KR900008251B1 - 미생물에 의한 l-트립토판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

미생물에 의한 L-트립토판의 제조방법

본 발명은 야생균주인 대장균(Escherichia coli) K-12로부터 유도한 변이주 MW 150(KAIST, KCTC8373P)를 이용하여 L-트립토판의 발효생산에 관한 새로운 제조방법이다.

L-트립토판은 필수아미노산중의 하나로 의약품, 사료, 식품첨가체 등으로 널리 사용하고 있고 이러한 L-트립토판의 생산은 화학합성법, 효소반응법, 미생물을 이용한 발효법 등이 있으나 현재까지는 주로 화학합성법은 고온·고압이라는 조건이 필요하고 또 긴 반응경로를 갖고 있으며 생성물이 D-형, L-형의 라세미 혼합물이 생성되기 때문에 필요로 하는 L-형을 얻기 위해서는 광학분활을 하지 않으면 안되었다. 효소합성법의 경우에는 인돌과 세린을 기질로 사용하여 트립토판 신세타제를 이용하는 방법과 인돌, 암모니아 및 피루브산을 기질로 하여 트립토판아제를 이용하는 방법이 있다.

국내에서는 일본 미쓰이 도오아쓰의 효소법에 의한 L-트립토판의 제조방법이 특허공고(대한민국 특허공고 83-2328)된바 있는데 이 특허는 상기한 트립토판 신세타제 또는 트립토판아제를 사용하는 경우 DL-세린 또는 D-세린을 세린 라세마제를 이용하여 D-세린의 일부를 L-세린으로 전환시켜 L-트립토판의 생성수율을 증가시킬 수 있다는 점을 특징으로 하고 있다.

그러나 이 효소방법은 기질로 사용되는 인돌, 세린 및 피루브산 등의 가격이 매우높아 생산비가 많이드는 단점이 있다.

또한 미생물을 이용한 직접발효법이 특허공고(대한민국 특허공고 87-1813)된바 있는데 이 특허는 포도당등 배양기질을 사용하여 대장균의 인공변이주를 이용한 L-트립토판의 생산에 관한 것으로써 이 방법은 값싼 배양기질을 사용한 발효법에 의하여 L-트립토판을 생산하는 제조방법이지만 생산성이 낮아 공업적 제법은 아직 확립되어 있지 않다.

본 발명자를은 이러한 단점을 보완하여 보다 생산성이 높고 제조경비가 절감되는 변이구를 유도하였다. 먼저 대장균을 돌연변이시켜 트립토판 합성에 관련된 효소활성의 저해(feedback inhibition) 또는 효소생성의 억제(feedback repression) 현상을 해제시킨 변이주 MW 100을 유도하고 페닐알라닌과 타이로신으로 가는 곁가지 반응경로(side chain reaction pathway)을 차단시킨 영양요구성 균주 MW l10를 유도하였다.

또한 이 변이주로부터 콜로니 순수분리를 하여 영양요구성이 미약한(leaky) 복귀주(revertant)을 분리하여 배지중에 값비싼 페닐알라닌과 L-타이로신이 첨가하지 않아도 생산성이 좋은 변이주 MW 110-1를 얻었다.

그리고 상기 기술한 변이주 MW 110-1를 NTG로 변이처리시켜 트립토판아제의 활성이 결손된 균주를 유도하므로써 과량의 L-트립토판이 생성되었을때 L-트립토판을 분해시키는 반응경로를 차단시킨 변이주MW 120을 분리하였다.

이 변이주중 L-바린을 고농도로 첨가하여도 생육도가 가장 높은 균주를 선별하고 L-트립토판의 생산능을 비교조사 후 생산능이 가장 우수한 본원 발명의 균주 MW 150을 선별하였다.

이하에 본 발명에 관하여 자세히 상술한다.

먼저 L-트립토판 합성에 관련된 효소의 제어기능을 해제하기 위하여 L-트립토판과 그 구조가 유사한 아날로그(5-메틸트립토판, 5-플루오르트립토판, 6-플루오르트립트판 등)들을 사용해서 이러한 아날로그에 내성을 갖는 균주를 유도하였다. 변이균주를 유도하는 방법으로는 대장균(E.coli) K-12에 N-메틸-N'-니트로-N-니트로소구아니딘(이하 NTG라 칭한다)을 사용하였고 아날로그를 포함한 선택배지에서 내성을 갖는 균주 MW-100을 선택하였다.

이 아날로그 내성주를 L-트립토판을 포함한 배지(야생주는 효소의 생성억제 때문에 L-트립토판 합성계의 효소는 거의 생성되지 않는 조건)에 배양하여 L-트립토판 유무에 따른 트립토판 신타아제(TS) 효소활성을 측정한 결과 L-트립토판에 의한 효소생성억제 현상은 해제되었으나 L-트립토판 합성계 효소의 첫단계인 안트라닐산 신타아제(AS)의 L-트립토판에 의한 저해현상을 측정한 결과 아직 이 현상이 해제되지않아 더욱 NTG 변이처리하여 고농도의 L-트립토판 아날로그에 대한 내성주를 분리하였다.

그 결과 이 효소의 활성저해 현상이 해제되었고 L-트립토판 생산능은 더욱 향상된 변이주 MW 100-1을 유도하였다.

[표 1]

-L-트립토판 첨가농도 10^-3M

MW 100-1주로부터 L-페닐알라닌과 L-타이로신으로 가는 곁가지 반응경로를 차단하기 위하여 자외선처리를 하였고 배지 1, 배지 2 배지 3에서는 성장하지 않고 배지 4에서만 성장하는 균주를 다수 분리하여 L-트립토판 생산능이 향상된 균주를 선별하였다(MW l10주) 또한 이 변이주를 다시 배지 1의 한천배지에 희석 도말하여 조금씩 성장하는 영양요구성이 미약한(leaky) 복귀주(revertant)를 선별하였다. 이 결과 값비싼 L-페닐알라닌과 L-타이로신을 첨가하지 않아도 배지 5(합성배지)에서 생산성이 좋은 변이주 MW110-1을 얻었다.

세포내에 과잉의 L-트립토판이 생성되었을때 이를 분해시키는 효소 트립토판아제의 활성이 결손된 변이주를 얻기 위하여 다음과 같은 방법을 이용하였다. 변이주 MW 110-1은 L-트립토판의 분해효소인 트립토판아제의 활성을 갖고 있기 때문에 단일 탄소원으로서 트립토판을 이용하여 증식할 수 있다.

그러나 트립토판아제 결손주는 단일 탄소원으로서 L-트립토판을 이용할 수 없다는 생리현상을 이용하여 변이주를 분리할 수 있다. 본 발명에서는 변이주 MW 110-1을 NTG로 변이처리하여 포도당을 탄소원으로 하는 배지 4의 한천배지상에 콜로니(colony)을 형성시킨다. 이것을 L-트립토판을 단일 탄소원으로 하는 최소 한천배지의 배지 6상에 리플리카(replica)하여 성장하지 않은 균주를 영양배지(배지 7)에서 배양한다음 배양액에 인돌시약(인돌에 의한 정색반응)을 가하여 특이적인 적색이 나타나지 않는 변이주를 확인 선택하여 이들중 가장 생산성이 좋은 변이주 MW 120을 분리하였다. 그리고 변이주 MW 100, KW 110, MW 120에 대하여 여러가지 아미노산을 기본배지 1에 각각 20mg/l 농도로 첨가하여 생육정도를 조사한 결과 표 2, 3와 같았다.

[표 2]

o -:생육안함 +, ++, +++: 생육정도 표시.

o 조사된 아미노산은 각 20mg/l 농도로 첨가.

o 기본 배지는 배지 1을 사용함.

[표 3]

o 배지 1의 배지를 500ml 플라스크에 50ml 분주하였으며 배양조건은 37℃에서 24시간 진탕배양 하였고 생육도는 배양액을 10배로 희석한 액을 610nm에서 흡광도를 조사하였다.

이 표에서와 같이 이 변이주들은 L-바린 감수성주임을 판단하고 L-바린 내성주 선별실험을 하였다.

변이주 MW 120을 20초간 자외선 처리를 하여 배지 4에 L-바린 100mg/l 농도로 첨가한 평판에 도말하고 2-3일 후에 나타나는 콜로니를 선별하였다. 이 콜로니중 L-바린을 고농도로 첨가하여도 상대 생육도가 가장 높은 균주 선별하여 L-트립토판의 생산능을 비교조사 후 생산능이 가장 우수한 본원 발명의 균주MW 150을 선별하였다.

배지 1) 포도당 10g 염화망간 10mg

황산암모늄 4g 황산아연 10mg

제 1인산칼륨 1g 티아민염산염 1mg

제2 인산칼륨 3g 푸마르산 0.5g

황산마그네슘 0.5g 증류수 1L

염화철 20mg pH 7.4 120℃×20분 멸균

배지 2) 배지 1에 L-페닐알라닌 20mg/l, 한천 20g/l 첨가.

배지 3)배지 1에 L-타이로신 20mg/l, 한천 20g/1 첨가.

배지 4)배지 2에 L-타이로신 20mg/l 첨가.

배지 5)배지 1에 효모엑기스 0.2g/l 첨가.

배지 6)배지 4에 L-트립토판 100m g/1 첨가하고 포도당 10g/l 제회함.

배지 7) 박토 트립톤 1.0%

박토이스트엑기스 0.5%

염화나트륨 1.0%

pH 7.4

실시예 1

본 발명의 변이주인 MW 150주를 사용균구로 하고 한천 보존 배지로부터 한백금니를 종배지(배지 A)에 식균하여 37℃에서 7시간 120rpm 진탕기에서 전배양 하였다. 하기의 조성 배지 B 50ml을 500ml 진탕 플라스크에 분주하여 120℃ 20분간 가압멸균 후 별도로 멸균한 탄산칼슘 5%을 첨가하고 위의 종균배양액 2ml을 정종하여 32℃에서 40시간 진탕배양 하였다.

이 발효액을 HPLC 분석기기(Waters 제품)로 정량한 결과 L-트립토판의 축척량은 5.5g/l이었다.

배지 A 포도당 5% 박토트립톤 1%

박트효모엑기스 1% 염화나트륨 0.l%

pH 7.0

배지 B 포도당 6% 황산칼륨 0.04%

유안 2% 구연산나트륨 0.05%

푸마르산 0.05% 염화마그네슘 0.08%

제 1 인산칼륨 0.1% 제 2 인산칼륨 0.1%

효모엑기스 0.1% 글루타민산 0.05%

염화코발트 0.1mg/L 황산아연 1mg/L

염화망간 2mg/L 염화칼륨 5mg/L

티아민염산염 5mg/L 니코틴산 10mg/L

실시예 2

본 발명의 변이주 MW 150주를 상기와 같은 방법으로 종배양 하였다. 1L의 배지 B을 포함하는 소형발효조(MBS, 2L용량)을 접종하고 32℃로 40시간 배양하였다. 배양중의 배지 pH는 14% 암모니아수로 pH 7.0으로 조절하였고 교반은 500rpm 통기는 1V.V. M으로 하였다. 배양 후에 균체는 원심분리하고 이 발효액을 정량한 결과 L-트립토판의 축척량이 8.0g/l이었다.

실시예 3

본 발명의 변이주 MW 150주를 발효배지중 포도당대신 원당을 과당과 포도당으로 효소분해 시킨 후 사용하였으며 인산으로 pH 3.0으로 조절한 60% 원당분해액을 잔당 1%일 때 2회 추가하였다. 그외의 방법은 실시예 2와 동일하다. 발효에 사용된 총당량은 130g/l있으며 이때 L-트립토판의 축척량은 15.6g/l를 얻었다.

발효배양액을 1L 원심분리하여 균체를 제거하고 원심상등액을 크로마토용 활성탄 900ml을 충전한 탑에흘려 L-트립토판을 흡착시켰다. 수세한 후 L-트립토판을 0.7% 암모니아를 포함하는 50% 에탄놀 용액으로 용출시키고 용출액을 감압하에서 농축하여 암모니아와 에탄놀을 제거한다.

얻어진 L-트립토판 수용액을 pH 4.5로 조정하고 이것을 미리 0.1M pH 3.4 구연산 완충액으로 완충화한 수지(DOWEX 50×8 Na형)의 칼럼(10×40cm)에 통과시킨다. 다음에 0.1M, pH 5.0의 구연산 완충액 4.5L를 통과한 후 0.2% 암모니아를 포함하는 50% 에탄놀 용액으로 L-트립토판을 용출한다. 이 용출액을 감압하에서 농축건조하여 L-트립토판의 결정성 조분말을 얻는다. 이것을 소량의 뜨거운 50% 에탄놀 용액에 용해하여 소량의 활성탄으로 탈색하고 냉각 후 트립토판의 백색 인편상 결정 3.5g을 얻었다.

Claims (1)

1. L-트립토판 아날로그의 고농도에 내성을 가지며 L-페닐알라닌, L-타이로신에 의하여 생육이 촉진되고 L-바린의 고농도에 내성을 갖고 트립토판아제의 활성이 없는 변이주 에쉐리시아 MW 150(KAIST, KCTC 8373P)를 이용하여 포도당등으로부터 직접발효하여 L-트립토판을 제조하는 방법.