BE552551A - - Google Patents

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BE552551A
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
    • C12P13/08—Lysine; Diaminopimelic acid; Threonine; Valine

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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   L'invention est relative aux procédés de prépara- tion de la lysine qui est une aminé acide essentiel ayant une grande importance ; et elle concerne, plus spécialement, un procédé pour'préparer la lysine à partir du composé dé- nommé acide diaminopimélique ainsi qu'un procédé pour prépa- 
 EMI1.1 
 rer l'acide dianinopimélique lui-même. 



     Bien   que les travaux dans ce domaine soient relati- vement récente, la littérature, à cause de l'importance de la lysine, contient déjà des indications considérables à son sujet. Davis, dit dans Nature, Vol 169, page 534 (1952) que certains   auxotrophes,   qui ont besoin de lysine, des Esche-   richia   coli fournissent des quantités relativement grandes d'acide diaminopimélique.

   Une enzyme, qui décarboxyle l'aci- 
 EMI1.2 
 de dia:1Ïnopil1CHique pour fournir de la lysine, est indiquée comme existant dans plusieurs bactéries z. iiork - 11 sympo- sium on Amino Acid Métabolism, 1955) mais comme étant absen- te dans les auxotrophes ayant besoin de lysine (Lewey, Iloare &u'ork, 3iochcrnical Journal, Vol. 58 page S;.3 1954  Voir 6[':0.- lement Wright et Cresson, Proceedings of the Society :or Expérimental Biology and Médecine, Vol. F2, }''.2:e 35'i-, 1953.) ' On a découvert maintenant que l'acide. (1.i.<.H1jilhhL- mélique peut être obtenu avec un rendement é]'v6 ut, .J81..ti'., ensuite, être converti en lysine avec un 1'8]\<' W'!l::1Jl, '1 e,r'l quand on a recours à certaines conditions, nouvelles et   réglé   es, pour les réactions. 



   Par conséquent, on   étudié   une méthode pour pré- parer la lysine à un prix notablement inférieur à celui   au-   quel le composé est couramment vendu dans le commerce. 



   La première opération pour cette   nouvelle   synthèse de la lysine est la production de l'acide diaminopimélique. 



  Cette opération a lieu dans une cuve profonde et aérée, c'est- à-dire par   fermentation   submergée, on utilisant   uneespèce   mu 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 tante de E. coli qui est incapable de   décarboxyler   l'acide diaminopimélique en lysine. Ces espèces mutantes peuvent ê tre obtenues par la méthode à la pénicilline de Davis (cités plus haut). On a découvert que plusieurs souches de E. coli, qui ne sont pas capables de convertir l'acide   diaminopimé-,   lique en lysine et ont besoin de lysine pour leur croissance, sont utiles pour la mise en oeuvre de cette réaction.

   En particulier, on a découvert qu'une souche, choisie parmi plusieurs   autres.souches   convient pour cette réaction, pour fournir le meilleur rendement, bien que d'autrs souches de E. coli, ayant besoin de lysine, conviènnent également. Une culture croissante de'cette souche préférée de E. coli, ayant besoin de lysine.pour sa croissance, et qui convient à la production d'acide diaminopimélique avec un rendement élevé a été déposée à la American Type Culture Collection à Washington, D. C. et ajoutée à sa collection per manente dans laquelle on lui a donné le numéro ATCC 12,408 Afin que cette réaction, qui produit l'acide diaminopiméli- que, puisse se faire avec un rendement élevé, les conditions doivent être soigneusement réglées. On a découvert que, pen dant la fermentation, le pH doit être maintenu au voisinage de la neutralité.

   Pendant la fermentation, le pH tend à di minuer et la neutralité est conservée par l'addition d'alca li, par exemple le   NaOH   ou   KOH   et, de préférence, de l'hy- droxyde d'ammonium. L'urée peut également être utilisée à cet effet quand elle est convertie en ammoniac* Vers la fin de la fermentation, le pH tend à augmenter et la neutra- lité est conservée en ajoutant au milieu de l'acide   sulfuri'   due. On a également découvert que l'addition de glycérol au milieu est extrêmement utile. On a aussi découvert que le mar nitol peut être utilisé à la place du glycérol, mais on a constaté que le   glycorol   est plus efficace et plus économi- que.

   De plus-, on a découvert que la'liqueur de macération de 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 maïs est un constituant particulièrement bon pour le milieu de fermentation. Cette liqueur fournit la lysine nécessaire à la croissance des auxotrophes de E. coli et agit, peut-être aussi comme source économique de précurseurs tels que l'acide   aspartique   et l'acide   lactique.   Par conséquent, à l'aide de ces trois réglage:;   nouvellement   découverts de la fermentation àsavoir : 1) réglage   précis   du pH à, ou au voisinage de, la neutralité ; 2) addition de glycérol depuis 1 à 10% en volume;

     3)   usage de la liqueur de macération de  maïs ;   on a constaté qu'il est possible d'obtenir de l'acide dia- minopimélique d'une manière économique et sur une grande échelle industrielle. L'acide diaminopimélique est, évidemment un composé ayant une valeur extrêmement importante. Il est utile par lui-même etégalement, comme produit intermédiaire pour la synthèse de lysine,   convie   indiqué plus loin. On a également obtenu une certaine preuve que l'acide   diaminopimé- .     lique   peut être utilisé comme supplément pour la nourriture de la volaille pour laquelle il peut remplacer la lysine. 



   Cette fermentation   a     lieu a   environ 25    et,   géné ralement trois jours  à   peu près sont   nécessaires   pour obtenir un rendement optimum. Il est évident que les conditions, pour obtenir le meilleur rendraient, varient quelque peu avec la souche particulière de l'organisme utilisé. 



   L'opération finale pour la synthèse de la lysine est la conversion de 1   acide   diaminopimélique en lysine. Ceci est obtenu par le traitement de l'acide diaminopimélique de préférence dans le bouillon initial contenant les cellules, avec la décarboxyliase   d'enzyne   d'acide diaminoimélique obte-. que à partir d'organismes de l'espèce Aerobacter aerogenes et aussi à partir des membres ordinaires de l'espèce E. coli qui n'ont pas besoin do lysine pour leur croissance. L'enzyme est libérée, à partir de ces organismes, par une quelconque des méthodes   ordinaires   utilisées pour   libérer   les enzymes. 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 



  Ces méthodes comprennent le traitement avec un solvant tel que le butanol, le traitement par une énergie ultrasonique, et la préparation d'une poudre séchée par l'acétone. 



   On a découvert que la méthode préférée pour libérer la décarboxylase d'enzyme d'acide diaminopimélique d'avec les organismes du genre A.aerogenes et les organismes du genre E. coli qui n'oint pas besoin de lysine pour leur croissance est le traitement avec le solvant toluène, ce qui présente l'a- vantage additionnel de conserver la stérilité pendant les dernières phases de la réaction pour laquelle l'enzyme est utilisée. Les cellules peuvent être traitées avec le toluè- ne avant ou après l'addition du bouillon d'acide diaminopi- mélique initial mais dans l'un ou l'autre cas on profère que le toluène soit présent dans le mélange de conversion et n'en soit pas séparé.

   Une souche particulière de A.   aerogened,   qui procure des rendements très élevés parce qu'elle   ne con-     tient   pas de décarboxylase d'enzyme de lysine, a été déposée au ATCC et a reçu le numéro   12.409.   



   Pour obtenir la conversion maximum de l'acide dia- minopimélique en lysine, il est avantageux que certaines con- ditions soient utilisées. On a découvert que l'adddition d agents de   chelification,   tels que les ions citrate et les sels tétrasodiques de l'acide   éthylènediaminetétracétique   est très avantageuse pour effectuer cette réaction. l'additon de la vitamine B6 est également utile. L'agent de chelification et la vitamine B6 sont spécialement utiles quand on fait réagir des concentrations élevées d'acide   diaminopimélique.   On a éga lement découvert que la mise en oeuvre de cette réaction en l'absence de lumière augmente également le rendement mais ceci n'est pas essentiel. 



   Cette conversion de l'acide diaminopimélique en lysine a lieu en environ 24 heures. On a constaté qu'une température d'environ 28  procure de bosn résultats. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



   Après cette réaction, la lysine est purifiée par filtration du mélange de réaction enzyme, par absorption de la lysine sur une résine échangeuse de cations forte., telle que la résine à base d'acide sulfonique, dénommée Amberlite IR-120 (TM de Rohm and Haas Co), par élution de la lysine d'avec la résine échangeuse de cations par un alcali dilué tel que l'hydroxyde de potassium ou de sodium, par le      passage de cet éluat à travers une réside échangeuse de cations faible, telle que la résine carboxylique Amberlite      IRC-50(TM de Rohm and Haas Co) qui n'absorbe pas la lysine,      et par séchage de   lteffluant:   Une   purification   additionnelle se fait alors par la méthode ordinaire de recristallisation. 



   Les exemples ci-dessous sont donnés uniquement à titre illustratif et n'ont aucun caractère limitatif ni res-   trictif   car plusieurs variantes de ces exemples sont   passi-   bles sans sortir des limites de protection de l'invention   EXEMPLE     I:

  -   Production de l'acide diaminopimélique 
On cultive le E. coli ATCC   12.408   pendant 20 heures à 28  en le secouant avec le milieu suivant, qui a été   stéri-   lisé prélablement dans un autoclave pendant 30 minutes sous une pression de   1,4     kg/cm2   
 EMI5.1 
 
<tb> NH42PO4 <SEP> 0,5%
<tb> 
<tb> 
<tb> liqueur <SEP> de <SEP> macération <SEP> de <SEP> mais <SEP> 0,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> glycérol <SEP> 0,5
<tb> 
 pH réglé à 7,5 avec de l'hydroxyde de potassium. 



   Un autre milieu est préparé pour l'obtention effec- tive d'acide diaminopimélique. Ce milieu a la composition suivante : 
 EMI5.2 
 
<tb> NH4) <SEP> 2HP4 <SEP> 4%
<tb> 
<tb> 
<tb> liqueur <SEP> de <SEP> macération <SEP> de <SEP> mais <SEP> 4 <SEP> en <SEP> volunie
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> glycétol <SEP> 6 <SEP> " <SEP> "
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> CaCO <SEP> 0,5
<tb> 
 
Le pH est réglé à 7,5 avec de   l',hydroxyde   de po tassium. On traite deux litres de ce milieu dans un autoclave 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 pendant une heure sous une pression de 1,4 kg/cm2. 



   On ajoute 100 cm3 de   ltinoculum   initial à deux litres du milieu utilisé pour la.production. La réaction est effectuée à 28  avec agitation à une vitesse de 1750 t/min., avec aération et a un débit de 1 volume d'air par volume du mélange de réaction et par minute. Une trace d'huile de soja est ajoutée comme agent anti-mousse. Après 72 heures, l'analyse du mélange montre qu'il a une teneur en acide diaminopimélique de 9,0 mg/ml. 



   EXEMPLE II 
Variante de la production de l'acide diamino- pimélique. 



   On cultive le E. coli n  ATCC   12.408   sur le milieu nutritif décrit dans l'exemple I pour obtenir un inooulum. Un litre de cet inoculum est ajouté à 85 litres du milieu' de production stérilisé suivant : 
 EMI6.1 
 
<tb> (NH4)2HOP4 <SEP> 2 <SEP> % <SEP> 
<tb> liqueur <SEP> de <SEP> macération <SEP> de <SEP> mais <SEP> 4 <SEP> en <SEP> volume
<tb> 
<tb> glycérol <SEP> 7 <SEP> " <SEP> "
<tb> 
<tb> CaCo3 <SEP> 0,5
<tb> 
 
 EMI6.2 
 pu réglé à 7,5 avec de LllliyclroxycL'e de potassium. 



   La réaction a lieu à 28  avec agitation à une vitesse de 1750 t/min et avec aération, à un débit d'un volume dtair par volume de mélange de réaction et par minu- te. Une trace dtAntifoam A de la Société Dow Corning (anti-mousse à base de silicone) est ajoutée comme agent anti-mousse. Pendant la réaction, le pH est maintenu au voisinage de la neutralité en ajoutant progressivement de lthydroxyde dtammonium en commençant à la fin d'une durée de réaction d'environ 24 heures. Le pH tend à diminuer et on préfère ajouter progressivement de l'hydroxyde   d'ammo-   
 EMI6.3 
 nium de manière à maintenir le pH très légèrementjàu-dessus de la neutralité (entre 7 et environ 7,5) pour empêcher 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 ainsi le développement d'un bas pH.

   Après 64 heures de progression de la réaction, il est nécessaire d'ajouter de l'acide sulfurique pour conserver la neutralité car, à cette phase de la réaction, le pH tend à monter. Après 68 heures, l'analyse du mélange de réaction montre qu'il a une teneur en acide diaminopimélique de 6,5 mg/ml. 



   EXEMPLE III 
Conversion de l'acide diaminopimélique en ly- sine. 



   On règle le pH à 7,2 de 100 ml d'un bouillon dans lequel l'acide diaminopimélique a été obtenu de la ma nière décrite dans l'exemple I, ce bouillon ayant une te- neur de 2,5 mg d'acide diaminopimélique par ml. Il est à noter que les cellules de E. coli utilisées pour produire l'acide diaminopimélique n'ont pas été enlevées de ce bouillon et qu'on a permis qu'elles restent dans celui-ci. 



  Ce bouillon est contenu dans un flacon Erlenmeyer de 300 cm3. On y ajoute 5 cm3 de toluène. 



   On cultive du A. aerogenes, ATCC n  12,409 pendant 20 heures dans des portions de 2 litres du milieu suivant : 
 EMI7.1 
 
<tb> - <SEP> glycérol <SEP> 0,5 <SEP> %
<tb> 
 
 EMI7.2 
 (NH 4)2HP04 0,5 
 EMI7.3 
 
<tb> liqueur <SEP> de <SEP> macération <SEP> de <SEP> mais <SEP> 0,5
<tb> 
 pH réglé à 7,5 par de l'hydroxyde d'ammonium. 



   Les conditions pour la culture sont : une   tem-   pérature de 28  une agitation à la vitesse de 1750 t/min; une aération avec un débit d'un volume d'air/volume du mé lange/minute. Une trace d'huile de soja est ajoutée comme agent anti-mousse. Après 20 heures, on procède à la cen- trifugation de 25 cra3 du bouillon contenant les cellules en suspension. Le liquide surnageant est écarté. Ces cellules sont alors introduites dans le flacon Erlenmeyer 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 contenant le bouillon d'acide diaminopimélique et le toluè- ne. Ce flacon est secoué pendant 16 heures à 28  et à la fin de cette période, l'acide diaminopimélique est conver- ti en lysine avec un rendement de 100 %. La lysine est obtenue par un traitement avec éehange d'ions. 



   EXEMPLE IV 
Variante pour la conversion de l'acide   diamino   pimélique en lysine. 



   On introduit 100 cm3 d'un bouillon d'acide diaminopimélique dans un flacon Erlenmeyer de 300 cm3. Le pH est réglé à 7,2 et 5 cm3 de toluène sont ajoutés. 



   On cultive du A. aerogenes, n  ATCC 12.409, comme dans l'exemple III et à la;fin de 20 heures on sou- met 7 ml du bouillon dans lequel! sont suspendues les cel- lules à une centrifugation. Le liquide surnageant est écarté. Les cellules sont séchées par congélation et don- nent 75 mg de matières solides qui sont ajoutées au flacon Erlemmeyer contenant l'acide diaminopimélique et le toluè- ne. Ce flacon Erlenmeyer est secoué pendant 16 heures à 28  et, après cela, on constate que l'acide diamonopiméli- que a été convertu en lysine avec un rendement de 100% 
EXEMPLE V 
Utilisation de composés de chélification. 



   Au cours d'autres expériences concernant la conversion d'acide diaminopimélique en lysine, effectuées de la manière indiquée dans les exemples III et IV ci-des- sus, on a constaté que, dans les cas d'un bouillon conte- nant de l'acide diaminopimélique avec une teneur élevée en cet acide, la conversion en lysine peut se faire d'une manière plus complète et plus rapide que cela pourrait se faire avec des bouillons contenant ces concentrations éle- vées quand on ajoute un agent de chélification à ce mélan- ge. L'acte citrique et le sel tétrasodique de l'acide 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 éthylènediaminotétracétique sont avantageux, lorsqu'ils sont ajoutés à des concentrations comprises entre environ 
0,004 partie moléculaire et 0,032 partie moléculaire. L'u- sage de concentrations plus élevées n'est pas recommandé. 



   L'addition de la vitamine B6 au cours de la conversion de l'acide diaminopimélique en lysine   est -éga-   lement utile pour la mise en oeuvre de l'invention. Des traces de cette vitamine sont seulement nécessaires. 



   REVENDICATIONS 
1. Procédé pour préparer de l'acide diaminopiméli- 'que par fermentation submergée aérobique d'une espèce mu- tante de E. coli qui a besoin de lysine pour sa croissance et ne contient pas de décarboxylase d'enzyme d'acide dia- minopimélique, la fermentation ayant lieu sur un milieu nutritif dont le pH est maintenu à une valeur voisine de la neutralité.

Claims (1)

  1. 2. Procédé suivant la revendication 1, dans le- quel le milieu nutritif contient du glycérol.
    3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 et 2, dans lequel le milieu nutritif contient de la liqueur de macération de mai 4 Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 1 à 3, dans lequel l'organisme utilisé est le E. coli ATCC 12,408 5. Procédé pour la préparation de lysine, ce pro- cédé comprenant le traitement d'acide diaminopimélique avec les enzymes produites par un onanisme A. aerogenes ou une souche de E. coli qui n'a pas besoin de lysine pour sa croissance.
    6. Procédé suivant la revendication 5, dans le- quel on ajoute un agent chélatant, tel que l'ion citrate ou l'ion éthylènediaminetétracétate au mélange de réaction.
    7 Procédé suivant l'une ou l'autre des revend!' cations 5 et 6, dans lequel l'organisme utilisé est le <Desc/Clms Page number 10> A. aerogenes ATCC 12.409.
    8. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi- cations 5 à 7, dans lequel l'acide diaminopimélique a été préparé par le procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4.
    9. Procédés de préparation d'acide diaminopimé- lique et de lysine, en substance, tels que décrits plus haut.
    10. Acide diaminopimélique et lysine, lorsqu'ils sont préparés par un procédé suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes.
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