【発明の詳細な説明】
形質転換微生物を用いて製造されるグリオキシル酸/アミノメチルホスホン酸混
合物
発明の背景
1.発明の分野:
本発明はグリオキシル酸及びアミノメチルホスホン酸(AMPA)の混合物の
製造法に関し、その方法ではグリコール酸及び酸素が水溶液中で、AMPA、な
らびにホウレンソウからの酵素グリコレートオキシダーゼ((S)−2−ヒドロ
キシ−酸オキシダーゼ、EC 1.1.3.15)を発現する遺伝子操作された
形質転換微生物及びカタラーゼ(EC 1.11.1.6)を含む触媒の存在下
において反応させられる。この方法で製造されるグリオキシル酸/アミノメチル
ホスホン酸混合物は、広範囲の発芽後除草剤であるN−(ホスホノメチル)グリ
シンの製造における有用な中間体である。
2.関連技術の説明
通常葉の多い緑色植物及び哺乳類細胞中で見いだされる酵素であるグリコレー
トオキシダーゼはグリコール酸のグリオキシル酸への酸化を触媒し、過酸化水素
の生産を伴う:
HOCH2CO2H+O2→OCHCO2H+H2O2
N.E.Tolbert et al.,J.Biol.Chem.,Vol.
181,905−914(1949)は最初にタバコの葉から抽出される酵素を
報告し、それはグリコール酸の、グリオキシル酸の中
間的生成を介した蟻酸及びCO2への酸化を触媒した。エチレンジアミンなどの
ある種の化合物を添加すると中間的グリオキシル酸のさらなる酸化が制限された
。酸化は約8のpHで、典型的に約3〜40mM(ミリモル)のグリコール酸濃
度を用いて行われた。グリコレート酸化のための最適pHは8.9であると報告
された。シュウ酸(100mM)はグリコレートオシシダーゼの触媒作用を阻害
すると報告された。同様に、K.E.Richardson and N.E.
Tolbert(J.Biol.Chem.,Vol.236,1280−12
84(1961))は、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(TRIS)
を含有する緩衝液がグリコール酸のグリコレートオキシダーゼ触媒酸化における
シュウ酸の生成を阻害することを示した。C.O.Clagett,N.E.T
olbert and R.H.Burris(J.Biol.Chem.,V
ol.178,977−987(1949))は、酸素を用いたグリコール酸の
グリコレートオキシダーゼ触媒酸化のための最適pHが約7.8〜8.6であり
、最適温度が35〜40℃であると報告した。
I.Zelitch and S.Ochoa(J.Biol.Chem.(
Vol.201,707−718(1953))及びJ.C.Robinsos
n et al.,(J.Biol.Chem.,Vol.237,2001−
2009(1962))は、グリコール酸のホウレンソウグリコレートオキシダ
ーゼ−触媒酸化における蟻酸及びCO2の生成がH2O2とグリオキシル酸の非酵
素的反応から生ずることを報告した。彼らは、H2O2の分解を触媒する酵素であ
るカタラーゼの添加が蟻酸及びCO2の生成を抑制することによりグリオキシル
酸の収率
を非常に向上させることを観察した。FMN(フラビンモノヌクレオチド)の添
加がグリコレートオキシダーゼの安定性を非常に向上させることも見いだされた
。
N.A.Frigerio and H.A.Harbury(J.Biol .Chem
.,Vol.231,135−157(1958))は、ホウレンソ
ウから単離されるグリコール酸オキシダーゼの調製及び性質について報告した。
精製酵素は溶液中で非常に不安定であることが見いだされた;この不安定性はフ
ラビンモノヌクレオチド(FMN)の酵素活性部位への比較的弱い結合、及び酵
素の酵素的活性四量体及び/又は八量体の、不可逆的に凝集し、沈澱する酵素的
不活性単量体及び二量体への解離に帰せられた。酵素の溶液へのFMN(フラビ
ンモノヌクレオチド)の添加はその安定性を非常に向上させ、高タンパク質濃度
又は高イオン濃度は酵素を八量体又は四量体として保持した。
グリコレートオキシダーゼにより触媒されるグリコール酸の酸化についての多
数の他の参照文献がある。酵素の単離(及びアッセイ法)は以下の参照文献に記
載されている:I.Zelitch,Methods of Enzymolo gy
,Vol.1,Academic Press,New York,195
5,p.528−531(ホウレンソウ及びタバコの葉から)、M.Nishi
mura et al.,Arch.Biochem.Biophys.,Vo
l.222,397−402(1983)(カボチャ子葉から)、H.Aske
r and D.Davies,Biochim.Biophys.Acta,
Vol.761,103−108(1983)(ラット肝臓から)、ならびにM
.J.Emes and K.H.Erismann,Int. J.Biochem
.,Vol.16,1373−1378(1984)(レム
ナ・ミノル L(Lemna Minor L)から)。酵素の構造も報告され
た:E.Cederlund et al.,Eur.J.Biochem.,
Vol.173,523−530(1988)及びY.Lindquist a
nd C.Branden,J.Biol.Chem.,Vol.264,36
24−3628(1989)。
発明の概略
本発明は水溶液中で酸素を用い、ならびにAMPA及び2種の触媒:
ホウレンソウからの酵素グリコレートオキシダーゼ((S)−2−ヒドロキシ酸
オキシダーゼ、EC 1.1.3.15)を発現する遺伝子操作された形質転換
微生物及びカタラーゼ(EC 1.11.1.6)の存在下においてグリコール
酸を酸化することによるグリオキシル酸(又はそれらの塩)及びアミノメチルホ
スホン酸(AMPA)(又はそれらの塩)の混合物の製造に関する。そのような
グリオキシル酸とAMPAの混合物は発芽後除草剤であるN−(ホスホノメチル
)グリシンの製造に有用である。
生物学的寄託の簡単な説明
出願人等はブタペスト条約の条件の下に以下の生物学的寄託を行った:
本明細書で用いられる「NRRL」は11815 N.University
Street,Peioria,IL 61604 U.S.A所在のNor
thern Regional Research Laboratory,A
gricultural Research Service Culture
Collection international depository
を言う。「NRRL No.」はNRRLに寄託されている培養物の受け入れ番
号である。
好ましい実施態様の説明
関連特許である米国特許第5,135,860号(1992年8月4日)、“
Process for Preparing Glyoxylic Acid
/Aminoethylphosphonic Acid Mextures”
(PCT/US92/09419)は、酸素、アミノエチルホスホン酸(AMP
A)、ならびに可溶性酵素グリコレートオキシダーゼ及びカタラーゼの存在下に
おけるグリコール酸のグリオキシル酸への酵素的転化のための方法を記載してい
る。7〜9のpH範囲内におけるグリコール酸の酵素的酸化へのAMPAの添加
が、得られるグリオキシル酸の高収率を生ずることは予想されず、それはグリオ
キシレートとの酸化−抵抗性N−置換ヘミアミナール及び/又はイミン錯体の生
成には非プロトン化アミンが必要だと思われていたからである。AMPAのプロ
トン化アミンのpKaは10.8であると報告され(Lange’s Hand
book of Chemistry,J.A.Dean,ed.,McGra
w−Hill,New York,1979,12th edition)、従
ってAMPAは反応混合物中で主にプロトン化アンモニウムイオンとして存在し
、グリオキシレートと
そのような保護錯体を形成することが予想されなかった。本発明はこの方法のた
めの触媒としての微生物全細胞の形態で、上記の方法への改良を提供する。
以前に報告されたグリオキシル酸/アミノメチルホスホン酸混合物の生産のた
めの触媒としての可溶性酵素の利用は、いくつかの問題を提起する:再利用のた
めの触媒の回収が容易に行われず、酵素活性は固定化酵素又は全細胞触媒系の場
合のように安定ではなく、可溶性グリコレートオキシダーゼは反応混合物への酸
素の散布(酸素の溶解の速度、及びかくして反応速度を増すために必要)に対し
て安定ではない。第2の関連特許出願、1993年7月1日出願のU.S.S.
N.08/085,488、“Glycolate Oxidase Prod
uction”(PCT/US94/ )は、当該技術分野における熟
練者に通常既知である遺伝子操作法を用いた、内因性カタラーゼと共にホウレン
ソウからのグリコレートオキシダーゼを発現するアスペルギルス・ニズランスの
いくつかの形質転換体の構築を記載した。本発明における、グリオキシル酸/ア
ミノメチルホスホン酸混合物の生産のための可溶性酵素の利用を越えるこれらの
全−細胞触媒の利用の場合のいくつかの利点は:
(1)全−触媒触媒は反応の終結時に反応混合物から、再利用のために容易に
回収されるが、可溶性酵素は非常な困難及び活性の損失を伴ってしか回収されな
い;
(2)それらは、可溶性酵素に対して得られる触媒回転数に関して、ならびに
反応の終結時における回収酵素活性に関しての両方で可溶性酵素より安定である
;ならびに
(3)最も重要なことに、それらは酸素又は酸素−含有気体が酸素溶解の速度
及び反応速度を増すために反応混合物にスパージングされる(sparged)反応条件
に対して安定であり、類似の反応条件下で可溶性グリコレートオキシダーゼは急
速に変性する。
形質転換アスペルギルス・ニズランスは、最初にグリコレートオキシダーゼを
コードするホウレンソウの遺伝子をクローニングし、次いでこの遺伝子を、すで
に内因性カタラーゼを生産するアスペルギルス・ニズランスの株中に導入するこ
とにより製造された。得られる形質転換体は震盪フラスコ又は発酵器中の最少培
地又はSYG濃厚培地中で培養され、さらにグリコレートオキシダーゼ及び/又
はカタラーゼの発現量を増すためにオレイン酸(OL)、ヒドロキシ酢酸(HA
)又はコーン浸漬液などの種々の試薬が培地に加えられる。次いで種々の形質転
換体が、カタラーゼ及びグリコレートオキシダーゼ活性に関して全細胞(未処理
)をアッセイし、グリコール酸のグリオキシル酸への酸化のための触媒として細
胞を用いた反応を行うことによりスクリーニングされる。
グリコール酸のグリオキシル酸への酸化のための触媒として用いられる場合、
アスペルギルス・ニズランス細胞は予備処理されないか、又は細胞の内部におけ
る酵素への反応混合物の接近性を増すために透過性化され;細胞の透過性化のい
くらかはおそらく反応混合物又はその成分のいずれかへの暴露から、あるいは必
要になるまで全細胞触媒を保存するために用いられた凍結及び解凍により行うこ
とができる。
グリオキシル酸の生産のための全細胞触媒としての形質転換アスペルギルス・
ニズランスの利用は以前に示され(PCT/US93/00077,“Oxid
ation of Glycolic Acid t
o Glyoxylic Acid using a Microbial C
ell Transformant as Catalyst”)、そこではグ
リオキシル酸と化学的付加物を形成することができるアミン緩衝液(例えばエチ
レンジアミン又はTRIS)の利用が98%もの高いグリオキシル酸の収率を生
じ;その場合、細胞内の内因性カタラーゼの濃度は副産物である過酸化水素によ
りグリオキシレートの蟻酸への酸化を制限するのに十分であった。過酸化水素に
よる酸化からのグリオキシレートの保護においてAMPAがあまり有効でない本
発明の場合、細胞内における内因性A.ニズランスカタラーゼの濃度はグリオキ
シレートの所望の高収率を与えるためには不十分であった。グリコレートオキシ
ダーゼ活性源としてこれらの全細胞を用いるAMPA−含有反応混合物に追加の
可溶性カタラーゼ(例えばA.ニゲル(A.niger)又はS.セレビシアエ
(S.cerevisiae)から)を加えると、可溶性又は固定化酵素を用い
る場合に達成される収率と類似のグリオキシレートの収率を生ずることができる
ことが見いだされた。
グレコレート/AMPA混合物の酸化のための触媒として形質転換A.ニズラ
ンスを用いる場合、グリコレートオキシダーゼを含有する細胞内でグリオキシレ
ート及び過酸化水素の両方が生産され、可溶性カタラーゼが加えられない場合、
グリオキシレートが急速にホルメートに酸化される(例えば:実施例2における
ように87%ホルメート、1.7%グリオキシレート)。グリオキシレートの高
収率が単に反応に可溶性カタラーゼを加えることにより得られ得ることは予期さ
れず、それは(1)反応経過を通じて生産されるグリオキシレートと過酸化水素
の相対的濃度が回りの水溶液におけるより細胞内において大きい、(2)A.ニ
ズ
ランス細胞内における内因性カタラーゼの濃度は典型的に、通常反応混合物に加
えられる可溶性カタラーゼの濃度の2%〜15%である、及び(3)可溶性カタ
ラーゼにより水と酸素に分解されるためには過酸化水素が細胞内から回りの水溶
液中に拡散しなければならないからである。しかし単に可溶性カタラーゼを反応
混合物に、可溶性カタラーゼ及び可溶性グリコレートオキシダーゼのみが触媒と
して用いられる場合に以前に用いられていたと同じ濃度で加えることにより(米
国特許第5,135,860号、PCT/US92/09419)、94%もの
高いグリオキシレートの収率が得られた。
本発明において用いられた第2の微生物細胞触媒はハンセヌラ・ポリモルファ
(メチロトローフ性酵母)であり、それは内因性カタラーゼと共にホウレンソウ
からのグリコレートオキシダーゼ酵素を発現する。十分なグリコレートオキシダ
ーゼ活性を有するいくつかのH.ポリモルファの形質転換体が、グリコレートオ
キシダーゼのためのDNAを発現ベクター中に、ホルメートデヒドロゲナーゼ(
FMD)プロモーターの調節下で挿入することにより製造された。このベクター
を用いてH.ポリモルファが形質転換され、多量のグリコレートオキシダーゼを
生産する株が選択され、H.ポリモルファ G01(NRRL Y−21065
)と命名された。
H.ポルモルファ細胞触媒は典型的に、最初に形質転換H.ポリモルファの接
種材料を500mlのYPD(Difco)、pH4.4において増殖させるこ
とにより製造された。次いでこの培養物を10LのYeast Nitroge
n Base(YBN,Difco)w/oアミノ酸(14g)、硫酸アンモニ
ウム(50g)及びメタノール(1
00)をpH5.0において含有する発酵器中に接種した。発酵器を37℃、4
00rpmの撹乱(agitation)速度、5.0の一定のpH、40%の
溶解酸素(制御)及び14psigの空気において42.5時間運転した。発酵
の終結時に1.0kgのグリセロールを加え、細胞を遠心分離により収穫し、液
体窒素中で凍結し、−80℃で保存した。
本発明において用いられた第3の微生物細胞触媒は、内因性カタラーゼと共に
ホウレンソウからのグリコレートオキシダーゼ酵素を発現するピチア・パストリ
ス(メチロトローフ性酵母)の形質転換体である。ホウレンソウグリコレートオ
キシダーゼ遺伝子を含有するDNAフラグメントをP.パストリス発現ベクター
(pHIL−D4)中に、メタノール誘導性アルコールオキシダーゼIプロモー
ターの調節下となるように挿入し、プラスミドpMP1を生成することにより、
十分なグリコレートオキシダーゼ活性を有するP.パストリスのいくつかの形質
転換体を製造した。線状化プラスミドpMP1の染色体アルコールオキシダーゼ
I遺伝子座中への組み込み及びグリコレートオキシダーゼ遺伝子によるアルコー
ルオキシダーゼ遺伝子の置換を可能にするように、P.パストリス株GTS11
5(NRRL Y−15851)をプラスミドpMP1により形質転換し、選択
を行った。そのような形質転換体のプールを次に発現カセットの組み込みコピー
の最大数に関して選択した。P.パストリス株GS115−MSP10と命名さ
れる高いコピー数の形質転換体を単離し、NRRL,Peoria,Illin
oisに寄託した。
P.パストリス細胞は典型的に、1%のグリセロースを含有する100mLの
YNB中で接種材料を増殖させることにより製造した。30℃
で48時間増殖させた後、yeast nigrogen base(YBN)
w/oアミノ酸(134g)、グリセロース(100g)及びビオチン(20m
g)を含む10Lの培地を含有する発酵器中に細胞を移した。発酵はpH5.0
(NH4OHで制御)、30℃、200rpmの撹乱速度、5slpmのエアレ
ーション、5psigの空気及び50%飽和以上に保持される溶解酸素において
運転した。グリセロールが枯渇したら、グリセロールをメタノール(50g)で
置換する以外は同じ培地において増殖させることにより細胞を誘導してグリコレ
ートオキシダーゼを発現させた。誘導の間のグリコレートオキシダーゼ活性を酵
素アッセイにより追跡した。誘導の24時間後、グリセロール(1kg)を用い
た処理の後に細胞を収穫した。収穫に続き、細胞を液体窒素中で凍結し、−80
℃において保存した。
A.ニズランスと異なり、H.ポリモルファ及びP.パストリスの形質転換細
胞は、グリコール酸のグリオキシル酸への酸化のための触媒として用いられる前
に透過性化(permeabilization)が必要であった。透過性化の
ための多様な既知の方法が十分なグリコレートオキシダーゼ活性を有する細胞の
製造のために有用であった(Felix,H.Anal.Biochemist ry
,Vol.120,211−234,(1982)を参照されたい);典型
的に10重量%の湿潤細胞の懸濁液を0.1%(v/v)の“TRITON”X
−100/20mMリン酸塩緩衝液(pH7.0)に15分間懸濁させ、次いで
液体窒素中で凍結し、解凍し、20mMリン酸塩/0.1mM FMN緩衝液(
pH7.0)で洗浄した。
グリコール酸/AMPA混合物の酸化のための触媒としてH.ポリモ
ルファ及びP.パストリス形質転換細胞のいずれかを用いる場合、やはり可溶性
A.ニゲルカタラーゼの添加が高収率のグリオキシル酸の生産に必要であること
が見いだされた。H.ポリモルファ又はP.パストリスの透過性化細胞の接近可
能なカタラーゼ活性は、A.ニズランスのそれより約10倍高かったが、いずれ
のメチロトローフ性酵母の内因性カタラーゼもAMPAを含有する反応混合物中
の副産物である過酸化水素の分解において、A.ニズランス又はA.ニゲルから
のカタラーゼより有効性が低かった。補足的カタラーゼ源としての可溶性A.ニ
ゲルカタラーゼの、あるいはサッカロミセス・セレビシアエ(Saccharo
myces cerevisiae)の透過性化全細胞の添加は、カタラーゼが
加えられない場合の反応実験と比較してグリオキシル酸の生産における顕著な増
加を生じた。
本発明で用いられた第4の微生物細胞触媒は、内因性カタラーゼと共にホウレ
ンソウからのグリコレートオキシダーゼ酵素を発現するエシェリキア・コリ(E
scherichia boli)(バクテリア)の形質転換体である。そのよ
うな形質転換E.コリはMacheroux et al.,Biochem. Biophys.Acta
,Vol.1132,11−16(1992)に記載
の通りに製造された。グリコレートオキシダーゼ活性を発現する形質転換E.コ
リは、本発明において触媒として用いる前に透過性化しなかった。
本出願において触媒としての可溶性酵素の使用の欠点の多くが、触媒として形
質転換微生物全細胞(非透過性化又は透過性化)を用いることにより除去された
。全−細胞触媒の回収及び再利用は遠心分離し、又は反応混合物から触媒を濾過
し、それを新しい反応混合物に再循環させる
ことにより容易に行われた;この方法で106もの高いグリコレートオキシダー
ゼに関する回転数が得られた。グリコレートオキシダーゼを急速に変性させずに
(可溶性酵素を用いる場合に観察されるような)反応混合物を通して酸素を泡立
たせられることは、反応混合物を泡立てない場合の反応より少なくとも10倍反
応速度を増加させ、この速度における増加はこの方法のための製造コストを有意
に低下させる。
反応で用いられるグリコレートオキシダーゼ活性(形質転換微生物全細胞とし
て加えられる)は有効な濃度で、通常0.01〜約100IU/ml、好ましく
は約0.1〜約10IU/mlの濃度で存在しなければならない。IU(国際単
位)は、1分当たりに1マイクロモルの基質の変換を触媒する酵素の量として定
義される。この酵素のアッセイ法はI.Zelitch and S.Ocho
a,J.Biol.Chem.,Vol.201,707−718(1953)
に見いだされる。この方法は回収される、又は再循環されるグリコレートオキシ
ダーゼの活性のアッセイにも用いられる。カタラーゼの濃度は1mLの反応混合
物当たり50〜100,000IU、好ましくは500〜14,000IU/m
Lでなければならない。グリコレートオキシダーゼ及びカタラーゼ酵素の両方が
同じ微生物細胞内に存在するのが好ましい(添付の実施例の場合、A.ニズラン
ス、H.ポリモルファ、P.パストリス又はE.コリ)。細胞内における内因性
カタラーゼの濃度が生産される過酸化水素を有効に分解するために不十分である
場合(添付の実施例の場合のように)、追加のカタラーゼ源(例えば可溶性アス
ペルギルス・ニゲルカタラーゼ、又はサッカロミセス・セレビシアエの全細胞)
を加え、存在する内因性カタラーゼを補足することができる。さらにカタラーゼ
及びグリコレートオキシダーゼ濃度は、カタラーゼ対グリコレートオキシダーゼ
の比率(それぞれに関してIUで測定される)が少なくとも約250:1となる
ように上記の範囲内で調節されねばならない。フラビンモノヌクレオチド(FM
N)は場合により加えられる成分であり、0.0〜2.0mM、好ましくは0.
01〜0.2mMの濃度で用いられる。
上記の有効な濃度範囲の観点から、本発明の改良法はこれらの作用性範囲にお
いてグリコレートオキシダーゼ及び/又はカタラーゼを発現するすべての微生物
細胞触媒、すなわち全細胞触媒の利用を包含し、又、それを含むことが意図され
ていることが認識されるべきである。かくして本発明の目的の場合、「微生物全
細胞触媒」という用語は、例えば実際に上記に示された有効な濃度範囲を与える
好ましい実施態様の遺伝子操作された形質転換微生物、ならびに強い発現能力の
天然の、又は突然変異微生物のいずれかの選択された株及び/又はそれらの混合
物を含むがそれらに限られるわけではない。
グリコール酸(2−ヒドロキシ酢酸)は商業的に入手可能である。本反応の場
合、その初期濃度は0.10M〜2.0Mの範囲内、好ましくは0.25M〜1
.0Mである。それはそのままで、又はその適合性の塩、すなわち水溶性であり
、そのカチオンがグリコール酸のグリオキシル酸への所望の転化、又は続くグリ
オキシル酸生成物とアミノメチルホスホン酸のN−(ホスホノメチル)グリシン
を形成する反応と抵触しない塩として用いることができる。適した、及び適合性
の塩−形成カチオン基は試みることにより容易に決定される。代表的なそのよう
な塩はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、置換アンモニウム、ホ
スホニウム及び置換ホスホニウム塩である。
グリコール酸のグリオキシル酸への転化は簡便に、及び好ましくは水性媒体中
で行われる。アミノメチルホスホン酸(AMPA)又はその適した塩は、0.0
1/1.0〜3.0/1.0、好ましくは0.25/1.0〜1.05/1.0
の範囲内のAMPA/グリコール酸(出発量)のモル比を与えるように加えられ
る。水溶液中でAMPA及びグリコール酸を合わせた後、得られる混合物のpH
を6〜10、好ましくは7.0〜8.5の値に調節する。このpH範囲内で、ア
ルカリ金属水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩及びリン酸塩を含む適合性の非抵触性塩
基の添加により正確な値を調節して所望のpHを得ることができる。反応が進行
すると共に反応混合物のpHはわずかに下がり、従って最大酵素活性のpH範囲
の最高近辺、約9.0〜8.5で反応を開始し、反応の間にpHが下がるのを許
すのが多くの場合に有用である。酵素活性はpHと共に変化するので、場合によ
り非抵触性無機又は有機緩衝液を別に添加することによりpHを保持することが
できる。
グリコール酸及びグリオキシル酸は水中で高度に解離しており、7〜10のp
Hにおいては、実質的に完全にではないとしても大半がグリコレート及びグリオ
キシレートイオンとして存在すると理解される。グリオキシル酸(及びその共役
塩基、グリオキシレートアニオン)は水和物、例えば(HO)2CHCOOHと
して、及び/又はヘミアセタールHOOCCH(OH)OCH(OH)COOH
としても存在し得、その組成物及び対応するそのアニオンは、N−(ホスホノメ
チル)グリシン生成のための適した反応物であるという本目的に関してグリオキ
シル酸及びそのアニオンと同等であることも当該技術分野における熟練者に認識
されるであろう。
グリコール酸のグリオキシル酸への添加のための酸化剤である酸素(O2)は
気体として反応に、気−液界面において液体を撹乱することにより酸素に対して
透過性である膜を介して、又は反応混合物を通して酸素をスパージングする(泡
立てる)ことにより加えることができる。ほとんどの条件下で反応速度は、酸素
が水性媒体中に溶解できる速度により少なくとも部分的に制御されると思われる
。かくして酸素を空気として反応に加えることができるが、比較的純粋な形態の
酸素を用いる、及び高圧を用いることさえ好ましい。酸素圧の上限は未知である
が、最高50気圧の酸素圧を用いることができ、15気圧の上限が好ましい。高
い酸素溶解(従って反応)速度を保持するために撹乱は重要である。撹拌などの
いずれの簡単な形態の撹乱も用いることができる。
反応温度は反応速度及び酵素の安定性に影響を与える点で重要な変数である。
約0℃〜40℃の反応温度を用いることができるが、好ましい反応温度は5℃〜
15℃の範囲である。好ましい温度範囲における運転は反応の最後に回収される
酵素活性を最大にする。温度は水溶液が凍り始める程低くてはならない。温度は
ジャケット付き反応容器を用い、ジャケットに適温の液体を通過させることによ
るなどの通常の方法により制御することができるが、この方法に限られるわけで
はない。反応容器は反応成分に不活性ないずれの材料からも構築することができ
る。
反応溶液とO2の接触の停止に続き、微生物細胞触媒をデカンテーション、濾
過又は遠心分離により取り出し、再利用することができる。場合により、溶液を
活性炭と接触させることによりフラビンモノヌクレオチド(FMN)を取り出す
ことができる。グリオキシル酸及びアミノメチルホスホン酸(対応するイミンと
の平衡にあると思われる)を含有する
溶液を、N−(ホスホノメチル)グリシンの生産に関する当該技術において既知
のいずれかの方法に従って処理する。
接触水添はグリオキシル酸及びアミノメチルホスホン酸を含有する混合物から
N−(ホスホノメチル)グリシンを製造するための好ましい方法である。この目
的に適した水素化触媒は種々の白金族金属、例えばイリジウム、オスミウム、ロ
ジウム、ルテニウム、白金及びパラジウム;又、種々の他の遷移金属、例えばコ
バルト、銅、ニッケル及び亜鉛を含む(がこれらに限られるわけではない)。触
媒は、例えばラネイニッケル又は酸化白金のように非担持であることができ;あ
るいはそれは例えば炭素担持白金、アルミナ担持パラジウム又はキーゼルグール
担持ニッケルのように担持されていることができる。炭素担持パラジウム、キー
ゼルグール担持ニッケル及びラネイニッケルが好ましい。水素化は4〜11、好
ましくは5〜10のpHにおいて行うことができる。水素化温度及び圧力は広く
変えることができる。温度は一般に0℃〜150℃、好ましくは20℃〜90℃
の範囲であり、H2圧は一般に大体大気圧から約100気圧、好ましくは1〜1
0気圧の範囲内である。いずれの還元法が用いられても、発芽後除草剤として有
用なN−(ホスホノメチル)グリシンを当該技術分野において既知のいずれの回
収法によっても還元溶液から回収することができる。
本発明をさらに例示するのに役立つ以下の実施例において、グリオキシレート
、ホルメート及びオキザレートの収率、ならびにグリコレートの回収収率は、反
応の開始時に存在するグリコール酸の合計量に基づくパーセンテージである。反
応混合物の分析は高圧液体クロマトグラフィーを用いて行い:有機酸分析はBi
o−Rad HPX−87Hカラム
を用いて行い、AMPA及びN−(ホスホノメチル)グリシンはBio−Rad
Aminex Glyphosate Analysisカラムを用いて分析
した。
形質転換微生物細胞は、磁気撹拌棒、ならびに2,6−ジクロロフェノール−
インドフェノール(DCIP)に関して0.12mM及びTRIS緩衝液(pH
8.3)に関して80mMである2.0mLの溶液を含有する3−mLの石英の
キュベット中に約5〜10mgの湿潤細胞を正確に量り込むことによりグリコレ
ートオキシダーゼ活性に関してアッセイした。キュベットにゴムの隔壁で蓋をし
、窒素を5分間泡立てることにより溶液を脱酸素した。次いで40μlの1.0
Mグリコール酸/1.0M TRIS(pH8.3)をシリンジによりキュベッ
トに加え、混合物を撹拌しながら605nm(ε=22,000)において時間
に伴う吸収の変化を測定した。
カタラーゼ活性は、磁気撹拌棒及び2.0mLの蒸留水を含有する3−mLの
石英のキュベット中に約2〜5mgの湿潤細胞を正確に量り込み、次いで50m
Mのリン酸塩緩衝液(pH7.0)中の59mMの過酸化水素を1.0mL加え
、240nm(ε=39.4)において時間に伴う吸収の変化を測定することに
よりアッセイした。種々の培地中で培養されたA.ニズランス湿潤細胞(非透過
性化)のグリコレートオキシダーゼ及びカタラーゼ活性は、グリコレートオキシ
ダーゼに関して1グラムの湿潤細胞当たり0.5〜4.0DCIP IU、なら
びに内因性カタラーゼに関して1グラムの湿潤細胞当たり500〜7000IU
の範囲であった。種々の培地中で培養されたH.ポリモルファ又はP.パストリ
ス湿潤細胞(透過性化)のグリコレートオキシダーゼ及びカタ
ラーゼ活性は、グリコレートオキシダーゼに関して1グラムの湿潤細胞当たり2
0〜60DCIP IG、ならびに内因性カタラーゼに関して1グラムの湿潤細
胞当たり30,000〜80,000IUの範囲であった。
実施例1
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチル
ホスホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及
びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで
調節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。次
いで反応器に26gの凍結(−80℃)アスペルギルス・ニズランス FTI7
SYCSL/OL(124IUグリコレートオキシダーゼ及び57,800IU
カタラーゼ)及び1.0x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラー
ゼ(Sigma)を加え、5℃において細胞を解凍し、得られる混合物のpHを
50%NaOHで8.3に再調節した。この混合物を400rpm及び5℃にお
いて、120psigの酸素下で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立た
せながら撹拌した。規則的な間隔で反応混合物の0.40mLのアリコートを採
取し、Millipore“ULTRAFREE”−MC10,000NMWL
Filter Unitを用いてアリコートを濾過し、濾液をHPLCにより
分析することにより反応を監視した。10時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及
び蟻酸の収率はそれぞれ91%、0%及び7.9%であり、2.5%のグリコー
ル酸が回収された。グリコレートオキシダーゼ及びアスペルギルス・ニゲルカタ
ラーゼの最終的活性はそれらの初期値の11%及び87%であった。
実施例2(比較)
アスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma)の添加を省略する以
外は実施例1に記載の反応を繰り返した。22時間後、グリオキシル酸、シュウ
酸及び蟻酸の収率はそれぞれ1.7%、0%及び87.4%であり、グリコール
酸は完全に転化された。反応の最後にアスペルギルス・ニズランス FT17S
YCSL/OL細胞中に検出可能なグリコレートオキシダーゼ又はカタラーゼ活
性はなかった。
実施例3
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチル
ホスホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及
びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで
調節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。次
いで反応器に26gの凍結(−80℃)アスペルギルス・ニズランス FT17
SYCSL/OL(124IUグリコレートオキシダーゼ及び57,800IU
カタラーゼ)及び5.6x105単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラー
ゼ(Sigma)を加え、5℃において細胞を解凍し、得られる混合物のpHを
50%NaOHで8.3に再調節した。この混合物を400rpm及び5℃にお
いて、120psigの酸素下で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立た
せながら撹拌した。10時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそ
れぞれ83%、0%及び9.4%であり、4.4%のグリコール酸が回収された
。グリコレートオキシダーゼ
及びアスペルギルス・ニゲルカタラーゼの最終的活性はそれらの初期値の17%
及び88%であった。
実施例4
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチル
ホスホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及
びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで
調節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。次
いで反応器に15gの凍結(−80℃)アスペルギルス・ニズランス FT17
SYCSL/OL(72IUグリコレートオキシダーゼ及び33,300IUカ
タラーゼ)及び1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ
(Sigma)を加え、5℃において細胞を解凍し、得られる混合物のpHを5
0%NaOHで8.3に再調節した。この混合物を400rpm及び5℃におい
て、120psigの酸素下で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立たせ
ながら撹拌した。17時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれ
ぞれ76%、0%及び4.1%であり、16.8%のグリコール酸が回収された
。グリコレートオキシダーゼ及びアスペルギルス・ニゲルカタラーゼの最終的活
性はそれらの初期値の7%及び49%であった。
実施例5
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホ
スホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、
HPLC内部標準)及びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.
3(50%NaOHで調節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液
を5℃に冷却した。凍結(−80℃)アスペルギルス・ニズランス FT17S
YCSL/OL(26g)124IUグリコレートオキシダーゼ及び57,80
0IUカタラーゼ)を5℃で解凍し、次いで5℃において2x100mLのKH2
PO4(50mM、pH7.0)/FMN(0.01mM)緩衝液で洗浄し、洗
浄された細胞を1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ
(Sigma)と共に反応器に加えた。得られる混合物のpHを50%NaOH
で8.3に再調節し、400rpm及び5℃において、120psigの酸素下
で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立たせながら撹拌した。11.5時
間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ94%、3.5%及
び2.7%であり、1.3%のグリコール酸が回収された。グリコレートオキシ
ダーゼ及びアスペルギルス・ニゲルカタラーゼの最終的活性はそれらの初期値の
7%及び77%であった。
実施例6
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホ
スホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及び
フラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで調
節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。新し
く収穫されたアスペルギルス・ニズランス FT17SYCSL/OL(37g
、44IUグリコレートオキシダーゼ及び57,800IUカタラーゼ)を5℃
において4x
100mLのKH2PO4(50mM、pH7.0)/FMN(0.01mM)緩
衝液で洗浄し、洗浄された細胞を1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル
可溶性カタラーゼ(Sigma)と共に反応器に加えた。得られる混合物のpH
を50%NaOHで8.3に再調節し、次いで400rpm及び5℃において、
120psigの酸素下で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立たせなが
ら撹拌した。15時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ
84%、0%及び9.4%であり、6.4%のグリコール酸が回収された。
反応の完了時に反応混合物を5℃において遠心分離し、上澄み液をデカンテー
ションした。得られるアスペルギルス・ニズランス細胞のペレットを100mL
の新しい反応混合物に5℃において再懸濁させ、上記の条件と同じ条件下で反応
を繰り返した。25時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞ
れ59%、1.1%及び1.6%であり、43%のグリコール酸が回収された。
この時点における細胞中のグリコレートオキシダーゼのアッセイは残留活性がな
いことを示した。
実施例7
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホ
スホン酸(0.375M)、フラビンモノヌクレオチド(0.01mM)を含有
し、HPLC内部標準が加えられていない100mLの溶液(pH8.3、50
%NaOHで調節)を装填し、溶液を5℃に冷却した。凍結(−80℃)アスペ
ルギルス・ニズランス FT17SYCSL/OL(26g)124IUグリコ
レートオキシダーゼ及び57,800IUカタラーゼ)を5℃において解凍し、
次いで5℃
において4x100mLのKH2PO4(50mM、pH7.0)/FMN(0.
01mM)緩衝液で洗浄し、洗浄された細胞を1.4x106単位のアスペルギ
ルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma)と共に反応器に加えた。得られる
混合物を400rpm及び5℃において、120psigの酸素下で、50mL
/分で混合物を通して酸素を泡立たせながら撹拌した。11時間後、グリオキシ
ル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ89%、4.5%及び2.0%であり
、グリコール酸は完全に転化された。
実施例8
3オンスのFischer−Porterガラスエアゾール反応容器中に磁気
撹拌棒、ならびにグリコール酸(0.500M)、アミノメチルホスホン酸(0
.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及びフラビンモノ
ヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで調節)において
含有する10mLの水溶液を入れ、溶液を5℃に冷却した。次いで容器に、0.
1%“TRITON”X−100/l凍結−解凍で処理することにより透過性化
された0.47gの形質転換ハンセヌラ・ポリモルファGO1(10IUグリコ
レートオキシダーゼ及び22,100IUカタラーゼ)、及び1.4x106単
位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma)を加えた。得られ
る混合物のpHを50%NaOHを用いて8.3に再調節し、次いで反応容器を
密閉し、反応混合物を5℃に冷却した。撹拌しながら5回、70psigに加圧
し大気圧に排気することにより容器に酸素をフラッシし、次いで容器を70ps
igの酸素まで加圧し、混合物を5℃で撹拌した。反応の進行を監視するための
HPLCによる分析のために、
規則的な間隔で試料採取口を介し、シリンジにより(容器中の圧力の損失なしで
)アリコート(0.10mL)を取り出した。16時間後、グリオキシレート、
ホルメート及びオキザレートのHPLC収率はそれぞれ90.1%、1.3%及
び5.9%であり、3.0%のグルコースが残った。残留グリコレートオキシダ
ーゼ活性及び合計カタラーゼ活性はそれらの初期値のそれぞれ86%及び136
%であった。
実施例9(比較)
1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma
)の添加を省略する以外は実施例8における反応を繰り返した。16時間後、グ
リオキシレート、ホルメート及びオキザレートのHPLC収率はそれぞれ57.
6%、32.5%及び2.6%であり、8.9%のグルコースが残った。グリコ
レートオキシダーゼ及びカタラーゼの残留透過性化細胞活性はそれらの初期値の
それぞれ60%及び378%であった。
実施例10(比較)
1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma
)の添加を、1.4x106単位のカタラーゼ活性を有する1.67gの透過性
化(0.1%“TRITON”X−100/l凍結−解凍)サッカロミセス・セ
レビシアエ細胞に置換する以外は実施例8における反応を繰り返した。16時間
後、グリオキシレート、ホルメート及びオキザレートのHPLC収率はそれぞれ
67.2%、19.7%及び6.0%であり、グリコレートは残留しなかった。
実施例11
3オンスのFischer−Porterガラスエアゾール反応容器
中に磁気撹拌棒、ならびにグリコール酸(0.500M)、アミノメチルホスホ
ン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及びフラ
ビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで調節)
において含有する10mLの水溶液を入れ、溶液を5℃に冷却した。次いで容器
に、0.1%“TRITON”X−100/l凍結解凍で処理することにより透
過性化された0.75gの形質転換ピチア・パストリスGS115−MSP10
(13.2IUグリコレートオキシダーゼ及び21,200IUカタラーゼ)を
加えた。得られる混合物のpHを50%NaOHを用いて8.3に再調節し、次
いで反応容器を密閉し、反応混合物を5℃に冷却した。撹拌しながら5回、70
psigに加圧し大気圧に排気することにより容器に酸素をフラッシし、次いで
容器を70psigの酸素まで加圧し、混合物を5℃で撹拌した。反応の進行を
監視するためのHPLCによる分析のために、規則的な間隔で試料採取口を介し
、シリンジにより(容器中の圧力の損失なしで)アリコート(0.10mL)を
取り出した。16時間後、グリオキシレート、ホルメート及びオキザレートのH
PLC収率はそれぞれ30.5%、59.2%及び10.7%であり、0.8%
のグルコースが残った。
実施例12
Dispersimax Impellerが備えられた300−mLのEZ
E−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autoclave Enginee
rs)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホスホン酸(0.37
5M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及びフラビンモノヌクレ
オチド(0.01mM)をpH8.
3(50%NaOHで調節)で含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃
に冷却した。次いで0.1%“TRITON”X−100/l凍結−解凍で処理
することにより透過性化された10gの形質転換ピチア・パストリスNRRL
Y−21001(391IUグリコレートオキシダーゼ及び457,000IU
カタラーゼ)、ならびに1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カ
タラーゼ(Sigma)を容器に加えた。得られる混合物のpHを50%NaO
Hを用いて8.3に再調節した。この混合物を1000rpm及び5℃において
、120psigの酸素下で撹拌し、それはタービン羽根車の作用を介して混合
物を通して酸素を泡立てた。規則的な間隔で反応混合物の0.40mLのアリコ
ートを採取し、Millipore“ULTRAFREE”−MC10,000
NMWL Filter Unitを用いてアリコートを濾過し、濾液をHPL
Cにより分析することにより反応を監視した。1時間後、グリオキシル酸、シュ
ウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ89.8%、6.0%及び2.9%であり、1.
7%のグリコール酸が回収された。透過性化細胞のグリコレートオキシダーゼ及
びカタラーゼの最終的活性はそれらの初期値の117%及び78%であった。
微生物細胞触媒を上記の反応混合物から遠心分離により回収した。さらに処理
することなく、細胞ペレットを100mLの新しい反応混合物及び追加の1.4
x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼと混合し、反応を繰り
返した。1.0時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ8
7.8%、5.0%及び5.3%であり、2.9%のグリコール酸が回収された
。透過性化−細胞グリコレートオキシダーゼ及びカタラーゼの最終的活性はそれ
らの初期値の172
%及び61%であった。
実施例13
実施例2に記載の反応を介して生産されるグリオキシル酸及びAMPAの混合
物を遠心分離してアスペルギルス・ニズランス全細胞触媒を除去し、次いでAm
icon“CENTRIPREP”10濃縮器(10,000分子量カットオフ
)を用いて濾過し、可溶性アスペルギルス・ニゲルカタラーゼを除去した。得ら
れる溶液を活性炭(0.50g)と共に撹拌し、FMNを除去し、濾過し、30
0mL、316SSカップのAutoclave Engineers EZE
−Seal反応器に、0.50gの活性炭担持10%Pdと共に入れた。反応器
に窒素をフラッシし、次いで300psigにおいて水素を装填し、1000r
pm及び27℃において撹拌した。22時間後、N−(ホスホノメチル)グリシ
ンの収率(AMPAに基づく)は80%であった。
実施例14
実施例4に記載の反応を介して生産されるグリオキシル酸及びAMPAの混合
物を遠心分離してアスペルギルス・ニズランス全細胞触媒を除去し、次いでAm
icon“CENTRIPREP”10濃縮器(10,000分子量カットオフ
)を用いて濾過し、可溶性アスペルギルス・ニゲルカタラーゼを除去した。得ら
れる溶液を活性炭(0.50g)と共に撹拌し、FMNを除去し、濾過し、30
0mL、316SSカップのAutoclave Engineers EZE
−Seal反応器に、0.50gの活性炭担持10%Pdと共に入れた。反応器
に窒素をフラッシし、次いで300psigにおいて水素を装填し、1000r
pm及び27℃において撹拌した。22時間後、N−(ホスホノメチル)グリ
シンの収率(AMPAに基づく)は89%であった。
実施例15
実施例6に記載の反応を介して生産されるグリオキシル酸及びAMPAの混合
物を遠心分離してアスペルギルス・ニズランス全細胞触媒を除去し、次いでAm
icon“CENTRIPREP”10濃縮器(10,000分子量カットオフ
)を用いて濾過し、可溶性アスペルギルス・ニゲルカタラーゼを除去した。得ら
れる溶液を活性炭(0.50g)と共に撹拌し、FMNを除去し、濾過し、30
0mLのガラスライナー(glass Iiner)に、0.50gの活性炭担
持10%Pdと共に入れた。ガラスライナーをオートクレーブにおいて密閉し、
窒素をフラッシし、次いで1000psigにおいて水素を装填し、27℃にお
いて揺動することにより混合した。11時間後、N−(ホスホノメチル)グリシ
ンの収率(AMPAに基づく)は76%であった。
実施例16
Dispersimax Impellerが備えられた300MLのEZE
−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autoclave Engineer
s)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホスホン酸(0.375
M)、イソ酪酸(0.100M)、HPLC内部標準)及びフラビンモノヌクレ
オチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで調節)で含有する10
0mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。次いで30gの形質転換E.コ
リ(25.2IUグリコレートオキシダーゼ及び39,900IUカタラーゼ)
を容器に加え、混合物を1000rpm及び5℃において、120psigの酸
素下で撹拌し、それはタービン羽根車の作用を介して混合物を通して酸
素を泡立てた。規則的な間隔で反応混合物の0.40mLのアリコートを採取し
、Millipore“ULTRAFREE”−MC10,000NMWL F
ilter Unitを用いてアリコートを濾過し、濾液をHPLCにより分析
することにより反応を監視した。19時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻
酸の収率はそれぞれ8.6%、8.3%及び1.1%であり、57.3%のグリ
コール酸が残った。微生物グリコレートオキシダーゼ及びカタラーゼの回収活性
はそれらの初期値のそれぞれ10%及び68%であった。
実施例17
より高いグリコレートオキシダーゼ活性(72IUグリコレートオキシダーゼ
及び29.600IUカタラーゼ)を有する30gの第2の増殖の形質転換E.
コリを用いて実施例16に記載の反応を繰り返した。23時間後、グリオキシル
酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ18.3%、1.9%及び2.9%であ
り、42.6%のグリコール酸が残った。微生物グリコレートオキシダーゼ及び
カタラーゼの回収活性はそれらの初期値のそれぞれ18%及び71%であった。
かくして本発明をある程度の特殊性を以て説明し、例示してきたが、以下の請
求の範囲はそのように制限されるべきではなく、請求の範囲の各要素の表現及び
それらの同等事項と釣り合った範囲が与えられるべきである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Glyoxylic acid / aminomethylphosphonic acid mixture produced using a transformed microorganism
Compound
Background of the Invention
1. Field of the Invention:
The present invention relates to a mixture of glyoxylic acid and aminomethylphosphonic acid (AMPA).
Regarding the production method, the method involves glycolic acid and oxygen in an aqueous solution, such as AMPA,
The enzyme glycolate oxidase from spinach ((S) -2-hydrogen
Genetically engineered to express xy-acid oxidase, EC 1.1.1.35)
In the presence of a transformed microorganism and a catalyst containing catalase (EC 1.11.1.6)
In the reaction. Glyoxylic acid / aminomethyl produced by this method
The phosphonic acid mixture provides a wide range of postemergence herbicides, N- (phosphonomethyl) glycol.
It is a useful intermediate in the production of syn.
2. Description of related technology
Glycolate, an enzyme normally found in leafy green plants and mammalian cells.
Toxidase catalyzes the oxidation of glycolic acid to glyoxylic acid and produces hydrogen peroxide.
Involves the production of:
HOCHTwoCOTwoH + OTwo→ OCHCOTwoH + HTwoOTwo
N. E. FIG. Tolbert et al. ,J. Biol. Chem. , Vol.
181, 905-914 (1949) describes an enzyme first extracted from tobacco leaves.
Reported that it is glycolic acid, glyoxylic acid
Formic acid and CO via intermittent formationTwoCatalyzed oxidation to Such as ethylenediamine
Addition of certain compounds limited further oxidation of intermediate glyoxylic acid
. Oxidation is at a pH of about 8, typically about 3-40 mM (mmol) glycolic acid concentration.
Made with degrees. Optimal pH for glycolate oxidation reported to be 8.9
Was done. Oxalic acid (100 mM) inhibits the catalysis of glycolate osidase
It was reported. Similarly, K. E. FIG. Richardson and N.M. E. FIG.
Tolbert (J. Biol. Chem. , Vol. 236,1280-12
84 (1961)) is tris (hydroxymethyl) aminomethane (TRIS)
-Containing buffer in glycolate oxidase-catalyzed oxidation of glycolic acid
It was shown to inhibit the production of oxalic acid. C. O. Clagett, N .; E. FIG. T
olbert and R.S. H. Burris (J. Biol. Chem. , V
ol. 178, 977-987 (1949)) describes the production of glycolic acid using oxygen.
The optimal pH for glycolate oxidase catalyzed oxidation is about 7.8-8.6
Reported that the optimum temperature was 35-40 ° C.
I. Zelitch and S.M. Ochoa (J. Biol. Chem. (
Vol. 201, 707-718 (1953)) and J. Am. C. Robinsos
net et al. , (J. Biol. Chem. , Vol. 237, 2001-
2009 (1962)) is a spinach glycolate oxidase of glycolic acid.
Acid and CO in case-catalyzed oxidationTwoIs HTwoOTwoAnd non-enzyme of glyoxylic acid
It was reported to arise from elementary reactions. They are HTwoOTwoIs an enzyme that catalyzes the decomposition of
Catalase is added to formic acid and COTwoGlyoxyl by suppressing the formation of
Acid yield
Was observed to improve significantly. Addition of FMN (flavin mononucleotide)
Has also been found to greatly enhance the stability of glycolate oxidase
.
N. A. Frigerio and H.S. A. Harbury (J. Biol . Chem
. , Vol. 231, 135-157 (1958)) is spinach
Preparation and properties of glycolate oxidase isolated from cormorants were reported.
The purified enzyme was found to be very unstable in solution; this instability was
Relatively weak binding of rabin mononucleotide (FMN) to the enzyme active site;
Enzymatically active tetramer and / or octamer, irreversibly aggregate and precipitate
Attributable to dissociation into inert monomers and dimers. FMN (Flavi) into enzyme solution
Mononucleotide) greatly improves its stability and increases protein concentration.
Alternatively, high ion concentrations retained the enzyme as an octamer or tetramer.
Multiple studies on glycolate oxidase-catalyzed oxidation of glycolic acid
There are a number of other references. Enzyme isolation (and assay) is described in the following references:
Listed: I. Zelitch,Methods of Enzymolo gy
, Vol. 1, Academic Press, New York, 195
5, p. 528-531 (from spinach and tobacco leaves); Nishi
mura et al. ,Arch. Biochem. Biophys. , Vo
l. 222, 397-402 (1983) (from pumpkin cotyledons); Aske
r and d. Davies,Biochim. Biophys. Acta,
Vol. 761, 103-108 (1983) (from rat liver), and M
. J. Emes and K.S. H. Erismann,Int. J. Biochem
. , Vol. 16, 1373-1378 (1984) (REM
From Naminor L). The structure of the enzyme was also reported
Was: E. Cederlund et al. ,Eur. J. Biochem. ,
Vol. 173, 523-530 (1988) and Y. Lindquist a
nd C.I. Branden,J. Biol. Chem. , Vol. 264,36
24-3628 (1989).
Summary of the Invention
The present invention uses oxygen in an aqueous solution, and uses AMPA and two catalysts:
Enzyme glycolate oxidase from spinach ((S) -2-hydroxy acid
Genetically engineered transformation expressing oxidase, EC 1.1.1.3.15)
Glycol in the presence of microorganisms and catalase (EC 1.11.1.6)
Glyoxylic acid (or their salts) and aminomethyl
It relates to the preparation of a mixture of sulphonic acids (AMPA) (or their salts). like that
A mixture of glyoxylic acid and AMPA is a post-emergence herbicide, N- (phosphonomethyl).
) Useful for the production of glycine.
Brief description of biological deposit
Applicants have made the following biological deposits under the terms of the Budapest Treaty:
"NRRL" as used herein is 11815 N.V. University
Street, Peoria, IL 61604 U.S. S. Nor where A
the region Regional Research Laboratory, A
gricultural Research Service Culture
Collection international deposition
Say "NRRL No." is the accession number of the culture deposited with NRRL.
No.
Description of the preferred embodiment
A related patent, US Pat. No. 5,135,860 (August 4, 1992), “
Process for Preparing Glyoxylic Acid
/ Aminoethylphosphonic Acid Methods ”
(PCT / US92 / 09419) is oxygen, aminoethylphosphonic acid (AMP)
A) and in the presence of the soluble enzymes glycolate oxidase and catalase
Describes a method for the enzymatic conversion of glycolic acid to glyoxylic acid in
You. Addition of AMPA to enzymatic oxidation of glycolic acid in the pH range of 7-9
Is not expected to result in a high yield of the resulting glyoxylic acid, which is
Production of oxidation-resistant N-substituted hemiaminal and / or imine complexes with xylates
This was because it was thought that an unprotonated amine was necessary for the formation. AMPA Professional
The pKa of the toned amine is reported to be 10.8 (Lange's Hand
Book of Chemistry, J.C. A. Dean, ed. , McGra
w-Hill, New York, 1979, 12th edition),
Therefore, AMPA exists mainly as a protonated ammonium ion in the reaction mixture.
, Glyoxylate and
It was not expected to form such a protected complex. The present invention uses this method.
An improvement to the above method is provided in the form of whole cells of the microorganism as a catalyst.
Previously reported production of glyoxylic acid / aminomethylphosphonic acid mixtures
The use of soluble enzymes as catalysts to raise several problems:
Recovery of the catalyst is not easy, and the enzyme activity is limited to that of immobilized enzyme or whole-cell catalytic system
Not as stable, soluble glycolate oxidase converts acid into the reaction mixture.
For the spraying of elemental (required to increase the rate of oxygen dissolution and thus the reaction rate)
Not stable. A second related patent application, U.S. Pat. S. S.
N. 08 / 085,488, “Glycolate Oxidase Prod
action "(PCT / US94 / ) Is well known in the art.
Spinach with endogenous catalase, using genetic engineering techniques commonly known to practitioners
Aspergillus nidulans expressing glycolate oxidase from Saw
The construction of several transformants has been described. In the present invention, glyoxylic acid / a
These beyond the use of soluble enzymes for the production of minomethylphosphonic acid mixtures
Some advantages in the case of using a whole-cell catalyst are:
(1) All-catalyst The catalyst is easily removed from the reaction mixture at the end of the reaction for reuse.
Although recovered, soluble enzymes are only recovered with great difficulty and loss of activity.
I;
(2) they relate to the catalyst turnover obtained for soluble enzymes, and
More stable than soluble enzyme both in terms of recovered enzyme activity at the end of the reaction
; And
(3) Most importantly, they indicate that oxygen or oxygen-containing gas has a rate of oxygen dissolution.
And reaction conditions sparged into the reaction mixture to increase the reaction rate
Stable to soluble glycolate oxidase under similar reaction conditions
Denatures quickly.
Transformed Aspergillus nidulans first produces glycolate oxidase.
The encoding spinach gene is cloned, and this gene is then
Into an Aspergillus nidulans strain that produces endogenous catalase
And manufactured by. The resulting transformants should be grown in shake flasks or fermenters
Cultured in a concentrated medium or SYG concentrated medium, further comprising glycolate oxidase and / or
Are oleic acid (OL), hydroxyacetic acid (HA) to increase the expression of catalase.
) Or corn immersion liquid is added to the medium. Then various transformations
The recombinants were converted to whole cells (untreated) for catalase and glycolate oxidase activity.
) And assay as a catalyst for the oxidation of glycolic acid to glyoxylic acid.
Screening is performed by performing a reaction using cells.
When used as a catalyst for the oxidation of glycolic acid to glyoxylic acid,
Aspergillus nidulans cells are either not pre-treated or
Permeabilized to increase the accessibility of the reaction mixture to the enzymes;
Some may be from exposure to the reaction mixture or any of its components, or may be necessary.
Perform by freezing and thawing used to store whole cell catalyst until needed.
Can be.
Transformed Aspergillus as a whole-cell catalyst for glyoxylic acid production
The use of nislans has been shown previously (PCT / US93 / 00777, "Oxid
ation of Glycolic Acid
o Glyoxylic Aciding a Microbial C
cell Transformant as Catalyst ”), where
Amine buffers that can form chemical adducts with lioxylic acid (eg,
(Diamine or TRIS) yields glyoxylic acid yields as high as 98%.
In that case, the concentration of endogenous catalase in the cells is due to the byproduct hydrogen peroxide.
Was sufficient to limit the oxidation of glyoxylate to formic acid. To hydrogen peroxide
In which AMPA is not very effective in protecting glyoxylate from oxidation by
In the case of the invention, endogenous A. The concentration of Nizlans catalase is
Not enough to give the desired high yield of sylate. Glycolate oxy
Additional to the AMPA-containing reaction mixture using these whole cells as a source of
Soluble catalase (eg, A. niger or S. cerevisiae)
(From S. cerevisiae) using soluble or immobilized enzymes
Glyoxylate yields similar to those achieved when
That was found.
Transformation as a catalyst for oxidation of a Grecolate / AMPA mixture Nizura
When using a glance, glyoxylase can be used in cells containing glycolate oxidase.
If both phosphate and hydrogen peroxide are produced and no soluble catalase is added,
Glyoxylate is rapidly oxidized to formate (eg: in Example 2
87% formate, 1.7% glyoxylate). Glyoxylate high
It is anticipated that yields can be obtained simply by adding soluble catalase to the reaction.
It is not (1) glyoxylate and hydrogen peroxide produced throughout the course of the reaction.
Is greater in cells than in the surrounding aqueous solution, (2) A. D
Z
The concentration of endogenous catalase in the lance cells is typically added to the normal reaction mixture.
(2) 15% of the concentration of soluble catalase obtained, and
In order to be decomposed into water and oxygen by the enzyme, hydrogen peroxide needs to be
This is because it must diffuse into the liquid. But just react with soluble catalase
The mixture contains only soluble catalase and soluble glycolate oxidase as catalysts.
When used at the same concentration as previously used (rice)
National Patent No. 5,135,860, PCT / US92 / 09419), 94%
High glyoxylate yields were obtained.
The second microbial cell catalyst used in the present invention is Hansenula polymorpha.
(Methylotrophic yeast), which is spinach with endogenous catalase.
Expressing the glycolate oxidase enzyme from E. coli. Enough glycolate oxida
Some H. cerevisiae strains with protease activity The polymorpha transformant is glycolate
The DNA for the oxidase is placed in an expression vector, formate dehydrogenase (
FMD) by insertion under the control of a promoter. This vector
Using H. Polymorpha is transformed to produce large amounts of glycolate oxidase.
A strain to be produced is selected. Polymorpha G01 (NRRL Y-21065
).
H. Pormorpha cell catalysts are typically first transformed with H. Contact of polymorpha
Seed material can be grown in 500 ml YPD (Difco), pH 4.4.
And manufactured by. The culture was then added to 10 L of Yeast Nitroge.
n Base (YBN, Difco) w / o amino acid (14 g), ammonium sulfate
(50 g) and methanol (1
00) at pH 5.0. Fermenter at 37 ° C, 4
Agitation rate of 00 rpm, constant pH of 5.0, 40%
Operated for 42.5 hours in dissolved oxygen (control) and 14 psig air. fermentation
At the end of the reaction, 1.0 kg of glycerol is added, the cells are harvested by centrifugation and
It was frozen in body nitrogen and stored at -80 ° C.
The third microbial cell catalyst used in the present invention, together with endogenous catalase,
Pichia pastori expressing glycolate oxidase enzyme from spinach
(Methylotrophic yeast). Spinach glycolate
The DNA fragment containing the oxidase gene was Pastoris expression vector
(PHIL-D4) in methanol-inducible alcohol oxidase I promoter
By inserting the plasmid under the control of the
P. having sufficient glycolate oxidase activity Some traits of Pastoris
A transformant was produced. Chromosomal alcohol oxidase of linearized plasmid pMP1
Incorporation into the I locus and alcohol by the glycolate oxidase gene
To allow for replacement of the oxidase gene, P. Pastoris strain GTS11
5 (NRRL Y-15851) was transformed with plasmid pMP1 and selected.
Was done. The pool of such transformants is then integrated into the expression cassette.
Selected for the maximum number of P. Pastoris strain GS115-MSP10
High copy number transformants were isolated and isolated from NRRL, Peoria, Illin.
ois deposit.
P. Pastoris cells are typically 100 mL containing 1% glycerose.
Produced by growing the inoculum in YNB. 30 ° C
After growing for 48 hours in yeast nigrogen base (YBN)
w / o amino acids (134 g), glycerose (100 g) and biotin (20 m
The cells were transferred into a fermenter containing 10 L of medium containing g). Fermentation is pH 5.0
(NHFourOH), 30 ° C, 200 rpm agitation speed, 5 slpm air
Solution, 5 psig air and dissolved oxygen held above 50% saturation
I drove. Once glycerol is depleted, glycerol is reconstituted with methanol (50 g).
The cells are induced by growing in the same medium except for replacing
Oxidase was expressed. Glycolate oxidase activity during induction
Followed by elementary assay. 24 hours after induction, use glycerol (1 kg)
Cells were harvested after treatment. Following harvest, cells were frozen in liquid nitrogen and
Stored at ° C.
A. Unlike Nislance, H. Polymorpha and P. Transformation of pastoris
Before the cells are used as a catalyst for the oxidation of glycolic acid to glyoxylic acid
Required permeabilization. Permeable
A variety of known methods for producing cells with sufficient glycolate oxidase activity
Useful for production (Felix, H .;Anal. Biochemist ry
, Vol. 120, 211-234, (1982));
A 10% by weight suspension of wet cells was combined with 0.1% (v / v) "TRITON" X
Suspended in -100/20 mM phosphate buffer (pH 7.0) for 15 minutes,
Frozen in liquid nitrogen, thawed, 20 mM phosphate / 0.1 mM FMN buffer (
(pH 7.0).
H. as a catalyst for the oxidation of glycolic acid / AMPA mixtures Polimo
Rufa and P.M. If any of the Pastoris transformed cells are used,
A. Nigel catalase addition is required for high yield glyoxylic acid production
Was found. H. Polymorpha or P. Accessibility of Pastoris permeabilized cells
Effective catalase activity is described in About 10 times higher than that of Nizlance,
Endothelial Catalase of Methylotrophic Yeast in a Reaction Mixture Containing AMPA
In the decomposition of hydrogen peroxide, a by-product of Nizuransu or A. From Nigel
Was less effective than catalase. Soluble A. as a supplemental catalase source D
Gel catalase or Saccharomyces cerevisiae (Saccharo)
Myces cerevisiae) permeabilized whole cells were added with catalase.
Significant increase in glyoxylic acid production compared to reaction experiments when not added
Addition occurred.
The fourth microbial cell catalyst used in the present invention is a spinach with endogenous catalase.
Escherichia coli expressing the glycolate oxidase enzyme from Panax
scherichia boli (bacteria). That's it
Transformation Coli is described in Maceraux et al. ,Biochem. Biophys. Acta
, Vol. 1132, 11-16 (1992)
Manufactured as follows. Transformation expressing glycolate oxidase activity Ko
Li did not permeabilize before use as a catalyst in the present invention.
Many of the drawbacks of using soluble enzymes as catalysts in this application are
Transformed microbes removed by using whole cells (impermeable or permeabilized)
. For recovery and reuse of whole-cell catalyst, centrifuge or filter catalyst from reaction mixture
And recycle it to a new reaction mixture
Was easily performed by this method;6Expensive glycolate oxidizer
The number of revolutions for ze was obtained. Without rapidly denaturing glycolate oxidase
Bubble oxygen through the reaction mixture (as observed when using soluble enzymes)
Deposition is at least 10 times less than the reaction without foaming the reaction mixture.
Increase the response speed, and an increase in this speed significantly increases the manufacturing costs for this method.
To lower.
Glycolate oxidase activity used in the reaction
Is an effective concentration, usually from 0.01 to about 100 IU / ml, preferably
Must be present at a concentration of about 0.1 to about 10 IU / ml. IU (international
Is defined as the amount of enzyme that catalyzes the conversion of 1 micromole of substrate per minute.
Is defined. The assay for this enzyme is described in Zelitch and S.M. Ocho
a,J. Biol. Chem. , Vol. 201, 707-718 (1953)
Found in The process involves recovering or recycling glycolate oxy.
It is also used in assays for the activity of dase. Catalase concentration is 1mL reaction mixture
50 to 100,000 IU per product, preferably 500 to 14,000 IU / m
Must be L. Both glycolate oxidase and catalase enzymes
Preferably, they are present in the same microbial cell (in the case of the appended examples, A. nizuran
H. Polymorpha, P.M. Pastoris or E. coli. Cori). Endogenous in cells
Catalase concentration is insufficient to effectively decompose the produced hydrogen peroxide
In some cases (as in the appended examples), additional sources of catalase (eg, soluble as
Pergillus niger catalase or whole cells of Saccharomyces cerevisiae)
Can be added to supplement the endogenous catalase present. More catalase
And glycolate oxidase concentration, catalase versus glycolate oxidase
Of at least about 250: 1 (measured in IU for each)
Must be adjusted within the above range. Flavin mononucleotide (FM
N) is a component that is optionally added and is 0.0 to 2.0 mM, preferably 0.1 to 2.0 mM.
Used at a concentration of 01-0.2 mM.
In view of the above-mentioned effective concentration range, the improved method of the present invention falls within these effective ranges.
All microorganisms that express glycolate oxidase and / or catalase
Includes and is intended to include the use of cellular catalysts, ie, whole cell catalysts.
It should be recognized that Thus, for the purposes of the present invention, the term
The term "cell catalyst" actually gives, for example, the effective concentration ranges indicated above.
The genetically engineered transformed microorganism of the preferred embodiment, as well as strong expression capacity
Selected strains of natural or mutant microorganisms and / or mixtures thereof
Including but not limited to objects.
Glycolic acid (2-hydroxyacetic acid) is commercially available. Place of this reaction
The initial concentration is in the range of 0.10M to 2.0M, preferably 0.25M to 1M.
. 0M. It is as such or its compatible salt, i.e. water-soluble
The cation is the desired conversion of glycolic acid to glyoxylic acid, or
N- (phosphonomethyl) glycine of oxylic acid product and aminomethylphosphonic acid
Can be used as a salt that does not conflict with the reaction for forming Suitable and compatible
The salt-forming cationic group of is easily determined by experimentation. Typical such
Salts are alkali metals, alkaline earth metals, ammonium, substituted ammonium,
And sulfonium and substituted phosphonium salts.
The conversion of glycolic acid to glyoxylic acid is simple and, preferably, in aqueous media.
Done in Aminomethylphosphonic acid (AMPA) or a suitable salt thereof is 0.0
1 / 1.0 to 3.0 / 1.0, preferably 0.25 / 1.0 to 1.05 / 1.0
To give a molar ratio of AMPA / glycolic acid (starting amount) in the range of
You. After combining AMPA and glycolic acid in aqueous solution, the pH of the resulting mixture
Is adjusted to a value of 6 to 10, preferably 7.0 to 8.5. Within this pH range,
Compatible non-violating salts including alkali metal hydroxides, carbonates, bicarbonates and phosphates
The exact pH can be adjusted by addition of groups to obtain the desired pH. Reaction proceeds
And the pH of the reaction mixture drops slightly, thus increasing the pH range of maximum enzyme activity.
The reaction starts at about 9.0 to 8.5, around the maximum of the pH, and allows the pH to drop during the reaction.
Is often useful. Since enzyme activity changes with pH,
PH can be maintained by adding non-violent inorganic or organic buffer separately.
it can.
Glycolic and glyoxylic acids are highly dissociated in water and have a p-value of 7-10.
In H, most if not substantially complete glycolate and
It is understood that it exists as a xylate ion. Glyoxylic acid (and its conjugates)
Base, glyoxylate anion) is a hydrate, for example (HO)TwoCHCOOH and
And / or hemiacetal HOOCCH (OH) OCH (OH) COOH
Wherein the composition and the corresponding anion are N- (phosphonome
Glyoxylated for this purpose to be a suitable reactant for the production of til) glycine
Equivalent to silicic acid and its anions also recognized by those skilled in the art
Will be done.
Oxygen (O 2 O) which is an oxidizing agent for the addition of glycolic acid to glyoxylic acidTwo) Is
It reacts as a gas and disturbs the liquid at the gas-liquid interface.
Oxygen is sparged through a membrane that is permeable or through the reaction mixture (bubble
Standing). Under most conditions, the reaction rate is oxygen
Seems to be at least partially controlled by the rate at which
. Thus, oxygen can be added to the reaction as air, but in relatively pure form.
It is preferred to use oxygen, and even to use high pressure. The upper limit of oxygen pressure is unknown
However, an oxygen pressure up to 50 atm can be used, with an upper limit of 15 atm being preferred. High
Disturbance is important to maintain a high oxygen dissolution (and therefore reaction) rate. Such as stirring
Any simple form of perturbation can be used.
Reaction temperature is an important variable in that it affects reaction rate and enzyme stability.
Reaction temperatures of about 0 ° C to 40 ° C can be used, but preferred reaction temperatures are 5 ° C to
It is in the range of 15 ° C. Operation in the preferred temperature range is recovered at the end of the reaction
Maximize enzyme activity. The temperature must not be so low that the aqueous solution begins to freeze. The temperature is
Use a jacketed reaction vessel and pass liquid of the appropriate temperature through the jacket.
Can be controlled by ordinary methods such as
There is no. Reaction vessels can be constructed from any material that is inert to the reaction components
You.
Reaction solution and OTwoFollowing the termination of contact, the microbial cell catalyst was decanted and filtered.
It can be removed by filtration or centrifugation and reused. Optionally, remove the solution
Extracts flavin mononucleotide (FMN) by contacting with activated carbon
be able to. Glyoxylic acid and aminomethylphosphonic acid (with the corresponding imine
Which appears to be in equilibrium)
The solution can be prepared using a method known in the art for the production of N- (phosphonomethyl) glycine.
Process according to any one of the above methods.
Catalytic hydrogenation is from mixtures containing glyoxylic acid and aminomethylphosphonic acid
It is a preferred method for producing N- (phosphonomethyl) glycine. This eye
Suitable hydrogenation catalysts are various platinum group metals such as iridium, osmium,
Didium, ruthenium, platinum and palladium; also various other transition metals such as copper
Including (but not limited to) Baltic, Copper, Nickel and Zinc. Touch
The medium can be unsupported, for example, Raney nickel or platinum oxide;
Or it can be, for example, platinum on carbon, palladium on alumina or kieselguhr
It can be supported like supported nickel. Palladium on carbon, key
Zelgur-supported nickel and Raney nickel are preferred. Hydrogenation is 4-11, good
Preferably, it can be performed at a pH of 5-10. Wide range of hydrogenation temperature and pressure
Can be changed. The temperature is generally between 0 ° C and 150 ° C, preferably between 20 ° C and 90 ° C.
And HTwoThe pressure is generally from about atmospheric pressure to about 100 atmospheres, preferably 1-1.
It is within the range of 0 atm. No matter which reduction method is used, it can be used as a herbicide after germination.
N- (phosphonomethyl) glycine for any of the times known in the art.
It can also be recovered from the reducing solution by a recovery method.
In the following examples, which serve to further illustrate the invention, glyoxylate
, Formate and oxalate yields, and glycolate recovery yields
The percentage is based on the total amount of glycolic acid present at the beginning of the reaction. Anti
The reaction mixture was analyzed using high pressure liquid chromatography: organic acid analysis was performed using Bi.
o-Rad HPX-87H column
AMPA and N- (phosphonomethyl) glycine were obtained using Bio-Rad.
Analyze using Aminex Glyphosate Analysis column
did.
The transformed microbial cells consisted of a magnetic stir bar, and 2,6-dichlorophenol-
0.12 mM for indophenol (DCIP) and TRIS buffer (pH
8.3) of 3-mL quartz containing 2.0 mL solution which is 80 mM with respect to
Glycorelation can be achieved by accurately weighing about 5-10 mg of wet cells into a cuvette.
Assayed for oxidase activity. Cover the cuvette with a rubber septum
The solution was deoxygenated by bubbling nitrogen for 5 minutes. Then 40 μl of 1.0
M glycolic acid / 1.0 M TRIS (pH 8.3) was cuvette with a syringe.
At 605 nm (ε = 22,000) while stirring the mixture.
The change in absorption associated with was measured.
Catalase activity was determined using a 3-mL solution containing a magnetic stir bar and 2.0 mL of distilled water.
Accurately weigh about 2-5 mg of wet cells into a quartz cuvette, then add 50 m
1.0 mL of 59 mM hydrogen peroxide in M phosphate buffer (pH 7.0)
, 240 nm (ε = 39.4) to measure the change in absorption with time
Assayed. A. cultivated in various media Nizrans wet cells (non-permeant
The glycolate oxidase and catalase activities of
0.5-4.0 DCIP IU per gram of wet cells for dase,
500-7000 IU per gram of wet cells for endogenous catalase
Was in the range. H. cultivated in various media. Polymorpha or P. Pastries
Glycolate oxidase and catalyzer of humid cells (permeabilized)
Lase activity was 2 per gram of wet cells for glycolate oxidase.
1 gram of wet fines for 0-60 DCIP IG, as well as endogenous catalase
The range was 30,000-80,000 IU per cell.
Example 1
300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autocla)
ve Engineers), glycolic acid (0.500M), aminomethyl
Phosphonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and
And flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (50% NaOH).
100 ml of the solution contained in the control) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. Next
26 g of frozen (−80 ° C.) Aspergillus nidulans FTI7
SYSL / OL (124 IU glycolate oxidase and 57,800 IU
Catalase) and 1.0 × 106Units of Aspergillus niger soluble catala
(Sigma) was added, the cells were thawed at 5 ° C., and the pH of the resulting mixture was adjusted to
Re-adjusted to 8.3 with 50% NaOH. The mixture is brought to 400 rpm and 5 ° C.
And bubbled oxygen through the mixture at 50 mL / min under 120 psig oxygen.
While stirring. Take 0.40 mL aliquots of the reaction mixture at regular intervals.
Tori, Millipore "ULTRAFREE" -MC 10,000NMWL
An aliquot was filtered using a Filter Unit and the filtrate was analyzed by HPLC.
The reaction was monitored by analysis. 10 hours later, glyoxylic acid, oxalic acid and
And formic acid yields were 91%, 0% and 7.9%, respectively, with 2.5%
Luic acid was recovered. Glycolate oxidase and Aspergillus nigercata
The final activities of the lase were 11% and 87% of their initial value.
Example 2 (comparison)
Omit the addition of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma)
Other than that, the reaction described in Example 1 was repeated. After 22 hours, glyoxylic acid, shu
The yields of acid and formic acid were 1.7%, 0% and 87.4%, respectively,
The acid was completely converted. At the end of the reaction Aspergillus nidulans FT17S
Glycolate oxidase or catalase activity detectable in YCSL / OL cells
There was no sex.
Example 3
300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autocla)
ve Engineers), glycolic acid (0.500 M), aminomethyl
Phosphonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and
And flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (50% NaOH).
100 ml of the solution contained in the control) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. Next
26 g of frozen (−80 ° C.) Aspergillus nidulans FT17
SYSL / OL (124 IU glycolate oxidase and 57,800 IU
Catalase) and 5.6 × 10FiveUnits of Aspergillus niger soluble catala
(Sigma) was added, the cells were thawed at 5 ° C., and the pH of the resulting mixture was adjusted to
Re-adjusted to 8.3 with 50% NaOH. The mixture is brought to 400 rpm and 5 ° C.
And bubbled oxygen through the mixture at 50 mL / min under 120 psig oxygen.
While stirring. After 10 hours, the yield of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid was
83%, 0% and 9.4% respectively, 4.4% glycolic acid recovered
. Glycolate oxidase
And Aspergillus niger catalase have a final activity of 17% of their initial value.
And 88%.
Example 4
300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autocla)
ve Engineers), glycolic acid (0.500M), aminomethyl
Phosphonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and
And flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (50% NaOH).
100 ml of the solution contained in the control) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. Next
15 g of frozen (−80 ° C.) Aspergillus nidulans FT17
SYSL / OL (72 IU glycolate oxidase and 33,300 IU
Talase) and 1.4 × 106Units of Aspergillus niger soluble catalase
(Sigma) was added, the cells were thawed at 5 ° C., and the pH of the resulting mixture was adjusted to 5
Readjusted to 8.3 with 0% NaOH. This mixture is placed at 400 rpm and 5 ° C.
To bubble oxygen through the mixture at 50 mL / min under 120 psig oxygen.
While stirring. After 17 hours, the yield of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid was lower
76%, 0% and 4.1% respectively, 16.8% glycolic acid recovered
. Final activity of glycolate oxidase and Aspergillus niger catalase
The sex was 7% and 49% of their initial value.
Example 5
300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autocla)
Ve Engineers), glycolic acid (0.500 M), aminomethylphos
Sulfonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M,
HPLC internal standard) and flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.
3 (adjusted with 50% NaOH), load 100 mL of solution containing
Was cooled to 5 ° C. Frozen (-80 ° C) Aspergillus nidulans FT17S
YCSL / OL (26 g) 124 IU glycolate oxidase and 57,80
0IU catalase) is thawed at 5 ° C., then 2 × 100 mL of KH at 5 ° C.Two
POFour(50 mM, pH 7.0) / FMN (0.01 mM) buffer, wash
1.4 x 10 purified cells6Units of Aspergillus niger soluble catalase
(Sigma) with the reactor. The pH of the resulting mixture is adjusted to 50% NaOH
Readjust to 8.3 at 400 rpm and 5 ° C. under 120 psig oxygen.
And stirred while bubbling oxygen through the mixture at 50 mL / min. 11.5 o'clock
After a while, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid are 94%, 3.5% and 94%, respectively.
And 2.7%, and 1.3% of glycolic acid was recovered. Glycolate oxy
The final activities of Dase and Aspergillus niger catalase are based on their initial values.
7% and 77%.
Example 6
300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autocla)
Ve Engineers), glycolic acid (0.500 M), aminomethylphos
Sulfonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and
Flavin mononucleotide (0.01 mM) was adjusted to pH 8.3 (50% NaOH).
100 mL of the solution contained in section) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. new
Well harvested Aspergillus nidulans FT17SYCSL / OL (37g
, 44 IU glycolate oxidase and 57,800 IU catalase) at 5 ° C.
At 4x
100 mL KHTwoPOFour(50 mM, pH 7.0) / FMN (0.01 mM) buffer
Wash with the buffer and wash the washed cells at 1.4 x 106Units of Aspergillus niger
Added to the reactor with soluble catalase (Sigma). PH of the resulting mixture
Is readjusted to 8.3 with 50% NaOH and then at 400 rpm and 5 ° C.
Bubble oxygen through the mixture at 50 mL / min under 120 psig oxygen.
And stirred. After 15 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid were respectively
84%, 0% and 9.4%, 6.4% glycolic acid was recovered.
At the completion of the reaction, the reaction mixture is centrifuged at 5 ° C. and the supernatant is decanted.
Was done. 100 mL of the obtained pellet of Aspergillus nidulans cells
And resuspended in a fresh reaction mixture at 5 ° C under the same conditions as described above.
Was repeated. After 25 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid are respectively
This was 59%, 1.1% and 1.6%, and 43% of the glycolic acid was recovered.
At this point, the assay for glycolate oxidase in the cells has no residual activity.
Was shown.
Example 7
300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autocla)
Ve Engineers), glycolic acid (0.500 M), aminomethylphos
Contains sulphonic acid (0.375M) and flavin mononucleotide (0.01mM)
And 100 mL of the solution (pH 8.3, 50
% NaOH) and the solution was cooled to 5 ° C. Frozen (-80 ℃)
Lugils nizuransu FT17SYCSL / OL (26g) 124IU glyco
Rate oxidase and 57,800 IU catalase) at 3 ° C.
Then 5 ° C
4x100mL KH atTwoPOFour(50 mM, pH 7.0) / FMN (0.
01 mM) buffer and wash the washed cells at 1.4 × 10 46Unit Asperghi
Added to the reactor with Russ Nigel soluble catalase (Sigma). can get
Mix the mixture at 400 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen in 50 mL
The mixture was stirred while bubbling oxygen through the mixture at / min. 11 hours later, glyoxy
The yields of luic, oxalic and formic acids were 89%, 4.5% and 2.0%, respectively.
Glycolic acid was completely converted.
Example 8
Magnetic in 3 oz Fischer-Porter glass aerosol reactor
A stirring rod, glycolic acid (0.500 M), aminomethylphosphonic acid (0
. 375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and flavin mono
Nucleotides (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH)
The contained 10 mL aqueous solution was charged and the solution was cooled to 5 ° C. The container is then filled with 0.
Permeability by processing with 1% "TRITON" X-100 / l freeze-thaw
0.47 g of the transformed Hansenula polymorpha GO1 (10 IU glyco
Rate oxidase and 22,100 IU catalase), and 1.4 x 106single
Aspergillus niger soluble catalase (Sigma) was added. Obtained
The pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH and the reaction vessel was then
Sealed and cooled the reaction mixture to 5 ° C. Pressurized to 70 psig 5 times with stirring
The container is flushed with oxygen by evacuating to atmospheric pressure and then the container is pumped to 70 ps.
Pressurized to ig oxygen and the mixture was stirred at 5 ° C. To monitor the progress of the reaction
For analysis by HPLC,
At regular intervals through the sampling port, by syringe (without loss of pressure in the container)
A) An aliquot (0.10 mL) was removed. 16 hours later, glyoxylate,
The HPLC yields of formate and oxalate were 90.1%, 1.3% and 1.3%, respectively.
And 5.9%, leaving 3.0% glucose. Residual glycolate oxida
Ase activity and total catalase activity were 86% and 136% of their initial values, respectively.
%Met.
Example 9 (comparison)
1.4x106Units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma
The reaction in Example 8 was repeated except that the addition of ()) was omitted. 16 hours later,
The HPLC yields of reoxylate, formate and oxalate were respectively 57.
6%, 32.5% and 2.6%, leaving 8.9% glucose. Glico
Residual permeabilizing cell activities of rate oxidase and catalase are at their initial values.
They were 60% and 378%, respectively.
Example 10 (comparison)
1.4x106Units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma
) Was added at 1.4 × 1061.67 g permeability with unit catalase activity
(0.1% “TRITON” X-100 / l freeze-thaw) Saccharomyces
The reaction in Example 8 was repeated except that the cells were replaced with Levisiae cells. 16 hours
Thereafter, the HPLC yields of glyoxylate, formate and oxalate were respectively
67.2%, 19.7% and 6.0%, and no glycolate remained.
Example 11
3 oz Fischer-Porter glass aerosol reactor
Inside, a magnetic stir bar, glycolic acid (0.500M), aminomethylphospho
Acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and
Bin mononucleotide (0.01 mM) pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH)
Was added and the solution was cooled to 5 ° C. Then container
And 0.1% “TRITON” X-100 / l freeze-thaw.
0.75 g of transformed Pichia pastoris GS115-MSP10
(13.2 IU glycolate oxidase and 21,200 IU catalase)
added. The pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH,
The reaction vessel was then sealed and the reaction mixture was cooled to 5 ° C. 5 times with stirring, 70
Flushing the container with oxygen by pressurizing to psig and evacuating to atmospheric pressure, then
The vessel was pressurized to 70 psig oxygen and the mixture was stirred at 5 ° C. The progress of the reaction
Through the sampling port at regular intervals for analysis by HPLC for monitoring
Aliquot (0.10 mL) by syringe (without loss of pressure in the container)
I took it out. After 16 hours, the glyoxylate, formate and oxalate H
PLC yields were 30.5%, 59.2% and 10.7%, respectively, 0.8%
Glucose remained.
Example 12
300-mL EZ equipped with Dispersimax Impeller
E-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineer)
rs), glycolic acid (0.500M), aminomethylphosphonic acid (0.37M)
5M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and flavin mononucleotide
Otide (0.01 mM) was added at pH8.
3 (adjusted with 50% NaOH), load 100 mL of solution and bring the solution to 5 ° C.
And cooled. Then process with 0.1% "TRITON" X-100 / l freeze-thaw
10 g of transformed Pichia pastoris NRRL permeabilized by
Y-21001 (391 IU glycolate oxidase and 457,000 IU
Catalase), and 1.4 x 106Unit of Aspergillus niger soluble mosquito
Talase (Sigma) was added to the vessel. The pH of the resulting mixture is adjusted to 50% NaO
Adjusted to 8.3 with H. At 1000 rpm and 5 ° C.
Stir under 120 psig of oxygen, which mixes through the action of the turbine impeller
Oxygen was bubbled through the object. 0.40 mL aliquots of the reaction mixture at regular intervals
The Millipore “ULTRAFREE” -MC 10,000.
The aliquot was filtered using NMWL Filter Unit and the filtrate was HPL
The reaction was monitored by analysis with C. One hour later, glyoxylic acid,
The yields of uric acid and formic acid were 89.8%, 6.0% and 2.9%, respectively.
7% glycolic acid was recovered. Glycolate oxidase and permeabilized cells
And catalase final activities were 117% and 78% of their initial values.
Microbial cell catalyst was recovered from the above reaction mixture by centrifugation. Further processing
Without removing the cell pellet, add 100 mL of fresh reaction mixture and an additional 1.4.
x106Mix with Aspergillus niger soluble catalase and repeat the reaction.
I returned. After 1.0 hour, the yield of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid was 8
7.8%, 5.0% and 5.3%, with 2.9% glycolic acid recovered
. Permeabilization-The ultimate activity of cellular glycolate oxidase and catalase is
172 of their initial values
% And 61%.
Example 13
Mixing glyoxylic acid and AMPA produced via the reaction described in Example 2
The product is centrifuged to remove Aspergillus nidulans whole cell catalyst and then Am
icon "CENTRIPREP" 10 concentrator (10,000 molecular weight cut-off
) To remove soluble Aspergillus niger catalase. Get
The resulting solution was stirred with activated carbon (0.50 g) to remove FMN, filtered, and filtered.
0mL, 316SS Cup Autoclave Engineers EZE
-Seal reactor was charged with 0.50 g of 10% Pd on activated carbon. Reactor
Flushed with nitrogen and then charged with hydrogen at 300 psig,
Stirred at pm and 27 ° C. After 22 hours, N- (phosphonomethyl) glycyl
Yield (based on AMPA) was 80%.
Example 14
Mixing of glyoxylic acid and AMPA produced via the reaction described in Example 4
The product is centrifuged to remove Aspergillus nidulans whole cell catalyst and then Am
icon "CENTRIPREP" 10 concentrator (10,000 molecular weight cut-off
) To remove soluble Aspergillus niger catalase. Get
The resulting solution was stirred with activated carbon (0.50 g) to remove FMN, filtered, and filtered.
0mL, 316SS Cup Autoclave Engineers EZE
-Seal reactor was charged with 0.50 g of 10% Pd on activated carbon. Reactor
Flushed with nitrogen and then charged with hydrogen at 300 psig,
Stirred at pm and 27 ° C. After 22 hours, N- (phosphonomethyl) glyc
The yield of syn (based on AMPA) was 89%.
Example 15
Mixing glyoxylic acid and AMPA produced via the reaction described in Example 6
The product is centrifuged to remove Aspergillus nidulans whole cell catalyst and then Am
icon "CENTRIPREP" 10 concentrator (10,000 molecular weight cut-off
) To remove soluble Aspergillus niger catalase. Get
The resulting solution was stirred with activated carbon (0.50 g) to remove FMN, filtered, and filtered.
0.50 g of activated carbon was placed on a 0 mL glass liner.
And 10% Pd. Seal the glass liner in an autoclave,
Flush with nitrogen, then charge with hydrogen at 1000 psig and bring to 27 ° C.
And mixed by rocking. After 11 hours, N- (phosphonomethyl) glyci
Yield (based on AMPA) was 76%.
Example 16
300ML EZE equipped with Dispersimax Impeller
-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineer)
s), glycolic acid (0.500M), aminomethylphosphonic acid (0.375M)
M), isobutyric acid (0.100 M), HPLC internal standard) and flavin mononucleotide
10 containing Otide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH)
0 mL of the solution was charged and the solution was cooled to 5 ° C. Then 30 g of the transformed E. Ko
Li (25.2 IU glycolate oxidase and 39,900 IU catalase)
Is added to the vessel and the mixture is subjected to 120 psig acid at 1000 rpm and 5 ° C.
Agitating the mixture through the mixture through the action of the turbine impeller.
I whipped the element. Take 0.40 mL aliquots of the reaction mixture at regular intervals
, Millipore “ULTRAFREE” -MC 10,000NMWL F
Filter an aliquot using ilter Unit and analyze the filtrate by HPLC
To monitor the reaction. After 19 hours, glyoxylic acid, oxalic acid and ants
The acid yields were 8.6%, 8.3% and 1.1%, respectively, with 57.3%
Cholic acid remained. Recovery activity of microbial glycolate oxidase and catalase
Were 10% and 68% of their initial values, respectively.
Example 17
Higher glycolate oxidase activity (72 IU glycolate oxidase)
And 29.600 IU catalase).
The reaction described in Example 16 was repeated using E. coli. 23 hours later, glyoxyl
The yields of acid, oxalic acid and formic acid were 18.3%, 1.9% and 2.9%, respectively.
And 42.6% glycolic acid remained. Microbial glycolate oxidase; and
Catalase recovery activities were 18% and 71% of their initial values, respectively.
Thus, the present invention has been described and illustrated with some particularity.
The scope of the claim should not be limited in that way, and the representation of each element of the claims and
A range commensurate with their equivalent should be given.
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1996年5月22日
【補正内容】
第2の関連特許出願、1993年7月1日出願のU.S.S.N.08/085
,488、“Glycolate Oxidase Production”(
PCT/US94/07081,WO95/01444)は、当該技術分野にお
ける熟練者に通常既知である遺伝子操作法を用いた、内因性カタラーゼと共にホ
ウレンソウからのグリコレートオキシダーゼを発現するアスペルギルス・ニズラ
ンスのいくつかの形質転換体の構築を記載した。本発明における、グリオキシル
酸/アミノメチルホスホン酸混合物の生産のための可溶性酵素の利用を越えるこ
れらの全−細胞触媒の利用の場合のいくつかの利点は:
(1)全−触媒触媒は反応の終結時に反応混合物から、再利用のために容易に
回収されるが、可溶性酵素は非常な困難及び活性の損失を伴ってしか回収されな
い;
(2)それらは、可溶性酵素に対して得られる触媒回転数に関して、ならびに
反応の終結時における回収酵素活性に関しての両方で可溶性酵素より安定である
;ならびに
(3)最も重要なことに、それらは酸素又は酸素−含有気体が酸素溶解の速度
及び反応速度を増すために反応混合物に散布される反応条件に対して安定であり
、類似の反応条件下で可溶性グリコレートオキシダーゼは急速に変性する。
形質転換アスペルギルス・ニズランスは、最初にグリコレートオキシダーゼを
コードするホウレンソウの遺伝子をクローニングし、次いでこの遺伝子を、すで
に内因性カタラーゼを生産するアスペルギルス・ニズランスの株中に導入するこ
とにより製造された。得られる形質転換体は震盪フラスコ又は発酵器中の最少培
地又はSYG濃厚培地中で培養され、
さらにグリコレートオキシダーゼ及び/又はカタラーゼの発現量を増すためにオ
レイン酸(OL)、ヒドロキシ酢酸(HA)又はコーン浸漬液などの種々の試薬
が培地に加えられる。次いで種々の形質転換体が、カタラーゼ及びグリコレート
オキシダーゼ活性に関して全細胞(未処理)をアッセイし、グリコール酸のグリ
オキシル酸への酸化のための触媒として細胞を用いた反応を行うことによりスク
リーニングされる。
グリコール酸のグリオキシル酸への酸化のための触媒として用いられる場合、
アスペルギルス・ニズランス細胞は予備処理されないか、又は細胞の内部におけ
る酵素への反応混合物の接近性を増すために透過性化され;細胞の透過性化のい
くらかはおそらく反応混合物又はその成分のいずれかへの暴露から、あるいは必
要になるまで全細胞触媒を保存するために用いられた凍結及び解凍により行うこ
とができる。
種々の培地中で培養されたH.ポリモルファ又はP.パストリス湿潤細胞(透過
性化)のグリコレートオキシダーゼ及びカタラーゼ活性は、グリコレートオキシ
ダーゼに関して1グラムの湿潤細胞当たり20〜60DCIP IG、ならびに
内因性カタラーゼに関して1グラムの湿潤細胞当たり30,000〜80,00
0IUの範囲であった。
実施例1
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチル
ホスホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及
びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで
調節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。次
いで反応器に26gの凍結(−80℃)アスペルギルス・ニズランス FT17
SYCSL/OL(124IUグリコレートオキシダーゼ及び57,800IU
カタラーゼ)及び1.0x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラー
ゼ(Sigma)を加え、5℃において細胞を解凍し、得られる混合物のpHを
50%NaOHで8.3に再調節した。この混合物を400rpm及び5℃にお
いて、120psigの酸素下で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立た
せながら撹拌した。規則的な間隔で反応混合物の0.40mLのアリコートを採
取し、Millipore“ULTRAFREE”−MC10,000NMWL
Filter Unitを用いてアリコートを濾過し、濾液をHPLCにより
分析することにより反応を監視した。10時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及
び蟻酸の収率はそれぞれ91%、0%及び7.9%であり、2.5%のグリコー
ル酸が回
収された。グリコレートオキシダーゼ及びアスペルギルス・ニゲルカタラーゼの
最終的活性はそれらの初期値の11%及び87%であった。
実施例2(比較)
アスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma)の添加を省略する以
外は実施例1に記載の反応を繰り返した。22時間後、グリオキシル酸、シュウ
酸及び蟻酸の収率はそれぞれ1.7%、0%及び87.4%であり、グリコール
酸は完全に転化された。反応の最後にアスペルギルス・ニズランス FT17S
YCSL/OL細胞中に検出可能なグリコレートオキシダーゼ又はカタラーゼ活
性はなかった。
実施例3
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチル
ホスホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及
びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで
調節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。次
いで反応器に26gの凍結(−80℃)アスペルギルス・ニズランス FT17
SYCSL/OL(124IUグリコレートオキシダーゼ及び57,800IU
カタラーゼ)及び5.6x105単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラー
ゼ(Sigma)を加え、5℃において細胞を解凍し、得られる混合物のpHを
50%NaOHで8.3に再調節した。この混合物を400rpm及び5℃にお
いて、120psigの酸素下で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立た
せながら撹拌した。10時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそ
れぞれ83%、0%及び9.4%であり、
4.4%のグリコール酸が回収された。グリコレートオキシダーゼ及びアスペル
ギルス・ニゲルカタラーゼの最終的活性はそれらの初期値の17%及び88%で
あった。
実施例4
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチル
ホスホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及
びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで
調節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。次
いで反応器に15gの凍結(−80℃)アスペルギルス・ニズランス FT17
SYCSL/OL(72IUグリコレートオキシダーゼ及び33,300IUカ
タラーゼ)及び1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ
(Sigma)を加え、5℃において細胞を解凍し、得られる混合物のpHを5
0%NaOHで8.3に再調節した。この混合物を400rpm及び5℃におい
て、120psigの酸素下で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立たせ
ながら撹拌した。17時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれ
ぞれ76%、0%及び4.1%であり、16.8%のグリコール酸が回収された
。グリコレートオキシダーゼ及びアスペルギルス・ニゲルカタラーゼの最終的活
性はそれらの初期値の7%及び49%であった。
実施例5
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、
アミノメチルホスホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC
内部標準)及びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50
%NaOHで調節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に
冷却した。凍結(−80℃)アスペルギルス・ニズランス FT17SYCSL
/OL(26g、124IUグリコレートオキシダーゼ及び57,800IUカ
タラーゼ)を5℃で解凍し、次いで5℃において2x100mLのKH2PO4(
50mM、pH7.0)/FMN(0.01mM)緩衝液で洗浄し、洗浄された
細胞を1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sig
ma)と共に反応器に加えた。得られる混合物のpHを50%NaOHで8.3
に再調節し、400rpm及び5℃において、120psigの酸素下で、50
mL/分で混合物を通して酸素を泡立たせながら撹拌した。11.5時間後、グ
リオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ94%、3.5%及び2.7
%であり、1.3%のグリコール酸が回収された。グリコレートオキシダーゼ及
びアスペルギルス・ニゲルカタラーゼの最終的活性はそれらの初期値の7%及び
77%であった。
実施例6
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホ
スホン酸(0.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及び
フラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで調
節)において含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。新し
く収穫されたアスペルギルス・ニズランス FT17SYCSL/OL(37g
、44IUグリコレー
トオキシダーゼ及び57,800IUカタラーゼ)を5℃において4x100m
LのKH2PO4(50mM、pH7.0)/FMN(0.01mM)緩衝液で洗
浄し、洗浄された細胞を1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カ
タラーゼ(Sigma)と共に反応器に加えた。得られる混合物のpHを50%
NaOHで8.3に再調節し、次いで400rpm及び5℃において、120p
sigの酸素下で、50mL/分で混合物を通して酸素を泡立たせながら撹拌し
た。15時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ84%、
0%及び9.4%であり、6.4%のグリコール酸が回収された。
反応の完了時に反応混合物を5℃において遠心分離し、上澄み液をデカンテー
ションした。得られるアスペルギルス・ニズランス細胞のペレットを100mL
の新しい反応混合物に5℃において再懸濁させ、上記の条件と同じ条件下で反応
を繰り返した。25時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞ
れ59%、1.1%及び1.6%であり、43%のグリコール酸が回収された。
この時点における細胞中のグリコレートオキシダーゼのアッセイは残留活性がな
いことを示した。
実施例7
300−mLのEZE−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autocla
ve Engineers)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホ
スホン酸(0.375M)、フラビンモノヌクレオチド(0.01mM)を含有
し、HPLC内部標準が加えられていない100mLの溶液(pH8.3、50
%NaOHで調節)を装填し、溶液を5℃に冷却した。凍結(−80℃)アスペ
ルギルス・ニズランス FT17SYCSL/OL(26g、124IUグリコ
レートオキシダーゼ
及び57,800IUカタラーゼ)を5℃において解凍し、次いで5℃において
4x100mLのKH2PO4(50mM、pH7.0)/FMN(0.01mM
)緩衝液で洗浄し、洗浄された細胞を1.4x106単位のアスペルギルス・ニ
ゲル可溶性カタラーゼ(Sigma)と共に反応器に加えた。得られる混合物を
400rpm及び5℃において、120psigの酸素下で、50mL/分で混
合物を通して酸素を泡立たせながら撹拌した。11時間後、グリオキシル酸、シ
ュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ89%、4.5%及び2.0%であり、グリコ
ール酸は完全に転化された。
実施例8
3オンスのFischer−Porterガラスエアゾール反応容器中に磁気
撹拌棒、ならびにグリコール酸(0.500M)、アミノメチルホスホン酸(0
.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及びフラビンモノ
ヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで調節)において
含有する10mLの水溶液を入れ、溶液を5℃に冷却した。次いで容器に、0.
1%“TRITON”X−100/l凍結一解凍で処理することにより透過性化
された0.47gの形質転換ハンセヌラ・ポリモルファGO1(10IUグリコ
レートオキシダーゼ及び22,100IUカタラーゼ)、及び1.4x106単
位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma)を加えた。得られ
る混合物のpHを50%NaOHを用いて8.3に再調節し、次いで反応容器を
密閉し、反応混合物を5℃に冷却した。撹拌しながら5回、70psigに加圧
し大気圧に排気することにより容器に酸素をフラッシし、次いで容器を70ps
igの酸素まで加圧し、混合物を5℃
で撹拌した。反応の進行を監視するためのHPLCによる分析のために、規則的
な間隔で試料採取口を介し、シリンジにより(容器中の圧力の損失なしで)アリ
コート(0.10mL)を取り出した。16時間後、グリオキシレート、ホルメ
ート及びオキザレートのHPLC収率はそれぞれ90.1%、1.3%及び5.
9%であり、3.0%のグルコースが残った。残留グリコレートオキシダーゼ活
性及び合計カタラーゼ活性はそれらの初期値のそれぞれ86%及び136%であ
った。
実施例9(比較)
1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma
)の添加を省略する以外は実施例8における反応を繰り返した。16時間後、グ
リオキシレート、ホルメート及びオキザレートのHPLC収率はそれぞれ57.
6%、32.5%及び2.6%であり、8.9%のグルコースが残った。グリコ
レートオキシダーゼ及びカタラーゼの残留透過性化細胞活性はそれらの初期値の
それぞれ60%及び378%であった。
実施例10(比較)
1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ(Sigma
)の添加を、1.4x106単位のカタラーゼ活性を有する1.67gの透過性
化(0.1%“TRITON”X−100/l凍結−解凍)サッカロミセス・セ
レビシアエ細胞に置換する以外は実施例8における反応を繰り返した。16時間
後、グリオキシレート、ホルメート及びオキザレートのHPLC収率はそれぞれ
67.2%、19.7%及び6.0%であり、グリコレートは残留しなかった。
実施例11
3オンスのFischer−Porterガラスエアゾール反応容器中に磁気
撹拌棒、ならびにグリコール酸(0.500M)、アミノメチルホスホン酸(0
.375M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC内部標準)及びフラビンモノ
ヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで調節)において
含有する10mLの水溶液を入れ、溶液を5℃に冷却した。次いで容器に、0.
1%“TRITON”X−100/l凍結解凍で処理することにより透過性化さ
れた0.75gの形質転換ピチア・パストリスGS115−MSP10(13.
2IUグリコレートオキシダーゼ及び21,200IUカタラーゼ)を加えた。
得られる混合物のpHを50%NaOHを用いて8.3に再調節し、次いで反応
容器を密閉し、反応混合物を5℃に冷却した。撹拌しながら5回、70psig
に加圧し大気圧に排気することにより容器に酸素をフラッシし、次いで容器を7
0psigの酸素まで加圧し、混合物を5℃で撹拌した。反応の進行を監視する
ためのHPLCによる分析のために、規則的な間隔で試料採取口を介し、シリン
ジにより(容器中の圧力の損失なしで)アリコート(0.10mL)を取り出し
た。16時間後、グリオキシレート、ホルメート及びオキザレートのHPLC収
率はそれぞれ30.5%、59.2%及び10.7%であり、0.8%のグルコ
ースが残った。
実施例12
Dispersimax Impellerが備えられた300−mLのEZ
E−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autoclave Enginee
rs)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホスホン酸(0.37
5M)、イソ酪酸(0.100M、HPLC
内部標準)及びフラビンモノヌクレオチド(0.01mM)をpH8.3(50
%NaOHで調節)で含有する100mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却し
た。次いで0.1%“TRITON”X−100/l凍結−解凍で処理すること
により透過性化された10gの形質転換ピチア・パストリスNRRL Y−21
001(391IUグリコレートオキシダーゼ及び457,000IUカタラー
ゼ)、ならびに1.4x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼ
(Sigma)を容器に加えた。得られる混合物のpHを50%NaOHを用い
て8.3に再調節した。この混合物を1000rpm及び5℃において、120
psigの酸素下で撹拌し、それはタービン羽根車の作用を介して混合物を通し
て酸素を泡立てた。規則的な間隔で反応混合物の0.40mLのアリコートを採
取し、Millipore“ULTRAFREE”−MC10,000NMWL
Filter Unitを用いてアリコートを濾過し、濾液をHPLCにより
分析することにより反応を監視した。1時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び
蟻酸の収率はそれぞれ89.8%、6.0%及び2.9%であり、1.7%のグ
リコール酸が回収された。透過性化細胞のグリコレートオキシダーゼ及びカタラ
ーゼの最終的活性はそれらの初期値の117%及び78%であった。
微生物細胞触媒を上記の反応混合物から遠心分離により回収した。さらに処理
することなく、細胞ペレットを100mLの新しい反応混合物及び追加の1.4
x106単位のアスペルギルス・ニゲル可溶性カタラーゼと混合し、反応を繰り
返した。1.0時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ8
7.8%、5.0%及び5.3%であり、2.9%のグリコール酸が回収された
。透過性化−細胞グリコレー
トオキシダーゼ及びカタラーゼの最終的活性はそれらの初期値の172%及び6
1%であった。
実施例13
実施例2に記載の反応を介して生産されるグリオキシル酸及びAMPAの混合
物を遠心分離してアスペルギルス・ニズランス全細胞触媒を除去し、次いでAm
icon“CENTRIPREP”10濃縮器(10,000分子量カットオフ
)を用いて濾過し、可溶性アスペルギルス・ニゲルカタラーゼを除去した。得ら
れる溶液を活性炭(0.50g)と共に撹拌し、FMNを除去し、濾過し、30
0mL、316SSカップのAutoclave Engineers EZE
−Seal反応器に、0.50gの活性炭担持10%Pdと共に入れた。反応器
に窒素をフラッシし、次いで300psigにおいて水素を装填し、1000r
pm及び27℃において撹拌した。22時間後、N−(ホスホノメチル)グリシ
ンの収率(AMPAに基づく)は80%であった。
実施例14
実施例4に記載の反応を介して生産されるグリオキシル酸及びAMPAの混合
物を遠心分離してアスペルギルス・ニズランス全細胞触媒を除去し、次いでAm
icon“CENTRIPREP”10濃縮器(10,000分子量カットオフ
)を用いて濾過し、可溶性アスペルギルス・ニゲルカタラーゼを除去した。得ら
れる溶液を活性炭(0.50g)と共に撹拌し、FMNを除去し、濾過し、30
0mL、316SSカップのAutoclave Engineers EZE
−Seal反応器に、0.50gの活性炭担持10%Pdと共に入れた。反応器
に窒素をフラッシし、次いで300psigにおいて水素を装填し、1000r
pm及
び27℃において撹拌した。22時間後、N−(ホスホノメチル)グリシンの収
率(AMPAに基づく)は89%であった。
実施例15
実施例6に記載の反応を介して生産されるグリオキシル酸及びAMPAの混合
物を遠心分離してアスペルギルス・ニズランス全細胞触媒を除去し、次いでAm
icon“CENTRIPREP”10濃縮器(10,000分子量カットオフ
)を用いて濾過し、可溶性アスペルギルス・ニゲルカタラーゼを除去した。得ら
れる溶液を活性炭(0.50g)と共に撹拌し、FMNを除去し、濾過し、30
0mLのガラスライナー(glass liner)に、0.50gの活性炭担
持10%Pdと共に入れた。ガラスライナーをオートクレーブにおいて密閉し、
窒素をフラッシし、次いで1000psigにおいて水素を装填し、27℃にお
いて揺動することにより混合した。11時間後、N−(ホスホノメチル)グリシ
ンの収率(AMPAに基づく)は76%であった。
実施例16
Dispersimax Impellerが備えられた300MLのEZE
−Seal撹拌オートクレーブ反応器(Autoclave Engineer
s)に、グリコール酸(0.500M)、アミノメチルホスホン酸(0.375
M)、イソ酪酸(0.100M)、HPLC内部標準)及びフラビンモノヌクレ
オチド(0.01mM)をpH8.3(50%NaOHで調節)で含有する10
0mLの溶液を装填し、溶液を5℃に冷却した。次いで30gの形質転換E.コ
リ(25.2IUグリコレートオキシダーゼ及び39,900IUカタラーゼ)
を容器に加え、混合物を1000rpm及び5℃において、120psigの酸
素下で撹拌し、それはタービン羽根車の作用を介して混合物を通して酸素を泡立
てた。規則的な間隔で反応混合物の0.40mLのアリコートを採取し、Mil
lipore“ULTRAFREE”−MC10,000NMWL Filte
r Unitを用いてアリコートを濾過し、濾液をHPLCにより分析すること
により反応を監視した。19時間後、グリオキシル酸、シュウ酸及び蟻酸の収率
はそれぞれ8.6%、8.3%及び1.1%であり、57.3%のグリコール酸
が残った。微生物グリコレートオキシダーゼ及びカタラーゼの回収活性はそれら
の初期値のそれぞれ10%及び68%であった。
実施例17
より高いグリコレートオキシダーゼ活性(72IUグリコレートオキシダーゼ
及び29.600IUカタラーゼ)を有する30gの第2の増殖の形質転換E.
コリを用いて実施例16に記載の反応を繰り返した。23時間後、グリオキシル
酸、シュウ酸及び蟻酸の収率はそれぞれ18.3%、1.9%及び2.9%であ
り、42.6%のグリコール酸が残った。微生物グリコレートオキシダーゼ及び
カタラーゼの回収活性はそれらの初期値のそれぞれ18%及び71%であった。
請求の範囲
1.アミノメチルホスホン酸ならびに酵素グリコレートオキシダーゼ及びカタ
ラーゼを含有する水溶液中で酸素を用いてグリコール酸を酸化する段階を含み、
ここで改良が
(a)水溶液中の酸素をスパージングし;
(b)混合物に、グリコレートオキシダーゼを発現する形質転換微生物細胞の
形態で触媒を加え、微生物細胞触媒はアスペルギルス・ニズランス(Aspergillu
s nidulans)の形質転換体、エシェリキア・コリ(Esherichia coli)の形質転
換体、NRRL−Y−21001と指定されたピチア・パストリス(Pichia pas
toris)の形質転換体GS115−MSP10及びNRRL−Y−21065と
指定されたハンセヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha)の形質転換体G
01から成る群より選ばれる
ことを含むグリオキシル酸及びアミノメチルホスホン酸の混合物の製造法。
2.該微生物細胞触媒が内因性カタラーゼも発現する請求の範囲第1項の方法
。
3.混合物への可溶性カタラーゼの添加をさらに含む請求の範囲第1項の方法
。
4.該形質転換微生物細胞がNRRL−21000と指定されたアスペルギル
ス・ニズランスT17である請求の範囲第1項の方法。[Procedure for Amendment] Article 184-8 of the Patent Act [Submission Date] May 22, 1996 [Content of Amendment] The second related patent application filed on July 1, 1993 S. S. N. 08 / 085,488, "Glycolate Oxidase Production" (PCT / US94 / 07081, WO 95/01444) uses endogenous catalase and glycosynthesis from spinach using genetic engineering techniques commonly known to those skilled in the art. The construction of several transformants of Aspergillus nidulans expressing rate oxidase has been described. Some advantages of the use of these all-cell catalysts over the use of soluble enzymes for the production of glyoxylic acid / aminomethylphosphonic acid mixtures in the present invention include: (1) the termination of the reaction Sometimes the reaction mixture is easily recovered for reuse, but the soluble enzymes are recovered only with great difficulty and loss of activity; (2) they are the catalyst turnover obtained for the soluble enzymes And more stable than the soluble enzyme both in terms of recovered enzyme activity at the end of the reaction; and (3) most importantly, that oxygen or oxygen-containing gases increase the rate of oxygen dissolution and reaction rate Is stable to the reaction conditions applied to the reaction mixture, and under similar reaction conditions the soluble glycolate oxidase denatures rapidly. Transformed Aspergillus nidulans was produced by first cloning the spinach gene encoding glycolate oxidase and then introducing this gene into a strain of Aspergillus nidulans that already produces endogenous catalase. The resulting transformants are cultured in minimal media or SYG-enriched media in shake flasks or fermenters, and oleic acid (OL), hydroxyacetic acid (HA) to increase the expression of glycolate oxidase and / or catalase. Alternatively, various reagents, such as corn immersion liquid, are added to the medium. The various transformants are then screened by assaying whole cells (untreated) for catalase and glycolate oxidase activity and performing a reaction using the cells as a catalyst for the oxidation of glycolic acid to glyoxylic acid. . When used as a catalyst for the oxidation of glycolic acid to glyoxylic acid, Aspergillus nidulans cells are not pretreated or permeabilized to increase the accessibility of the reaction mixture to the enzyme inside the cells; Some of the permeabilization may be effected, possibly from exposure to the reaction mixture or any of its components, or by freezing and thawing used to preserve the whole cell catalyst until needed. H. cultivated in various media. Polymorpha or P. Glycolate oxidase and catalase activity of Pastoris wet cells (permeabilized) was 20-60 DCIP IG per gram of wet cells for glycolate oxidase, and 30,000-80,00 per gram of wet cells for endogenous catalase. It was in the range of 0 IU. Example 1 In a 300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineers), glycolic acid (0.500M), aminomethylphosphonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and A 100 mL solution containing flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. The reactor was then charged with 26 g of frozen (-80 ° C) Aspergillus nidulans FT17 SYCSL / OL (124 IU glycolate oxidase and 57,800 IU catalase) and 1.0 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma) and 5 ° C. The cells were thawed in and the pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH. The mixture was stirred at 400 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen while bubbling oxygen through the mixture at 50 mL / min. At regular intervals, 0.40 mL aliquots of the reaction mixture were taken, the aliquots were filtered using a Millipore "ULTRAFREE" -MC 10,000 NMWL Filter Unit, and the reaction was monitored by analyzing the filtrate by HPLC. After 10 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid, and formic acid were 91%, 0%, and 7.9%, respectively, and 2.5% glycolic acid was recovered. The final activities of glycolate oxidase and Aspergillus niger catalase were 11% and 87% of their initial values. Example 2 (Comparative) The reaction described in Example 1 was repeated except that the addition of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma) was omitted. After 22 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid were 1.7%, 0% and 87.4%, respectively, and the glycolic acid was completely converted. At the end of the reaction there was no detectable glycolate oxidase or catalase activity in Aspergillus nidulans FT17S YCSL / OL cells. Example 3 In a 300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineers), glycolic acid (0.500M), aminomethylphosphonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and A 100 mL solution containing flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. The reactor was then charged with 26 g of frozen (−80 ° C.) Aspergillus nidulans FT17 SYCSL / OL (124 IU glycolate oxidase and 57,800 IU catalase) and 5.6 × 10 5 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma). The cells were thawed in and the pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH. The mixture was stirred at 400 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen while bubbling oxygen through the mixture at 50 mL / min. After 10 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid, and formic acid were 83%, 0%, and 9.4%, respectively, and 4.4% glycolic acid was recovered. The final activities of glycolate oxidase and Aspergillus niger catalase were 17% and 88% of their initial values. Example 4 In a 300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineers), glycolic acid (0.500M), aminomethylphosphonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and A 100 mL solution containing flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. 15 g of frozen (-80 ° C) Aspergillus nidulans FT17 SYCSL / OL (72 IU glycolate oxidase and 33,300 IU catalase) and 1.4 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma) were then added to the reactor and added at 5 ° C. The cells were thawed in and the pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH. The mixture was stirred at 400 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen while bubbling oxygen through the mixture at 50 mL / min. After 17 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid were 76%, 0% and 4.1%, respectively, and 16.8% glycolic acid was recovered. The final activities of glycolate oxidase and Aspergillus niger catalase were 7% and 49% of their initial values. Example 5 In a 300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineers), glycolic acid (0.500M), aminomethylphosphonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and A 100 mL solution containing flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. Frozen (−80 ° C.) Aspergillus nidulans FT17SYCSL / OL (26 g, 124 IU glycolate oxidase and 57,800 IU catalase) is thawed at 5 ° C., then 2 × 100 mL KH 2 PO 4 (50 mM, pH 7.0) / 5 ° C. / Washed with FMN (0.01 mM) buffer and the washed cells were added to the reactor along with 1.4 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma). The pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH and stirred at 400 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen at 50 mL / min while bubbling oxygen through the mixture. After 11.5 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid, and formic acid were 94%, 3.5%, and 2.7%, respectively, and 1.3% glycolic acid was recovered. The final activities of glycolate oxidase and Aspergillus niger catalase were 7% and 77% of their initial values. Example 6 In a 300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineers), glycolic acid (0.500M), aminomethylphosphonic acid (0.375M), isobutyric acid (0.100M, HPLC internal standard) and A 100 mL solution containing flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. Freshly harvested Aspergillus nidulans FT17SYCSL / OL (37 g, 44 IU glycolate oxidase and 57,800 IU catalase) was added at 4 ° C. in 4 × 100 mL of KH 2 PO 4 (50 mM, pH 7.0) / FMN (0.01 mM) buffer. And washed cells were added to the reactor along with 1.4 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma). The pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH and then stirred at 400 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen at 50 mL / min while bubbling oxygen through the mixture. After 15 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid were 84%, 0% and 9.4%, respectively, and 6.4% glycolic acid was recovered. Upon completion of the reaction, the reaction mixture was centrifuged at 5 ° C. and the supernatant was decanted. The resulting pellet of Aspergillus nidulans cells was resuspended in 100 mL of fresh reaction mixture at 5 ° C. and the reaction was repeated under the same conditions as described above. After 25 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid, and formic acid were 59%, 1.1%, and 1.6%, respectively, and 43% of the glycolic acid was recovered. Assay of glycolate oxidase in the cells at this point showed no residual activity. Example 7 A 300-mL EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineers) contains glycolic acid (0.500 M), aminomethylphosphonic acid (0.375 M), flavin mononucleotide (0.01 mM), 100 mL of solution (pH 8.3, adjusted with 50% NaOH) to which no HPLC internal standard was added was charged and the solution was cooled to 5 ° C. Frozen (−80 ° C.) Aspergillus nidulans FT17SYCSL / OL (26 g, 124 IU glycolate oxidase and 57,800 IU catalase) is thawed at 5 ° C., then 4 × 100 mL KH 2 PO 4 (50 mM, pH 7.0) / 5 ° C. / Washed with FMN (0.01 mM) buffer and washed cells were added to the reactor along with 1.4 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma). The resulting mixture was stirred at 400 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen while bubbling oxygen through the mixture at 50 mL / min. After 11 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid were 89%, 4.5% and 2.0%, respectively, and the glycolic acid was completely converted. Example 8 A magnetic stir bar in a 3 oz Fischer-Porter glass aerosol reaction vessel and glycolic acid (0.500 M), aminomethylphosphonic acid (0.375 M), isobutyric acid (0.100 M, HPLC internal standard) and flavin 10 mL of an aqueous solution containing the mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. The container is then filled with 0. 0.47 g of transformed Hansenula polymorpha GO1 (10 IU glycolate oxidase and 22,100 IU catalase) permeabilized by treatment with 1% “TRITON” X-100 / l freeze-thaw, and 1.4 × 10 6 Units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma) were added. The pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH, then the reaction vessel was sealed and the reaction mixture was cooled to 5 ° C. The vessel was flushed of oxygen by pressurizing to 70 psig and evacuating to atmospheric pressure five times with stirring, then pressurizing the vessel to 70 psig of oxygen and stirring the mixture at 5 ° C. Aliquots (0.10 mL) were removed by syringe (without loss of pressure in the vessel) via the sampling port at regular intervals for analysis by HPLC to monitor the progress of the reaction. After 16 hours, the HPLC yields of glyoxylate, formate and oxalate were 90.1%, 1.3% and 5. 9%, leaving 3.0% glucose. Residual glycolate oxidase activity and total catalase activity were 86% and 136% of their initial values, respectively. Example 9 (Comparative) The reaction of Example 8 was repeated except that the addition of 1.4 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma) was omitted. After 16 hours, the HPLC yield of glyoxylate, formate and oxalate was 57.75 respectively. 6%, 32.5% and 2.6%, leaving 8.9% glucose. The residual permeabilized cell activity of glycolate oxidase and catalase was 60% and 378% of their initial values, respectively. Example 10 (comparative) The addition of 1.4 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma) was followed by permeabilization of 1.67 g with 1.4 × 10 6 units of catalase activity (0.1% “TRITON” X The reaction in Example 8 was repeated, except that the cells were replaced with Saccharomyces cerevisiae cells. After 16 hours, the HPLC yields of glyoxylate, formate and oxalate were 67.2%, 19.7% and 6.0%, respectively, with no glycolate remaining. Example 11 A magnetic stir bar and glycolic acid (0.500 M), aminomethylphosphonic acid (0.375 M), isobutyric acid (0.100 M, HPLC internal standard) and flavin in a 3 oz Fischer-Porter glass aerosol reaction vessel. 10 mL of an aqueous solution containing the mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. The container is then filled with 0. 0.75 g of transformed Pichia pastoris GS115-MSP10 (13.2 IU glycolate oxidase and 21,200 IU catalase) permeabilized by treatment with 1% "TRITON" X-100 / l freeze-thaw were added. . The pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH, then the reaction vessel was sealed and the reaction mixture was cooled to 5 ° C. The vessel was flushed with oxygen by pressurizing to 70 psig and evacuating to atmospheric pressure five times with stirring, then pressurizing the vessel to 70 psig oxygen and stirring the mixture at 5 ° C. Aliquots (0.10 mL) were removed by syringe (without loss of pressure in the vessel) via the sampling port at regular intervals for analysis by HPLC to monitor the progress of the reaction. After 16 hours, the HPLC yields of glyoxylate, formate and oxalate were 30.5%, 59.2% and 10.7%, respectively, leaving 0.8% glucose. Example 12 Glycolic acid (0.500 M), aminomethylphosphonic acid (0.375 M), isobutyric acid (0 M) in a 300-mL EZ E-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineers) equipped with a Dispersimax Impeller. A 100 mL solution containing .100M, HPLC internal standard) and flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) was charged and the solution was cooled to 5 ° C. 10 g of transformed Pichia pastoris NRRL Y-21 001 (391 IU glycolate oxidase and 457,000 IU catalase) permeabilized by treatment with 0.1% "TRITON" X-100 / 1 freeze-thaw, And 1.4 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase (Sigma) were added to the vessel. The pH of the resulting mixture was readjusted to 8.3 with 50% NaOH. The mixture was stirred at 1000 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen, which bubbled oxygen through the mixture through the action of the turbine impeller. At regular intervals, 0.40 mL aliquots of the reaction mixture were taken, the aliquots were filtered using a Millipore "ULTRAFREE" -MC 10,000 NMWL Filter Unit, and the reaction was monitored by analyzing the filtrate by HPLC. After 1 hour, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid, and formic acid were 89.8%, 6.0%, and 2.9%, respectively, and 1.7% glycolic acid was recovered. The final activity of glycolate oxidase and catalase in the permeabilized cells was 117% and 78% of their initial value. Microbial cell catalyst was recovered from the above reaction mixture by centrifugation. Without further treatment, the cell pellet was mixed with 100 mL of the fresh reaction mixture and an additional 1.4 × 10 6 units of Aspergillus niger soluble catalase, and the reaction was repeated. After 1.0 hour, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid, and formic acid were 87.8%, 5.0%, and 5.3%, respectively, and 2.9% glycolic acid was recovered. Permeabilization-The final activities of cellular glycolate oxidase and catalase were 172% and 61% of their initial values. Example 13 A mixture of glyoxylic acid and AMPA produced via the reaction described in Example 2 was centrifuged to remove Aspergillus nidulans whole cell catalyst, and then an Amicon "CENTRIPREP" 10 concentrator (10,000) (Molecular weight cut off) to remove soluble Aspergillus niger catalase. The resulting solution was stirred with activated carbon (0.50 g) to remove FMN, filtered and charged to a 300 mL, 316 SS cup Autoclave Engineers EZE-Seal reactor with 0.50 g of 10% Pd on activated carbon. The reactor was flushed with nitrogen and then charged with hydrogen at 300 psig and stirred at 1000 rpm and 27 ° C. After 22 hours, the yield of N- (phosphonomethyl) glycine (based on AMPA) was 80%. Example 14 A mixture of glyoxylic acid and AMPA produced via the reaction described in Example 4 was centrifuged to remove Aspergillus nidulans whole cell catalyst, and then an Amicon "CENTRIPREP" 10 concentrator (10,000) (Molecular weight cut off) to remove soluble Aspergillus niger catalase. The resulting solution was stirred with activated carbon (0.50 g) to remove FMN, filtered and charged to a 300 mL, 316 SS cup Autoclave Engineers EZE-Seal reactor with 0.50 g of 10% Pd on activated carbon. The reactor was flushed with nitrogen and then charged with hydrogen at 300 psig and stirred at 1000 rpm and 27 ° C. After 22 hours, the yield of N- (phosphonomethyl) glycine (based on AMPA) was 89%. Example 15 A mixture of glyoxylic acid and AMPA produced via the reaction described in Example 6 was centrifuged to remove Aspergillus nidulans whole cell catalyst, and then an Amicon "CENTRIPREP" 10 concentrator (10,000) (Molecular weight cut off) to remove soluble Aspergillus niger catalase. The resulting solution was stirred with activated carbon (0.50 g) to remove FMN, filtered and placed in a 300 mL glass liner with 0.50 g of 10% Pd on activated carbon. The glass liner was sealed in an autoclave, flushed with nitrogen, then charged with hydrogen at 1000 psig and mixed by rocking at 27 ° C. After 11 hours, the yield of N- (phosphonomethyl) glycine (based on AMPA) was 76%. Example 16 Glycolic acid (0.500 M), aminomethylphosphonic acid (0.375 M), isobutyric acid (0.100 M) in a 300 ML EZE-Seal stirred autoclave reactor (Autoclave Engineers) equipped with a Dispersimax Impeller. , HPLC internal standard) and 100 mL of a solution containing flavin mononucleotide (0.01 mM) at pH 8.3 (adjusted with 50% NaOH) and the solution was cooled to 5 ° C. Then 30 g of the transformed E. E. coli (25.2 IU glycolate oxidase and 39,900 IU catalase) was added to the vessel and the mixture was stirred at 1000 rpm and 5 ° C. under 120 psig of oxygen, which bubbled oxygen through the mixture via the action of the turbine impeller. . At regular intervals, 0.40 mL aliquots of the reaction mixture were removed, the aliquots were filtered using a Millipore "ULTRAFREE" -MC 10,000 NMWL Filter Unit and the reaction was monitored by analyzing the filtrate by HPLC. After 19 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid, and formic acid were 8.6%, 8.3%, and 1.1%, respectively, leaving 57.3% glycolic acid. The recovery activities of microbial glycolate oxidase and catalase were 10% and 68% of their initial values, respectively. Transformation of a second growth of 30 g with higher glycolate oxidase activity than Example 17 (72 IU glycolate oxidase and 29.600 IU catalase) The reaction described in Example 16 was repeated using E. coli. After 23 hours, the yields of glyoxylic acid, oxalic acid and formic acid were 18.3%, 1.9% and 2.9%, respectively, leaving 42.6% glycolic acid. The microbial glycolate oxidase and catalase recovery activities were 18% and 71% of their initial values, respectively. Claims 1. Comprising oxidizing glycolic acid with oxygen in an aqueous solution containing aminomethylphosphonic acid and the enzymes glycolate oxidase and catalase, wherein the improvement comprises: (a) sparging the oxygen in the aqueous solution; A catalyst is added in the form of a transformed microbial cell that expresses glycolate oxidase, and the microbial cell catalyst is a transformant of Aspergillus nidulans, a transformant of Escherichia coli, a NRRL-Y- Selected from the group consisting of Pichia pastoris transformant GS115-MSP10 designated 21001 and NRRL-Y-21065 transformant G01 of Hansenula polymorpha designated as NRRL-Y-21065. Containing glyoxylic acid and aminomethylphos Process for the preparation of a mixture of phonic acids. 2. The method of claim 1 wherein said microbial cell catalyst also expresses endogenous catalase. 3. The method of claim 1, further comprising adding a soluble catalase to the mixture. 4. The method of claim 1 wherein said transformed microbial cell is Aspergillus nidulans T17 designated NRRL-21000.
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(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
C12R 1:78)
(C12P 7/40
C12R 1:19)
(C12P 7/40
C12R 1:84)
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG
,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN,
TD,TG),AM,AU,BB,BG,BR,BY,
CA,CN,CZ,FI,GE,HU,JP,KE,K
G,KP,KR,KZ,LK,LV,MD,MG,MN
,MW,NO,NZ,PL,RO,RU,SD,SI,
SK,TJ,TT,UA,US,UZ,VN──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI C12R 1:78) (C12P 7/40 C12R 1:19) (C12P 7/40 C12R 1:84) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AM, AU, BB, BG, BR, BY, CA, CN, CZ, FI, GE, HU, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK, LV, MD, MG, MN, MW, NO, NZ, PL, RO, RU, SD, SI, SK, TJ, TT, UA, US, UZ, VN