WO1996012816A1 - Procede de production de proteines - Google Patents

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protein
producing
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culture
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Kaoru Kobayashi
Kenji Tomomitsu
Shinobu Kuwae
Tomoshi Ohya
Toyoo Ohda
Takao Ohmura
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/435Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from animals; from humans
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    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/38Chemical stimulation of growth or activity by addition of chemical compounds which are not essential growth factors; Stimulation of growth by removal of a chemical compound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a protein by controlling the rate of addition of a substrate to a medium in a culturing process.
  • efficient production of a protein is achieved.
  • the present invention realizes optimization of the culture environment in a fed-batch culture system using the specific growth rate // as an index by controlling the rate of substrate addition to the medium, and a method for efficiently producing protein.
  • the specific growth rate // as an index by controlling the rate of substrate addition to the medium
  • Protein production using culture technology or gene recombination technology utilizes the fact that the desired protein is produced as the host cells grow exponentially by cultivation. In order to improve the culture, it is necessary to maintain or control the culture environment so that the function of the host cell (cell function) can be used most effectively. For this reason, from the viewpoint of the cultivation process, various methods for producing a desired protein in a short time with high yield, which are suitable for cultivation production, that is, are studied.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a protein capable of producing a large amount of a desired protein in a short time by controlling the specific growth rate of a host cell in a fed-batch culture system by controlling the flow rate of a substrate into a medium. To provide.
  • the present invention aims to provide a method for culturing host cells capable of producing a desired protein with high efficiency.
  • the flow rate of the substrate in the fed-batch culture, the specific growth rate of the host cell As a result, the relationship between the production rate of the target product (protein) and the amount of the target product (protein) was examined.
  • the specific growth rate of the cells during the culture was switched. At this time, they found that the productivity of the target product was improved without adversely affecting the function of the cells and the production amount of the target product, and completed the present invention.
  • the present invention provides for the flow of host cells, preferably those in which the desired protein is constitutively expressed, or in which the desired protein is substantially constitutively expressed when the host cell is capable of growing with an inducer.
  • This is a method of producing a desired protein by growing the cells by addition culture, and when switching the specific growth rate of the host cells from the initial specific growth rate to the predetermined specific growth rate, the switching is performed by expanding the host cells.
  • This is a method for producing a desired protein, wherein the method is performed by continuously changing the doping rate of a dominant substrate.
  • FIG. 1 is a graph showing the time-dependent change in the rate of addition of methanol to a medium (Example 1) o
  • Figure 2 shows the change over time in the specific growth rate of the system (invention) that continuously changes the methanol addition rate ( Figure a), and the system that instantly changes the methanol addition rate (control). It is a figure which shows the time-dependent change (FIG. B) of specific growth rate //.
  • FIG. 3 shows a comparison of the concentration of the proliferating cells in a system that continuously changes the rate of methanol addition (the present invention, Example 1-1) and a system that changes the rate of methanol addition instantaneously (Control Example I-).
  • FIG. 3 shows a comparison of the concentration of the proliferating cells in a system that continuously changes the rate of methanol addition (the present invention, Example 1-1) and a system that changes the rate of methanol addition instantaneously (Control Example I-).
  • a desired protein is substantially and substantially expressed when a host cell can be proliferated by an inducer” means that there is some relationship between the growth conditions of the host cell and the expression of the protein.
  • the substance necessary for the growth of the host cell is the same as the inducer, it means that the desired protein is expressed simultaneously with the growth of the host cell.
  • inducer refers to a substance that initiates transcription-translation of a gene encoding a desired protein, and includes, for example, methanol, galactose, and sucrose.
  • host cell capable of expressing a desired protein includes a naturally-occurring cell derived from nature or a cell mutated to produce a foreign protein (hereinafter referred to as "host cell”). And also appropriately referred to as a transformed cell.
  • the origin of the host cell is not particularly limited, and examples thereof include microorganisms (eg, bacteria (eg, Escherichia coli, Bacillus), yeasts (eg, Saccharomyces, Pichia), and the like.
  • Escherichia coli include Escherichia coli (hereinafter referred to as E. coli) K12DH1. M103. JA221, HB101. X600. XL-1 Blue. JM109 and the like.
  • the present invention is not limited to these.
  • it is yeast.
  • yeast When yeast is used as a host cell, it may be a methylotrophic yeast.
  • Suitable methanol-assimilating yeasts include, but are not limited to, yeasts capable of growing in methanol belonging to the genus Hansenula or Pichia, C. Biochemistry of methylotrophs, 269 (1982):!
  • it is a methanol-convertible yeast belonging to the genus Pichia, for example, an auxotrophic Pichia pastoris GTS115 (NRRL Y-15851). Bichia pastoris GS190 (NRRL Y-1).
  • Bikia's Pastoris PPF 1 (NRR LY— 1 8 0 17), Wild-type Bikia's Pastoris strains (NRRL Y- 1 1 4 3 0, NR RL Y- 1 1 4 3 1) and the like.
  • the “host cell” is preferably a transformed cell capable of producing a desired protein that is heterologous to the host cell (hereinafter, appropriately referred to as a heterologous protein).
  • the cell may be a cell having foreign DNA capable of encoding the amino acid sequence of a heterologous protein and expressing and producing a desired heterologous protein based on the DNA information.
  • the method of obtaining the information is not particularly limited. For example, it can be obtained by transforming a plasmid or phage carrying DNA encoding the desired protein using recombinant DNA technology.
  • host cell in the present invention is a host cell that produces HSA, and the preparation of the cell and the expression and production of HSA by using the cell are known and equivalent thereto. It can be implemented by a technique.
  • a method using a normal human blood albumin gene Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 58-56684, 58-90515, 58-1-1) No. 5,051,177
  • a method using a novel human blood albumin gene Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-198985, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1989-4866
  • Method using synthetic signal sequence Japanese Patent Application Laid-Open No. No. 191
  • a method using a serum albumin signal sequence Japanese Patent Application Laid-Open No.
  • the desired protein targeted by the method of the present invention is not specified, and may be any of the above-mentioned constituent proteins of a naturally-occurring host cell produced by the host cell; Evening may be the quality of the protein.
  • the constituent proteins of the host cell include RNA polymerase, actin, enzymes involved in the respiratory system or glycolysis system, and the like, and the heterologous proteins include interferon, perokinase, blow-mouth kinase, and t-protein.
  • tissue brass minogen activator tissue brass minogen activator
  • G-CSF granulocyte colony stimulating factor
  • IV [—CSF (macrophage colony stimulating factor)
  • HSA human serum albumin
  • IGF inulin-like growth) Factor
  • UTI urinary trypsin inhibitor
  • HSA interferon, perokinase, prokinase, IGF, UTI, and more preferably HSA.
  • the combination of the host cell and the heterologous protein is not particularly limited, and can be appropriately combined.
  • Escherichia coli and interflon Saccharomyces, cerevisiae and Blow mouth kinase, Saccharomyces * cerevisiae and HSA, Pichia pastoris and HSA, and the like.
  • the culture of the host cells can be performed by a fed-batch culture method using a medium containing various r, carbon energy sources and / or nutrient sources. That is, the host cells are cultured for a certain period of time in a medium (initial medium) containing a carbon energy source and / or a nutrient source suitable for the growth thereof.
  • a method is used in which the target protein is not extracted out of the system until the end of the culture, while additionally supplying a substrate that governs the growth of the medium to the culture medium (Japanese Patent Laid-Open No. 3-83595).
  • the term “substrate that controls the growth of the host cell” refers to a substrate suitable for growing the host cell, preferably a carbon energy source.
  • the substrate examples include methanol, glycerin, sorbitol, glucose, fructose. Galactose, and sucrose. These are not limited to one component, and may be two or more components.
  • preferred substrates include those selected from the group consisting of methanol, glycerin and combinations thereof.
  • Preferred substrates when Saccharomyces cerevisiae is used as a host cell include galactose and sucrose, and when Escherichia coli is used, lactose and the like are exemplified.
  • the mode of the substrate added to the medium may be the substrate itself, or may be the mode of a composition mixed with other components (eg, vitamin, inorganic salt, etc.).
  • the form to be added may be any of solid form, powder form, condylar form, liquid form and the like, but is preferably liquid form which can be rapidly and uniformly dissolved in the medium. Things.
  • the carbon energy source and Z or nutrient used for the initial culture of the host cell include known carbon energy sources and Z or nutrients suitable for the host cell to be cultured.
  • Examples of the carbon energy source include glucose and glycerin
  • examples of the nutrient source include a nitrogen source (eg, yeast extract, nokuta topeptone, casamino acid. Ammonia, ammonium phosphate, ammonium acid, etc.).
  • Phosphate sources phosphoric acid, ammonium phosphate, etc.
  • inorganic sources and other trace elements eg, iron, zinc, copper, magnesium, manganese, calcium molybdenum, cobalt, etc.
  • vitamins eg, Biotin, pantothenic acid, thiamine, etc.
  • continuously changing the rate of substrate addition means that the substrate is added to a culture tank. Refers to changing the speed of a substrate so that it is continuous without interruption. As a result, the specific growth rate of the host cell gradually switches from the initial specific growth rate to the predetermined specific growth rate.
  • specific growth rate of host cell Zj refers to the amount of host cell growth per unit time (hr) and unit cell amount, and is generally represented by the following formula.
  • X represents the cell concentration (gZL)
  • V represents the amount of medium (L)
  • t represents the culture time (hr :)
  • ⁇ and ⁇ t represent the changes in XV and t, respectively.
  • switching from the initial specific growth rate to the predetermined specific growth rate means that the initial specific growth rate of the host cell is changed to a different predetermined specific growth rate during fed-batch culture. means.
  • the preferred initial specific growth rate, the predetermined specific growth rate, and the switching time (in other words, the time during which the initial specific growth rate is maintained) can be obtained from the relationship between the specific growth rate and the specific production rate p ( Journal of Enzyme Engineering, No. 7 C ⁇ No. 5, 395-404. 1992).
  • the specific production rate P as used herein refers to an increase in protein production per unit time (hr) and unit cell volume, and is generally expressed by the following equation.
  • represents the amount of protein produced (gZL)
  • V represents the amount of medium (L)
  • t represents the cultivation time (hr)
  • ⁇ V the amount of virus produced
  • the switching may be performed a plurality of times.
  • the culture temperature used in the present invention is preferably a temperature suitable for its growth and production of the desired protein, depending on the host cell to be cultured. If the host cell is Escherichia coli, it is 20-46, preferably 36-38'C, and if it is yeast, about 20-35. 'C, preferably about twenty-three to three (TC, if the B. subtilis 2 8 ⁇ 4 0 e C, preferably 3 6 ⁇ 3 8'C.
  • the pH of the medium can be appropriately selected depending on the host cell to be cultured, which is suitable for its growth and production of the desired protein.
  • the dissolved oxygen content of the culture tank can be appropriately selected and employed within a range of about 10 to 70% of saturation.
  • the specific growth rate of the Pichia yeast UHG42-3 strain capable of expressing and producing HS A (the preparation method thereof is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-28984) is defined as the initial specific growth rate.
  • Preculture was performed using YPD broth (2% bactopeptone, 1% yeast extract, 2% darcos). Specifically, 1 mL (OD s ⁇ .0) of a cell suspension of Pichia yeast UHG42-13 strain cryopreserved in 20% glycerol was added to 30 OmL with baffle containing 50 mL of YPD broth. The cells were inoculated into a conical flask and cultured with shaking at 30 ° C. for 24 hours.
  • YPD broth 2% bactopeptone, 1% yeast extract, 2% darcos
  • the main culture was performed for a certain time in batch culture using a medium (initial medium) having the composition shown in Table 1, and then methanol was continuously added at the flow rate shown in FIG. Table 1 Composition of initial medium
  • the rate of methanol addition was controlled according to the following equation [where t represents the elapsed time (hr) after the start of methanol addition. ].
  • Figure 1 shows the temporal changes in the rate of methanol addition (solid dip from about 24 to 96 hours of culture, about 96 to! The 6th to 360th hour is represented by a solid line).
  • methanol was added so that the initial specific growth rate of the yeast belonging to the genus Bikia was 0.025, and then methanol was added. Once the methanol addition rate is gently reduced as shown by the broken line in the figure, methanol is then added so that the specific increase rate of Pichia yeast is '' or 0.02. did.
  • methanol was added so that the initial specific growth rate ⁇ ′ of the yeast belonging to the genus Pichia was 0.025 from about 24 hours of culture at the start of methanol addition to about 96 hours of culture, and then When switching the "predetermined specific growth rate of the yeast belonging to the genus Bichia" to 0.002, the addition rate of methanol was instantaneously changed to control the pull-in to 0.02.
  • the addition rate of methanol in a system that does not switch to 2 of 2 was controlled according to the following equation [where t represents the elapsed time (hr) after the start of methanol addition. ].
  • the time-dependent change in the methanol addition rate of the system is represented by the broken wing in Figure III.
  • Fig. 2 shows how ⁇ is switched in a system that continuously changes the methanol addition rate (the present invention) (Fig. 2 (a)), and a system in which the addition rate is changed instantaneously (Comparison Control II). The results of comparing the switching of the in [Fig. 2 (b)] are shown.
  • FIG. 3 shows the time-dependent changes in the bacterial cell concentration (compared to the present invention and control 1), and Table 2 shows the HS A production ratio at the end of the culture (the present invention, comparative controls ⁇ and 2). ).
  • the main culture was performed in the same manner as in Example 1 except that the feed medium shown in Table 3 was used instead of methanol.
  • the culture solution is sampled at an arbitrary incubation time, and the OD 54 when measured with distilled water. After dilution so that the value is 0.3 or less, measure the absorbance at 540 nm using a spectrophotometer (UV2200, Shimadzu Corporation), multiply the value by the dilution factor, The absorbance of the culture was used. Furthermore, the dry cell concentration was calculated from the absorbance using OD54 () 5.6 as an index.
  • the culture solution was sampled at an arbitrary culture time and centrifuged at 2,000 rpm for 5 minutes.
  • the obtained supernatant was clarified and filtered by Ultrafree C3HV, and then subjected to gel analysis by HPLC under the following conditions.
  • the culture solution was sampled at an arbitrary culture time and centrifuged at 15.000 rpm for 5 minutes. After refining the obtained supernatant with Ultrafree C 3 HV, HP under the following conditions Quantitative analysis by LC was performed.
  • the substrate addition rate to the medium of the present invention, it is possible to realize an optimum pattern of the specific growth rate // and the specific production rate p required in consideration of optimization of the fed-batch culture system.
  • this realization enables high-density culture of host cells by fed-batch culture, and allows efficient production of a desired protein in a short time.
  • the method of the present invention is extremely useful as an industrial method for producing a protein having high commercial value such as HSA, IGF, Blow mouth kinase and UTI.

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Description

明細書
タンパク質の生産方法
技術分野
本発明は、 培養プロセスにおける培地への基質添加速度の制御によるタンパク 質の生産方法に関し、 かく して、 タンパク質の効率的生産が達成される。 詳細に は、 本発明は比増殖速度//を指標とする流加培養系での培養環境の最適化を培地 への基質添加速度の制御によって実現し、 夕ンパク質を効率的に生產する方法に 関する。
背景技術
現在、 商業的に価値のあるタンパク質の多くは、 その遠伝子を発現し得る宿主 細胞を培養することにより生産されている。
培養技術もしくは遺伝子組換え技術を用いるタンパク質の生產は、 培養により 宿主細胞が指数関数的に増殖するに伴って所望のタンパク質が産生されることを 利用するものであるが、 夕ンパク質の生産性を向上させるためには宿主細胞の働 き (細胞の機能) を最も有効に活用できるようにその培養環境を整備または制御 する必要がある。 このため、 培養プロセスの面から、 培養生産に適した、 すなわ ち所望のタンパク質を短時間で高い収率, 収量をもって生産する方法が種々検討 されている。
宿主細胞の比増殖速度と該宿主細胞が産生するタンパク質の量との間には密接 な関係があり、 該夕ンパク質の產生量を最大にするためにはその宿主細胞の比増 殖速度を至適な値にコントロールすることが必要である。 このため、 従来より宿 主細胞 (微生物) の産生量と比増殖速度との関係について種々研究され、 数多く のモデルが提案されている。
これらのモデルによると、 產生量の増大を図るためには、 培養の途中で、 紬胞 の比増殖速度を少なく とも一回異なる比増殖速度に切り替える必要が生じる場合 がある (酸酵工学会 Ιέ、 第 7 0巻、 第 5号、 395 -404、 1992) 。
しかしながら、 本発明者らの研究により、 このような培養の最適化を図るがゆ えの比増 ¾速度の切り替えによっては、 目的生産物の產生量は期待した程上昇し ないことが初めて分かった (本明細書、 実施例 1参照) 。
従って、 宿主細胞による目的生産物の生產性を向上させるためには、 宿主細胞 の比増殖速度の切り替えに際して、 宿主細胞の機能に影響を与えることなく生産 物を効率よく產生させるような培養方法が求められる。
本発明の目的は、 流加培養系において、 宿主細胞の比増殖速度 を培地への基 質の流加速度で制御することにより、 短時間で所望のタンパク質を大量に產生し 得るタンパク質の生産方法を提供することである。
また、 他の面において、 本発明は所望のタンパク質を高効率で生產し得る宿主 細胞の培養方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明者らは、 フィードバック制卸をしないで宿主紬胞の比増殖速度 を最適 値 (目的値) に調整 ·制御する方法として、 流加培養における基質の流加速度と 宿主細胞の比増殖速度、 ひいては目的生産物 (タンパク質) の産生量との関係を 検討していたところ、 培地への基質の流加速度を連梡的に変化させることにより、 培養途中での細胞の比増殖速度; /の切り替えに際して、 細胞の機能および目的生 産物の生産量に悪影饗を与えることなく、 目的生産物の生産性が向上することを 見出して本発明を完成した。
即ち、 本発明は、 宿主細胞、 好ましくは所望のタンパク質が構成的に発現する か、 もしくは誘導物質により宿主細胞が増殖可能な場合に所望のタンパク質が実 質上構成的に発現する宿主細胞を流加培養により増殖させて所望のタンパク質を 生産する方法であつて、 宿主細胞の比增殖速度 を当初の比増逋速度から所定の 比増殖速度に切り替えるに際して、 その切り替えを、 宿主紬胞の増殖を支配する 基質の添加速度を連続的に変化させることにより行うことを特徴とする所望の夕 ンパク質の生産方法である。
図面の簡単な説明
図 1は、 メタノールの培地への添加速度の経時的変化を示す図である (実施例 1 ) o
図 2は、 メタノールの添加速度を連铰的に変化させる系 (本発明) の比増殖速 度 の経時的変化 (図 a ) 、 およびメタノールの添加速度を瞬時に変更する系 ( 対照①〉 の比増殖速度//の経時的変化 (図 b ) を示す図である。
図 3は、 メタノールの添加速度を連较的に変化させる系 (本発明一△一) と該 添加速度を瞬時に変更する系 (対照①一書 -) とで、 増殖する菌体濃度を比較し た図である。
発明の詳紬な説明
本発明において、 「所望のタンパク質が構成的に発現する」 とは、 所望のタン パク質が宿主紬胞の生育条件とは無関係に常に発現することを意味する。
また、 本発明において 「誘導物質により宿主細胞が増殖可能な場合に所望の夕 ンパク質が実質上様成的に発現する」 とは、 宿主細胞の生育条件とタンパク質の 発現との間に何らかの関係があり、 宿主細胞の増殖に必要な物質と誘導物質とが 同じである場合に、 宿主細胞の増殖と同時に所望のタンパク質も発現することを いう。
また、 ここで 「誘導物質」 とは、 所望のタンパク質をコードする遺伝子の転写 - 翻訳を開始させる物質をいい、 例えばメタノール、 ガラク トース、 スクロース等 が挙げられる。
本発明で用いられる 「所望のタンパク質を発現しうる宿主細胞」 (以下、 単に 宿主細胞という) としては、 自然に生じる天然由来の細胞または外来タンパク質 を産生することができるように変異した細胞 (以下、 適宜形質転換細胞ともいう。 が挙げられる。
また、 宿主細胞の由来も特に限定されず、 例えば、 微生物 〔細菌 (例えば、 ェ シユリキア厲菌, バチルス属菌等) , 酵母 (例えば、 サッカロマイセス厲, ピキ ァ厲等) 〕 等が挙げられる。 具体的には、 エシュリキ了厲菌では、 エシュ リキア ' コリ (Escherichia col i、 以下、 E. col i という) K12DH1. M103. JA221, HB101. X600. XL-1 Blue. JM109などが例示される。 バチルス厲菌ではバチルス ·サブチ リス (Bacillus subtilis) MI114, 207-21などが、 また酵母としては、 サッカロ マイセス · セレピシェ (Saccharomyces cerevisiae) AH22. AH22 - , NA87-11A. DKD- 5D、 およびピキア 'パス トリス (Pichia pastoris)などが挙げられるが、 特 にこれらに限定されるものではない。 好ましくは、 酵母である。
また、 宿主細胞として酵母を用いる場合、 メタノール資化性 (methylotrophic) 酵母であってもよい。 適切なメタノール資化性酵母としては、 ハンセヌラ属また はピキア厲に所厲するメタノール中で増殖しうる酵母が挙げられるが、 これらに 限定されない CThe Biochemistry of methylotrophs, 269 (1982) :! 。 好ましく は、 ピキァ属メタノール资化性酵母であり、 例えば栄養要求性ピキア .パストリ ス GTS 1 1 5 (NRRL Y— 1 5 8 5 1 ) . ビキア ·パス ト リス GS 1 9 0 (NRRL Y— 1 8 0 1 4 ) , ビキア 'パス ト リス P P F 1 (NRR L Y— 1 8 0 1 7) 、 野生型ビキア 'パス ト リス株 (NRRL Y- 1 1 4 3 0、 NR RL Y- 1 1 4 3 1 ) 等が挙げられる。
「宿主钿胞」 として好ましくは、 当該宿主細胞に対して異種である所望のタン パク質 (以下、 適宜異種タンパク質という) を產生し得る形質転換細胞である。 当該細胞は、 異種タンパク質の了ミ ノ酸配列をコードし得る外来 DNAを有して おり、 かつ該 DN A情報により所望の異種タンパク質を発現 ·産生する細胞であ ればよい。 また、 その取得方法も特に限定されない。 例えば、 組換え DNA技術 を使用して、 所望のタンパク質をコードする DNAを担持するブラスミ ドまたは ファージなどで形質転換することによって取得することができる。
本発明でいう 「宿主細胞」 の一具体例として、 HS Aを産生する宿主細胞が挙 げられるが、 当該細胞の調製ならびに該細胞の使用による HS Aの発現 ·産生は、 公知ならびにそれに準じた手法により実施することができる。
具体的には、 例えば通常のヒ ト血淸アルブミ ン遗伝子を用いる方法 (特開昭 5 8— 5 6 6 8 4号、 同 5 8— 9 0 5 1 5号、 同 5 8 - 1 5 0 5 1 7号公報) 、 新 規なヒ ト血淸アルブミ ン遺伝子を用いる方法 (特開昭 6 2— 2 9 9 8 5号、 特開 平 1一 9 8 4 8 6号公報) 、 合成シグナル配列を用いる方法 (特開平 1一 2 4 0 1 9 1号公報) 、 血清アルブミ ンシグナル配列を用いる方法 (特開平 2 - 1 6 7 0 9 5号公報) 、 組換えブラスミ ドを染色体上に組み込む方法 (特開平 3 - 7 2 8 8 9号公報) 、 宿主同士を融合させる方法 (特開平 3 - 5 3 8 7 7号公報) 、 メタノール含有培地中で変異を起こさせる方法、 変異型 AOX2 プロモーターを 用いる方法 (特開平 4— 2 9 9 9 8 4号公報) 、 枯草菌による HSAの発現 (特 開平 6 2— 2 5 1 3 3 号公報) 、 酵母による HS Αの発現 (特開昭 6 0 - 4 1 4 8 7号、 同 6 3 - 3 9 5 7 6号、 同 6 3— 7 4 4 9 3号公報) 、 ピキア属酵 による HS Aの発現 (特開平 2— 1 0 4 2 9 0号公報) ^が例示される。
本発明の方法が対象とする所望のタンパク質は、 特 ί 定されず、 上述の天然 由来の宿主細胞が産生する該細胞の構成タンパク質、 ;::こ形質転換細胞が産生す る外来タンパク質等いずれの夕ンパク質であってもよい。
具体的には、 宿主細胞の構成タンパク質としては RNAボリメラ一ゼ, ァクチ ン, 呼吸系または解糖系に関わる酵素等が例示され、 また異種タンパク質として はインターフェロン, ゥロキナーゼ, ブロウ口キナーゼ, t一 ΡΑ (組織ブラス ミノーゲン活性化因子) , G— CSF (顆粒球 · コロニー刺激因子) , IV [— CS F (マクロファージ · コロニー刺激因子) , HSA (ヒ 卜血清アルブミ ン) , I GF (インシユリ ン樣成長因子) , 尿性トリブシンインヒビター (UT I ) 等か 例示される。 好ましくは、 HSA, インターフヱロン, ゥロキナーゼ, プロウ口 キナーゼ, I GF, UT Iであり、 より好ましくは HSAである。
また、 宿主細胞と異種タンパク質との組合せについても特に制限はなく、 適宜 組み合わせることができる。 例えば、 エシュリキア · コリとインターフ ロン, サッカロマイセス,セレピシェとブロウ口キナーゼ, サッカロマイセス *セレビ シェと HSA, ピキア ·パストリスと HSA等が挙げられる。
宿主紬胞 (形質転換細胞) の培養は、 流加培養法により、 種々 r、炭素エネルギ —源および/または栄養源を含有する培地を用いて行うことができる。 すなわち、 一定期間、 宿主細胞をその増殖に適した炭素エネルギー源および または栄養源 を含有する培地 (初期培地) 中で培養し、 状況に応じてある時点から、 宿主細胞 の増殖を支配する基質を該培地に追加供給しながら、 目的タンパク質を培養終了 時まで系外に抜き出さない方法が用いられる (特開平 3— 8 3 5 9 5号公報) 。 本発明で 「宿主細胞の増殖を支配する基質」 とは、 宿主細胞を増殖させるのに 適した基質をいい、 好ましくは炭素エネルギー源となりうるものである。
当該基質としては、 メタノール, グリセリン, ソルビトール, グルコース, フ ルク トース. ガラク ト一ス, スクロース等が例示される。 また、 これらは 1成分 に限定されず 2成分以上であってもよい。
宿主細胞としてピキア ·パストリスを用いる場合の好ましい基質としては、 メ 夕ノ一ル, グリセリ ンおよびそれらの組合せからなる群から選択されるものが例 示される。 宿主細胞としてサッカロマイセス ·セレビシェを用いる場合の好まし い基質はガラク トース, スクロース等、 またエシュリキア ' コリを用いる場合は ラク トース等が例示される。
さらに、 培地に添加する基質の態様は、 基質そのもの単独であってもよいし、 また他の成分 (例えば、 ビタミ ン, 無機塩等) に配合された組成物の態様であつ てもよい。 また、 添加する形態として、 固形状、 粉体状、 顆拉状、 液体状等のい ずれの形憨であってもよいが、 好ましくは、 速やかに培地に均一に溶解し得る液 体状のものである。
宿主細胞の初期培養に用いられる炭素エネルギー源および Zまたは栄養源とし ては、 培養する宿主紬胞に応じてそれに適した公知の炭素エネルギー源および Z または栄養源が挙げられる。 炭素エネルギー源としては、 例えばグルコース, グ リセリ ンが挙げられ、 栄養源としては、 例えば窒素源 (例えば、 イーストエキス トラク ト, ノくタ トペプトン. カザミノ酸. アンモニア, リン酸アンモニゥム. 酸アンモニゥム等) 、 ホスフエ一ト源 (リン酸, リン酸アンモニゥム等) 、 無機 質源その他微量元素 (例えば、 鉄, 亜鉛. 銅, マグネシウム, マンガン, カルシ ゥム. モリブデン, コバルトなど) 、 ならびにビタミ ン (例えば、 ビォチン, パ ン トテン酸, チアミ ン等) 等である。
本発明でいう 「基質の添加速度を連梡的に変化させる」 とは、 培養槽に添加す る基質の速度を途切れることなく連なり続くように変えることをいう。 この結果、 宿主細胞の比増 ¾速度 は当初の比増殖速度から所定の比増殖速度へと緩やかに 切り替わる。
本発明でいう 「宿主細胞の比増殖速度 Zj とは、 単位時間 (h r) , 単位細胞 量当たりの宿主細胞の増殖量をいい、 一般に下式のように表される。
1 AXV
u =
XV Δί
〔式中、 Xは菌体濃度 (gZL)、 Vは培地量 (L) 、 tは培養時間 (h r:) 、 ΔΧν, △ tはそれぞれ XV, tの変化量を表す。 〕
本発明でいう 「当初の比増殖速度から所定の比増殖速度に切り替える」 とは、 宿主細胞の当初の比増殖速度を、 流加培養の途中で異なる所定の比増殖速度に変 化させることを意味する。 好ましい当初の比増殖速度, 所定の比増殖速度および 切り替え時間 (換言すれば、 当初の比増殖速度に保たれる時間) は、 比増殖速度 と比生産速度 pとの関係から求めることができる (醱酵工学会誌、 第 7 C \ 第 5号、 395-404. 1992 ) 。
ここでいう比生産速度 Pとは単位時間 (h r) , 単位綑胞量当たりのタンパク 質の生産の増加量をいい、 一般に下式のように表される。
1 APV
Ρ= X
XV Δί
〔式中、 Ρはタンパク質の生産量 (gZL)、 Vは培地量 (L)、 tは培養時間 (h r) 、 ΔΡ V. 厶 tはそれぞれ PV, tの変化量を表す。 〕
なお、 当該切り替えは複数回行ってもよい。
本発明で用いられる培養温度は、 培養する宿主細胞に応じてその増殖および所 望夕ンパク質の産生に適した温度であることが好ましい。 宿主細胞が大腸菌の場 合は 20〜4 6て、 好ましくは 3 6〜3 8'Cであり、 酵母の場合は約 20〜3 5 'C、 好ましくは約 23〜3 (TCであり、 枯草菌の場合は 2 8〜4 0eC、 好ましく は 3 6〜3 8'Cである。
また、 培地の pHも、 培養する宿主紬胞に応じてその増殖および所望タンパク 質の産生に適した pHを適宜採用することができる。 さらに、 培養槽の溶存酸素 含量は飽和の約 1 0〜7 0 %の範囲で適宜選択採用することができる。
以下、 実施例および参考例に基づいて本発明をより詳紬に説明する。 しかし、 本発明はこれによってなんら限定されるものではない。
実施例 1
HS Aを発現 ·産生し得るピキア厲酵母 UHG 4 2 - 3株 (特開平 4 - 2 9 9 8 4号公報にその作成方法が記載されている。 ) の比増殖速度 を当初の比増殖 速度;/' = 0. 0 2 5から所定の比増殖速度^'' = 0. 0 0 2に切り替える培養 系を用いて、 HSAの產生を行った。 具体的には、 下記の方法で行った。
( 1 ) 培養方法
①前培養
前培養は YPDブロス (2%バク トペプトン、 1 %酵母抽出物、 2 %ダルコ一 ス) を用いて行った。 詳細には、 20 %グリセロール中に凍結保存したピキア厲 酵母 UHG 4 2一 3株の菌体懸濁液 l mL (ODs<。 0) を 5 0mLの YP Dブロスを含むバッフル付き 3 0 OmL容三角フラスコに植菌して、 3 0°Cにて 2 4時間振盪培養した。
②本培養
本培養は、 一定時間、 表 1に示す組成からなる培地 (初期培地) を用いて回分 培養した後、 メタノールを図 1に示す流加速度で連続的に添加しながら行った。 表 1 初期培地の組成
Figure imgf000011_0001
YTM溶液 * の組成 成 分 濃 度 z/ m
FeS04 2H20 6 5. 0
CuSO, 5H20 6. 0
MnS0« 4-5H20 4. 1 1 ZnS04 7H20 2 0. 0
H2S04 5. 0 (m ) 詳細には、 バッチ培地 1. 7 Lを含む 1 0 L容ジャ一フアーメン夕一 (バイオ マスタ一 D型、 1 0 L) に前培養液を 3 4 mL植菌し通気攪拌培養した。 培養温 度は 3 O'Cとした。 «拌速度は 9 0 0 r pmで一定にして回分培養を行った。 p Hは pH 5. 8 5に定値制御した。 消泡のため、 消泡剤を必要に応じて添加した。 回分培養において初期培地中のグリセロールが全て消費された時点 (培養 2 4 時間目) からメタノールの添加を開始した。
メタノールの添加速度は、 下式に従って制御した 〔但し、 tはメタノール添加 開始後の経過時間 (h r) を示す。 〕 。
0 ≤ t <72 のとき、 F(t) =3.712 x exp(0.025 t) (g/hr)
72≤ t <92 のとき、 F(t) =22.456 x exp[-0.025 x (t-72)]
92≤ t のとき、 F(t) =13.62 exp[0.002x (t-92)]
図 1 にメタノールの添加速度の柽時的変化を示す (培養約 2 4〜9 6時間目は 実棣、 培養約 9 6〜! 1 6間目は紬か t、破線、 および培養約 1 1 6〜 3 6 0時間 目は実線で表される) 。
メタノ一ルの添加開始時の培養約 2 4時間目から培養約 9 6時間目まではビキ ァ属酵母の当初の比増殖速度 ' が 0. 0 2 5となるようにメタノールを添加し、 ついでメタノールの添加速度を一旦図中紬かい破線で示すように穏やかに減少さ せ、 引き続きピキア厲酵母の所定の比増¾速度 '' か 0. 0 0 2となるようにメ タノ一ルを添加した。
また、 比較対照実験として、 ①/ を 0. 0 2 5から 0. 0 0 2に切り替えるに 際して添加速度を瞬時に変更する系での培養、 および、 ② を切り替えない系で の培養を行った。
①の 切り替えに際して、 メタノールの添加速度を瞬時に変更する系でのメ夕 ノールの添加速度は、 下式に従って制御した 〔但し、 tはメタノール添加開始後 の経過時間 (h r) を示す。 〕 。 なお、 当該系のメタノール添加速度の経時的変 化は、 図 1中の実線および太い実線で表される。
0≤ t < 72 のとき、 F(t) =3.712 X exp(0.025 xt) (g/hr) l o 72≤ t のとき、 F(t) =13.086 exp[0.002x(t-72)]
すなわち、 メタノールの添加開始時の培養約 24時間目から培養約 9 6時間目 まではピキア属酵母の当初の比増殖速度〃' が 0. 0 2 5となるようにメタノー ルを添加し、 ついでビキア属酵母の所定の比増殖速度 " を 0. 0 0 2に切り替 えるに際して、 メタノールの添加速度を瞬時に変更し、 引き铳き が 0. 0 0 2 となるように制御した。
また、 ②の〃を切り替えない系でのメタノールの添加速度は、 下式に従って制 御した 〔但し、 tはメタノール添加開始後の経過時間 (h r) を示す。 〕 。 当該 式による制御が、 を切り替えない系での好適な培養方法である。 すなわち、 = 0. 0 1 5となるようにフィ一ドを開始し、 溶存酸素濃度 (培養液中に溶け込 んでいる酸素濃度) が一定 S度より低くなつた時点で定速流加にする方法である。 なお、 当該系のメタノール添加速度の経時的変化は、 図〗中の破棟で表される。
0≤ t <127 のとき、 F(t) =2.176 x exp(0.015x t) + 1.632 (g/hr) 127≤ t のとき、 F(t) =16.253
図 2に、 メタノールの添加速度を連铙的に変化させる系 (本発明) での ^の切 り替わり方 〔図 2 (a) 〕 と、 添加速度を瞬時に変更させる系 (比較対照①) で の の切り替わり方 〔図 2 (b) 〕 を比較した結果を示す。
また、 各塔養の結果として、 図 3に菌体濃度の経時変化 (本発明と比較対照①) を、 また表 2に培養終了時点での HS A産生割合 (本発明、 比較対照①および②) を示す。
表 2
培 養 系
ri S A
切替えの有無 添加速度の切替え 產生割合 切替え無 (対照②) 100 % 切替え有 瞬時変更 (対照①) 107 %
〃 連 ¾的変化 (本発明) 156 %
培養後約 3 6 0時間目の産生 HS A量を比較すると、 の切り替えをする場合 (本発明、 比較対照①) としない場合 (比較対照②) とでは切り替えをした方が いいが、 切り替えをする場合であっても、 流加速度の瞬時の変更を実施した場合 (比較対照①) の HS Aの產生量 ( 1 0 7%) に比べて、 流加速度の連铙的変化 の系を実施した場合 (本発明) での HSAの産生量は 1 5 6 %と大きく、 の切 り替えに際して基質 (メタノール) の添加速度を連铙的に変化させることにより、 所望のタンパク質 (HSA) の産生量が向上することが判明した。
実施例 2
本培養に際してメタノールの代わりに表 3に記載のフィ一ド培地を用いること のみを異にして、 あとは実施例 1 と同じ方法で培養を行った。
その結果、 実施例 1 と同様な結果が得られた。 表 3 フィード培地組成
Figure imgf000015_0001
参考例 1 菌体濃度の測定
任意の培養時間で培養液をサンプリングし、 蒸留水で则定時の OD54。 値が 0. 3以下となるように希釈したのち、 分光光度計 (UV 2 20 0型、 島津製作所) を用いて 5 4 0 nmにおける吸光度を測定し、 その値に希积率をかけて、 培養液 の吸光度とした。 さらに、 OD54() 5. 6を指標として、 該吸光度から乾燥菌 体饞度を算出した。
参考例 2 HS A濃度の測定
任意の培養時間で培養液をサンプリングし、 , 000r pmで 5分間遠心した。 得られた上淸をウルトラフリー C 3HVにより清澄濾過後、 下記条件下での H P L Cによるゲル據過分析を実施した。
カラム: TSKg e l G 3 0 0 0 SWxi
移動相: 0.3 M Na C】, 50 mM リン酸ナトリウム. 0.1 % NaN 3. pH6.5 流速: 】 . 0 m】 Zm i n
イ ンジェクショ ン量: 5 0 /z l
*. A 2 0 八 350 ( 2波長)
参考例 3 メタノール澀度の測定
任意の培養時間で培養液をサンプリングし、 15.000 r pmで 5分間遠心した。 得られた上淸をウルトラフリー C 3 H Vにより清澄據過後、 下記条件下での H P L Cによる定量分折を実施した。
カラム : Sugar-pak Ca (Waters 社製)
移動相 : 0.02 % NaN 3
カラム温度: 8 O 'C
インジェクショ ン量: 2 8 1
検出 : 示差屈折計
産業上の利用可能性
本発明の培地への基質添加速度の変化憨様によれば、 流加培養系の最適化を念 頭において求められる比増殖速度 //や比生產速度 pの最適パターンを実現するこ とかできる。 また、 この実現により、 流加培養による宿主細胞の高密度培養が可 能となり、 短時間で効率よく所望のタンパク質を生產することができる。
従って、 本発明の方法は、 HSA, I GF, ブロウ口キナーゼ. UT I等の商 業的価値の高いタンパク質の工業的製法として極めて有用である。

Claims

請求の範囲
1 . 所望の夕ンパク質を発現しうる宿主細胞を流加培養により增殖させて所望夕 ンパク質を生産する方法であって、 宿主細胞の比増殖速度を当初の比増殖速度か ら所定の比増殖速度に切り替えるに際して、 その切り替えを、 宿主細胞の増殖を 支配する基質の添加速度を連铙的に変化させることにより行うことを特徴とする 前記夕ンパク質の生産方法。
2 . 宿主細胞か、 所望のタンパク質を構成的に発現するか、 もしくは誘導物質に より増殖可能な場合に所望の夕ンパク質を実質上構成的に発現する宿主細胞であ る請求項 1記載のタンパク質の生產方法。
3 . 宿主細胞が、 酵母由来の細胞であることを特徴とする請求項 1記載のタンパ ク質の生産方法。
4 . 宿主細胞が、 メタノール資化性酵母由来の細胞であることを特徴とする請求 項 1記載のタンパク質の生産方法。
5 . 宿主細胞が、 ビキア属酵母由来の細胞であることを特徴とする請求項 1記載 のタンパク質の生産方法。
6 . 所望のタンパク質が、 宿主钿胞に対して異種タンパク質であることを特徴と する請求項 1乃至 5のいずれかに記載の夕ンパク質の生産方法。
7 . 異種タンパク質が、 ヒ ト血清アルブミ ンであることを特徴とする請求項 6に 記裁のタンパク質の生産方法。
8 . 宿主細胞の増殖を支配する基質が、 炭素エネルギー源である請求項 1記載の 夕ンパク質の生産方法。
9 . 炭素エネルギー源がメタノール. グリセリ ン, ソルビトール. グルコース. フルク ト一ス, ガラク トース, スクロースから選ばれる請求項 8記載のタンパク 質の生産方法。
1 0 . 宿主細胞が、 ビキア属酵母由来であり、 宿主細胞の增逋を支配する基質が メタノール、 グリセリ ンおよびそれらの組合せからなる群から選ばれる請求項 1 記載のタンパク質の生産方法。
1 1 . 宿主細胞が、 サッカ πマイセス属由来であり、 宿主細胞の増殖を支配する 基質がガラク トース、 スクロースおよびそれらの組合せからなる群から選ばれる 請求項 1記載の夕ンパク質の生產方法。
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