JPH11243956A - ポリエステルの製造方法 - Google Patents
ポリエステルの製造方法Info
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Landscapes
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- Biological Depolymerization Polymers (AREA)
Abstract
ベクターにより形質転換した大腸菌を用いて、熱安定性
や成形性に優れた生分解性ポリエステルを安価に生産す
る方法を提供することを目的とする。 【解決手段】ポリエステル重合酵素遺伝子を含む組換え
ベクターにより大腸菌を形質転換し、得られた形質転換
体を油脂関連物質により脂肪酸資化能を誘導し、その脂
肪酸資化能誘導株を油脂関連物質を炭素源とする培地で
培養し、得られる培養物からポリエステルを採取するこ
とを特徴とするポリエステルの製造方法。
Description
酵素遺伝子を含む組換えベクターにより形質転換された
大腸菌を用いたポリエステルの製造方法に関する。さら
に詳しくは、自然環境(土中、河川、海中)の下で、微
生物の作用を受けて分解するポリエステルの製造方法に
関するものである。
ネルギー貯蔵物質としてポリエステルを菌体内に蓄積す
ることが知られている。その代表例として、土壌より単
離されたアエロモナス・キャビエ(Aeromonas caviae)
を用いてオレイン酸等の脂肪酸やオリーブオイル等の油
脂から発酵生産した、3−ハイドロキシ酪酸(以下、3
HBと略す)と3−ハイドロキシヘキサン酸(以下、3
HHと略す)との2成分共重合ポリエステル(以下、P
(3HB−co−3HH)と略す)等の3−ヒドロキシ
アルカン酸の共重合体が知られている(特開平5−93
049号公報及び特開平7−265065号公報)。3
−ヒドロキシアルカン酸の共重合体は、3HH分率の増
加と共に結晶化度が低下するために、柔軟な高分子材料
となり、熱安定性や成形性に優れるため、糸やフィルム
を加工するのに好ましいことが知られている(Y. Doi,
S. Kitamura, H. Abe, Macromolecules 28, 4822-4823
(1995))。
来技術に鑑みてなされたものであり、3−ヒドロキシア
ルカン酸の共重合体をより効率よく製造するため、前記
アエロモナス・キャビエより、ポリエステル重合酵素の
遺伝子のクローニングを行い、該遺伝子を含むプラスミ
ドベクターによりアルカリゲネス・ユートロファスを形
質転換した形質転換体を得、この形質転換体の培養によ
りポリエステルの製造を行い、特許出願を行った(特願
平8−214509号)。さらに、本発明者らは、より
増殖が早く、工業的に有利な大腸菌を形質転換体として
用いて、3−ヒドロキシアルカン酸の共重合体等のポリ
エステルを生産したという例がない点に着目し、鋭意検
討した。即ち、本発明は、ポリエステル重合酵素遺伝子
を含むプラスミドベクターにより形質転換した大腸菌を
用いて、熱安定性や成形性に優れた生分解性ポリエステ
ルを安価に生産する方法を提供することを目的とする。
ポリエステル重合酵素遺伝子を含む組換えベクターによ
り大腸菌を形質転換し、得られた形質転換体を油脂関連
物質により脂肪酸資化能を誘導し、その脂肪酸資化能誘
導株を油脂関連物質を炭素源とする培地で培養し、得ら
れる培養物からポリエステルを採取することを特徴とす
るポリエステルの製造方法に関する。
る。
(I):
アルキル基を示す)で表される3−ヒドロキシアルカン
酸の共重合体が挙げられ、その中では、P(3HB−c
o−3HH)が好ましい。
ル重合酵素の遺伝子は、その由来については、特に限定
されないが、特願平8−214509号に記載の方法に
より、アエロモナス属に属する微生物から分離して得る
ことができる。本発明で用いるポリエステル重合酵素遺
伝子には、具体的にはアエロモナス・キャビエから分離
したDNAが挙げられ、(A)配列番号:1に示される
塩基配列からなるDNA、(B)配列番号:1に示され
る塩基配列において、1個以上の塩基が欠失、置換、挿
入又は付加された塩基配列からなるDNA、(C)
(A)又は(B)の塩基配列にストリンジェントな条件
下でハイブリダイズする塩基配列からなるDNA、から
なる群より選ばれるDNAであって、ポリエステル重合
酵素をコードするDNAが使用される。
示される塩基配列は、前記のようにアエロモナス属に属
する微生物中のDNAに見出される。また、(B)に規
定されるような、配列番号:1に示される塩基配列にお
いて、1個以上の塩基が欠失、置換、挿入又は付加され
た塩基配列からなるDNAも本発明の遺伝子に包含され
る。本明細書における「1個以上」とは、1個又は数個
若しくはそれ以上の個数をいう。
失、置換、挿入又は付加を行う手段としては、部位特異
的変異技術のような自体常套の手段(Nucleic Acid Res
earchVol 10, pp6487-6500, 1982)等の種々の遺伝子工
学的手法が挙げられる。
明の遺伝子に包含される。本発明において「ストリンジ
ェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列からなる
DNA」とは、プローブとともに0.5%SDS、0.
1%ウシ血清アルブミン(BSA)、0.1%ポリビニ
ルピロリドン、0.1%フィコール400、0.01%
変性サケ精子DNAを含む6×SSC(1×SSCは
0.15M NaCl、0.015Mクエン酸ナトリウ
ム、pH7.0を示す。)中、68℃にて12〜20時
間インキュベートした後に、プローブとハイブリダイズ
しているDNAをいう。
際しては、特願平8−214509号に記載されている
遺伝子発現カセットを用いてもよい。該遺伝子発現カセ
ットとして、例えば、発現制御領域、ポリエステル重合
酵素遺伝子(配列番号:1)、ポリエステル重合酵素遺
伝子の上流に位置するオープンリーディングフレーム
(ORF1)及び下流に位置するORF(ORF3)を
含むDNA断片(EE32)、あるいは該DNA断片
(EE32)からORF1又はORF3のいずれか一方
又は両方を欠失させたDNA断片等が使用される。な
お、ORF1の塩基配列を配列番号:2、ORF3の塩
基配列を配列番号:3に示す。
断片を、DNA断片を切断した制限酵素と同じ制限酵素
で切断したベクターと連結させることにより組換えベク
ターを作製することができる。
し得るプラスミドベクターが用いられる。プラスミドベ
クターとしては、例えば、pUC18、pBR322等
が挙げられる。
は、公知のDNAリガーゼを用いることができる。DN
Aリガーゼとしては、例えば、T4DNAリガーゼ等が
挙げられ、具体的には、T4DNAリガーゼが用いられ
ている市販のライゲーションキット(宝酒造(株)製)
等を使用することができる。
を大腸菌に導入するには、例えば、カルシウム法(Lede
rberg, E. M. et al., J. Bacteriol. 119.1072 (197
4))やエレクトロポレーション法(Current Protocols
in Molecular Biology, 1巻,1.8.4 頁, 1994年) 等の
公知の方法を用いることができる。
なく、DH5α、XL1−Blue等の一般に市販され
ている菌株を用いることができる。
ある大腸菌を得ることができる。
物質により脂肪酸資化能を誘導した後に、油脂関連物質
を炭素源とする培地で培養することにより、ポリエステ
ルを菌体内に蓄積させて、該培養菌体及び培養物からポ
リエステルを回収することにより行うことができる。
り、まず脂肪酸資化能を誘導することに、一つの大きな
特徴がある。かかる脂肪酸資化能を誘導することによ
り、培養時間に対する培養菌体の量が増加し、さらに、
菌体内に蓄積されるポリエステルの量が増加するという
効果が発現される。
発明の形質転換体を含む培地に添加することにより行う
ことができる。ここで用いられる培地としては、特に限
定がなく、後述する本培養に用いられる培地であればよ
い。
酸、オクタン酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン
酸、オレイン酸、パルミチン酸、リノール酸、リノレン
酸等の脂肪酸、これら脂肪酸の塩及びこれら脂肪酸のエ
ステル等が挙げられる。これらの中では、炭素数が4以
上の脂肪酸が好ましい。
はなく、例えば、培地中において終濃度1mM以上、好
ましくは5mM以上であることが望ましく、培地中にお
いて終濃度50mM以下、好ましくは20mM以下であ
ることが望ましい。また、脂肪酸資化能を誘導する際の
温度としては、特に制限はなく、例えば20〜40℃程
度であればよく、誘導する時間としては、特に制限はな
く、例えば、1〜3日間程度であればよい。
質転換体は、グリセロールストックにして保存すること
ができる。
を、油脂関連物質を炭素源とする培地で培養する。
とする培地を用いることに一つの大きな特徴がある。か
かる油脂関連物質を炭素源とすることにより、グルコー
スとプロピオン酸を炭素源とする、大腸菌を用いて共重
合体を発酵合成する方法(Slater. S.C. et al., Appl.
Environ. Microbiol. 58. 1089 (1992)) に比べて、設
備等の面から、ポリエステルを安価に製造することがで
きるという効果が発現される。
を誘導した形質転換体を調製した際に用いたものと同様
のものであればよい。本発明では、炭素源として、前記
のように油脂関連物質を用いることを特徴とし、炭素源
中、好ましくは油脂関連物質を10〜100%使用する
のがよく、特に好ましくは、油脂関連物質を唯一の炭素
源とする場合である。
以外の栄養源である窒素源、無機塩類、その他の有機栄
養源を含む培地であればよく、特に限定はないが、例え
ば、M9最小培地(0.6%リン酸水素二ナトリウム・
12水、0.3%リン酸二水素カリウム、0.1%塩化
アンモニウム、0.05%塩化ナトリウム、1mM硫酸
マグネシウム、0.1mM塩化カルシウム、0.001
%サイアミン)に増殖に最小限必要なビタミンとミネラ
ルを添加したものを基本培地とし、炭素源をグルコース
から油脂関連物質に置き換えた培地等が好ましく用いら
れる。
アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム
等のアンモニウム塩、ペプトン、肉エキス、酵母エキス
等が挙げられる。無機塩類としては、例えば、リン酸第
一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウ
ム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム等が挙げられ
る。
リシン、アラニン、セリン、スレオニン、プロリン等の
アミノ酸、ビタミンB1 、ビタミンB12、ビタミンC等
のビタミン等が挙げられる。
又は微アルカリ性であればよい。
しては、通常の大腸菌の培養方法であればよく、例え
ば、培養温度は25〜37℃の範囲であればよく、好気
的に1〜5日培養する方法が挙げられる。また、培養中
はカナマイシン、アンピシリン、テトラサイクリン等の
抗生物質を適宜添加してもよい。
ために界面活性剤を培地に添加してもよい。界面活性剤
としては、Triton X−100、Tween 8
0等が挙げられる。
テルの回収は、常法により行うことができる。例えば、
培養終了後、菌体を蒸留水及びメタノール等により洗浄
した後、乾燥させる。この乾燥菌体をクロロホルム等の
有機溶媒を用いて該有機溶媒中にポリエステルを抽出
し、有機溶媒から濾過等によって菌体成分を除去した
後、その濾液にメタノール等を加えてポリエステルを沈
澱させる。濾過や遠心分離によって上澄み液を除去した
後、ポリエステルを乾燥して回収する。得られたポリエ
ステルの組成の確認は、例えば、ガスクロマトグラフ法
や核磁気共鳴法などにより行う。
リエステルを製造することができる。
説明する。ただし、本発明は、これら実施例にその技術
範囲を限定するものではない。
伝子は特願平8−214509号に記載の方法により分
離し、配列番号:1のDNAを含む遺伝子発現カセット
EE32(3.2kbのEcoRI-EcoRI 断片;この配列を
配列番号:4に示す) を用いた。この遺伝子断片を制限
酵素EcoRI 処理、アルカリフォスファターゼ処理したp
UC18とライゲーションキット(宝酒造(株)より購
入)を用いてライゲーションし、組換えプラスミドを構
築した。これを用いて塩化カルシウム法により、コンピ
テントセル化した大腸菌DH5α(東洋紡より購入)を
形質転換した。以下、得られた形質転換体をDH5α−
EE32株と呼ぶ。
製造〕 1.脂肪酸資化能の誘導 DH5α−EE32株をM9液体培地(0.6%リン酸
水素二ナトリウム・12水、0.3%リン酸二水素カリ
ウム、0.1%塩化アンモニウム、0.05%塩化ナト
リウム、1mM硫酸マグネシウム、0.1mM塩化カル
シウム、0.001%サイアミン)に炭素源としてラウ
リン酸ナトリウムを1%添加した培地に接種し、37℃
で1日間培養し、脂肪酸資化能を誘導した。この脂肪酸
資化能を誘導した株をグリセロールストックにして保存
し、以下の実験に用いた。
合成 DH5α−EE32株のグリセロールストックより前培
養培地(炭素源としてラウリン酸を最終濃度が10mM
になるように添加したM9液体培地)に接種し一晩30
℃で培養した。これを本培養培地(前培養と同じ培地)
に植菌し、坂口フラスコ中で、37℃で24時間及び7
2時間、連続培養した。培地には50mg/lの濃度で
アンピシリンを含有させた。遠心分離によって菌体を回
収し、メタノール、蒸留水で洗浄後、凍結乾燥し、乾燥
菌体の重量を測定した。
−メタノール混液(硫酸:メタノール=15:85(混
合比))と2mlのクロロホルムを添加して密栓し、1
00℃で140分間加熱することで菌体内のポリエステ
ル分解物のメチルエステルを得た。冷却後、これに蒸留
水1mlを添加し、激しく攪拌した。静置して混合液を
二層に分離させた後、下層の有機層を取り出し、その組
成をキャピラリーガスクロマトグラフィーにより分析し
た。ガスクロマトグラフは島津製作所GC−14A、キ
ャピラリーカラムはGLサイエンス社製NEUTRA
BOND−1(カラム長25m、カラム内径0.25m
m、液膜厚0.4μm)を用いた。温度条件は、初発温
度100℃から8℃/分の速度で昇温した。その結果を
表1に示す。なお、表中の3HBは、ヒドロキシ酪酸、
3HHxは3−ヒドロキシヘキサン酸を示す。
に、脂肪酸資化能を誘導していないDH5α−EE32
株を用いた以外は、実施例1と同様にして、菌体重量、
ポリエステル含量及びポリエステル組成を調べた。その
結果を表1に示す。
DH5α−EE32株を用いた場合には、脂肪酸資化能
を誘導していないDH5α−EE32株を用いた場合よ
り、24時間及び72時間の本培養ではいずれも、菌体
重量、ポリエステル含量がともに大きく、効率的にポリ
エステルを得ることができることがわかる。
が顕著であった。
た生分解性プラスチックであるP(3HB−co−3H
H)共重合体を安価な脂肪酸を原料にして大腸菌で生産
することが可能になった。
Claims (5)
- 【請求項1】 ポリエステル重合酵素遺伝子を含む組換
えベクターにより大腸菌を形質転換し、得られた形質転
換体を油脂関連物質により脂肪酸資化能を誘導し、その
脂肪酸資化能誘導株を油脂関連物質を炭素源とする培地
で培養し、得られる培養物からポリエステルを採取する
ことを特徴とするポリエステルの製造方法。 - 【請求項2】 ポリエステルが、一般式(1): 【化1】 (式中、Rは水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を
示す)で表される3−ヒドロキシアルカン酸の共重合体
である請求項1記載のポリエステルの製造方法。 - 【請求項3】 ポリエステル重合酵素遺伝子が、アエロ
モナス・キャビエ(Aeromonas caviae)由来の遺伝子で
ある請求項1又は2記載のポリエステルの製造方法。 - 【請求項4】 ポリエステル重合酵素遺伝子が、(A)
配列番号:1に示される塩基配列からなるDNA、
(B)配列番号:1に示される塩基配列において、1個
以上の塩基が欠失、置換、挿入又は付加された塩基配列
からなるDNA、及び(C)(A)又は(B)の塩基配
列にストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩
基配列からなるDNA、からなる群より選ばれるDNA
であって、ポリエステル重合酵素をコードするDNAで
ある請求項1〜3いずれか記載のポリエステルの製造方
法。 - 【請求項5】 脂肪酸資化能誘導株の培養を油脂関連物
質を唯一の炭素源とする培地で行う請求項1〜4いずれ
か記載のポリエステルの製造方法。
Priority Applications (1)
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JP04986798A JP4177912B2 (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | ポリエステルの製造方法 |
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