコ組成物に添加され、pHを約pH5 .0に調整すべく使用される。 この特定処方はHJW培地と命名された。しかしながら、上記した各成分の極 若干の量は複合培地成分を導入しない限り最適化または改変しうることを了解す べきである。培地の1つの利点は炭素および窒素の複合源の不存在であって、培 地の一貫性およびこの培地を用いる発酵過程の再現性を向上させる。培地の他の 利点は培地におけるコリンの存在である。コリンはS. cerevisiae の或る種の菌株の増殖を増大させると共に、組換酵母による組換蛋白質(たとえ ばHBSAg)の産生を増大させる。 以上の説明は、本発明による特定培地処方を修正するための基礎を与えるが炭 素、窒素およびビタミンの複合源を含まないという重要な特徴は維持するものと する。 HJW寒天は、約20g/Lの寒天が補充されたHJW培地である。 HJW培地を用いて組換酵母の保存培養物を作成することができる。保存培養 物を作成する1つの方法は、(a)S. cerevisiaeの培養物をHJ W寒天上で増殖させ;(b)HJW培地にて培養物を拡大させるべく単一コロニ ーを 寒天から選択し、必要に応じ培養物の凍結保存物を作成し;(c)単一コロニー から得られた培養物をHJW培地にて約23〜約30℃で約24〜100時間( 培養の長さは培養菌種に応じて変化する)にわたり培養する工程からなっている 。当業界で知られたグリセリンまたは他の低温保存料をHJW培地で増殖された 培養物に添加して凍結保存物の生存性を維持することができる。好ましくはグリ セリンを約15〜約25%、好ましくは17%の最終濃度まで添加する。 さらにHJW培地は組換蛋白質の産生につき発酵過程に使用することもできる 。この種の1つの発酵法は(a)HJW培地を含有するフラスコに培養物を接種 し;(b)培養物を約23〜約30℃にて約15〜80時間(培養の長さは培養 菌株に応じて変化する)にわたり増殖させ;(c)フラスコ培養物の全部もしく は1部を第2の培地容器に移して培養を約23〜30℃で約20〜80時間(培 養の長さは培養菌株に応じて変化する)にわたり持続し;(d)必要に応じ培養 条件を変化させ(たとえばガラクトースのような化合物の添加または温度の変化 による):さらに(e)粗製組換生成物を回収する工程から なっている。 限定はしないが、以下の実施例により本発明をさらに説明する。 実施例1 酵母抽出物粉末の試料の化学分析 2ロットの酵母抽出物粉末の化学組成を決定した。ロットNo.1は比較的高 レベルの粗製HBSAgの産生をもたらしたロットである。ロットNo.2は数 倍低い収率のHBSAgの産生しかもたらさなかったロットである。第1表に示 すように、酵母抽出物粉末の少なくとも6種の成分の濃度は顕著に変化した。こ れら成分の作用をさらに検査した。菌体増殖および生成収率に対するコリンの作 用を下記に示す。 実施例2 発現系 S. cerevisiaeの2種の組換菌株をこの試験に用いた。菌株13 75および181−1はH.Markus and L.Schultz、Me rck Research Laboratories、West Point 、PAから入手した。発現プラスミドについては他文献に記載されている[Knis kern,P.J.,A.Hagopian,D.L.Montgomery,C.E.Carty,P.Burke,C.A .Schulman,K.J.Hofmann,F.J,Bailey,N.R.Dunn,L.D.Schultz,W,M ,Hurni,W.J.Miller,R.W.Ellis,and R.Z.Maigetter.1991]。組換酵 母におけるB型肝炎ウィルス(HBV)PreS2+S蛋白質の構成的および調 整された発現[R.T.Hatch、C.Goochee、A.Moreira およびY.Alroy(編)]。rDNA産生物の発現系および方法[Amer ican Chemical Society、Columbus、OH]、こ れは次の特徴を有する;高コピー数のシャトル・ベクターpC1/1、ロイシン フリー培地にて選択するためのLEU2遺伝子、および酵母プロモータpGAL 10の制御下でHBSAgをコードする読取枠を含んだ発現カセット。ホス ト菌株1372、すなわち菌株1375の親菌株はグリコシル化を最小化させるmnn9 突然変異を有する。組換菌株181−1の宿主菌株も菌株1372から 誘導され、組換蛋白質の蛋白質分解を最小化させるprb1突然変異を有する。 実施例3 合成培地の最適化 菌株1375および181−1の凍結保存培養物を用いて、250mLの三角 フラスコにおける50mLの5×Leu-培地[M.Bayneら1988、「 酵母における組換ヒトインシュリン様成長因子の発現、精製および解析」、Ge ne、66:235]に接種した。この50mLの培養物を種菌培養物と称する 。種菌培養物を28℃および250rpmで26〜31時間にわたり培養した。 5mL量の種菌培養物を用いて産生フラスコに接種した。各産生フラスコは、 異なる量の塩化コリンが補充された基礎合成培地を含有した。産生フラスコ培養 物を23℃および250rpmにて約72時間にわたり培養した。乾燥菌体重量 (DCW)および光学密度(OD600)により菌体量を測定する一方、粗製HB SAgの産生をAUSRIA(登録商標)により測定した。 基礎合成培地は文献[O′Connorら、Biotech.Bioengin .39:293−304(1992)]に記載された培地と同様であって、次の ものを含有する: 基礎培地 成分 g/L (NH42SO4 10 KH2PO4 10 CaCl2・2H2O 0.5 NaCl 0.5 MgSO4・7H2O 3 L−チロシン 0.25 炭素源 1〜100g/L アミノ酸カクテル 50〜150mL/L ビタミン溶液 30mL/L 微量元素溶液 20mL/L UCON LB−625消泡剤 0.3mL/L コハク酸/NaOH 10(適宜) アデニン 150〜400mg/L ウラシル 400mg/L アミノ酸カクテルは次のものを含有する:(保存溶液におけるg/L)L−ア ルギニン、2.0;L−ヒスチジン、1.0;L−イソロイシン、6.0;L− リジン、4.0;L−メチオニン、1.0;L−フェニルアラニン、6.0;L −トリプトファン、4.0。 ビタミン溶液は次のものを含有する:(保存溶液におけるmg/L)ビオチン 、10;パントテン酸カルシウム、120;ミオイノシトール、600;ピリド キシン・HCl、120;チアミン・HCl、120。 微量元素溶液は次のものを含有する:(保存溶液におけるmg/L)FeSO4 ・7H2O、278;ZnSO4・7H2O、288;CuSO4・5H2O、80 ;Na2MoO4・2H2O、242;CoCl2・6H2O、238;MnCl2・ 4H2O、198。 炭素源はグルコース、スクロース、フコース、フラクトース、グリセリン、エ タノール、蟻酸、乳酸およびその組合せ物よりなる群から選択される。 アデニンおよびウラシルは、宿主菌株がアデニンおよびウラ シルにつき栄養素要求性であれば添加される。 コハク酸およびNaOHを振とうフラスコ処方物に添加して、pHを約5.0 に維持する。 塩化コリンは0、50、100および300mg/Lの最終濃度まで添加した 。第2表に示すように、コリンの濃度が約100mg/Lである際に菌株137 5につき最適な菌体増殖および粗製HBSAgの産生が生じた。 基礎合成培地の最適処方は塩化コリン(100mg/L)と培地とを含有する 。 実施例4 振とうフラスコ発酵に対する炭素源の作用 菌株1375の凍結保存培養物を用いて、250mLの三角フラスコにおける 50mLの5×Leu-培地に接種した。この50mLの培養物を種菌培養物と 称する。種菌培養物を28℃および250rpmにて26〜31時間にわたり培 養した。 5mL量の種菌培養物を用いて産生フラスコに接種した。各産生フラスコはH JW培地を含有した。数種の炭素源を試験した。産生フラスコ培養物を23℃お よび250rpmにて約72時間にわたり培養した。乾燥菌体重量(DCW)お よび光学密度(OD600)により菌体量を測定する一方、粗製HBSAgの産生 を市販の放射性免疫測定(AUSRIA(登録商標))により測定した。第3表 に示すように、ガラクトースは最大の菌体増殖をもたらした。全ての培養物はH BSAgを産生した。 実施例5 発酵槽におけるHBSAgの産生 菌株1375の凍結保存培養物を用いて、2Lのフラスコにおける500mL の5×Leu-培地に接種した。培養物を28℃および250rpmにて23時 間にわたり培養した。500mLを用いて16Lの発酵槽[New Bruns wick Scientific、Piscataway、NJ]における9. 5LのHJW培地に接種した。ガラクトース(8%w/v)を炭素源として用い た。培養物を次の条件下で培養した:23℃、400rpm(対飽和比40%超 の溶解酸素レベルを維持すべく自動的に攪拌増加)および空気流量毎分5リ ットル。培地のpHをNaOHおよびHClの自動添加により約pH5.0に制 御した。最終DCWは14g/Lであった。産生した粗製HBSAgの量は、振 とうフラスコ発酵で得られた量と同等であった。 実施例6 保存培養物の作成 S. cerevisiae菌株1375の凍結培養物をHJW培地に再懸濁 させると共に、約23℃にて約48時間にわたり培養した。グリセリンを約17 %の最終濃度まで添加し、培養物を試料採取すると共に約−70℃にて凍結させ た。これら培養物をマスター保存培養物と称する。マスター保存培養物を次いで HJWブロスで希釈して、作業用保存培養物と称する追加バイアルを作成した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI C12R 1:865) (C12P 21/02 C12R 1:865)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 1L当り: (NH42SO4 10g KH2PO4 10g CaCl2・2H2O 0.5g NaCl 0.5g MgSO4・7H2O 3g L−チロシン 0.25g コリン・Cl 0.1g 炭素源 1〜100g アミノ酸カクテル 50〜150mL ビタミン溶液 30mL 微量元素溶液 20mL UCON LB−625消泡剤 0.3mL 必要に応じコハク酸/NaOH 10g 必要に応じアデニン 150〜400mg 必要に応じウラシル 400mg [上記各成分において、アミノ酸カクテルは次のものを含有し (保存溶液におけるg/L)L−アルギニン、2.0;L−ヒスチジン、1.0 ;L−イソロイシン、6.0;L−リジン、4.0;L−メチオニン、1.0; L−フェニルアラニン、6.0;L−トリプトファン、4.0; ビタミン溶液は次のものを含有し(保存溶液におけるmg/L)ビオチン、1 0;パントテン酸カルシウム、120;ミオイノシトール、600;ピリドキシ ン・HCl、120;チアミン・HCl、120; 微量元素溶液は次のものを含有し(保存溶液におけるmg/L)FeSO4・ 7H2O、278;ZnSO4・7H2O、288;CuSO4・5H2O、80; Na2MoO4・2H2O、242;CoCl2・6H2O、238;MnCl2・4 H2O、198;さらに 炭素源はグルコース、スクロース、フコース、フラクトース、グリセリン、エ タノール、蟻酸、乳酸およびその組合せ物よりなる群から選択される] からなることを特徴とするSaccharomycescerevisiaeの 増殖培地。 2. 請求の範囲第1項に記載の培地番において、Sacchar omyces cerevisiaeの菌株を培養する方法。 3. Saccharomyces cerevisiaeの菌株が組換DNA 分子を有する請求の範囲第2項に記載の方法。 4. 組換DNA分子を発現させて組換蛋白質を産生させうる条件下でSacc haromyces cerevisiaeの菌株を培養することをさらに含む 請求の範囲第3項に記載の方法。 5. 組換蛋白質を回収することをさらに含む請求の範囲第4項に記載の方法。 6. 組換DNA分子がB型肝炎表面抗原をコードする遺伝子を含む請求の範囲 第5項に記載の方法。 7. 組換蛋白質がB型肝炎表面抗原である請求の範囲第6項に記載の方法。
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