JPS59162874A - 微生物の培養方法 - Google Patents

微生物の培養方法

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JPS59162874A
JPS59162874A JP58038087A JP3808783A JPS59162874A JP S59162874 A JPS59162874 A JP S59162874A JP 58038087 A JP58038087 A JP 58038087A JP 3808783 A JP3808783 A JP 3808783A JP S59162874 A JPS59162874 A JP S59162874A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、宿主の微生物細胞内に、代謝産物である高分
子物質の菌体外選択生産に関与する特定の遺伝情報を担
うデオキシリポ核酸(DNA)を組み込んだプラスミド
を含有させてこれを培養せしめ、この特定の遺伝情報に
よって高分子物質を菌体外に生成、蓄積させて著量の生
産物質を採取することを目的とするものである。特定の
?に、低情報を担うDNAを組み込んだプラスミドを宿
主の微生物に導入し、この微生物を培養することによっ
てアミノ酸、ペグチド等の比較的低分子物質を生産する
方法が提案されているが、高分子物質の生産能をもつプ
ラスミドは宿主の微生物によって増殖の程変が異なり、
且つプラスミドの十分な発現機能を実現することができ
ず1寸だその有効な培養方法も確立されていない。
従来、微生物の代謝産物である高分子物質を菌体外に生
産する遺伝情報を和うDNAを組み込んだプラスミドに
よって他の属に属する微生物を宿主として形質転換させ
た場合、特定の生産物のみを菌体外に著ikK生産せし
めることができず、宿主として通常用い得るエシェリヒ
ア属の微生物ではプラスミドによる形質転換によっても
これを達成することができなかった。
これに対し、本発明者は、バチルス属に践する微生物の
代謝産物である高分子物質の菌体外選択生産に関与する
遺伝情報を担うDNAを組み込んだプラスミドをエシェ
リヒア属に楓する微生物に導入し、この微生物の培養方
法を見出してその菌体外に、酵素蛋白によって代表され
る高分子物質を著量に生産せしめ得ることに成功し、前
記の目的の達成を初めて可能とした。
以下1本発明方法について詳細に説明する。
本発明方法において用いられる微生物は、エシェリヒア
属の染色体外遺伝子(プラスミド)として知られるフリ
シンE1  因子等の、培養された細胞内で増殖し得る
形式をとるプラスミド(染色体外DNAすなわちベクタ
ーDNA)に、外来の遺伝子DNAを組み込んだプラス
ミドを含Wする、エシェリヒア−コリによって代表され
るエシェリヒア属に棺する微生物である。
前記ベクターDNAに組み込まれる外来遺伝子DNA(
染色体DNA断片)は、バチルス属の微生物の特定の代
謝産物の菌体外選択生産に関与する情報を担うDNAで
あり、高分子物質、例えばペニシリナーゼ、アミラーゼ
、プロテアーゼ、β−グルカナーゼ等の酵素蛋白を菌体
外に生産せしめる情報を担うD N A’が挙げられる
前記ベクターDNAとしては、天然に存在する本のを抽
出したもの\他、増殖に必須な部分以外のDNAの部分
が一部欠落しているものでもよく、例えばCo I E
 Hの系統s oMB9の系統、ρSCi a iの系
統、R6にの系統、ラムダーファーソの系統等が絡げら
れる。
また、前記ベクターDNAに前記外来遺伝子DNAを組
み込む方法は%既知のいずれの方法も適用し得る。例え
ば、適当な制限酵素(Endonucleass ) 
 を選択、処理してDNA’i切断し1次いで同様に処
理した。ベクターとして用いるDNAと混合し、リガー
ゼによって再結合する方法が用いられる。
このように得らねだ外来の染色体DNA@片とベクター
DNAの結合物を、形質転換法によって受容菌であるエ
シェリヒア属の微生物の菌体に導入し、遺伝形質として
安定するまで増殖すると、所望の染色体上の遺伝形質と
ベクターDNAの形質を併せもつ形質転換株が得られる
。このようにして得られた微生物を培養するには、特定
の遺伝情報によって生成される物質の生産に適した培地
であって且つ宿主のエシェリヒア属の微生物の生育に適
した培地を用い得るが、本発明方法では、使用培地の組
成として、生育のために要求される無機塩を必須に含有
する培地で生育、増殖させ、同一培地で菌体量が最大に
達したときから実質的に前記培地中に代謝産物である高
分子物質の生成、蓄積が停止するまでの時間中、そのま
ま培養を継−続することが必要でるる。無機塩としては
、特に塩化ナトリウムが有効であり、また塩化カリウム
も用い得る。無機塩を、含有する培地としては、グルコ
ース、シュークロース、ラクトース、マルト−ス、グリ
セロール等の炭素源、アンモニア水、アンモニウム塩等
の窒素源、無機イオンの他に、必要に応じてアミノ酸、
ピメミン等の栄讐素を含有させることができ、通常、エ
シェリヒア。コリの生育培地として用いられるLB培地
(トリプトン、酵母エキス、食塩)、BPB培地(Dl
fco :4リベデトン、酵母エキス、リン酸カリウム
)、栄養、寒天培地(Dlfco OQ O1)、トリ
プトン。
食塩培地等を基本培地として調製したものを用いればよ
い。
無機塩を含まない前記の培地では、80%以上の物質が
菌体内で生産されるので、生成物質のほとんどを菌体外
に生産させるためには無機塩の存在は必須である。また
、無機塩の使用量は、培地組成に対してり、5〜2.0
%が適当である。
炭素源の影響け、前記LB培地にグルコースを、又更に
グリセロールを加えたときに特にすぐれた結果が得られ
、培地組成に対してそれぞれ0.1チ及び0.2チ量の
添加が望ましい。
培養方法は、pH1温度、酸素供給量等の条件としてエ
シェリヒア属の微生物の生育に逸した条件を採り得るが
、前記微生物を培地に接種した後、前記微生物が生育し
てその菌体量が最大に達したとき、即ち対数増殖後期か
ら実質的に培地中に高分子物質の生成、蓄積が停止する
までの時間中、同一培地で培養をそのまま継続すること
が必要である。
エシェリヒア属の微生物の前記菌体量が最大に達したと
きから実質的に培地中に高分子物質の生成、蓄積が停止
するまでの時間は、はぼ16〜48時間の範囲である。
なお、pH条件は特に影響されないが、pH6〜8が適
当である。かくして、培養中に生育のために要求される
無機塩その他の成分を培地に更に添加することなく、前
記微生物の菌体外に高分子物質が著量に生産され、有利
に採取し得る。
本発明の培養方法により、1.#索蛋白の他、抗生vI
J實、多糖類その他の高分子発酵生産物を著量に生産す
ることができ、また史に、外来の生産物の遺伝情報を担
うDNAとバチルス属に属する微生物の菌体外選択生産
に関与する遺伝情報を担うDNAとを併せもつプラスミ
ドを利用することによって、インシュリン等のホルモン
ペプチドやインターフェロン抗体等の生理活性蛋白の大
量生産法にも適用し?eるので、高分子物質の工業的発
酵生産に寄与するところ極めて大でろる1゜以下に、本
発明方法の一例として、酵素蛋白のペニンリナーゼの場
合について説明する。まずその菌体外選択生産遺伝情報
を担うDNAを組み込んだプラスミドによるエシェリヒ
ア・コリの形萬転換株の調製を例示する。
(1)ペニシリナーゼ生産能の遺伝情報をもつ染色体p
NAのA製 、2ニシリナーゼを菌体外に生成、蓄積する能力を有す
る好アルカリ性のバチルス・煮170菌(微工研菌寄第
3221号)を培地〔(2/−e):グリセロール2゜
0、酵母エキス5゜0、ポリペプトン5゜0、K2HP
O41、01MgSO4・7H2o0.2をNaHCO
310でpH9,0に調整したもの〕中、30℃で19
時間振盪培養を行ない、対数増殖後期の菌体を集菌後、
フェノール法によるDNA抽出法によって染色体DNA
を抽出、ff製し、染色体DNA51i’19を得た。
(2)染色体DNA断片のベクターへの挿入(1)で得
た染色体DNA 10μm をとり、制限エンドヌクレ
アービH1ndlII  iJj口え、67℃で5分、
10分、20分、30分、60分反応させて部分的に切
断した。一方、ベクターとして用いるテトラサイクリン
抵抗44 (Tet’ )のpMB9プラスミドD N
 A (Bethesda Re5earchしabo
rator ies 社(米国)製)をHind il
l で完全に切断して65℃、5分の熱処理後、前者と
混合し、T4  ファージ由来のDNAリガーゼによっ
て10℃、24時間DNA鎖の連結反応を行ない、65
℃、5分の熱処理後、反応液に2倍容のエタノールを加
えて染色体DNAを組み込んだシラスミドDNAを沈澱
、採取した。
(3)ペニシリナーゼの菌体外選択生産遺伝子を担うプ
ラスミドによる形質転換 エシェリヒア・コリに一12株とエシエリヒア・398
株のハイブリッド株であるエシェリヒア・コリH810
1株[Mo1ecular ClonlngA Lab
oratoryManual p、  504 (19
82)参照〕(遺伝形w:F″″、h=dS20 (r
−B 、rn’″8)、roe A 13、ara−1
4、pro A 2、lac Y i、gat K 2
、rps L211 (Sm’ )、xyl −5、m
tl−1、sup E 44 J−)  をLB培地(
純水i  e −’M  リ ト リ ゾ ト y(D
lfco  )1 0  f  、 酵母エキス5 P
% グn、コ−x 1 y、 NaCg 10P? p
H7,0に調製したもの) 10 rr、lに接種し、
37℃で振盪培養を行ない、対数増殖後期まで生育させ
た後に果菌した。これを水冷下、最終浸度で0−03 
MCaC62の溶液に順次gtiさせてコンピテントな
細胞とした。この細胞懸濁液に(2)で得たプラスミド
DNAの溶解液をカリえて水冷下で60分反応させ、4
2℃、1〜2分間ヒートショックを与えて前記プラスミ
ドD N A ヲ扇胞内に取り込ませた。次いで、この
細胞懸濁液を別途、前記LB培地に接種し、37℃、3
〜5時間振盪培養して形質転換反応を行なった後、集菌
、洗滌して形質転換株、エシェリヒア・コリHB101
 (T)EAP2 )(微工研菌寄第6939号)(F
ERMP−6939)を得た。
この形質転換株のプラスミド(pEAP2)の制限酵素
切断地図は第4図に示すとおりである。
以下、本発明方法を実施例により説明する。
実施例1 前記(3)で得られた形質転換株、エシェリヒア・コリ
HB 101 (+)EAP2 )(微工研菌寄第69
39号)(FERMP−6959)を、LB培地(1β
当りトリプトン10?%酵母工Φス5?5グルコース1
1、グリセロール21、NaCa10p)10Odを含
む500d容のフラスコで37℃にて振盪培養した。細
胞の生育(菌体−°の測定)は、波長660 nm に
おける吸光度(00)を測定し、菌体外及び菌体内生産
のベニシリナー゛ゼ活性をサージェント(Sargen
t )の変法〔Sawal et al : Antl
mlcrob、 Agents Chemother。
13.910(197B)参照〕で測定し、30’C,
1分MK1マイクロモル(μmole ) (Z)ベン
ジルペニシリンを水解する酵素量をペニシリナーゼ1単
位(U)とした。
前記形質転換株の菌体量は接種後、16時間で最大に達
し、第1図に示すとおり、菌体外ペニシリナーゼの活性
はほぼ20時間後から増大しはじめ、28時間後に最大
に達した(+−20U/+d)。
生産されたベニシリナーゼは非常に安定であり、第1図
(a)に示されるように、更にそのまま培養を48時間
まで継続しても生産量は減少せず、全酵素活性の80チ
以上に達した。こねに対して、菌体内ペニシリナーゼは
、培養初期(接種後8〜20時間)において認められた
が、その生産は全酵素活性の10%程度であり、最高で
8 U /meに過ぎず、しかもその活性は急速に減少
し、48時間後では全く認められなかった。第1図(b
)は、全酵素活性に対する菌体外ペニシリナーゼと菌体
内ヘニシリナーゼの生成の割合を示すものである。
比較として、DNA供与菌め前記バチルス・屋170菌
(微工研菌寄第6221号)及びDNA受容菌の公知の
エシェリヒア・コIJ HB 101(pBR322)
株(−1!ニシリナーゼ生産能の遺伝情報を担うρBR
322プラスミドを含有する菌p ) (Boyer 
at al : Gono %vol 2、p、95−
113(1977)参照〕を、それぞれ培養してペニシ
リナーゼ活性を測定した。
前記バチルス・&170菌の場合は、使用培地CCf/
l))ニゲルコース(又はグリセロール)2゜0、酵母
エキス5゜0、ポリペプトン5.0、に2HPO41,
0、MgSO4・7H20,0,2をNaHCO31D
でpH9゜0に調整したもの〕100−ヲ含む500ゴ
容のフラスコに接種し、57℃で振盪培養した。
培養液の菌体外ペニシリナーゼ活性を4時間毎に測定し
た。接種後、12時間で活性は最高(19tJ/−)に
達し、以後急速に減少して40時間では全く認められな
かった(第2図参照)。
、一方、エシェリヒア・コリH8101(pBR322
)の場合は、前記エシェリヒア・コリH8101(pE
AP2)株の培養に用いたLB培゛地のIQOmを50
ロゴ容のフラスコに人ねて接植し、37℃で振盪培養し
た。輔5図(、)に示されるように、接種後、20時間
で全活性の80−以上が菌体内ベニシリナーゼとして認
められたが(最高55U/mg)、以後急速に減少し、
菌体外ベニシリナーゼ活性は10%以下が認められるに
過ぎなかった。第3図(b)は、全酵累活性に対する菌
体外ヘニシリナーゼと菌体内に;シリナーゼの生成の割
合を示すものである。
実施例2 前記エシェリヒア・コ!JHB 1’01 (pEAP
2)(微工研菌椿第6969号)(FERMP−695
9)の菌体外ペニシリナーゼ生産について、各培地を用
いてその影響を比較した。なお、培養条件は実施例1と
同様である。
第   1   衣 前記LB培地の成分による影響をみた結果を第2表に示
す。
第   2   弐 なお、トリプトン、トリデトーズ、41341124度
はそれぞれ1チ、Naリ も1チでめる。
更に、LB培地中の炭素源の影響の結果f第6衣に示す
ナオ、クルコース、スターチ、シュークロース、マルト
ースra度はそれぞれ0゜1%、グリセロールは0.2
%、Na(J は1%である。
次に、トリプトン(1%)、、グルコース(0゜1チ)
、グリセロール(0,2%)、酵母エキス(1チ)を含
む培地にNaCβ を添加して20時間培養し、NaC
召の影響を調べた。結果を第4表に示すO 参考例 実施例1の形質転換株の培養液を10分間、in、OO
OXgで超遠心してアンモニウム硫酸塩で80%飽和溶
液とした。この沈澱物を水に溶解し、−夜、0゜I M
 Na(J を含む[1,[15Mtn’i酸緩衝液(
pH7,0)で透析した。この透、折物を同一の緩衝液
で平衡化したセファデックスG−75(5ephade
x G −75)  に通じて精製ペニシリナーゼを痔
た。
また、前記バチルス・7f1170菌(微工研菌寄第3
221号)の培養液を同様に処理して精製べ二シリナー
ゼを得た。
両者のベニシリナーゼの同一性をみるために、酵素活性
におけるpHの影響、熱安定性、分子量等を測定した。
その結果、次のとおり両者の同一性が確認された。
(8)酵素の安定性は各pH値の緩衝液を用い、50℃
で45分間インキュベートした後、調べた。その結果、
両酵素は、いずれもpH7〜10で安定でらり、至適p
HはPH7S、[1〜7.0であった。
(b)  酵素の熱安定性は、酵素f、[]、005M
燐酸緩衝液pH7,0)  に溶解し、その溶液を10
分間、所定の温度で熱処理し、残存活性をpH7,0で
測定することにより調べた。その結果、いずれの酵素も
50℃まで安定であった。
(C)  酵素の分子量の測定は、rル濾過法で行なっ
た。両酵素の分子量はいずれも27.non〜22.0
00と推定された。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法で用いたエシェリヒア・コリHB
101(pEAP2)によるベニシリナーゼの活性を、
第2図は、バチルス°A170菌によるペニシリナーゼ
の活性を、第3図は、公知のエシェリヒア・コリHB1
01 (pBR322)によるペニシリナーゼの活性を
それぞれ示すグラフである。第4図は、エシェリヒア・
コリHB101 (pEAP2 )のプラスミド(pE
AP 2)の制限酵素切断地図である。 特許出願人  理化学研究所 第1図(a) 第1図(b) 第2図 第3図(a) 第 3 図 (b) 第 4 図 +  pMB97’クスミト’DNA ¥F−@ ?t14 iE”  5.9.16特許庁長
官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和58年 特許願 第38087号 2、発明の名称    微生物の培養方法3補正をする
者 事件との関係   出願人 名称 (679)理化学研究所 /1代理人 5、補正命令の日付  自   発 (ハ 明細書箱g頁、第1乙行と第17行の間に、次の
文を挿入する。 「本発明方法によって、生産物質は目的とする単一の高
分子物質のみならず、複数の酵素蛋白類がそれぞれ菌体
外に著量に生産(分泌)され、併せて採取することがで
きる。即ち、エシェリヒア・コIJ HB /θ/株の
培養に、lニジ、従来、菌体内にのみ検出されていたア
ルカリホスファターゼ及びβ−ガラクトシダーゼ並びに
約70種の蛋白質から成る蛋白質群が、後述の実施例に
記載の如く、それぞれ菌体外に著量に分泌されることが
明らかにされた。これは、本発明によって得られる後述
のシラスミド(1)EAP、2 )に含まれる約2.0
00の塩基対のDNAが、代謝産物の菌体外選択生産(
分泌)能を宿主に附与していることを意味するものであ
る。」に) 同第12頁、第グ〜S行の“この形質転換
株の・・・とおシである。′ヲ、次のとお9訂正する。 「この形質転換株のプラスミド(pEAP、2 )は、
ペニシリナーゼの菌体外選択生産(分泌)に関与する遺
伝情報を担うペニシリナーゼDNA断片が組み込まれて
いるDNA円形分子、即ちpMBワプラスミドDNAと
約ユ000の塩基対のDNAから成る7、7KbのDN
A円形分子であシ、その制限酵素切断地図は第9図に示
すとおりである。」 (3)  同第ユO頁、第11行と第1S行の間に、次
の文を挿入する。 「実施例3 °前記エシェリヒア・コリHB / 0 / (pEA
P、2)(微工研菌寄第乙939号) (FERM  
P−l、939)の菌体外生産物質について、プラスミ
ド(pEAP、2)を導入しないエシェリヒア争コリH
B10/株及びpMB9プラスミドを導入したエシェリ
ヒア・コIJ HB / 0 /株の生産物質と比較し
て、ペニシリナーゼ以外の酵素蛋白類を調べた結果を第
5表に示す。 なお、培養条件は、実施例/のLB培地で、37℃にて
20時間振盪培養し、また生産酵素蛋白の内、アルカリ
ホスファターゼ及びβ−ガラクトシダーゼの酵素活性は
、波長’I 20 nmにおける吸光度(OD)を測定
して表わしたものであシ、蛋白質濃度は、培地/ゴ当り
の■とじて表わし、その他の条件は実施例/、と同様で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  バチルス(Bacillus )  属に属
    する微生物の代謝産物である高分子物質の菌体外選択生
    産に関与する遺伝情報を担うデオキシリ?核酸(DNA
    )を組み込んだプラスミドを含有するエシェリヒア(E
    scherlchla )属に属する微生物を、生育の
    ために要求される無機塩を含有する培地に接種し、接種
    後、前記微生物の菌体量が最大に達したときから実質的
    に前記培地中に前記高分子物質の生成、蓄積が停止する
    までの時間中培養をそのま\継婢することによって前記
    微生物の菌体外に前記高分子物質を生産せしめることを
    特徴とする微生物の培養方法。 (2)  無機塩が塩化ナトリウ、oム又は塩化カリウ
    ムである特許請求の範囲第1項記載の培養方法。 (3)  塩化ナトリウム又は塩化カリウムが培地組成
    の0.5〜2.0係である特許請求の範囲第2項記載の
    培養方法〇 (4)培養時間が16〜48時間である特許請求の範囲
    第1項記載の培養方法。 (5) エシェリヒア夙に属する微生物がエシェリヒア
    ・コリ+−+si Ql (DEAP2 ) (微工研
    菌寄第6939号) [Escherlchla co
    li HBl[11(pEAP2 ) ]である特許請
    求の範囲第1項記載の培養方法。 (6)  バチルス属に誼する微生物がノくチルス(B
    acillus )a A 170菌(微工研菌寄第3
    221号)である特許請求の範囲第1項記載の培養方法
    O (カ プラスミドのベクターとしてDMB9シラスミド
    のDNAを用いる特許請求の範囲第1項記載の培養方法
    。 (8)高分子物質が酵素蛋白である特許請求の範囲第1
    項記載の培養方法。
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