JPWO2012039483A1 - バチルス属微生物及び血栓溶解酵素、並びに、廃棄物の処理方法 - Google Patents

バチルス属微生物及び血栓溶解酵素、並びに、廃棄物の処理方法 Download PDF

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Abstract

Bacillussubtilis(バチルス・サチルス) 104−1−3−1株(受託番号:NITE P−680)及びその誘導菌株のいずれかであり、廃棄物を分解する血栓溶解酵素を産生することを特徴とするバチルス属微生物である。

Description

本発明は、廃棄物を分解する血栓溶解酵素を産生するバチルス属微生物及び前記バチルス属微生物が産生した血栓溶解酵素、並びに、該血栓溶解酵素を用いた廃棄物の処理方法に関する。
発電所、製鉄所などの臨海プラント施設は、大量の冷却水を必要とし、該冷却水として海水を利用している。そのため、海水の取水口が設けられている。
しかし、この取水口が廃棄物によって閉塞し、取水が制限乃至停止され、その運転に支障をきたすという被害が問題となってきている。
前記廃棄物の一例として、クラゲ類が挙げられる。従来より、前記臨海プラント施設における前記クラゲ類による被害に対しては、クラゲ類が取水口に入り込むのを防ぐ目的で、エアバブリング、水流プロペラ、船舶等を使用してクラゲ類を強制移動させると共に取水口に防除網を設置する第一の対策や、回転式除塵機、ポンプ等を用いてクラゲ類を陸揚げして処分する第二の対策などが講じられてきた。
しかし、前記第一の対策の場合、前記防除網の隙間からクラゲ類が侵入してしまうことがある。また、クラゲ類を生かしたまま放流させるため、クラゲ類の大発生を招くおそれがある。更に、前記防除網にはムラサキイガイ等の汚損生物が付着してしまうため、前記防除網の清掃や展張作業が必要となり、その作業の間は前記防除網を使用できない上、前記防除網の清掃や乾燥には多数の労力を要し、場所の確保も必要となり、前記防除網の維持管理には多大な費用を要するという問題がある。
また、前記第二の対策の場合、陸揚げしたクラゲ類を処分する必要があり、多大な手間、費用等を要するという問題がある。具体的には、前記クラゲ類を天日乾燥して脱水や減容化後に廃棄処分する場合には、前記クラゲ類の廃棄処分量が天候に左右され易い上に天日乾燥に数日程度も要し、陸揚げした大量のクラゲ類を一度に天日乾燥させるための広大な場所を要し、腐敗臭の発生など、周囲の環境に与える影響も大きいという問題がある。また、前記クラゲ類を焼却処分する場合には、前記クラゲ類の個体は95質量%〜98質量%程度が水分であるため、該クラゲ類自体を焼却することが極めて困難であるという問題がある。また、前記クラゲ類を圧力や薬品を使用して物理化学的に分解処理する場合(特許文献1〜5参照)には、分解処理のための多大な熱エネルギーや電気エネルギーを要し、処理装置の設備費、建設費、維持費等も多大となるという問題がある。前記クラゲ類を酸やアルカリによる化学的に分解処理する場合には、分解処理後に中和処理が必要になるという問題がある。
また、微生物等を用いて前記クラゲを生物学的に分解処理する方法も知られている。例えば、微生物が分泌するクラゲ分解酵素を利用して、前記クラゲ類の体を形成しているタンパク質であるコラーゲン繊維を分解し、クラゲ類体内の水分を除去し減容させる方法などが挙げられる(特許文献6〜8参照)。
しかし、この場合、前記クラゲ類の分解に一日程度を要し、迅速な分解処理ができない上、分解が不完全であるという問題がある。
また、海水に浮遊等しているクラゲ類は、主に温暖な時期にしばしば大発生し、様々な被害をもたらしており、前記臨海プラント施設以外でも問題になっている。例えば、日本近海で大量発生するエチゼンクラゲは、海流に乗って各地沿岸に出現し、近年、沿岸の定置網漁などの漁業に甚大な被害をもたらしている。
更に魚類を捕獲する際に同時に、例えば、エチゼンクラゲや、電気クラゲとも呼ばれるアンドングラゲ等の毒素を有するクラゲが網にかかると、該クラゲ類の毒素は魚類を白化させてしまい、魚類の商品価値を下げてしまう点で問題である。
これらのクラゲ類の毒素は非常に強力であり、アナフィラキシーショックによる死亡例も報告されている。そのため、前記クラゲ類を生物学的に分解処理する方法では、処理液を処分する際に毒素に触れる危険性がある点においても問題である。
しかし、このような廃液の安全性を確保する方法は知られていない。
したがって、前記臨海プラント施設における前記クラゲ類による被害に対しては、有効な対策がなく、前記クラゲ類を、圧力、薬品、高熱等の物理化学的エネルギーを極力消費することなく、迅速かつ容易に分解等することができ、該分解後の処理物を安全に廃棄できる関連技術の開発が望まれているのが現状である。
特開2001−300505号公報 特開2000−5738号公報 特開平11−244833号公報 特開2003−145196号公報 特開2001−198566号公報 特開2003−53303号公報 特開平11−179327号公報 特開2001−95564号公報 特開2002−136952号公報
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、廃棄物に対する優れた分解活性を有する血栓溶解酵素を産生することができるバチルス属微生物、及び前記廃棄物を、広大な場所を要することなく、簡便で迅速に、かつ完全に処理でき、該処理のための多大な熱エネルギーや電気エネルギーを要することがなく、安価に該廃棄物を減容化できると同時に、処理時の腐敗臭の発生を抑制でき、更に処理後の廃棄物の安全性が高い廃棄物の処理方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。即ち、血栓溶解酵素により廃棄物を分解する分解工程を含む廃棄物の処理方法は、前記廃棄物を、広大な場所を要することなく、簡便で迅速に、かつ完全に処理でき、該処理のための多大な熱エネルギーや電気エネルギーを要することがなく、安価に該廃棄物を減容化できると同時に、処理時の腐敗臭の発生を抑制でき、更に処理後の廃棄物の安全性が高いことを知見し、本発明の完成に至った。
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> Bacillus subtilis(バチルス・サチルス) 104−1−3−1株(受託番号:NITE P−680)及びその誘導菌株のいずれかであり、廃棄物を分解する血栓溶解酵素を産生することを特徴とするバチルス属微生物である。
<2> 前記<1>に記載のバチルス属微生物により産生されることを特徴とする血栓溶解酵素である。
<3> 至適pHが6〜12である前記<2>に記載の血栓溶解酵素である。
<4> 至適温度が20℃〜70℃である前記<2>から<3>のいずれかに記載の血栓溶解酵素である。
<5> ナットウキナーゼである前記<2>から<4>のいずれかに記載の血栓溶解酵素である。
<6> 前記<2>から<5>のいずれかに記載の血栓溶解酵素により廃棄物を分解する分解工程を含むことを特徴とする廃棄物の処理方法である。
<7> 血栓溶解酵素が、前記<1>に記載のバチルス属微生物とタンパク質性原料とを混合し、前記タンパク質性原料を前記バチルス属微生物により発酵させた発酵物から分離して得られた血栓溶解酵素である前記<6>に記載の廃棄物の処理方法である。
<8> 分解工程が、前記<1>に記載のバチルス属微生物と廃棄物とを混合した混合物中で行なわれる前記<6>に記載の廃棄物の処理方法である。
<9> 廃棄物が、クラゲ類、魚類、プランクトン、及び毒素の少なくともいずれかである前記<6>から<8>のいずれかに記載の廃棄物の処理方法である。
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、廃棄物に対する優れた分解活性を有する血栓溶解酵素を産生することができるバチルス属微生物、及び前記廃棄物を、広大な場所を要することなく、簡便で迅速に、かつ完全に処理でき、該処理のための多大な熱エネルギーや電気エネルギーを要することがなく、安価に該廃棄物を減容化できると同時に、処理時の腐敗臭の発生を抑制でき、更に処理後の廃棄物の安全性が高い廃棄物の処理方法を提供することができる。
図1は、104−1−3−1株の光学顕微鏡写真である。 図2は、104−1−3−1株の16S rDNAを用いた分子系統樹であり、左下の線はスケールバー、株名の末尾のTはその種の基準株を示す。 図3は、試験例3における、104−1−3−1株の培養温度と、培養に伴い104−1−3−1株の菌体外に産生された血栓溶解酵素活性の関係を示す図である。縦軸は、血栓溶解酵素活性(FLV)を、横軸は、培養上清の保温時間(時間)をそれぞれ示す。また、「◆」は培養温度が27℃、「■」は培養温度が30℃、「▲」は培養温度が35℃、「●」は培養温度が40℃の場合を示す。グラフ中のプロットは、3回の平均値±標準偏差を示す。 図4は試験例4において、104−1−3−1株が産生する血栓溶解酵素の至適温度及び温度安定性を示す図である。縦軸は、血栓溶解酵素活性(FLV)を、横軸は、反応時間(時間)をそれぞれ示す。また、「◆」は反応温度が53℃、「▲」は反応温度が50℃、「×」は反応温度が47℃、「●」は反応温度が43℃、「■」は反応温度が40℃の場合を示す。グラフ中のプロットは、3回の平均値±標準偏差を示す。 図5は、試験例5において、104−1−3−1株が産生する血栓溶解酵素のpH安定性を示す図である。縦軸は、血栓溶解酵素活性(FLV)を、横軸は、培養上清のpHをそれぞれ示す。 図6は、試験例6における血栓溶解酵素の凍結乾燥安定性を示す図である。縦軸は、血栓溶解酵素活性(FLV)を示す。 図7Aは、サチライシンAの各濃度におけるカゼインを基質とした酵素活性(FLV)の相関を示す検量線である。 図7Bは、トリプシンの各濃度におけるカゼインを基質とした酵素活性(FLV)の相関を示す検量線である。 図7Cは、V型コラゲナーゼの各濃度におけるカゼインを基質とした酵素活性(FLV)の相関を示す検量線である。 図7Dは、フィチンの各濃度におけるカゼインを基質とした酵素活性(FLV)の相関を示す検量線である。 図8は、試験例7において、各種酵素のフィブリンに対する分解能を示す図である。「N」はナットウキナーゼ、「S」はサチライシンA、「T」はトリプシン、「C」はV型コラゲナーゼ、「F」はフィチンをそれぞれ示す。 図9は、試験例8において104−1−3−1株の培養上清を疎水性相互作用クロマトグラフィーで分画した結果を示す図である。図9のクロマトグラムは、104−1−3−1株培養液から疎水性相互作用クロマトグラフィーによりタンパク質分解活性画分を分画した結果を示している。 図10は、試験例8において104−1−3−1株の培養上清を疎水性相互作用クロマトグラフィーで分画した後、脱塩した血栓溶解酵素含有画分を更に密度勾配等電点電気泳動により分画した結果を示す図である。縦軸は、血栓溶解酵素活性(FLV)を、横軸は、密度勾配等電点電気泳動による画分番号をそれぞれ示す。 図11は、試験例8において104−1−3−1株培養上清を精製した血栓溶解酵素のポリアクリルアミド電気泳動の結果を示す図である。左側のレーンは、マーカーを、右側のレーンは、ナットウキナーゼのバンドを示す(矢印で示す)。 図12は、試験例9においてナットウキナーゼをトリプシン消化して調製したペプチドを、液体クロマトグラフィー/質量分析計にて分析したスペクトルを示す図である。縦軸は、相対イオン強度を、横軸は、カラム保持時間を示す。プリカーサーイオンをベースピーククロマトグラム(上)で、MS/MS分析によるフラグメントイオンをトータルイオンクロマトグラム(下)で示す。 図13は、試験例11において、ナットウキナーゼを含有する104−1−3−1株の培養上清でエチゼンクラゲを分解した時のクラゲ質量の変化を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣率(%)を、横軸は、処理時間(分間)をそれぞれ示す。また、「◆」は対照区を、「▲」は試験区を示す。グラフ中のプロットは、3回の平均値±標準偏差を示す。 図14は、試験例11において、ナットウキナーゼを含有する104−1−3−1株の培養上清でミズクラゲの完全個体を血栓溶解酵素含有104−1−3−1株培養液で分解した時のクラゲ残存質量の変化を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣(%)を、横軸は、ナットウキナーゼ含有培養上清濃度(体積%)をそれぞれ示す。 図15は、試験例11において、ナットウキナーゼを含有する104−1−3−1株の培養上清で3cm角に裁断したミズクラゲを血栓溶解酵素含有104−1−3−1株培養液で分解した時のクラゲ質量の変化を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣率(%)を、横軸は、消化時間(分間)をそれぞれ示す。グラフ中のプロットは、3回の平均値±標準偏差を示す。 図16Aは、試験例15において、人工海水中にミズクラゲを浸漬した対照区の結果を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣率(%)を、横軸は、処理時間(時間)を示す。 図16Bは、試験例15において、ミズクラゲをナットウキナーゼで分解したときのクラゲ質量の変化を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣率(%)を、横軸は、処理時間(時間)を示す。 図16Cは、試験例15において、ミズクラゲをサチライシンAで分解したときのクラゲ質量の変化を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣率(%)を、横軸は、処理時間(時間)を示す。 図16Dは、試験例15において、ミズクラゲをトリプシンで分解したときのクラゲ質量の変化を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣率(%)を、横軸は、処理時間(時間)を示す。 図16Eは、試験例15において、ミズクラゲをフィチンで分解したときのクラゲ質量の変化を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣率(%)を、横軸は、処理時間(時間)を示す。 図16Fは、試験例15において、ミズクラゲをV型コラゲナーゼで分解したときのクラゲ質量の変化を示す図である。縦軸は、クラゲ残渣率(%)を、横軸は、処理時間(時間)を示す。 図17は、試験例16において、ナットウキナーゼの濃度と、ヒツジ赤血球の溶血率との関係を示す図である。縦軸は、溶血率(%)を示す。 図18は、試験例16おいて、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)と、ヒツジ赤血球の溶血率との関係を示す図である。縦軸は、溶血率(%)を示す。 図19は、試験例16において、アンドンクラゲ毒素の熱安定性を示す図である。縦軸は、溶血率(%)を示す。 図20は、試験例16において、ナットウキナーゼのアンドンクラゲ毒素に対する分解能を示す図である。縦軸は、溶血率(%)を示す。 図21は、試験例17において、各種酵素のアンドンクラゲ毒素に対する分解能を示す図である。縦軸は、溶血率(%)を示す。 図22は、本発明の廃棄物の処理方法に用いられる装置の一例を表す概略説明図である。
(バチルス属微生物)
本発明のバチルス属微生物は、Bacillus subtilis(「バチルス・サチルス」、「バチルス・スブチリス」、「バチルス・ズブチリス」などとも称する)104−1−3−1株及びその誘導菌株のいずれかであり、廃棄物を分解する血栓溶解酵素を産生する微生物である。
<科学的性質>
グラム陽性桿菌で、細胞は連鎖を示し、芽胞を形成する。芽胞による菌体の膨張は認められない。コロニー形態であり、直径は2.0mm〜3.0mm、色調はクリーム色、形は円形、隆起状態はレンズ状、周縁は波状、表面の形状などはラフ、透明度は不透明、粘稠度はバター様、カタラーゼ反応は陽性、オキシダーゼ反応は陰性である。API試験では、L−アラビノース、リボース、及びグルコース等を酸化し、エリスリトール、D−アラビノース、及びL−キシロース等を酸化しない。嫌気条件下では生育せず、50質量%及び10質量%塩化ナトリウム含有培地で生育する。カゼインを加水分解し、でんぷんを加水分解しない。16S rRNA遺伝子の塩基配列に基づく検索の結果、Bacillus subtilisと相同であると考えられるが、一般的なBacillus subtilisとは生理学性状の一部が異なっているため、Bacillus subtilisの中の新たな株であることが推定された。
<分類学上の位置>
Bacillus sp.
<培養条件>
(1)培地名:ニュートリエントアガー
(2)培地の組成:ペプトン0.5質量%、牛肉エキス0.3質量%、寒天1.5質量%
(3)培地のpH:7.0
(4)培地の殺菌条件:121℃、20分間
(5)培養温度:30℃
(6)培養期間:7日間
(7)酸素要求性:好気
<保管条件>
(1)凍結条件:L−乾燥
(2)保護剤:20体積%グリセロール
(3)凍結後の復元率:100%
<寄託>
前記104−1−3−1株は、平成20年11月21日付で独立行政法人製品評価技術基盤機構に受託番号:NITE P−680として受託されている。
<誘導菌株>
前記104−1−3−1株の誘導菌株としては、廃棄物を分解する血栓溶解酵素を産生できれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記104−1−3−1株が、突然変異(自然発生又は誘発性)、形質転換、接合、遺伝子組換、紫外線、放射線、薬品等により性状などが変異したバチルス属微生物などが挙げられる。
<血栓溶解酵素活性の確認>
前記バチルス属微生物が血栓溶解酵素活性を有するか否かを確認する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、以下の希釈法などが挙げられる。
前記希釈法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記バチルス属微生物を蒸留水等や培地等に懸濁し、適当な濃度に希釈後、該バチルス属微生物を含む液をフィブリン等のタンパク質成分を含む寒天培地などに植菌し、該バチルス属微生物が産生した血栓溶解酵素により前記タンパク質成分が分解することによって生じた透明な消化円を確認する方法などが挙げられる。この方法により、該バチルス属微生物の血栓溶解酵素産生能の有無を判定することができ、更に、前記消化円の範囲面積を測定することにより、前記血栓溶解酵素の産生量及び酵素活性を評価することができる。
前記寒天培地中のタンパク質成分としては、特に制限はなく、公知のタンパク質成分の中から、目的に応じて、適宜選択することができ、例えば、カゼイン、ヘモグロビン、フィブリンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
<培養>
前記バチルス属微生物は、前記培養条件以外でも公知の培地で生育することができ、液体培養であっても、固体培養であってもよい。
前記培地の組成としては、前記バチルス属微生物が増殖し前記血栓溶解酵素を産生させることができる培地であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、炭素源、窒素源、無機塩類等の公知の培地成分を含む培地などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記窒素源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、市販されている大豆粉、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーン・スティープ・リカー、硫酸アンモニウムなどが挙げられる。
前記炭素源としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、トマトペースト、グリセリン、でん粉、グルコース、ガラクトース、デキストリンなどの炭水化物、脂肪などが挙げられる。
前記無機塩類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、食塩、炭酸カルシウムなどが挙げられる。
また、必要に応じて微量の金属塩や、前記血栓溶解酵素の産生量を高めるような公知の成分を添加してもよい。
これらの材料は、前記バチルス属微生物が利用し、前記血栓溶解酵素の産生に役立つものであればよく、公知の培養材料は全て用いることができる。
前記培養方法としては、特に制限はなく、公知の方法の中から、前記バチルス属微生物の種類などに応じて適宜選択することができ、例えば、バッチ法、半連続法、連続法等の種々の方法が挙げられる。前記培養は、前記バチルス属微生物の生育を促進する公知の方法を併用してもよい。
前記液体培地による培養の条件としては、前記バチルス属微生物が死滅することなく、前記血栓溶解酵素を産生させることができる条件であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記培養の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10℃〜45℃が好ましく、27℃〜40℃がより好ましく、27℃〜30℃が特に好ましい。前記特に好ましい範囲であると、血栓溶解酵素の産生量が多い点で有利である。
前記培養の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、12時間〜120時間が好ましく、48時間〜96時間がより好ましい。
前記培養は、好気培養であってもよく、嫌気培養であってもよいが、好気培養で行われることが、前記バチルス属微生物が効率よく増殖する点で好ましい。また、振盪培養であってもよく、静置培養であってもよい。
前記液体培地中において、前記バチルス属微生物が増殖したことを確認する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、集積培養用液体培地の濁度や添加した試薬による色の変化を、目視や吸光度測定により確認する方法、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー測定により確認する方法、化学的酸素要求量の測定により確認する方法などが挙げられる。
<使用>
前記バチルス属微生物は、血栓溶解酵素を効率よく産生することができることから、本発明の廃棄物の処理方法に好適に利用可能である。
(血栓溶解酵素)
本発明の血栓溶解酵素は、本発明の前記バチルス属微生物により産生される酵素であり、血栓を形成するフィブリンと呼ばれるタンパク質を溶解する酵素である。
前記バチルス属微生物が産生する血栓溶解酵素としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ナットウキナーゼ(nattokinase)、プラスミン、トリプシンなどが挙げられる。
ナットウキナーゼは、サチライシンファミリーに属する酵素であり、古代から納豆などの食品として摂取されてきた枯草菌(納豆菌)から発見されたセリン血栓溶解酵素の一種で、強力な線溶活性を有することが知られている。納豆は古来から伝統食品として食されており、東南アジア諸国では納豆類似の伝統食品が数多く食されていることから、安全性は長い年月を通じて検証されたといえる。また、サチライシンファミリーに属する酵素はこれまで洗剤の洗浄成分として利用されており、酵素の安全性、酵素を含んだ排水に起因する特段の問題や事故が発生した事例はないため、後述する本発明の廃棄物の処理に問題なく使用できる点で好ましい。
ナットウキナーゼの全アミノ酸配列は決定されている(特開平6−153977号公報、特開2006−325538号公報、特許文献9〜10参照、T.Nakamura et al(1992) Biosci. Biotech. Biochem., 56, 1869−1871、及びT. Urano et al (2001) J. Biol. Chem., 27, 24690−24696参照)。
本発明の前記バチルス属微生物により産生されるナットウキナーゼは、配列番号:3で表されるアミノ酸配列を有し、該アミノ酸配列は、GenBank内に登録されているナットウキナーゼ遺伝子(アクセッション番号:P35835)のアミノ酸配列と100%の同一性を示す。
前記バチルス属微生物から産生された前記溶解血栓酵素を分離する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、液体培養又は固体培養で得られたバチルス属微生物菌体を、超音波処理、リゾチーム等のバチルス属微生物菌体を破壊する作用がある薬剤などを用いて前記バチルス属微生物菌体を破壊して分離する方法などが挙げられる。
前記血栓溶解酵素の酵素活性及び産生量を確認する方法としては、特に制限はなく、公知の方法の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記バチルス属微生物の培養上清を、タンパク質成分を含む寒天培地などに植菌し、該バチルス属微生物が産生した血栓溶解酵素により前記タンパク質成分が分解することによって生じた透明な消化円で確認する方法、タンパク質成分と任意の濃度の培養上清とを反応させて検量線を作成する方法などが挙げられる。
(廃棄物の処理方法)
本発明の処理方法は、本発明の前記血栓溶解酵素により廃棄物を分解する分解工程を少なくとも含み、必要に応じて、更にその他の工程を含む。
<分解工程>
前記分解工程は、前記血栓溶解酵素により廃棄物を分解する工程である。
<<廃棄物>>
前記廃棄物としては、前記血栓溶解酵素で分解できる限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、有機廃棄物が好ましく、アミノ酸やタンパク質を含む廃棄物がより好ましい。前記タンパク質は、プロテイナーゼKを0.1質量%、30℃、120分間の条件で作用させた場合にも溶解しないような難分解性タンパク質であってもよい。これらの中でも、前記廃棄物の処理方法は、海洋生物や淡水生物からなる水産廃棄物に好ましく適用される。また、前記廃棄物の処理方法は、これらの廃棄物中又は該廃棄物から産生される毒素の分解にも好適に適用できる点で有利である。これらの廃棄物は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記水産廃棄物(海洋生物、淡水生物)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、魚介類、浮遊生物類、海綿類、ヒドロ虫類、管棲多毛類、苔虫類、ヨコエビ類、ワレカラ類、ホヤ類、甲殻類、扁形動物類などが挙げられる。
前記魚介類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フグ等の魚類;イタヤガイ科(例えば、ホタテなど)、イタボガキ科(例えば、カキなど)、ヤマヒタチオビ科(例えば、ヤマヒタチオビなど)、イガイ科(例えば、カワヒバリガイ、ムラサキイガイ、ミドリイガイ、コウロエンカワヒバリガイなど)、カワホトトギス科(例えば、カワホトトギスガイ、クワッガガイ、イガイダマシなど)、オリイレヨフバイ科(例えば、カラムシロなど)、シジミ科(例えば、タイワンシジミなど)、マルスダレガイ科(例えば、シナハマグリなど)、アフリカマイマイ科(例えば、アフリカマイマイなど)、リンゴガイ科(例えば、スクミリンゴガイなど)、イモガイ科(例えば、イモガイなど)、マダコ科(例えば、ヒョウモンダコなど)、ムシロガイ科(例えば、キンシバイ)等に属する貝類などが挙げられる。
前記魚介類は、水産食品加工で廃棄物となることや、発電所の取水管などに付着することで問題となっている廃棄物である。また、前記フグは猛毒を有する魚類であるため、非可食部は廃棄物である。これらの魚類は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記浮遊生物類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ミズクラゲ科、ビゼンクラゲ科(例えば、ビゼンクラゲ、エチゼンクラゲなど)、アンドンクラゲ科、オキクラゲ科(例えば、アカクラゲなど)等に属するのクラゲ類;ラン藻類、アオコ、アナベナ等の赤潮プランクトン;微小藻類として、緑藻、珪藻、渦鞭毛藻、黄色鞭毛藻等の付着珪藻類などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記血栓溶解酵素は、クラゲ類体成分を構成するコラーゲンを好適に分解することができる。
前記甲殻類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イワガニ科(例えば、モクズガニなど)、ザリガニ科(例えば、アスタクス、ウチダザリガニ(シグナルクレイフィッシュ)など)、アメリカザリガニ科(例えば、アメリカザリガニ、ラスティークレイフィッシュなど)、ミナミザリガニ科(例えば、ケラクスなど)、ワタリガニ科(例えば、チチュウカイミドリガニ、ヨーロッパミドリガニなど)、フジツボ科(例えば、フジツボ、タテジマフジツボなど)、オウギガニ科(例えば、スベスベマンジュウガニなど)等に属する甲殻類などが挙げられる。
前記扁形動物類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヤリガタリクウズムシ科(例えば、ニューギニアヤリガタリクウズムシなど)などが挙げられる。
前記毒素としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、クラゲ類の毒素、フグの毒素などが挙げられる。
前記クラゲ類の毒素としては、特に制限はなく、クラゲの種類などに応じて適宜選択することができ、例えば、アンドンクラゲ毒素のCrTXs、ハブクラゲ毒素のCqTX−A、ハコクラゲ(Carybdea alata)毒素のCaTX−Aなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
特定外来生物による生態系等に係る被害の防止に関する法律(通称:外来生物法、特定外来生物被害防止法、平成16年6月2日法律第78号)では、生態系、人体、農林水産業に害を与える生物を特定外来生物として指定している。前記特定外来生物は、飼養、栽培、保管、運搬、輸入等について規制されており、必要に応じて国や自治体が野外等の外来生物の防除を行うことが定められている。本願発明の前記廃棄物の処理方法は、前記特定外来生物にも好適に利用可能である。
前記特定外来生物としては、例えば、ヤマヒタチオビ、カワヒバリガイ属、カワホトトギスガイ、クワッガガイ等の貝類;モクズガニ属(モクズガニを除く)、アスタクス属、ウチダザリガニ(シグナルクレイフィッシュ)、ラスティークレイフィッシュ、ケラクス属等の甲殻類;ニューギニアヤリガタリクウズムシ等の扁形動物などが挙げられる。
また、要注意外来生物としては、例えば、ムラサキイガイ、ミドリイガイ、カラムシロ、コウロエンカワヒバリガイ、イガイダマシ、タイワンシジミ種群、シナハマグリ、アフリカマイマイ、スクミリンゴガイ等の貝類;アメリカザリガニ、チチュウカイミドリガニ、ヨーロッパミドリガニ、タテジマフジツボ等の甲殻類などが挙げられる。
前記外来生物の他に、イモガイ、ヒョウモンダコ、キンシバイ等の有毒貝類;スベスベマンジュウガニ等の有毒甲殻類などの有毒生物の処理、特に該有毒生物が大量発生した際の駆除等の処理にも、前記廃棄物の処理方法を適用することができる。
前記廃棄物は、採取後そのまま使用してもよく、加熱処理、物理的破砕処理などの前処理を適宜行ってもよい。
前記廃棄物がクラゲ類である場合、個体全体をそのまま使用してもよいが、その種類によっては適宜物理的破砕処理することが、処理時間が短く、処理効率が向上する点で好ましい。前記クラゲ類に物理的破砕処理を施す場合、その大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20cm角以下が好ましく、10cm角以下がより好ましく、3cm角以下が特に好ましい。
また、前記廃棄物は、例えば、採取後に凍結したものを再融解して用いてもよく、水分を除去した状態で用いてもよく、水分を含んだ状態で用いてもよい。
前記水分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、精製水、水道水、海水などが挙げられる。
前記廃棄物の処理方法は、塩分を含む海水中であっても前記廃棄物をそのまま処理することができ、広大な場所を要することなく、簡便に処理できる点で有利である。
<<血栓溶解酵素>>
前記分解工程において、前記血栓溶解酵素は、その他の酵素と併用されてもよい。
前記その他の酵素としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
本発明の分解工程に用いられる酵素は、前記104−1−3−1株により産生された血栓溶解酵素であるが、公知の血栓溶解酵素を併用してもよい。
前記血栓溶解酵素の状態としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記バチルス属微生物を含む培養液、前記バチルス属微生物の菌体を除去した培養上清、後述するその他の工程で処理したものなどが挙げられる。
また、前記血栓溶解酵素を産生するバチルス属微生物は、担体に固定された状態で分解工程に用いられてもよい。
前記担体としては、特に制限はなく、目的等に応じて適宜、その形状、構造、大きさ、材質等について選択することができる。
前記担体の形状としては、例えば、球状、粒状、塊状(ペレット状)、シート状、柱状、網状、カプセル状などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記担体の構造としては、1種単独の部材で形成されていてもよいし、2以上の部材で形成されていてもよく、また、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
また、前記担体の微細構造としては、例えば、前記バチルス属微生物が前記廃棄物と接触可能な構造であれば特に制限はないが、例えば、多孔質構造、網状構造などが好ましい。前記担体がこれらの構造を有すると、該担体に固定化された前記バチルス属微生物と、前記廃棄物との接触面積を大きくすることができるため、前記廃棄物の分解処理効率に優れる点で有利である。
前記担体の大きさとしては、該担体を収容する容器等の大きさ等に応じて適宜選択することができる。前記担体の大きさとしては、均一(一定)であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
前記担体の材質としては、例えば、多糖類、タンパク質、合成高分子、無機物などが好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多糖類としては、例えば、セルロース、デキストラン、アガロース、アルギン酸ナトリウム、寒天、カラギーナンなどが挙げられ、これらの中でも、前記バチルス属微生物を高濃度に保持可能であるとともに廃液中の成分の透過性に優れ、造粒操作が容易であり、毒性が少なく、処理や処分が容易であるという点で、寒天が好ましい。
前記タンパク質としては、例えば、不活性化されたものが好ましく、その中でも、ゼラチン、アルブミン、コラーゲンなどが挙げられる。
前記合成高分子としては、例えば、アクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルクロリド、ポリスチレン、ポリウレタン、光硬化性樹脂などが挙げられる。
前記無機物としては、例えば、シリカゲル、活性炭、砂、ゼオライト、多孔性ガラス、アンスラサイト、ゼオライト、発泡煉石、溶融スラグなどが挙げられ、これらの中でも多孔質材であるシリカゲル、活性炭が好ましい。
前記担体に前記バチルス属微生物を固定化する方法としては、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができ、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、付着法(担体結合法)、架橋法、包括法などが好適に挙げられる。これらは、1種単独で採用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記付着法(担体結合法)は、水に不溶性の前記担体の表面に前記バチルス属微生物を固定化させる方法である。前記架橋法は、2個以上の官能基を持つ試薬と架橋させる方法である。前記包括法は、前記バチルス属微生物をゲルの格子内に包み込むか(格子型)又はポリマーの皮膜によって被覆する方法(マイクロカプセル)である。
なお、前記担体に前記バチルス属微生物を固定化する際の該バチルス属微生物の固定位置としては、特に制限はなく、目的等に応じて適宜選択することができるが、前記バチルス属微生物は好気性であるため、前記担体の表面近傍に固定化されているのが好ましい。
前記固定化担体として、寒天を用いたゲル状の担体を製造する場合について、以下に説明する。
前記寒天は、例えば、固定化した前記バチルス属微生物の漏出や、内部への侵入が少なく、耐久性に優れ、寿命が長く、安定性が高い濃度である3質量%で担体の造粒を行なうのが好ましい。
前記寒天を3質量%になるように水を混合し、60℃以上で撹拌しながら寒天を溶解する。その後、熱耐性のない前記バチルス属微生物群を安定に固定化するために、固化しない範囲で可能な限り低温(例えば55℃以下)で前記バチルス属微生物と混合することが好ましい。
前記バチルス属微生物は、例えば、遠心分離などの操作によって集菌されたものを用いることができる。
前記バチルス属微生物を混合した前記寒天を、室温まで冷却させ固化させた後、成型容器に入れ所望の形状に切断することにより、前記バチルス属微生物固定化担体が得られる。
前記バチルス属微生物を固定した担体(以下、「バチルス属微生物固定化担体」と称することがある。)は、前記廃棄物と接触させる際に容器中に収容されているのが好ましい。前記担体が前記容器に収容されていることにより、前記担体と前記廃棄物との接触を効率よく、かつ制御しつつ行うことができる等の点で好ましい。
前記容器としては、特に制限はなく、その形状、構造、大きさ、材質等について目的に応じて適宜選択することができる。
前記容器の形状としては、例えば、円筒状などが好適に挙げられる。
また、前記容器の材質としては、耐塩性材料で形成されているのが好ましく、ガラス、樹脂、ステンレスなどで形成されているのがより好ましく、これらの中でも、該容器の内部を視認可能であるものが好ましい。
前記容器内における前記バチルス属微生物固定化担体の充填率としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、100%であってもよく、100%未満であってもよい。
また、前記容器は、廃棄物の負荷に応じて、複数を並列又は直列に接続しても良い。
<<分解方法>>
前記廃棄物は、前記血栓溶解酵素と接触させることにより分解することができる。
前記血清溶解酵素として、前記バチルス属微生物を含む培養液をそのまま用いる場合は、前記分解工程は、前記バチルス属微生物と、前記廃棄物と、好ましくは前記バチルス属微生物の培養に適した培地とを混合した混合液中で、前記バチルス属微生物から前記血栓溶解酵素を産生させるのと同時に、前記廃棄物を分解してもよい。この方法によれば、操作が簡便であり、短時間で前記廃棄物を処理できる点で好ましい。
また、前記分解工程は、装置を用いて行なわれてもよい。前記装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、特開2005−262105公報に記載の湿式処理装置などが挙げられる。
前記分解工程における前記廃棄物の使用量としては、特に制限はなく、前記血栓溶解酵素の精製度、血栓溶解酵素の力価などに応じて適宜選択することができる。
前記分解工程における前記血栓溶解酵素の使用量としては、特に制限はなく、前記血栓溶解酵素の精製度や、酵素力価などに応じて適宜選択することができるが、前記廃棄物の体積に対して、0.1体積%以上が好ましく、1体積%以上がより好ましく、1体積%〜2体積%が更に好ましい。前記血栓溶解酵素の使用量が、0.1体積%未満であると、前記廃棄物の処理に時間がかかることや、分解効率が悪くなることがある。前記血栓溶解酵素の使用量が、2体積%を超えると、それ以上処理効率が高まらないことがあり、コスト的に不利であるが、分解処理上は上限に臨界的な意義はない。
前記血栓溶解酵素は、前記分解処理時に、必要に応じて、前記廃棄物の分解に必要な量を適宜追加し、処理液中の酵素濃度を一定にすることが好ましい。
前記分解処理時の処理液中の水分量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、25体積%以上が好ましく、50体積%〜70体積%がより好ましい。前記水分量が、25体積%未満であると、廃棄物と該酵素が十分に接触せず、酵素による分解反応が進行しないことがあり、70体積%を超えると、酵素が希釈され、分解反応速度が遅くなることがある。
前記分解処理時の温度としては、前記廃棄物を分解できる温度であれば、特に制限はなく、前記血栓溶解酵素の種類や、前記廃棄物の量などに応じて適宜選択することができるが、20℃〜70℃が好ましく、30℃〜60℃がより好ましく、40℃〜53℃が特に好ましい。前記温度が、20℃未満であると、処理時間がかかることや、分解効率が悪くなることがあり、70℃を超えると、前記血栓溶解酵素が失活して前記廃棄物を分解できなくなることがある。
なお、前記廃棄物が易分解性であり、短時間の反応で分解できる場合、前記温度は、前記血栓溶解酵素の初期酵素活性が高い点で、45℃〜70℃が好ましく、50℃〜60℃がより好ましい。
一方、前記廃棄物が難分解性であり、長時間の反応を要する場合、前記温度は、前記血栓溶解酵素が安定である点で、30℃〜50℃が好ましく、40℃〜47℃がより好ましい。
前記分解処理時のpHとしては、特に制限はなく、前記血栓溶解酵素の種類などに応じて適宜選択することができるが、6〜12が好ましく、6〜9がより好ましい。前記pHが、6未満又は12を超えると、前記血栓溶解酵素が失活して前記廃棄物を分解効率できなくなることがある。
前記分解処理の時間としては、特に制限はなく、前記血栓溶解酵素の種類や量、前記廃棄物の種類や量などに応じて適宜選択することができるが、5分間以上が好ましく、10分間以上が好ましい。また、前記反応時間の上限としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、2時間以下が好ましい。前記廃棄物は、その種類にもよるが、2時間以下で完全に分解されることが多いため、2時間を超えて反応させても効率が悪くなることがある。
前記分解工程において、前記廃棄物は、その種類によっては液体となるため、容易に除去することができる点で有利である。
<その他の工程>
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、精製工程、発酵物調製工程、乾燥工程などが挙げられる。
<<精製工程>>
前記精製工程は、前記血栓溶解酵素を精製する工程である。
前記血栓溶解酵素を精製する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記血栓溶解酵素を含有するバチルス属微生物の培養上清などを、疎水性相互作用クロマトグラフィーで分画した後、ゲル濾過クロマトグラフィーで脱塩を行い、密度勾配等電点電気泳動で精製する方法などが挙げられる。
<<発酵物調製工程>>
前記発酵物調製工程は、前記血栓溶解酵素を産生するバチルス属微生物と、タンパク質性原料とを混合し、該タンパク質性原料を発酵させた発酵物を得る工程である。前記分解工程において、前記血清溶解酵素は、該発酵物から分離したものを用いてもよい。
前記発酵物を調製する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、タンパク質性原料と、前記バチルス属微生物とを混合し、公知の方法で発酵させる方法などが挙げられる。
前記タンパク質性原料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、大豆、小豆、インゲン豆、エンドウ豆、空豆、ウズラ豆、金時豆、落花生等の植物性原料;獣肉、魚肉、鳥肉等の動物性原料などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記発酵の温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10℃〜50℃が好ましく、27℃〜40℃がより好ましい。
前記発酵の時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20時間〜72時間が好ましく、48時間〜72時間がより好ましい。
前記発酵物を分離する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、塩析や各種クロマトグラフィーによって分離する方法などが挙げられる。
<<乾燥工程>>
前記乾燥工程は、前記血栓溶解酵素を乾燥させる工程である。これにより、前記分解工程に用いる血栓溶解酵素を長期間保存することができ、使用時に適当量を適宜使用しやすい点で好ましい。
前記乾燥する方法としては、特に制限はなく、公知の手法により行うことができ、例えば、凍結乾燥、通風乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥など通常の方法が利用できる。
また、前記血栓溶解酵素は、凍結乾燥後、目的に応じた溶媒に再融解させたものであってもよい。前記血栓溶解酵素は、凍結乾燥後においても、その酵素活性は安定であり、保存安定性が高い点で有利である。
ここで、乾燥させた血栓溶解酵素としては、例えば、前記バチルス属微生物を含む培養液、前記バチルス属微生物の培養上清、前記精製工程で精製した血栓溶解酵素、前記発酵物調製工程で分離したものなどを乾燥させたものなどが挙げられる。
以下に、本発明の廃棄物の処理方法の一態様として、装置を用いて行う態様について、図面を用いて説明するが、本発明の廃棄物の処理方法はこれに限られるものではない。また、以下の説明において、廃棄物がクラゲの場合を例に挙げて説明するが、下記装置を用いた方法は、廃棄物であればよく、クラゲに限られるものではない。
図22は、前記廃棄物の処理方法に用いられる装置(湿式処理装置)の一例を示す概略説明図である。該装置はサイフォンを利用した装置であり、(1)分解槽の中に攪拌装置を必要としない、(2)ポンプが1台で運転が可能なのでランニングコストを抑え、保守管理を容易にすることができる、(3)分解槽から分解液が溢れることがない、(4)分解の様子が容易に観察できる、(5)装置を簡単に大型化できる、及び(6)連続的に分解できる、などの特長を有する。
図22に示す装置において、循環・加温槽50内に予め収容させておいた前記バチルス属微生物から産生された血栓溶解酵素を含む処理液(以下、「クラゲ分解用組成物」と表す)を、前記配管における仕切弁140を「開」にし、仕切弁60、仕切弁70、仕切弁110及び仕切弁130を「閉」にしておき、前記配管に設けた送液ポンプ40を駆動させて汲み上げて、分解槽10内に移送させる。すると、前記クラゲ分解用組成物は、前記液状物流入口から分解槽10内に流入し、仕切槽20内に収容されたクラゲに接触し、該クラゲが該クラゲ分解用組成物によって接触処理される。このとき、このとき、前記クラゲは、分解槽10の下部から内部に流入するクラゲ分解用組成物により、上方に押し上げられるようにして接触処理される。即ち、前記クラゲは、重力方向に落下しようとするのに対し、前記クラゲ分解用組成物は、この落下しようとするクラゲを押し上げるようにして接触する。このため、前記クラゲに付加される重力と、前記クラゲ分解用組成物の流圧との相乗効果により、前記接触処理が効果的に行われ、前記クラゲが効率よく分解される。
分解槽10内に流入する前記クラゲ分解用組成物の一部は、分解槽10の下部に設けられた前記液状物流出口からサイフォン管30内に流出する。そして、分解槽10内に流入する前記クラゲ分解用組成物の液量の増量(水位の上昇)と共に、分解槽10における前記液状物流出口に接続され、該液状物流出口付近から上方に向けて延設され、分解槽10の上部付近で下方に向けて湾曲するサイフォン管30内において前記クラゲ分解用組成物の液量も同様の速度で増量(水位が上昇)する。そして、サイフォン管30内において前記クラゲ分解用組成物の液量(水位)がサイフォン管30の湾曲部に達すると、サイフォンの原理により、分解槽10内の前記クラゲ分解用組成物が、前記液状物流出口からサイフォン管30を通して外部に連続的に移送され、サイフォン管30の先端170から循環・加温槽50内に連続的に移送される。このとき、仕切槽20内においては、前記クラ分解用組成物の減量と共に前記クラゲが自重で落下していき、該クラゲ分解用組成物が総て外部に移送された際には、仕切槽20の底面に衝突し、その際の衝撃等により破損等し小片化する。
循環・加温槽50内に移送された前記クラゲ分解用組成物は、前記配管に設けた送液ポンプ40を駆動させることにより、再度汲み上げられて、分解槽10内に再度移送される。これにより、分解槽10内において2回目の接触処理が行われる。このとき、前記配管における仕切弁140は「開」にし、仕切弁60、仕切弁70、仕切弁110及び仕切弁130は「閉」にしておく。なお、前記配管に設けた送液ポンプ40を連続的に駆動させておくと、分解槽10内に再移送、分解槽10内での再接触処理を連続的に繰り返すことができる。この接触処理を複数回行うことにより、仕切槽20内に収容されたクラゲが完全に分解され、前記クラゲ分解用組成物中に溶解する。
また、循環・加温槽50内では、必要に応じて、サイフォン管30により移送された前記クラゲ分解用組成物を加温管80内を通過させ、循環させることによって加温乃至反応させることができる。即ち、加温管80内を通過し、循環・加温槽50内を循環することにより、前記クラゲ分解用組成物は、均一に混合され、また、ヒーター90によって該クラゲ分解用組成物中に含まれる前記血栓溶解酵素の至適温度に加温されることにより(前記クラゲ分解用組成物の温度が、そこに含まれる酵素の至適温度に既に達している場合には、ヒーター90を作動させる必要はない)、該クラゲ分解用組成物中に含まれる未分解のクラゲ細片等(クラゲタンパク質)の完全かつ効率的な分解が進み、前記クラゲタンパク質が均一に溶解した溶液としての前記クラゲ分解用組成物が調製される。なお、循環・加温槽50内の前記クラゲ分解用組成物を、加温管80内を通過させて循環・加温槽50内で循環させるには、前記配管における仕切弁70を「開」にし、仕切弁60、仕切弁130及び仕切弁140を「閉」にしておき、前記配管に設けた送液ポンプ40を駆動させることにより行うことができる。また、このとき、循環・加温槽50内の前記クラゲ分解用組成物の全部を、加温管80内を通過させて循環・加温槽50内で循環させてもよいし、循環・加温槽50内の前記クラゲ分解用組成物の一部を、加温管80内を通過させて循環・加温槽50内で循環させ、残りの一部を分解槽10内に移送させてもよい。
<使用>
前記廃棄物の処理方法は、前記廃棄物を、広大な場所を要することなく、簡便で迅速に、かつ完全に処理でき、該処理のための多大な熱エネルギーや電気エネルギーを要することがなく、安価に該廃棄物を減容化できると同時に、処理時の腐敗臭の発生を抑制でき、更に処理後の廃棄物の安全性が高いことから、種々のタンパク質を含む廃棄物の処理に好適に利用可能であり、特に発電所などの臨海産業、漁業分野等で混獲された海産廃棄物の処理、淡水系生物の廃棄物等の水産廃棄物の処理に好適に利用可能である。
前記血栓溶解酵素により減容化された廃棄物は、例えば、排水処理等の公知の処理方法により海洋、河川などにに排出できるレベルにまで処理される。
以下に本発明の実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
(試験例1:プロテアーゼ産生能を有する微生物の選抜)
神奈川県三浦市沖の海洋底泥から、土壌試料を採取し、該土壌試料中の微生物から希釈液列を作製し、該希釈液からプロテアーゼ産生能を有する微生物を選抜した。なお、海底汚泥は、バクテリアコアーサンプラー(株式会社離合社製)を用いて採取した。
採取した前記土壌試料各1gを、滅菌生理的食塩水9mLにそれぞれ添加し、懸濁後、室温で約1時間放置した。次に、固形物が沈澱した上記土壌懸濁生理的食塩水の上清を分取し、新たな前記滅菌生理的食塩水9mLに添加した。これを繰り返して希釈液列を調製した。
調製した希釈液列をそれぞれ100μL用い、下記タンパク質含有寒天培地に塗抹し、30℃にて3日間、静置培養することにより微生物を育成した。前記微生物がプロテアーゼを産生する場合に、該微生物が生育した周囲はタンパク質が溶解し透明な消化円を与える。これにより、該微生物がプロテアーゼ産生能を有すると判断された微生物コロニーを釣菌した。
−タンパク質含有寒天培地の組成(pH8.0)−
[1.5質量%寒天溶液(下層)]
・ディフコ マリンアガー 5.51質量%
[0.8質量%寒天と1.5質量%スキムミルク溶液(上層)]
・ディフコ マリンアガー 0.8質量%
・スキムミルク 1.5質量%
前記集積培養により選抜され、プロテアーゼ活性が高かった神奈川県海洋底泥土壌由来の微生物1種を、104−1−3−1株とし、以下の試験に用いた。104−1−3−1株の光学顕微鏡写真を図1に示す。
(試験例2:微生物の同定)
<16S rDNA−Full解析及び分子系統解析>
104−1−3−1株を培地(Nutrient agar、英国ハンプシャー州、Oxoid製)にて、30℃で24時間、好気培養した。
培養した104−1−3−1株らDNA抽出キット(InstaGene Matrix、BIO RAD社製)を用いてDANを抽出し、Prime STAR HS DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製)を用いてPCRを行った。次いで、PCR産物を鋳型とし、プライマーとして、9F、339F、785F、1099F、536R、802R、1242R、及び1510R(BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit、Applied Biosystems社製)を用いて、シークエンス(ABI PRISM 3100 Genetic Analyzer System、Applied Biosystems社製)を行った。
解析は、解析ソフトウェア(Auto Assembler、Applied Biosystems社製、及び、DNASIS Pro、日立ソフトウェアエンジニアリング株式会社製)を用いて行った。
また、相同性検索を、細菌基準株データベース(テクノスルガ・ラボ)及び国際塩基配列データベース(GenBank/DDBJ/EMBL)を用いて行った。
BLASTを用いた細菌基準株データベースに対する相同性検索の結果、下記表1に示すように104−1−3−1株の16SrDNA塩基配列は、Bacillus由来の16S rDNAに対し高い相同性を示し、中でもBacillus subtilis IAM12118株の16S rDNAに対し最も高い相同性を示した(相同率99%)。
また国際塩基配列データベースに対する相同性検索の結果においても、下記表2に示すように104−1−3−1株の16S rDNA塩基配列は、Bacillus subtilis由来の16S rDNAに対し高い相同性を示した。
104−1−3−1株は、下記表3に示すBacillus subtilisの亜種であり、これらとクラスターを形成し非常に近縁なBacillus subtilis subsp. spizizeniiを含めた8種1亜種と比較的近縁な2種(アウトグループ)の基準株由来の16S rDNAを取得し分子系統解析を行った。ここで、株名の末尾のTは、その種の基準株(Type strain)であることを示す。
更に、表3に示す基準株の塩基配列を用いてCLUSTAL W(J.D.Thompson et al., 1994, Nucleic Acids Research, 22, pp.4673−4680)にてアライメントを作成し、MEGA ver3.1(S.Kumar, K. 2004, Briefings in Bioinformatics, 5, pp.150−163)の系統樹作成ソフトを用いて図2に示す系統樹を作成した。系統樹の推定には近隣結合法(N.Saitou and M.Nei, 1987, Molecular Biology and Evolution, 4, pp.406−425)を用い、図2の各枝に示す数値で表される各系統枝の信頼度はブートストラップ法(J.Felsenstein, 1985, Evolution, 39, 783−791)により評価した。
その結果、図2に示すように、104−1−3−1株の16S rDNAはBacillus subtilisの16S rDNAと系統枝を形成し、Bacillus subtilisに属することが推定された。
<形態観察及び生理・生化学的性状試験>
104−1−3−1株を培地(ニュートリエントアガー、ベクトンデッキンソン社製)にて30℃で24時間培養した。
培養した104−1−3−1株をグラム染色(フェイバーG、日水製薬株式会社製)し、光学顕微鏡(BX50F4、オリンパス株式会社製)で形態観察及びグラム染色観察を行った。
また、カタラーゼ反応、オキシダーゼ反応、ブドウ糖からの酸/ガス産生、ブドウ糖の酸化/発酵(O/F)等の生理・生化学試験を、API50CH(bioMerieux製)を用いて行った。
形態観察及び生理・生化学的性状試験の結果を下記表4〜6に示す。表4〜6において、「+」は陽性、「−」は陰性であることを示す。
下記表4に示すように、104−1−3−1株は好気条件下で生育するグラム陽性桿菌で、細胞は連鎖を示し、芽胞を形成した。芽胞による菌体の膨張は認められなかった。カタラーゼ反応は陽性、オキシダーゼ反応は陰性を示した。
また、下記表5〜6に示すようにAPI試験では、L−アラビノース、リボース、及びグルコース等を酸化し、エリスリトール、D−アラビノース及びL−キシロース等を酸化しなかった。更に、下記表4に示すように、嫌気条件下では生育せず、50℃及び10%NaCl含有培地で生育した。カゼインを加水分解し、でんぷんを加水分解しなかった。
これらの性状は、16S rDNA解析及び分子系統解析で104−1−3−1株が帰属を推定されたBacillus subtilisに類似する点が認められたが、アルブチン、サリシン、セロビオース、でんぷん、及びグリコーゲンを酸化しないことで、Bacillus subtilisの典型性状と相違した。以上のことから、104−1−3−1株は、Bacillus sp.の中の新たな株であることが推定された。
なお、104−1−3−1株は、独立行政法人製品評価技術基盤機構(日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2丁目5番8号(郵便番号292−0818))に、2008年11月21日に受託番号:NITE P−680として受託されている。
(試験例3:104−1−3−1株の培養温度のプロテアーゼ活性に対する影響)
104−1−3−1株を2.5質量%大豆脱脂成分(製品名:トーストソーヤ、日清オイリオ株式会社製)、6.0質量%スクロース(和光純薬工業株式会社製)、0.1質量%リン酸水素カリウム(和光純薬工業株式会社製)、及び0.2%炭酸カルシウム(和光純薬工業株式会社製)を含むpH6.2の液体培地に添加し、27℃、30℃、35℃、及び40℃でそれぞれ振盪培養した。培養開始から、0時間、24時間、41時間、及び65時間経過後に104−1−3−1株の菌体を遠心分離して除去し、菌体外に産生されたプロテアーゼ含有培養上清のプロテアーゼ活性を、C.E.McDonald and Lora L.Chen, “The Lowry Modification of the Folin Reagent for Determination of Proteinase Activity”, Analytical Biochemistry, (1965), 10, 175−177.に記載の方法を改変した方法、即ち、下記の方法により定量した。
試験管(18mm×180mm)に2質量%ミルクカゼイン溶液5mLを採り、40℃の恒温槽中で3分間保温した。次に2質量%ミルクカゼイン溶液が40℃になったところで、前記104−1−3−1株の培養上清をそれぞれ1mL添加した。これを40℃で10分間反応後、タンパク質沈澱剤(酢酸19.5mL、酢酸ナトリウム(無水)(和光純薬工業株式会社製)18g、及びトリクロロ酢酸(和光純薬工業株式会社製)18gをそれぞれ300mLの蒸留水に溶解後、混合して全量を1,000mLとした。)5mLを入れて反応を停止させた。反応停止後、反応液をそのまま30分間、恒温槽中で40℃に保持した後、濾紙No.2(アドバンテック株式会社製)にて自然濾過をした。次に、この濾液2mLを別の試験管に採り、ここへ0.5M炭酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)溶液5mLを添加し、3倍希釈のフォーリン試薬(製品名:フェノール試液、ナカライテスク株式会社製)1mLを添加して混合した。混合後、40℃で30分間恒温槽中にて保温した。30分間経過後、直ちに分光光度計を用い660nmの波長で吸光値を測定し、この値をTとした。
また、盲検値(ブランク)は、前記104−1−3−1株の培養上清のプロテアーゼ活性測定において、前記104−1−3−1株の培養上清を添加せず、40℃に保温した2質量%ミルクカゼイン溶液5mLに前記タンパク質沈澱剤5mLを添加して充分に混合した後、前記液体培地(pH6.2)を1mL添加したこと以外は、前記104−1−3−1株の培養上清のプロテアーゼ活性測定と同様の操作を行い、吸光値を測定した。この盲検値をBとした。
前記104−1−3−1株の培養上清の吸光値(T)と盲検値(B)とから、下記式1によりプロテアーゼ活性を算出した。このように算出される活性の単位を「FLV」とする(C.E.McDonald and Lora L.Chen, “The Lowry Modification of the Folin Reagent for Determination of Proteinase Activity”, Analytical Biochemistry, (1965), 10, 175−177.参照)。
プロテアーゼ活性(FLV)=[(T−B)×66.7+2]×培養上清希釈倍率 ・・・(式1)
結果を図3に示す。なお、それぞれの温度での104−1−3−1株由来プロテアーゼ活性の測定は3回行い、グラフ中のプロットは、平均値±標準偏差を示す。
図3の結果から、104−1−3−1株は30℃で培養したときに、最もプロテアーゼが多く産生され、したがって、最も高いプロテアーゼ活性を示すことが観察された。また、培養時間が長いほど高いプロテアーゼ活性が認められた。
(試験例4:プロテアーゼの至適温度の検討)
104−1−3−1株を試験例3と同じ液体培地(pH6.2)に添加し、30℃で72時間培養後、菌体を遠心分離して、プロテアーゼ含有培養上清を得た。この104−1−3−1株の培養上清を、40℃、43℃、47℃、50℃、及び53℃で、0時間、1時間、2時間、及び3時間それぞれ加熱し、急冷した。
試験例3において、104−1−3−1株の培養上清を、試験例3で調製したものに代えて、試験例4で調製した各培養上清を用い、ミルクカゼインと培養上清との反応温度を40℃に変えて、前記培養上清の加熱温度に対応した温度(40℃、43℃、47℃、50℃、及び53℃)にしたこと以外は、実施例2と同様の方法でプロテアーゼ活性を測定した。
結果を図4に示す。図4の結果から、40℃〜53℃の温度範囲でそれぞれの温度での保温時間が0時間の場合、加熱温度が高いほどプロテアーゼ活性が高く、例えば、40℃で加熱した場合のプロテアーゼ活性は、53℃で加熱した場合のプロテアーゼ活性の約半分の活性だった。また、プロテアーゼの加熱温度が高いほど3時間後の酵素活性低下の減少が速いことがわかった。
(試験例5:pH安定性の検討)
104−1−3−1株を試験例3と同じ液体培地(pH6.2)に添加し、30℃で72時間培養後、菌体を遠心分離して、プロテアーゼ含有培養上清を得た。この前記104−1−3−1株の培養上清に、等量の緩衝液を混合してpHを3、4、5、6、7、8、9、10、11、及び12にそれぞれ調整(pH3〜6は、50mM クエン酸−リン酸緩衝液、pH7〜9は、50mM トリス塩酸緩衝液、pH10〜12は、50mM グリシン−水酸化ナトリウム緩衝液で調整)した後、10℃で24時間保温した後、溶液のpHを7に調整した。
試験例3において、104−1−3−1株の培養上清を、試験例3で調製したものに代えて、試験例5で調製した各培養上清を用いたこと以外は、実施例2と同様の方法でプロテアーゼ活性を測定した。
結果を図5に示す。図5の結果から、104−1−3−1株由来プロテアーゼは、pH7で最も安定であることがわかった。強酸側では極端に活性が低下したが、強アルカリ側ではpH7の15%ほど活性が残存していた。
(試験例6:プロテアーゼの凍結乾燥安定性)
104−1−3−1株を試験例3と同じ液体培地(pH6.2)に添加し、30℃で72時間培養後、菌体を遠心分離して、プロテアーゼ含有培養上清を得た。この104−1−3−1株の培養上清8Lを用い、バーチス社製の凍結乾燥機を用いて凍結乾燥した。凍結乾燥粉末を粉砕後、0.1mgの粉末を5mLのリン酸緩衝液(50mM、pH7)に溶解して一昼夜4℃で保存した。この粉末溶解液のプロテアーゼ活性を、試験例3と同様の方法で測定し、凍結乾燥前のプロテアーゼ活性と比較した。プロテアーゼ活性は、培養上清10Lあたりの活性として換算した。
結果を図6に示す。図6の結果から、104−1−3−1株由来プロテアーゼは、凍結乾燥後でもほとんど活性が低下せず、溶液の態様より体積が少ない粉末の態様で、該プロテアーゼを保存できることがわかった。
(試験例7:104−1−3−1株由来プロテアーゼの繊維素(血栓)溶解活性の検討) 試験例6において、凍結乾燥前に、プロテアーゼの含有培養上清をリン酸カリウム緩衝液(50mM、pH7)で透析後、試験例6と同様の方法で凍結乾燥し、得られた粉末を粉砕した粗精製プロテアーゼ0.1mgを、リン酸緩衝液(50mM、pH7)5mLに溶解したものを用いて、難分解性タンパク質である繊維素(フィブリン)を基質として溶解活性について検討した。
また、セリン血栓溶解酵素であるサチライシンA(EC3.4.21.14、エムピーバイオメディカル社製(USA))、セリン血栓溶解酵素であるトリプシン(EC3.4.21.4、和光純薬工業株式会社製)、システイン血栓溶解酵素であるフィチン(EC3.4.22.3、エムピーバイオメディカル社製(USA))、及びメタロ血栓溶解酵素であるV型コラゲナーゼ(EC3.4.24.3、和光純薬工業株式会社製)を用いた。なお、これらの血栓溶解酵素無添加を対照区として用いた。
<酵素溶液の調製>
前記粗精製プロテアーゼ溶液の酵素活性(FLV)を試験例3と同様の方法を測定したところ、酵素活性(FLV)は111であった。
前記粗精製プロテアーゼ溶液の酵素活性(FLV=111)と、前記各種プロテアーゼの酵素活性とが同一の条件となるようにするため、カゼインに対する各種プロテアーゼの酵素活性を比較検討した。
試験例3において、プロテアーゼとして前記各種プロテアーゼを下記に示す濃度で用い、試験例3と同様の方法で、酵素活性の測定及び評価を行った。下記に示すように、各種プロテアーゼの段階希釈液を調製し、それぞれのプロテアーゼ濃度における酵素活性の検量線を作成した。これによりそれぞれの濃度におけるカゼインを基質とした酵素活性を測定した検量線から、任意の酵素活性を示すときの各種プロテアーゼ濃度が計算によって求められる。検量線を図7A〜Dに示す。
[酵素の種類及び濃度]
・サチライシンA:0.005mg/mL、0.01mg/mL、0.015mg/mL、0.02mg/mL、0.025mg/mL、0.03mg/mL
・トリプシン:0.1mg/mL、0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1.0mg/mL
・V型コラゲナーゼ:0.1mg/mL、0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1.0mg/mL
・フィチン:0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.6mg/mL、0.8mg/mL、1.0mg/mL、1.2mg/mL
<フィブリン含有固形培地の調製>
フィブリン含有固形培地は下記組成に従い、以下の方法で調製した。下層を9cmプレートに分注し、固化した。次いで、10ユニットのトロンビン(伊藤ライフサイエンス株式会社製)、0.02M塩化カルシウム、0.05Mホウ砂緩衝液(pH8.5)1mLを前記プレートに分注し、更に溶解したアガロース溶液、及びフィブリノゲン溶液を同時に分注して、前記固形培地を調製した。
−フィブリン含有固形培地の組成−
[1.5質量%寒天(下層)]
・ディフコ 寒天(ディフコ社製) 1.5質量%
[2質量%アガロース、及び0.6質量%フィブリン(上層)]
・アガロース(蒸留水に溶解) 2.0質量%
・フィブリノゲン(0.05Mホウ砂緩衝液(pH8.5)に溶解、伊藤ライフサイエンス株式会社製) 0.6質量%
<繊維素溶解活性の測定>
前記フィブリン含有固形培地の上層の上に直径8mm(8mm厚、ペーパーディスク抗生物質検定用、東洋濾紙株式会社製)を置き、プロテアーゼ活性(FLV)が111となるように調製した各種プロテアーゼ液80μLを浸含させ、37℃で一昼夜静置後、消化円(繊維素の溶解円)直径を測定した。
結果を図8に示す。これらの結果、104−1−3−1株由来プロテアーゼ(図8の「N」)は、明確な消化円が観察され、血栓溶解活性を有する血栓溶解酵素であることが確認された。
なお、対象区のトリプシン(図8の「T」)では消化円が観察されたが、サチライシンA(図8の「S」)、V型コラゲナーゼ(図8の「C」)、フィチン(図8の「F」)では、全く消化円は認められなかった。
したがって、104−1−3−1株由来の血栓溶解酵素は、フィブリンのような難分解性タンパク質の分解において固有の基質分解性を有することがわかった。
(試験例8:血栓溶解酵素の精製)
前記104−1−3−1株の培養上清中の血栓溶解酵素は、以下の方法により精製した。最初に、104−1−3−1株を試験例3と同じ液体培地(pH6.2)に添加し、30℃で72時間培養後、菌体を遠心分離して、血栓溶解酵素含有培養上清を得た。この104−1−3−1株の培養上清から血栓溶解酵素含有画分を疎水性相互作用クロマトグラフィーで分画し、次にゲル濾過クロマトグラフィーで脱塩を行った。脱塩した血栓溶解酵素含有画分は密度勾配等電点電気泳動で精製した。
<疎水性相互作用クロマトグラフィーによる分画>
疎水性相互作用クロマトグラフィーは、以下の条件下で行った。
カラム:プレパックカラム(Hi−Trap 16/10 Phenyl FF high、バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社製)
装置:BioLogic DuoFlowシステム(バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社製)
溶媒:A液 30容量% 2−プロパノール+0.05M リン酸緩衝液(pH7) B液 1M 硫酸アンモニウム+0.05M リン酸緩衝液(pH7)
添加量:1mL
流速:2mL/分間
図9に、前記疎水性相互作用クロマトグラフィーのクロマトグラム及び硫酸アンモニウム濃度変化を示す。図9のクロマトグラムにおける全画分を回収した。
試験例3において、試験例3で調製した104−1−3−1株の培養上清に代えて、前記画分を用いたこと以外は、実施例2と同様の方法で血栓溶解酵素活性を測定した。
その結果、図9中矢印で示すピーク画分(画分39〜画分43)において、血栓溶解酵素活性が確認された。
<ゲル濾過クロマトグラフィーによる脱塩>
前記疎水性相互作用クロマトグラフィーで、血栓溶解酵素活性が確認された画分は、PD−10カラム(GEヘルスケア・ジャパン株式会社製)で脱塩し、以下に示す密度勾配等電点電気泳動で精製した。
<密度勾配等電点電気泳動による精製>
両性担体(40%濃度)は、Bio−Lyte(3/10及び7/9)(バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社製)を用い、グリセリン密度勾配等電点電気泳動装置(カラム容量90mL、N−1720型、日本エイドー株式会社製)で血栓溶解酵素活性画分の分画を行った。電圧は600Vに設定し、72時間電気泳動を行った。50質量%ショ糖で密度勾配をかけた。
試験例3において、試験例3で調製した104−1−3−1株の培養上清に代えて、前記密度勾配等電点電気泳動の各画分を用いたこと以外は、実施例2と同様の方法で血栓溶解酵素活性を測定した。また、各画分のpHの測定を行った。
図10に前記密度勾配等電点電気泳動のクロマトグラム及びpH測定の結果を示す。図10に示した、最も血栓溶解酵素活性が高かった画分(画分35)の等電点は8.7であった。これは、104−1−3−1株由来血栓溶解酵素の等電点を示す。
<血栓溶解酵素の分子量の確認>
前記画分(画分35)のタンパク質成分50ngを、ジチオエリトリトールを含むレムリ緩衝液(0.125M Tris−HCl[pH6.8]、10%グリセロール、2%ドデシル硫酸ナトリウム、0.1Mジチオエリトリトール、0.02%ブロモフェノールブルー)13μLに混和して95℃にて3分間処理した後、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)存在下にてSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った。ゲルのアクリルアミド濃度は、濃縮に4質量%、分離に10質量%で行い、それぞれ10mA、25mAの定電流条件下で泳動した。泳動後のポリアクリルアミドゲルは、固定液(40容量%エタノール+10容量%酢酸)で固定した後、Flamingoゲルステイン(バイオ・ラッド ラボラトリーズ株式会社製)により蛍光染色し、Ultravioletトランスイルミネーター(フナコシ株式会社製)を用いてUV励起下にて観察した。
結果を図11に示す。図11より、前記画分(画分35)のタンパク質成分から、単一のバンドが得られた(図11に矢印で示す)。得られた単一バンドの相対分子質量は、標準タンパク質試料(マーカー、Precision Plus Protein Standards、バイオラッド社製)との泳動度を比較することにより約27,000Daと推定された。
(試験例9:血栓溶解酵素の同定)
試験例8における電気泳動後のポリアクリルアミドゲル中の104−1−3−1株由来血栓溶解酵素の単一バンドを切り出し、超純水にて洗浄した。ゲル中の酵素は還元アルキル化処理の後、トリプシンを用いて37℃にて消化し、ペプチド溶液を調製した。
前記調製したペプチド溶液は、下記条件にて逆相クロマトグラフィーにより分離した。
[逆相クロマトグラフィー]
カラム:Magic C18AQ(粒子径3μm、孔径200Å、カラム内径200μm、カラム長さ50mm:ミクローム・バイオリソース社製)
オートサンプラー:CTC−HTS PAL(エーエムアール株式会社製)
ポンプ:Paradigm MS4システム(エーエムアール株式会社製)
溶媒:A液 2容量%アセトニトリル/98容量%超純水(0.1容量%ギ酸を含む) B液 90容量%アセトニトリル/10容量%超純水(0.1容量%ギ酸を含む)
流速:2μL/分間
濃度勾配:95容量%A液+5容量%B液から55容量%A液+45容量%B液の条件で20分間かけて、溶出した。
前記逆相クロマトグラフィーにより分離したペプチドは、ナノスプレーイオン化法によりイオン化し、質量分析計(LTQ−Orbitrap、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)にて個々のペプチド(プリカーサーイオン)のm/zを測定した。更に、ペプチドの内部配列情報を得るために、コリジョンセル内にてペプチドにヘリウムガスを衝突させ、分解生成したプロダクトイオンのm/zを測定した(MS/MS分析)。
図12にクロマトグラムを示す。図12の結果から、液体クロマトグラフィーによりペプチドが良好に分離されたとともに、MS/MS分析が十分に行われたことが確認された。質量分析計により得られた測定値から、2種類のデータベース検索エンジンMascot(マトリックスサイエンス株式会社製)、及びSEQUEST(BioWorksソフトウェア、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製)を用いたMS/MS ion search法により血栓溶解酵素を同定した。
前記データベース検索の結果から、104−1−3−1株由来血栓溶解酵素は、サチライシン(subtilisin)に属する酵素であると同定された。前記質量分析にて検出されたペプチドは、SEQUEST検索では、前駆体サチライシンの全アミノ酸配列の31.8%を占めていた。一方、Mascot検索では、前駆体サチライシンのアミノ酸配列の48%、活性型サチライシンのアミノ酸配列の30%を占めていた。
(試験例10:血栓溶解酵素遺伝子の塩基配列の決定)
前記104−1−3−1株からISOPLANTキット(株式会社ニッポンジーン製)を用いて、ゲノムDNAを抽出した。104−1−3−1株由来血栓溶解酵素の遺伝子を増幅させるため、NCBIのGenBank内に登録されている複数の近縁菌種に由来するサチライシン遺伝子(アクセッション番号:NC_000964、S51909、D00264、M64743)の上下流の塩基配列から、以下のPCRプライマーを設計した。即ち、サチライシン遺伝子の上流にある遺伝子内の20bpにハイブリダイズする下記配列番号:1で表されるプライマー配列と、下流にある遺伝子内の20bpにハイブリダイズする下記配列番号:2で表されるプライマー配列とを増幅用プライマーとした。KOD DNAポリメラーゼ(東洋紡績株式会社製)を用いたPCRの条件としては、94℃で2分間、続いて、94℃で15秒間の変性、52℃で30秒間のアニーリング及び68℃で2分間の伸長を30サイクル行った。期待された大きさのPCR産物(〜1,800bp)を、pGEM−T Easyベクター(プロメガ株式会社製)にクローニングした。
5’−AGCCATCCGTCGATCATGGA−3’ (配列番号:1)
5’−TAAAATTCCCGATATTGGTT−3’ (配列番号:2)
前記pGEM−T Easyベクター内のpUC/M13シークエンシングプライマー(フォワードプライマー及びリバースプライマー)を用いて、前記クローン化した104−1−3−1株由来血栓溶解酵素の遺伝子の塩基配列のシークエンシングを行い、決定した(株式会社バイオマトリックス研究所委託)。決定した塩基配列をアミノ酸配列(配列番号:3)に翻訳し、NCBIのBLASTPを用いてホモロジー検索を行った。
前記ホモロジー検索の結果から、104−1−3−1株由来血栓溶解酵素を構成するアミノ酸配列は、GenBank内に登録されているナットウキナーゼ遺伝子(アクセッション番号:P35835)のアミノ酸配列と100%の同一性を示した。このことから、104−1−3−1株由来血栓溶解酵素はナットウキナーゼと同定された。
前記遺伝子解析の結果、104−1−3−1株由来血栓溶解酵素は、275のアミノ酸から構成され、相対分子質量が27.7であり、バチルス属微生物が産生する細胞外セリン血栓溶解酵素、サチライシンEと99.5%、サチライシンAmylosacchariticusと99.3%の相同性を示す(T. Urano et al., 2001, J.Biol.Chem, 27, 24690−24696参照)。以上の試験例において、同定された104−1−3−1株由来血栓溶解酵素を、ナットウキナーゼと称することがある。
(試験例11:クラゲ類の分解試験)
104−1−3−1株を試験例3と同じ液体培地(pH6.2)に添加し、30℃で72時間培養後、菌体を遠心分離して、ナットウキナーゼ含有培養上清(pH7.2)を得た。この培養上清中のナットウキナーゼの酵素活性を、試験例3と同様の方法で測定したところ、酵素活性(FLV)は6,500であった。
<エチゼンクラゲの分解>
クラゲは、京都府舞鶴市の定置網で捕獲したエチゼンクラゲ(Nemopilema nomurai Kishinouye)個体を使用した。エチゼンクラゲをドライアイスで凍結し輸送後、−20℃で保管した。分解試験時には流水で解凍し、5cm〜10cm角に切断した。
ホットスターラー上にビーカーを設置し、ビーカー内に2Lの前記ナットウキナーゼ含有培養上清を入れ、50℃に加温し、エチゼンクラゲ300gを入れた1mmメッシュ籠をビーカー内に入れ、常時低速(80rpm)で攪拌しながら分解試験を行った。エチゼンクラゲを培養上清中に入れてから、5分間、10分間、30分間、及び60分間後に、それぞれエチゼンクラゲの質量を測定し、下記式2により残渣率を求めた。各時間エチゼンクラゲと培養上清とを反応させたサンプルについて、それぞれ4系統で行い、平均と標準偏差を求めた(以下、「試験区」と称することがある。)。
対照区としては、50℃に加温した水道水を用いた。試験区においてエチゼンクラゲ分解に供した培養上清は淡水であるため、対照区も同様に海水を用いず淡水(水道水)を用いた。なお、エチゼンクラゲ分解試験は、それぞれ同一条件で3回行い、再現性を確認した。
残渣率(%)={(分解前クラゲ質量−分解後クラゲ質量)/分解前クラゲ質量}×100 ・・・(式2)
エチゼンクラゲ分解試験の結果を図13に示す。図13の結果から、ナットウキナーゼ含有培養上清を添加した試験区は、エチゼンクラゲを1時間以内で完全に分解することができた。これに対して対照区では、0分間の残渣率と、60分間の残渣率とを比較すると、分解できた割合は50%程度であった。
また、エチゼンクラゲ個体の皮の部分は分解されにくく、分解試験開始後30分間からは分解されにくい皮状の部分が残存したため、残渣率は低かった。しかし、その他の部分については、開始後約30分以内に完全に分解され、溶解液となった。
以上の結果から、クラゲをナットウキナーゼにより分解することにより、陸揚げされて産業廃棄物となっているクラゲ個体を最小限のエネルギーで短時間に分解できることがわかった。
<ミズクラゲの分解>
−完全個体の分解−
前記ナットウキナーゼ含有培養上清100mLと、リン酸カリウム緩衝液(50mM、pH7)100mLとを300mL容ビーカーに混合し、これに新鮮なミズクラゲ(Aurelia aurita、傘径:約14cm〜17cm)3個体(完全個体)をそれぞれ別のビーカーに入れて30℃で静置し、クラゲ形態の消失を目視観察した。
その結果、いずれの個体も約2時間(105分間±8分間)でクラゲは完全に分解され、液状となった。なお、すべてのミズクラゲ分解試験は、それぞれ同一条件で3回行い、再現性を確認した。
−裁断個体の分解−
前記ミズクラゲ完全個体の分解において、ミズクラゲの完全個体に代えて、ミズクラゲを約3cm角に裁断したもの100gを使用したこと以外は、前記ミズクラゲ完全個体の分解と同一条件で分解試験を行った。
その結果、裁断したミズクラゲは、約65分間で完全に分解され液状となった。
−対照区−
前記ミズクラゲ完全個体の分解において、前記ナットウキナーゼ含有培養上清とリン酸カリウム緩衝液(50mM、pH7)とを混合した溶液に代えて、前記ナットウキナーゼ含有培養上清とリン酸カリウム緩衝液(50mM、pH7)とを混合した溶液を、121℃、30分間のオートクレーブ処理によりナットウキナーゼを失活させた混合溶液を使用したこと以外は、前記ミズクラゲ完全個体の分解と同一条件で分解試験を行った。
その結果、前記対照区ではミズクラゲの分解は観察されなかった。
(試験例12:クラゲ類の分解におけるナットウキナーゼ濃度の検討)
104−1−3−1株を試験例3と同じ液体培地(pH6.2)に添加し、30℃で72時間培養後、菌体を遠心分離して、ナットウキナーゼ含有培養上清(pH7.2)を得た。この培養上清中のナットウキナーゼの酵素活性(FLV)を、試験例3と同様の方法で測定したところ5,000であった。
クラゲは、前記エチゼンクラゲと同様に身が厚くて硬い北方性のアカクラゲ(Chrysaora hysocella)を捕獲後、ドライアイスで凍結し輸送後、−20℃で保管した。分解試験時には流水で解凍し、5cm〜10cm角に切断した。
5L容ビーカーに3Lの水を入れ、ホットスターラーで47℃に加熱した。加熱後、ナットウキナーゼ含有培養上清の濃度が、0体積%、0.2体積%、0.5体積%、1.0体積%となるように4区に分けたビーカーに、前記切断した北方性アカクラゲをそれぞれ1.4kgずつ投入し、直ちに所定の濃度になるように培養液を混合し、47℃に維持し、マグネットスターラーで北方性アカクラゲ混合液を攪拌しながら反応させた。2時間経過後、北方性アカクラゲ残渣の質量を測定し、前記式2を用いて投入した北方性アカクラゲ質量に対する残渣率を算出して北方性アカクラゲを2時間以内で溶解する最小の培養上清濃度を求めた。
結果を図14に示す。ナットウキナーゼ含有培養上清を入れなくても加熱するだけで、分解開始2時間後に約86%減量(残渣 約14%)することができた。これは加熱によりクラゲに脱水と熱変性が生じたためと推測された。しかし、加熱のみでは前記培養上清を投入したときのように、完全に(100%)分解されることはなく、熱によって変性したと考えられる固形物が残存した。
これに対し、培養上清濃度が1.0体積%の場合、試験開始後1時間程でほとんどの北方性アカクラゲが溶解し、2時間後には完全に溶解した。
(試験例13:最適条件下におけるミズクラゲの分解)
試験例11に記載した3cm角に切断したミズクラゲ100gを500mL容ビーカーに入れ、50℃に保温した人工海水(ダイゴ人工海水SP、日本製薬株式会社製)を300mL入れた。これに試験例11で調製したナットウキナーゼ含有培養上清の酵素活性(FLV)が100になるように混合し、攪拌しながら分解試験を行った。ミズクラゲの分解時の温度は50℃、pH8とした。所定時間ごとにミズクラゲを取り出してその質量変化を測定し、試験例11の式2より残渣率を算出した(以下、「試験区」と称することがある。)。
また、対照区としては、ナットウキナーゼ含有培養上清に代えて、50℃に保温した人工海水を用いた。なお、ミズクラゲ分解試験は、それぞれ同一条件で3回行い、再現性を確認した。
結果を図15に示す。グラフ中のプロットは平均値±標準偏差を示している。図15の結果、ナットウキナーゼを混合しなかった対照区は、30分間経過後において、約40%のミズクラゲが残存していた。
これに対し、ナットウキナーゼを添加した試験区は、15分間以内で完全にミズクラゲが溶解され液状となった。
(試験例14:クラゲ分解廃液の急性毒性試験)
試験例11において、ナットウキナーゼ含有培養上清を用いて分解したエチゼンクラゲ分解液の毒性をJIS K0102(2003)「工場排水試験方法」(日本規格協会 2003)魚類を用いた急性毒性試験に従い検討を行った。発電所から排出される排水の排水基準値は、事業所によっても異なるが、COD値(Chemical Oxygen Demand;化学的酸素要求量)として15mg/L以下である。
ナットウキナーゼ含有分解処理後の分解液のCOD値を日本工業規格(JIS)に準拠したポータブル吸光光度計(DR−2400、HACH社製)により測定したところ、1,920mg/Lであった。これを海水で、COD値15mg/L、30mg/L、45mg/L、60mg/L、及び75mg/Lにそれぞれ希釈して試験液とした。供試生物としては、ヒメダカ(Oryzias latipes)を用いた。対照は、エチゼンクラゲ分解処理液を混合しない海水とした。
室温20℃〜22℃の実験室に5L容量の飼育水槽を設置し、上記試験液中にヒメダカ10個体をそれぞれ収容した。この条件下で96時間飼育し、24時間毎に観察して生死個体数を数えた。
ヒメダカに対する急性毒性を測定した結果を下記表7に示す。4日間(96時間)にわたって対照区も試験区もヒメダカの死亡は確認されなかった。したがって、希釈したエチゼンクラゲ個体の分解液には毒性が認められないものと判断した。
(試験例15:ナットウキナーゼとその他のプロテアーゼとの比較)
<酵素溶液の調製> ナットウキナーゼは、試験例6において、凍結乾燥前に、ナットウキナーゼ含有培養上清をリン酸カリウム緩衝液(50mM、pH7)で透析後、試験例6と同様の方法で凍結乾燥し、得られた粉末を粉砕した粗精製ナットウキナーゼ0.1mgを、リン酸緩衝液(50mM、pH7)5mLに溶解したものを用いた。このナットウキナーゼ溶液の酵素活性(FLV)を試験例3と同様の方法を測定したところ、14,952であった。
その他のプロテアーゼとしては、試験例7で使用した、サチライシンA、トリプシン、フィチン、及びV型コラゲナーゼを用いた。なお、これらのプロテアーゼを添加しなかったものを対照区とした。
前記ナットウキナーゼの活性と、前記各種プロテアーゼの活性とが同一の条件となるようにするため、試験例15と同様の方法で、検量線法により前記各種プロテアーゼの活性(FLV)が100となるように調製した。
200mL容ビーカーに人工海水(ダイゴ人工海水SP、日本製薬株式会社製)100mLを入れ、前記調製した各種プロテアーゼを混合し、3cm角に切断したミズクラゲを1個(約20g)浸漬し、37℃で保温した。これを攪拌せず静置状態で所定の時間毎にクラゲブロック残渣を取り出して質量を測定し、投入したミズクラゲ質量に対する残渣(質量%)を算出した。すべてのミズクラゲブロック分解試験は、それぞれ同一条件で3回行い、再現性を確認した。
結果を図16A〜Fに示す。人工海水中に浸漬しただけの対照区では、5時間経過後も約65質量%の組織が溶解せず残存していた(図16A)。これに対し、ナットウキナーゼでは浸漬開始から1時間後に残渣が約20%となり、2時間後には完全にミズクラゲが消失していた(図16B)。ナットウキナーゼと同じセリンプロテアーゼに属するサチライシンA及びトリプシンでは、2時間経過後も10%〜20%のミズクラゲが未溶解であった(図16C及びD)。植物由来システインプロテアーゼであるフィチンは、対照区と同様にほとんどミズクラゲを減量することができなかった(図16E)。V型コラゲナーゼ試験区では、5時間経過後になってから完全なミズクラゲの溶解が観察された(図16F)。
これらの結果より、ナットウキナーゼは、プロテアーゼの中でも、クラゲの分解に優れた活性を示すことが確認された。
(試験例16:ナットウキナーゼによるアンドンクラゲ毒素タンパク質の失活の検討)
アンドンクラゲ(Carybdea rastoni Haacke)は、神奈川県の海岸で採取し、採取後直ちにビニール袋に入れドライアイスで凍結後持ち帰り、−80℃下で実験に供するまで保管した。アンドンクラゲ毒素はクラゲ触手部分を解凍後、プラスチック容器に入れ、氷冷下で超音波破壊を行い、これをアンドンクラゲ毒素液(以下、「CrTXs」と称することがある。)とした。
なお、以下の試験において使用した容器は、毒素液のガラス容器への不可逆的な吸着を防止するため、全てプラスチック容器を使用した。
−溶血率の算出方法−
ヒツジ赤血球(日本生物材料センター製)8μLを1mLのPBS(+)(カルシウム、マグネシウム含有リン酸緩衝食塩水)に懸濁し、ここへ、任意の量のアンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を添加して混合した。これを室温で4時間放置した後、3,000×gで2分間遠心分離した。この上清を550nmの波長で吸光値を測定して「試験値」とした。
また、8μLのヒツジ赤血球を100倍に希釈した溶解緩衝液(6質量%ドデシル硫酸ナトリウム、7質量%トリトンX−100溶液)と混合し、これを室温で4時間放置した後、3,000×gで2分間遠心分離した。この上清を550nmの波長で吸光値を測定したときの吸光値を溶血率100%とし、これを「対照値」とした。
前記方法で測定した試験値と、対照値から、下記式3により溶血率(%)を評価した。
溶血率(%)=(試験値/対照値)×100 ・・・(式3)
<ナットウキナーゼの赤血球溶血に対する影響の検討>
ナットウキナーゼとしては、試験例15で調製したナットウキナーゼを用いた。試験例2において、培養上清に代えて、試験例15で調製したナットウキナーゼを用いたこと以外は、試験例3と同様の方法で酵素活性(FLV)を算出したところ5,563であった。このナットウキナーゼを、PBS(+)(カルシウム、マグネシウム含有リン酸緩衝食塩水)で5体積%に希釈して、以下の試験に用いた。
前記溶血率の算出方法において、試験値の算出時に、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)に代えて、前記希釈したナットウキナーゼを50μL(アンドンクラゲ毒素液に対して5体積%)添加したこと以外は、前記溶血率の算出方法と同様の方法で前記(式3)により溶血率を算出した。
結果を図17に示す。ヒツジ赤血球に対する溶血率は、ナットウキナーゼ含有区で9.0%だった。ナットウキナーゼ非含有の対照区においては、7.1%だった。また、このときの酵素活性(FLV)は、278.15だった。
この結果から、5体積%、即ち酵素活性(FLV)が278以下においてはナットウキナーゼが、ヒツジ赤血球の溶血を起こさないということがわかった。
<アンドンクラゲ毒素の赤血球溶血に対する影響の検討>
前記溶血率の算出方法と同様の方法で、アンドンクラゲ毒素の赤血球溶血に対する影響について検討した。このとき、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)は、1μL、2μL、5μL、10μL、50μL、及び100μLのいずれかの容量となるように添加した。
結果を図18に示す。図18より、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を含まない対照区では、溶血率が14.3%であったが、これに対し、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を添加した全ての試験区において100%の溶血率を示した。
また、顕微鏡観察下においても赤血球の形態は認められず、アンドンクラゲ毒素により溶血したものと考えられた。ただし、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)が0.1体積%量(1μL添加)の場合、他の試験区に比べて完全な溶血までに時間を要した。
<アンドンクラゲ毒素の熱安定性の検討>
次に、アンドンクラゲ毒素の熱安定性について前記溶血率の算出方法と同様の方法を用いて検討した。
試験に用いたアンドンクラゲ毒素液としては、前記アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を、室温(25℃)で30分間放置、37℃で30分間、及び100℃で5分間のいずれかの条件においたものを用い、それぞれ0.5体積%(5μL)又は1.0体積%(10μL)となるように添加した。
結果を図19及び下記表8に示す。これらの結果より、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を含まない対照区では、溶血率が14.0%であった。
アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を、室温又は37℃で30分間放置した試験区においては溶血率が90%以上を示し、これらの温度条件下においては30分間の加熱でアンドンクラゲ毒素は失活しないことがわかった。
一方、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を100℃で5分間加熱した試験区においては、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)をいずれの容量で添加した場合も、その溶血率は11.0%以下を示し、アンドンクラゲ毒素が加熱により変性し失活したことが示唆された。
<アンドンクラゲ毒素タンパク質の失活におけるナットウキナーゼ量の検討>
前記溶血率の算出方法において、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を0.5体積%(5μL)となるように添加し、更に、前記ナットウキナーゼを0.1体積%(1μL)、0.5体積%(5μL)、1.0体積%(10μL)、及び2.0体積%(20μL)のいずれかの容量で混合し、37℃で30分間反応させた。
対照区としては、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)及びナットウキナーゼを添加しないものを用いた。
結果を図20及び下記表9に示す。図20及び表9より、ナットウキナーゼ量が2.0体積%以上、即ちカゼインを基質としたときの酵素活性(FLV)として111以上で、前記アンドンクラゲ毒素液を37℃、30分の定温放置条件下でほぼ完全に失活できることがわかった。
(試験例17:各種プロテアーゼによるアンドンクラゲ毒素タンパク質の失活の検討)
試験に用いるプロテアーゼとして、ナットウキナーゼ、サチライシンA、トリプシン、フィチン、及びV型コラゲナーゼを、試験例15と同様の方法で、検量線法によりそれぞれ酵素活性(FLV)が111となるように調製した。
前記溶血率の算出方法において、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)を2.0体積%となるように添加し、更に、前記各種プロテアーゼを、前記検量から、酵素活性(FLV)が111となるように調製し、37℃で30分間反応させた。
対照区としては、アンドンクラゲ毒素液(CrTXs)及びナットウキナーゼを添加しないものを用いた。
結果を図21及び下記表10に示す。この結果、ナットウキナーゼ以外のプロテアーゼ(サチライシンA、トリプシン、V型コラゲナーゼ、フィチン)を用いた場合、アンドンクラゲ毒素の失活は、ほとんど認められなかった。一方、ナットウキナーゼを用いた場合、低い溶血率を示し、アンドンクラゲ毒素の顕著な失活が認められた。
このことからナットウキナーゼは、カゼイン分解を指標とした同値の酵素活性の条件下において、よりアンドンクラゲ毒素を分解する能力が高いことがわかった。
本発明のバチルス属微生物は、血栓溶解酵素を効率よく産生することができることから、本発明の廃棄物の処理方法に好適に利用可能である。
前記廃棄物の処理方法は、前記廃棄物を、広大な場所を要することなく、簡便で迅速に、かつ完全に処理でき、該処理のための多大な熱エネルギーや電気エネルギーを要することがなく、安価に該廃棄物を減容化できると同時に、処理時の腐敗臭の発生を抑制でき、更に処理後の廃棄物の安全性が高いことから、種々のタンパク質を含む廃棄物の処理に好適に利用可能であり、特に発電所などの臨海産業、漁業分野等で混獲された海産廃棄物の処理、淡水系生物の廃棄物等の水産廃棄物の処理に好適に利用可能である。
NITE P−680
10 分解槽
20 仕切槽
30 サイフォン管
40 送液ポンプ
50 循環・加温槽
60 仕切弁
70 仕切弁
80 加温管
90 ヒーター
100 オゾン発生装置
110 仕切弁
120 逆止弁
130 仕切弁
140 仕切弁
150 活性炭処理筒
160 クラゲ分解処理水
170 サイフォン管通過処理液出口
180 活性炭処理筒通過清浄排水

Claims (7)

  1. Bacillus subtilis(バチルス・サチルス) 104−1−3−1株(受託番号:NITE P−680)及びその誘導菌株のいずれかであり、廃棄物を分解する血栓溶解酵素を産生することを特徴とするバチルス属微生物。
  2. 請求項1に記載のバチルス属微生物により産生されることを特徴とする血栓溶解酵素。
  3. ナットウキナーゼである請求項2に記載の血栓溶解酵素。
  4. 請求項2から3のいずれかに記載の血栓溶解酵素により廃棄物を分解する分解工程を含むことを特徴とする廃棄物の処理方法。
  5. 血栓溶解酵素が、請求項1に記載のバチルス属微生物とタンパク質性原料とを混合し、前記タンパク質性原料を前記バチルス属微生物により発酵させた発酵物から分離して得られた血栓溶解酵素である請求項4に記載の廃棄物の処理方法。
  6. 分解工程が、請求項1に記載のバチルス属微生物と廃棄物とを混合した混合物中で行なわれる請求項4に記載の廃棄物の処理方法。
  7. 廃棄物が、クラゲ類、魚類、プランクトン、及び毒素の少なくともいずれかである請求項4から6のいずれかに記載の廃棄物の処理方法。
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