KR20080023561A - Method for manufacturing (s)-dimethyl cyclopropane carboxylic acid by using rhodococous erythropolis strain - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 본 발명의 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주에서 pH (A) 및 온도 (B)에 따른 나이트릴 분해효소의 활성도를 분석하여 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 이성질체 비율로 나타낸 것이다.And Figure 1 is analyzed the activity of nitrile lyase according to the pH (A) and a temperature (B) in u (Rhodococous erythropolis) strains in Cocos Erie used also according to the invention (S) - dimethyl cyclopropane carboxylic isomer of the acid It is expressed as a ratio.
도 2 는 본 발명의 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주를 10 g/ℓ 균체량, 10% (v/v) 메탄올, pH 7.0 및 50 mM 인산 완충용액 조건에서 100 mM 디메틸 사이클로프로판 시아나이드와 반응시켜 배양할 때, (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산(●)의 생산량 및 그의 입체 특이성 비율 (○)을 나타낸 것이다. Figure 2 is a u strain 10 g / ℓ gyuncheryang, 10% Coconut Erie used also in the invention (v / v) methanol, pH 7.0 and in 50 mM
본 발명은 미생물을 이용한 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산((s)-dimethyl cyclopropane carboxylic acid)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주를 이용하여 항생제 생산의 핵심 중간물질인 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산을 입체 특이적으로 대량 생산하는 방법에 관한 것이다. Using dimethyl cyclopropane carboxylic acid u (Rhodococous erythropolis) to Cocos Erie used relates to the production method, and more particularly to as the ((s) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid) strain comprising (S) using microorganisms The present invention relates to a method for stereotyping specific mass production of (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid, which is a key intermediate of antibiotic production.
나이트릴은 미생물 체내에서 서로 다른 두 가지의 생물전환 단계를 가진다. 이들 두 가지 과정은 이에 작용하는 효소들이 서로 다른데, 먼저 나이트릴을 한 단계의 반응으로 카르복실산과 암모니아로 전환시키는 효소인 나이트릴레이즈 (nitrilase)를 들 수 있고, 둘째 나이트릴을 두 단계 반응, 즉 1차로 나이트릴을 아마이드로 분해하고 2차로 아마이드를 카르복실산과 암모니아로 분해하는 나이트릴 하이드라테이즈 (nitrile hydratase)와 아미데이즈 (amidase)를 들 수 있다. Nitrile has two different bioconversion stages in the microbial body. These two processes have different enzymes acting on them, first of which is nitrile, which is an enzyme that converts nitrile to carboxylic acid and ammonia in one step. That is, nitrile hydratase and amidase, which primarily decompose nitrile to amide and second decompose amide to carboxylic acid and ammonia.
이러한 나이트릴 하이드라테이즈와 아미데이즈가 동시에 작용하는 두 단계 반응을 필요로 하는 미생물에는 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococcus erythropolis), 로도코코스 에퀴 (R. equi), 로도코코스 로도크루스 (R. rhodochrous), 로도코코스 속 R312 (Rhodococcus sp. R312), 로도코코스 속 AJ270 (Rhodococcus sp. AJ270), 로도코코스 속 CGMCC 0497 (Rhodococcus sp. CGMCC 0497), 팬토이아 엔도피티카 (Pantoea endophytica), 코마모나스 테스토스테로니 (Comamonas testosteroni), 바실러스 팔리더스 (Bacillus pallidus), 마이크로박테리움 속 AJ115 (Microbacterium sp. AJ115), 마이크로박테리움 임페리얼 (M. imperiale), 칸디다 파마타 (Candia famata), 칸디다 귈리어르몬디 (C. guilliermondi), 크리토코커스 속 (Crytococcus sp.) 및 로도토룰라 글루티니스(Rhodotorula glutinis) 등이 포함된다. These nitrile and amido hydroxy latte rise Days is at the same time, also used as a Cocos Erie u (Rhodococcus erythropolis), also Cocos ekwi (R. equi), also Cocos also Cruz (R. rhodochrous microorganisms that require a two-step reaction which acts ), also Cocos in R312 (Rhodococcus sp. R312), also Cocos in AJ270 (Rhodococcus sp. AJ270), also Cocos in CGMCC 0497 (Rhodococcus sp. CGMCC 0497 ), fans, toy Oh endo blood urticae (Pantoea endophytica), coma Pseudomonas Testo Stephen Ronnie (Comamonas testosteroni), Bacillus arms Leaders (Bacillus pallidus), micro tumefaciens in AJ115 (Microbacterium sp. AJ115), micro tumefaciens Imperial (M. imperiale), Candida Pharma other (Candia famata), Candida gwil rear hormone di (C. guilliermondi), and the like Cri Sat Rhodococcus genus (Crytococcus sp.) and torulra article Ruti varnish (Rhodotorula glutinis) also.
(에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산 ((s)-dimethyl cyclopropane carboxylic acid)은 "실라스타틴"이라는 항생제의 핵심 원료물질로서 중요한 의약품 생산의 중간체이다. 이러한 키랄 복합체인 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산은 생촉매를 이용하는 생산하는 경우 상온 및 상압 조건에서 한 단계의 반응으로도 화합물의 입체 특이성을 가지게 된다. 이에 반하여, 화학 합성법으로 생산하는 경우에는 고온 및 고압 조건에서 여러 단계의 반응으로 라세미체 혼합물 (racemic mixture)이 생성되는 한계점을 가진다. 또한, 화학 합성법은 이후 정제 비용을 증가시키고 더 나아가 이 정제 과정 중에 사용되는 유기용매와 발생되는 부산물로 인하여 환경오염을 야기하기도 한다. 이러한 이유로 생촉매를 이용하여 디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 이성질체를 선택적으로 생산하는 방법을 개발하는 것이 절대적으로 필요하다. (S) - dimethyl cyclopropane carboxylic acid ((s) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid) is an important intermediate of pharmaceutical production as a key raw material for antibiotics of "cilastatin". Such chiral complex (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid has a stereospecificity of the compound in one step reaction at room temperature and atmospheric pressure when produced using a biocatalyst. In contrast, the chemical synthesis method has a limitation in that a racemic mixture is produced by a multi-step reaction under high temperature and high pressure conditions. In addition, chemical synthesis can subsequently increase the cost of purification and furthermore lead to environmental pollution due to the organic solvents and by-products generated during this purification process. For this reason it is absolutely necessary to develop a method for the selective production of isomers of dimethyl cyclopropane carboxylic acid using biocatalysts.
이에 본 발명자들은 경제적인 의약품의 생합성 방법을 개발하기 위하여 노력을 계속한 결과, 나이트릴 분해효소를 가지는 미생물을 디메틸 사이클로프로판 시아나이드 (dimethyl cyclopropane cyanide) 기질 및 유기용매를 첨가하여 배양하면 한 단계의 반응으로 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산만을 별도의 정제 과정 없이 고수율로 생산할 수 있는 것을 확인하고, 상기 생물전환 반응에서의 최적 반응 조건 (유기용매, 농도, pH, 온도), 화합물의 시간별 생산량 및 그의 입체 특이성 비율 그리고 상기 미생물로서 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주의 기질 특이성 등을 조사하여 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산을 낮은 단가로 대량 생산하는 방법을 제공함으로써 본 발명을 성공적으 로 완성하였다. Therefore, the present inventors have continued efforts to develop an economical biosynthetic method of medicines, and as a result, when microorganisms containing nitrile enzymes are incubated with a dimethyl cyclopropane cyanide substrate and an organic solvent, Reaction confirmed that only (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid can be produced in high yield without a separate purification process, the optimum reaction conditions (organic solvent, concentration, pH, temperature) in the bioconversion reaction, hourly production and their stereospecificity ratio and u (Rhodococous erythropolis) is irradiated with such substrate specificity of the strain (S) to Cocos Erie used also as the above microorganism by providing a method for the dimethyl cyclopropane carboxylic acid mass-produced at a low price The present invention has been successfully completed.
본 발명은 미생물을 이용한 항생제의 핵심 중간물질, (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a method for producing a core intermediate of antibiotics, (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid using a microorganism.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나이트릴 분해효소를 생산하는 미생물, 기질 및 유기용매를 이용하는 생물전환 반응으로 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산 ((s)-dimethyl cyclopropane carboxylic acid)을 얻는 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid (( s ) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid) as a bioconversion reaction using a microorganism, a substrate and an organic solvent to produce nitrile enzymes It provides a manufacturing method to obtain.
또한, 본 발명은 나이트릴 분해효소를 생산하는 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주 (수탁번호: KCCM 25544)를 제공한다. The invention also u (Rhodococous erythropolis) strains in Cocos Erie also used in producing the nitrile lyase: provides (accession No. KCCM 25544).
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 미생물을 이용하는 생물전환 반응으로 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산 ((s)-dimethyl cyclopropane carboxylic acid)을 얻는 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a production method for obtaining ( S ) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid (( s ) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid) by a bioconversion reaction using microorganisms.
구체적으로, 본 발명은 나이트릴 분해효소를 생산하는 미생물을 이용하고, 배양 시 기질 및 유기용매를 첨가하고 그들의 종류, 농도, 온도, 시간 및 pH 등의 조건을 조절하는 생물전환 반응으로 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산을 얻는 제조 방법을 제공한다.Specifically, the present invention is a bioconversion reaction using microorganisms producing nitrile degrading enzymes, adding substrates and organic solvents in the culture, and adjusting conditions such as their type, concentration, temperature, time and pH (S). A production method for obtaining dimethyl cyclopropane carboxylic acid is provided.
상기 나이트릴 분해효소를 생산하는 미생물로는 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주를 사용하는 것이 바람직하고, 로도코코스 에리쓰로폴리스 KCCM 25544 (Rhodococous erythropolis KCCM 25544) 균주를 사용하는 것은 더욱 바람직하다.A microorganism producing the nitrile degrading enzyme is also a Cocos Erie used by police to as Cocos Erie used preferably, and the use of (Rhodococous erythropolis) strain KCCM 25544 Indianapolis ( Rhodococous erythropolis KCCM 25544) It is more preferred to use strains.
상기 나이트릴 분해효소의 활성을 가지는 미생물로는 로도코코스 에리쓰로폴리스 이외에도 로도코코스 속 (Rhodococcus sp.) 균주 및 슈도모나스 속 (Pseudomonas sp.) 균주 등을 포함하는 다양한 균주들을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 특히 로도코코스 에리쓰로폴리스 KCCM25544 균주가 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 입체 특이성이 있어서 96% 로 나타나고 가장 높은 것을 확인하고 이 균주를 사용하여 다양한 생물전환 공정을 확립하였다.A microorganism having an activity of nitrile-decomposing enzyme is also used as a Cocos Erie Indianapolis addition also it may specify a variety of strains, or the like in Cocos (Rhodococcus sp.) Strains and Pseudomonas species (Pseudomonas sp.) Strains. In the present invention, in particular , the Rhodococcus erythropolis KCCM25544 strain was found to be 96% due to the stereospecificity of (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid and was the highest, and various strains of bioconversion were established using this strain.
또한, 상기 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주를 포함한 미생물의 배양 배지는 1 내지 10 g/ℓ 포도당, 0.1 내지 3 g/ℓ 효모 추출액, 0.1 내지 1 g/ℓ 일인산칼륨, 0.1 내지 1 g/ℓ 이인산칼륨, 0.1 내지 1 g/ℓ 황산마그네슘 및 1 내지 10 g/ℓ 입실론-카프로락탐으로 이루어진 배지인 것이 바람직하다. Further, also the culture medium of a microorganism, including the police (Rhodococous erythropolis) strains in Cocos Erie used is 1 to 10 g / ℓ glucose, 0.1 to 3 g / ℓ yeast extract, 0.1 - 1 g / ℓ one potassium phosphate, 0.1 to Preference is given to a medium consisting of 1 g / l potassium diphosphate, 0.1 to 1 g / l magnesium sulfate and 1 to 10 g / l epsilon-caprolactam.
또한, 상기 기질은 디메틸 사이클로프로판 시아나이드 (dimethyl cyclopropane cyanide)인 것이 바람직하고, 상기 디메틸 사이클로프로판 시아나이드의 농도는 10 내지 1,150 mM 범위로 조정되는 것이 바람직하며, 10 내지 200 mM 범위로 조정되는 것은 더욱 바람직하다. 이외에도 다양한 종류의 기질을 사용할 수 있다 (표 2 참조).In addition, the substrate is preferably dimethyl cyclopropane cyanide (dimethyl cyclopropane cyanide), the concentration of the dimethyl cyclopropane cyanide is preferably adjusted to the range of 10 to 1,150 mM, it is adjusted to the range of 10 to 200 mM More preferred. In addition, various kinds of substrates can be used (see Table 2).
또한, 상기 유기용매는 메탄올, 디메틸 포름아마이드, 디옥산, 이소프로판올 및 아세톤으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것이 바람직하고, 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것은 더욱 바람직하다. In addition, the organic solvent is preferably at least one selected from the group consisting of methanol, dimethyl formamide, dioxane, isopropanol and acetone, and more preferably at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol and isopropanol.
또한, 상기 유기용매로서 메탄올을 사용하는 경우 그 농도는 5 내지 20% (v/v) 범위로 조정되는 것이 바람직하고, 5 내지 15% (v/v) 범위로 조정되는 것은 더욱 바람직하다.In addition, when methanol is used as the organic solvent, the concentration thereof is preferably adjusted in the range of 5 to 20% (v / v), more preferably in the range of 5 to 15% (v / v).
또한, 상기 생물전환 반응은 pH 6.0 내지 8.0 범위에서 이루어지는 것이 바람직하고, pH 7 내지 8 범위에서 이루어지는 것은 더욱 바람직하다.In addition, the bioconversion reaction is preferably made in the pH range 6.0 to 8.0, more preferably in the
또한, 상기 생물전환 반응은 온도 15℃ 내지 30℃ 범위에서 이루어지는 것이 바람직하고, 온도 20 내지 25℃ 범위에서 이루어지는 것은 더욱 바람직하다.In addition, the bioconversion reaction is preferably made in the temperature range of 15 ° C to 30 ° C, more preferably in the temperature range of 20 to 25 ° C.
또한, 본 발명은 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주를 제공한다. The present invention also provides a strain of Rhodococous erythropolis .
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.
실시예 1. 나이트릴 분해효소를 생산하는 미생물의 특성 조사Example 1 Characterization of Microorganisms Producing Nitrile Degrading Enzymes
본 발명은 나이크릴 분해효소를 생산하는 미생물을 분리하기 위하여, 종래에 는 전혀 밝혀진 바 없었던 로도코코스 에리쓰로폴리스 KCCM 25544 균주 등을 사용하여 미생물의 특성을 규명하였다. 상기 미생물 균주는 나이트릴 분해효소를 발현하려는 목적으로 조성된 배지를 사용하여 150시간 동안 배양하고 이로부터 균체를 수집하였다. The present invention also were not found at all in the conventional bar using, for example, police KCCM 25544 strain was used as a Cocos Erie the characterization of microorganisms in order to separate the microorganism producing the age krill enzymes. The microbial strain was cultured for 150 hours using a medium prepared for the purpose of expressing nitrile degrading enzyme, and cells were collected therefrom.
구체적으로 상기 미생물 균체는 6,000×g로 4℃에서 30분 동안 원심분리하고 0.85% NaCl로 두 번 세척하였다. 또한, 상기 미생물 균체와 디메틸 사이클로프로판 시아나이드의 반응 조건으로 기질 농도는 10 내지 200 mM (v/v)의 범위로 pH 7 내지 8 에서 20 내지 30℃ 로 유기용매로 메탄올 5 ~ 15%(v/v)을 사용하여 반응시켰다. 본 발명의 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주는 디메틸 사이크로프로판 시아나이드의 기질 농도가 10 내지 200 mM(v/v) 범위에서 (에스)-디메틸 사이크로프로판 카르복실산의 생산 수율이 우수하였으며, 상기 기질이 소수성을 가지기 때문인지 10% (v/v) 메탄올을 첨가한 실험군이 첨가하지 않는 실험군보다 2.12배의 효소 활성을 너 나타내는 것을 확인하였다.Specifically, the microbial cells were centrifuged at 6,000 × g for 30 minutes at 4 ° C. and washed twice with 0.85% NaCl. In addition, the substrate concentration in the reaction conditions of the microbial cells and dimethyl cyclopropane cyanide is in the range of 10 to 200 mM (v / v)
실시예 2. Example 2. 로도코코스 에리쓰로폴리스Rhodococos Eritrospolis 균주의 유기용매에 따른 나이트레이트 전환 활성 조사 Investigation of nitrate conversion activity according to organic solvents of strains
(1) (One) 로도코코스 에리쓰로폴리스Rhodococos Eritrospolis ( ( Rhodococous erythropolisRhodococous erythropolis ) 균주의 배양) Strain Culture
본 발명에서는 나이트릴 분해효소의 발현이 증가된 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주를 얻기 위하여 기존 균주 배지를 사용하지 않고 한 유도체로서 입실론-카프로락탐이 포함된 배양 배지를 사용하였다. 먼저 로 도코코스 에리쓰로폴리스 균주는 영양 배지 (nutrient broth) 3 ㎖ 이 들어있는 시험관에 접종한 다음, 동일한 배지 50 ㎖이 들어있는 250 ㎖의 플라스크에 접종하여 종균 배양을 실시하였다. 상기 종균 배양된 배양액은 다시 나이트릴 분해효소의 발현용 배지 (1 ~ 10 g/ℓ 포도당, 0.1 ~ 3 g/ℓ 효모 추출액, 0.1 ~ 1 g/ℓ 일인산칼륨, 0.1 ~ 1 g/ℓ 이인산칼륨, 0.1 ~ 1 g/ℓ 황산마그네슘 및 1 ~ 10 g/ℓ 입실론-카프로락탐) 500 ㎖ 이 들어 있는 2 ℓ 플라스크에 접종하여 본 배양을 실시하였다. 이 때 상기 배양 과정 중에서 교반 속도는 200 rpm, 배양 온도는 28℃로 유지되도록 조정하였다. 또한, 상기 배양액을 6,000×g로 4℃에서 30분 동안 원심분리 한 다음, 0.85% NaCl 에 두 번 세척하여 균체를 획득하였다.In the present invention, as the derivative without the use of conventional strain culture medium in order to obtain u (Rhodococous erythropolis) strains used in Cocos Erie also the expression of nitrile lyase increase epsilon-caprolactam was used for containing the culture medium. First , the Rhodococ Eristhropolis strain was inoculated into a test tube containing 3 ml of nutrient broth, and then seeded in a 250 ml flask containing 50 ml of the same medium, followed by seed culture. The spawn culture was again cultured for the expression of nitrile enzyme (1-10 g / L glucose, 0.1-3 g / L yeast extract, 0.1-1 g / L potassium phosphate, 0.1-1 g / L) The incubation was carried out by inoculating a 2 L flask containing 500 mL of potassium phosphate, 0.1-1 g / L magnesium sulfate and 1-10 g / L epsilon caprolactam). At this time, the stirring rate in the culture process was adjusted to 200 rpm, the culture temperature was maintained at 28 ℃. In addition, the culture solution was centrifuged at 6,000 × g for 30 minutes at 4 ° C., and then washed twice with 0.85% NaCl to obtain cells.
(2) 본 발명에서는 생물전환 반응을 수행할 때 첨가하는 유기용매의 배양 효과를 조사하기 위하여, 나이트릴레이즈의 효소 활성을 하기 표 1 에 나타낸 바와 같이 100 mM 디메틸 사이클로프로판 시아나이드 기질을 사용하여 측정하였다. 또한, 효소 반응은 균체량 10 g/ℓ이 함유된 50 mM 인산 완충용액에서 pH 7.0 및 온도 20℃ 조건에서 각각의 10% (v/v) 유기용매를 2시간 동안 반응을 진행시킨 후 0.2 M 염산을 첨가하여 다시 반응을 정지시켰다. (2) In the present invention, in order to investigate the culture effect of the organic solvent added when performing the bioconversion reaction, the enzymatic activity of nitrile as shown in Table 1 using 100 mM dimethyl cyclopropane cyanide substrate Measured. In addition, the enzyme reaction was performed in a 50 mM phosphate buffer solution containing 10 g / l of the cell weight and then reacted with each 10% (v / v) organic solvent for 2 hours at pH 7.0 and a temperature of 20 ° C for 0.2 M hydrochloric acid. Was added again to stop the reaction.
또한, 상기 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주는 원심분리하여 제거하고 이로부터 상층액만을 회수하여 디메틸 클로라이드 (dimethyl chloride)로 추출한 다음 실리카 겔 (silica gel)이 장착된 키랄 케피러리 컬럼 (chiral capillary column)이 장착된 기체 크로마토그라피 (GC)를 사용하여 상기 균체의 효소 활성을 측정하 였다. 이 때 검출기는 플래임 이온화 검출기 (flame ionization detector)를 이용하였고, 컬럼, 검출기 및 주입구의 온도는 각각 270℃, 250℃ 및 250℃으로 맞추었다.In addition, the Rhodococcus erythropolis strain was removed by centrifugation, and only the supernatant was recovered therefrom, extracted with dimethyl chloride, followed by a chiral capillary column equipped with a silica gel. This equipped gas chromatography (GC) was used to measure the enzyme activity of the cells. At this time, the detector used a flame ionization detector, and the temperature of the column, the detector, and the inlet was set at 270 ° C, 250 ° C, and 250 ° C, respectively.
그 결과, 본 발명의 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주의 효소 활성은 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올을 첨가하였을 때 가장 높고, 생산 수율도 증가되는 것을 알 수 있었다. 본 발명에서는 일반적으로 사용되는 유기용매로서 메탄올을 사용하였다.As a result, it was found that the enzyme activity of the Rhodococcus erythropolis strain of the present invention was the highest when methanol, ethanol and isopropanol were added, and the production yield was also increased. In the present invention, methanol was used as an organic solvent generally used.
실시예Example 3. 3. 로도코코스Rhodokocos 에리쓰로폴리스Eritrospolis 균주의 기질 특이성 조사 Investigation of substrate specificity of strains
본 발명은 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주의 기질 특이성을 조사하기 위하여, 상기 실시예 2의 (1)과 동일한 과정으로 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주를 배양하였다. 이 때 100 mM 기질과 균체량 10 g/ℓ 및 10% (v/v) 메탄올이 함유된 50 mM 인산 완충용액에서 pH 7.0 및 온도 20℃에서 4시간 동안 반응을 진행시킨 후, 0.2 M 염산을 첨가하여 반응을 정지시켰다. The present invention is also to investigate the substrate specificity of u strain used as a Cocos Erie, Cocos also by the same procedure as in the (1) in Example 2 Erythropolis strains were cultured. At this time, the reaction was performed in 50 mM phosphate buffer solution containing 100 mM substrate and 10 g / L and 10% (v / v) methanol for 4 hours at pH 7.0 and 20 ° C., followed by addition of 0.2 M hydrochloric acid. The reaction was stopped.
그 결과 표 2 에 나타낸 바와 같이, 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주는 매우 넓은 기질 특이성을 보여주었다.As a result, as shown in Table 2, Rhodococos Erythropolis strains showed very broad substrate specificity.
실시예 4. Example 4. 로도코코스 에리쓰로폴리스Rhodococos Eritrospolis 균주의 pH 및 온도 변화에 따른 생물전환 활성 조사 Investigation of bioconversion activity according to pH and temperature changes of strains
본 발명은 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주의 기질 특이성을 조사하기 위하여, 상기 실시예 2의 (1)과 동일한 과정으로 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주를 배양하였다. The present invention is also to investigate the substrate specificity of u strain in Cocos Erie used, the second embodiment also strains the police to Cocos Erie used the same procedure as (1) was cultured in order.
본 발명에서는 pH 및 온도 변화에 따른 로도코코스 에리쓰로폴리스 균체의 나이트릴 분해효소의 활성 및 입체 특이성을 확인하기 위하여, 다양한 pH 및 온도 조건에서 효소와 기질을 반응시키고 해당 효소 활성을 비교하였다. In the present invention, in order to confirm the activity and stereospecificity of the nitrile degrading enzyme of the Rhodococcus erythropolis cells according to the pH and temperature changes, the enzyme and the substrate were reacted at various pH and temperature conditions and the enzyme activity was compared.
먼저 pH 의 효과를 조사하기 위하여, 100 mM 디메틸 사이클로프로판 시아나이드와 10 g/ℓ 균체, 10% (v/v) 메탄올 및 50 mM 인산 완충용액을 pH 6.0 에서부터 pH 8.0까지의 범위에서 반응시키고, 100 mM 디메틸 사이클로프로판 시아나이드와 10 g/ℓ 균체,10%(v/v) 메탄올이 함유된 50 mM 구연산 (citric acid) 완충용액을 pH 4.5에서부터 6.0 까지의 범위에서 반응시켰다. 또한 50 mM 붕산 (boric acid) 완충용액은 pH 8.0 에서부터 pH 9.5 까지의 범위에서 반응시켰으며, 이 때 반응 온도는 20℃이고, 반응 시간은 4시간으로 조정하였다. 그 다음 0.2 M 염산을 첨가하여 반응을 종료하고, 나이트릴 분해 활성을 측정하여 그 결과를 도 1 (A)에 나타내었다. First, in order to investigate the effect of pH, 100 mM dimethyl cyclopropane cyanide and 10 g / l cells, 10% (v / v) methanol and 50 mM phosphate buffer solution was reacted in the range of pH 6.0 to pH 8.0, 50 mM citric acid buffer solution containing 100 mM dimethyl cyclopropane cyanide, 10 g / L cells and 10% (v / v) methanol was reacted at a pH ranging from 4.5 to 6.0. In addition, 50 mM boric acid buffer solution was reacted in the range of pH 8.0 to pH 9.5, at which time the reaction temperature is 20 ℃, the reaction time was adjusted to 4 hours. Then, 0.2 M hydrochloric acid was added to terminate the reaction, and nitrile decomposition activity was measured. The results are shown in FIG. 1 (A).
둘째, 온도의 효과를 조사하기 위하여 반응은 온도 10℃ 에서 45℃까지 범위에서 100 mM 디메틸 사이클로프로판 시아나이드와 10 g/ℓ 균체, 10%(v/v) 메탄올을 함유한 50 mM 인산 완충용액을 pH 7.0 조건에서 각각 4시간 동안 반응시켰으며, 이 때 0.2 M 염산을 첨가하여 반응을 종료시킨 다음 나이트릴 분해 활성을 측정하여 그 결과를 도 1 (B)에 나타내었다. Second, to investigate the effect of temperature, the reaction was carried out in a 50 mM phosphate buffer solution containing 100 mM dimethyl cyclopropane cyanide, 10 g / L cells, and 10% (v / v) methanol in the temperature range of 10 ° C to 45 ° C. Were reacted at pH 7.0 for 4 hours, at which time 0.2 M hydrochloric acid was added to terminate the reaction, and nitrile degradation activity was measured. The results are shown in FIG. 1 (B).
그 결과, (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산이 생산되는 최적 pH 및 온도는 각각 pH 8.0 및 25℃인 것으로 확인되었다. 그러나 입체 특이성의 비율이 가장 높았던 것은 pH 7.0 인 것으로 조사되어 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 시간별 생산량은 입체 특이성이 가장 높은 pH 7.0 및 온도 20℃ 조건에서 측정하였다. 그 이유는 절대적인 생산량도 중요하지만 입체 특이성이 생산 비용 절감에 있어 중요하기 때문이다. 실제로 입체 특이성의 비율은 이후 정제 비용에 큰 영향을 주게 된다.As a result, the optimum pH and temperature at which (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid is produced were found to be pH 8.0 and 25 ° C., respectively. However, the highest ratio of stereospecificity was found to be pH 7.0, and the hourly production of (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid was measured at pH 7.0 with the highest stereospecificity and at a temperature of 20 ° C. This is because absolute production is important, but steric specificity is important for reducing production costs. Indeed, the ratio of stereospecificity will greatly affect the cost of purification thereafter.
도 1 은 본 발명의 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주에서 pH (A) 및 온도 (B)에 따른 나이트릴 분해효소의 활성도를 분석하여 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 이성질체 비율로 나타낸 것이다. 도 1 (A)에서 ●는 구연산 완충용액; ○는 인산 완충용액; △는 붕산 완충용액; 및 □는 입체 특이성 비율을 나타내고, 도 1 (B)에서 ●는 온도에 따른 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주의 활성도; 및 □는 입체 특이성 비율을 나타낸 것이다.And Figure 1 is analyzed the activity of nitrile lyase according to the pH (A) and a temperature (B) in u (Rhodococous erythropolis) strains in Cocos Erie used also according to the invention (S) - dimethyl cyclopropane carboxylic isomer of the acid It is expressed as a ratio. In Figure 1 (A) is citric acid buffer solution; ○ is phosphate buffer solution; Δ is a boric acid buffer solution; And □ represent stereospecific ratios, in Figure 1 (B) is the activity of the Rhodococos erythropolis strain with temperature; And □ represent stereospecific ratios.
실시예 5. Example 5. 로도코코스 에리쓰로폴리스Rhodococos Eritrospolis 균주를 이용한 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 생산 조사 Investigation of Production of (S) -Dimethyl Cyclopropane Carboxylic Acid Using Strains
본 발명은 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주를 이용한 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 생산 효율을 조사하기 위하여, 상기 실시예 2 의 (1)과 동일한 과정으로 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주를 배양하였다. 그 이외에 생물전환 반응은 100 mM의 디메틸 사이클로프로판 시아나이드, 10 g/ℓ의 균체 및 10%(v/v) 메탄올이 함유된 50 mM 인산 완충용액을 pH 7.0 조건에서 64시간까지 충분히 반응이 진행되도록 하였다. 또한, 0.2 M 염산을 첨가하여 상기 반응을 종료시킨 다음 나이트릴 분해 활성을 측정하여 그 결과를 도 2 에 나타내었다. Dimethyl bicyclo u strain, the Cocos Erie used also by the same procedure as in the (1) in Example 2 to examine the productivity of propane carboxylic acid comprising (S) using a police strain in Cocos Erie used also Incubated. In addition, the bioconversion reaction was sufficiently performed in a 50 mM phosphate buffer solution containing 100 mM dimethyl cyclopropane cyanide, 10 g / L cells and 10% (v / v) methanol for up to 64 hours at pH 7.0. It was made. In addition, 0.2 M hydrochloric acid was added to terminate the reaction, and then nitrile degradation activity was measured. The results are shown in FIG. 2.
도 2 는 본 발명의 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주를 10 g/ℓ 균체량, 10% (v/v) 메탄올, pH 7.0 50 mM 인산 완충용액 조건에서 100 mM 디메틸 사이클로프로판 시아나이드와 반응시켜 배양할 때, 디메틸 사이클로프로판 시아나이드(▲)의 감소량 및 그에 따른 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실 산(●)의 생산량 그리고 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실 산(○) 및 (알)-디메틸 사이클로프로판 카르복실 산의 입체 특이성 비율 (○)을 나타낸 것이다. Figure 2 is the present invention also Cocos Erie write Indianapolis strain 10 g / ℓ as gyuncheryang of, 10% (v / v) methanol, pH 7.0 50 mM in
그 결과 도 2 에 도시된 바와 같이, 디메틸 사이클로프로판 시아나이드와 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주를 반응시키는 경우 64시간이 경과한 때 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산는 45% 이상의 전환율을 보이고, 입체 특이성 비율은 90% 인 것으로 조사되었다. 따라서, 본 발명의 생촉매를 통한 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산의 생산 방법은 그 수율이 매우 우수한 방법임을 알 수 있다. As a result, as shown in Figure 2, when the reaction of the dimethyl cyclopropane cyanide and the Rhodococos erythropolis strain (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid showed a conversion rate of 45% or more after 64 hours, Stereospecificity ratio was found to be 90%. Therefore, it can be seen that the production method of (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid through the biocatalyst of the present invention is a very excellent method.
상술한 바와 같이, 본 발명은 미생물로서 로도코코스 에리쓰로폴리스 (Rhodococous erythropolis) 균주를 이용하여 항생제 생산의 핵심 중간물질인 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산을 입체 특이적으로 대량 생산하는 방법에 관한 것으로서, 나이트릴 분해효소를 가지는 로도코코스 에리쓰로폴리스 균주를 디메틸 사이클로프로판 시아나이드 (dimethyl cyclopropane cyanide) 기질 및 유기용매를 첨가하고 농도, 온도 및 배양 배지의 성분과 배양 과정을 조절하여 (에스)-디메틸 사이클로프로판 카르복실산만을 고수율로 생산할 수 있으므로, 종래 화학적인 방법과 비교하여 라세미체 혼합의 문제점을 환경 친화적인 조건으로 극복할 뿐 만 아니라 생물전환 공정도 매우 온화하여 생산 비용을 효과적으로 절감시키면서 생산 효율을 극대화시킬 수 있다. 따라서 적은 비용으로 대량 생산된 입체 특이적 (에스)-디메틸 사이크로프로판 카르복실산은 항생제 실라스타틴 (cilastatin)등 과 같은 의약품 생산에 유용하게 사용될 수 있다.As described above, the present invention uses a strain of Rhodococous erythropolis as a microorganism to produce stereospecifically mass-produced (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid, which is a key intermediate of antibiotic production. relates to, and the u strain was added to dimethyl cyclopropane cyanide (dimethyl cyclopropane cyanide) substrate and an organic solvent to adjust the concentration, temperature and composition of the culture medium and the culturing process to Cocos Erie used also with a nitrile degrading enzyme ( Since only S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid can be produced in high yield, it not only overcomes the problem of racemic mixing in an environmentally friendly condition compared to the conventional chemical method, but also has a very gentle bioconversion process, thus producing costs. Efficiency can be maximized and production efficiency can be maximized. Therefore, stereospecific (S) -dimethyl cyclopropane carboxylic acid produced in large quantities at low cost can be usefully used for the production of pharmaceuticals such as antibiotic cilastatin.
본 발명의 사상과 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정이 가능함은 이 분야에서 당업자에게 명백한 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들은 넓게 본 발명의 사상과 범위에 부합되게 해석되어야 한다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or variations are possible within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims should be construed broadly according to the spirit and scope of the present invention.
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