JPH04316480A - 有機c−s結合の開裂に有用な突然変異体微生物 - Google Patents

有機c−s結合の開裂に有用な突然変異体微生物

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JPH04316480A
JPH04316480A JP2409131A JP40913190A JPH04316480A JP H04316480 A JPH04316480 A JP H04316480A JP 2409131 A JP2409131 A JP 2409131A JP 40913190 A JP40913190 A JP 40913190A JP H04316480 A JPH04316480 A JP H04316480A
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organic
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rhodoclaus
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は有機的に結合した硫黄を
炭質物質からその炭素物質の発熱量を保持しながら選択
的に除去することが可能なロードコッカス・ロードクラ
ウスの突然変異体菌株に関する。本発明の微生物は硫黄
含有石炭および硫黄含有石油のような化石燃料からの有
機硫黄の除去に特に有用である。
【0002】
【従来の技術】石炭および石油のような炭質燃料の硫黄
含有量は環境への有害な影響のためにこのような物質の
相当な量の利用の妨げとなっている。無機黄鉄鉱性硫黄
および有機的に結合した硫黄はそれぞれ石炭の約3.5
重量%程度含まれていることがある。黄鉄鉱性硫黄は重
液選鉱、選択的凝集、浮遊選鉱、ジグ選鉱、磁力選鉱、
浸出および水硫化などの方法によって比較的容易に除去
されることが見出された。硫黄細菌(Thiobaci
llus)種およびスルホロバス(Sulfolobu
s)種のような細菌を用いて無機黄鉄鉱性硫黄を酸化す
ることによるその微生物代謝が知られている。エリグー
・シー・エイ(Eligwe,C.A.)、「石炭の微
生物による脱硫化(Microbial  Desul
furization  of  Coal)」、Fu
el、67、451〜458(1988)。これらの化
学無機栄養生物は無機黄鉄鉱硫黄化合物をエネルギー源
として用いることができ且つ石炭から数日間で90%以
上の無機黄鉄鉱性硫黄を除去することができる。チオバ
チルス・フェロオキシダンス(Thiobacillu
sFerrooxidans)は石炭から黄鉄鉱性硫黄
を除去するのに適当なものとして米国特許第4,206
,288号明細書に示されている。
【0003】バチルス・スルファスポルター(Baci
llus  sulfasportare)ATCC3
9909は黄鉄鉱性硫黄と有機硫黄との区別なく石炭か
ら硫黄を除去することが可能であることが米国特許第4
,632,906号明細書に記載された。硫黄化合物に
富む現場での増殖によって調製され、続いて石炭存在下
で増殖させた7種類のグラ陰性捍菌(ATCC3932
7)の未同定の混合培養物は石炭の硫黄含有量を約20
%/日で減少させ、米国特許第4,659,670号明
細書に示されたように大部分は有機硫黄の減少であるこ
とが分かった。
【0004】ヒドロゲナーゼ産生微生物である硫酸塩還
元菌(Desulfovibriodesulfric
ans)およびスポロビブリオ(Sporovibri
o)の存在下で水素と接触させることによって石油炭化
水素から硫黄を除去し、続いて気体生成物の形態で硫黄
を除去することは米国特許第2,641,564号明細
書に記載されている。シュードモナス(Pseudom
onas)による石油からの硫黄の除去はC−C開裂に
よるものであることがハートデジェン・エフ・ジェイ(
Hartdegen,F.J.)、コバーン・ジェイ・
エム(Coburn,J.M.)、およびロバーツ・ア
ール・エル(Roberts,R.L.)、「微生物に
よる石油の脱硫化(Microbial  Desul
furization  of  Petroleum
)」、ケム・エング・プログレス(Chem.Eng.
Progress)、80巻、第5号、63〜67頁(
1984)に示されている。石油から硫黄を除去するた
めの種々のシュードモナスについての一般的な内容はエ
ッカート・ヴイ(Eckart,V.)、ヒーク・ダブ
リュー(Hieke,W.)、バオフ・ジェイ(Bau
ch,J.)およびゲンチュ・エイチ(Gentzsc
h,H.)、「微生物による石油の脱硫化および重質石
油留分。1、ロマシュキノ原油の微生物による好気的脱
流化の研究(Microbial  Desuifur
ization  of  Petroleumand
  Heavy  Petroleum  Fract
ions,1.Studies  on  Micro
bial  Aerobic  Desulfuriz
ation  of  Romshkino  Cru
de  Oil)」、ケミカル・アブストラクツ(Ch
emical  Abstracts)、94巻、第1
42230q号(1981);エッカート・ヴイ、ヒー
ク・ダブリュー、バオフ・ジェイおよびゲンチュ・エイ
チ、「微生物による石油の脱硫化および重質石油留分、
3.微生物の好気的脱流化による燃料−D−油の化学的
組成の変化(Microbial  Desulfur
ization  of  Petroleum  a
nd  Heavy  Petroleum  Fra
ctions.3.Changein  the  C
hemical  Composition  of 
 Fuel−D−Oil  by  Microbia
l  Aerobic  Desulfurizati
on)」、ケミカル・アブストラクツ、97巻、第14
7259c号(1982);リー・ミン・ジャイ(Le
e,Min  Jai)およびオー・ミュン・ソー(O
h,Myung  Soo)、「硫黄還元微生物の単離
、同定および生理学的性質(Isolation  I
dentification  andPhysiol
ogical  Characteristics  
of  Some  Sulfur−Reducing
  Microbes)」、ケミカル・アブストラクツ
、78巻、第94605m号(1973);バオフ・ジ
ェイ、ゲンチュ・エイチ、ヒーク・ダブリュー、エッカ
ート・ヴイ、ケーラー・エム(Koehler,M.)
、およびバベンツィン・エイチ・ビー(Babenzi
n,H.B.)、「重質石油留分の酸化による微生物の
脱硫化(OxidativeMicrobiologi
cal  Desulfurization  ofH
eavy  Petroleum  Fraction
s)」、ケミカル・アブストラクツ、83巻、第825
30y号(1975);およびユダ・サブユキ(Yud
a,Sadayuki)、「シュードモナス・ハコネン
シスによる石油の脱硫化(Petroleum  De
sulfurization  by  Psedom
onas  haconensis)」、ケミカル・ア
ブストラクツ、84巻、第46982j号(1976)
に示されている。微生物によって石油から硫黄を除去す
る場合、チオバチルス・チオオキシダンス(Thiob
acillusthiooxidans)は最も効果的
なS−酸化剤として、そしてシュードモナス・プトレフ
ァシエンス(Pseudomonas  putref
aciens)および硫酸塩還元菌(Desulfov
ibrio  desulfricans)は最も効果
的なS−還元剤として同定された。リー・エム・ジェイ
(Lee,M.J.)、ハー・ワイ・シー(Hah,Y
.C.)およびリー・ケイ・ダブリュー(Lec,K.
W.)、「微生物による石油の脱硫化。I.硫黄酸化細
菌および硫黄還元細菌の単離および同定(Desulf
urization  of  Petroleum 
 by  Microorganisms,I.Iso
lation  and  Identificati
on  of  Sulfur−Oxidizing 
 and−Reducing  Bacteria)」
、ケミカル・アブストラクツ、85巻、第156414
d号(1976);リー・エム・ジェイ、ハー・ワイ・
シーおよびリー・ケイ・ダブリュー、「微生物による石
油の脱硫化、III.脱硫化細菌との接触反応による石
油の脱硫化(Desulfurization  of
  Petroleum  by  Microorg
anisms.III.Desulfurizatio
n  of  Petroleum  by  Con
tact  Reaction  With  Des
ufurizing  Bacteria)」、ケミカ
ル・アブストラクツ、85巻、第145448s号(1
976)。
【0005】炭質分子内に化学的に結合している有機硫
黄は化学的かまたは生物学的手段によって除去する必要
がある。ジベンゾチオフェン(DBT)は、有機硫黄が
石炭および石油のような天然に存在する有機炭質燃料に
存在している代表的な形態であると大多数の者に認めら
れる有機硫黄化合物であり、しかも有機硫黄化合物の微
生物による代謝の中心となる化合物である。DBTの代
謝についての研究は、DBTを代謝することが可能な微
生物を単離した多くの研究者によって進められており、
例えば、アシネトバクター(Acinetbacter
)、マリク・ケイ・エイ(Malik,K.A.)、「
原油およびその環境からの微生物による有機硫黄の除去
、新しい展望(Microbial  Removal
of  Organic  Sulfur  from
  Crude  Oil  andtheEnvir
onment:Some  New  Perspec
tive)」、プロセス・バイオケム(Process
  Biochem.)、13(9)、10〜13(1
978);アルスロバクター(Arthrobacte
r)、ネクト・エイ・ティー、2世(Knecht,A
.T.,Jr.)、ルイジアナ州立大学学位請求論文、
整理番号621235(1961);バイジェリンキア
(Beijerinckia)、ラボアデ・エイ・エル
(Laborde,A.L.)およびギブソン・ディー
・ティー(Gibson,D.T.)、「バイジェリン
キア種によるジベンゾチオフェンの代謝(Metabo
lism  of  Dibenzothiophen
e  by  a  Beijerinckia  S
pecies)」、アプル・エンバイロン・ミクロバイ
オル(Appl.Environ.Microbiol
.)、34、783〜790(1977);根粒菌(R
hizobium)、マリク・ケイ・エイ(上記);シ
ュードモナス、ホー・シー・ティー(Hou,C.T.
)およびラスキン・エイ・アイ(Laskin,A.I
.)、「ジベンゾチオフェンの微生物による変換(Mi
crobialConversion  of  Di
benzothiophene)」、デヴ・インド・ミ
クロバイオル(Dev.Ind  Microbiol
.)、17、351〜362(1976);イズビスタ
ー・ジェイ・ディー(Isbister,J.D.)お
よびコビリンスキー・イー・エイ(Kobylinsk
i,E.A.)、「高硫黄石炭の処理および利用におけ
る微生物による石炭の脱硫化(Microbial  
Desulfrization  of  Coal 
 inProcessing  and  Utill
zation  of  High  Sulfur 
 Coals)」、コール・サイエンス・アンド・テク
ノロジー・シリーズ(Coal  Science  
and  Technology  Series)、
第9号、627、アッティア・ワイ・エイ(Attia
,Y.A.)監修、アムステルダム、エルセビア(El
sevier)(1985);ネクト・エイ・ティー、
2世、(上記);コマダ・ケイ(Kodama,K)、
ナカタニ・エス(Nakatani,S.)、ウメハラ
・ケイ(Umehara,K.)、シミズ・ケイ(Sh
imizu,K.)、ミノダ・ワイ(Minoda,Y
.)およびヤマダ・ケイ(Yamada,K.)、「石
油硫黄化合物の微生物による変換。ジベンゾチオフェン
からの生成物の単離および同定(MicrobialC
onversion  of  Petrosulfu
r  Compounds:Isolation  a
nd  Identification  of  P
roducts  from  Dibenzothi
ophene)」、アグル・バイオログ・ケム(Agr
.Biolog.Chem.)、34、1320〜13
24(1970);モンティセロ・ディー・ジェイ(M
onticello,D.J.)、バッカー・ディー(
Bakker,D.)およびフィナティー・ダブリュー
・アール(Finnerty,W.R.)、「シュード
モナス種によるジベンゾチオフェンのプラスミド仲介分
解(Plasmid  Mediated  Degr
adation  of  Didenzothiop
hene  by  Pseudomonas  Sp
ecies)」、アプル・エンバイロン・ミクロバイオ
ル、49、756〜760(1985);スルホロバス
(Sulfolobus)、カルギ・エフ(Kargi
,F.)およびロビンソン・ジェイ・エム(Robin
son,J.M.)、「高温生物スルホロバス・アシド
カルダリウスによるジベンゾオチフェンの微生物酸化(
Microbial  Oxidationof  D
ibenzothiophene  by  the 
 Thermophilic  Organisms 
 Sulfolobus  acidocaldari
us)」、バイオテク・アンド・バイオエング(Bio
tech、and  Bioeng.)、126、68
7〜690(1984)が挙げられる。イズビスターら
(上記)の場合を除く前記のそれぞれの場合の微生物に
よるDBT分解経路は、コダマら(上記)によって最初
に確証された微生物によるDBT分解経路によるC−C
結合の開裂によるものである。有機硫黄含有炭質物質の
C−C結合開裂による微生物分解により、炭質燃料の発
熱量が多量に損なわれる。コダマら(上記)のDBTの
C−C結合開裂微生物分解によれば、硫黄含有最終生成
物は3−ヒドロキシベンゾチオフェンスルホキシド、2
−ホルミルベンゾチオフェンまたはベンゾチオフェンで
ある。したがって、分子から炭素を除去することなくそ
の分子から硫黄を除去する微生物分解経路を辿ることが
望ましく、それによって炭素分解経路で可能であるより
も更に大きく燃料の発熱量が保持される。このような有
機基質の硫黄特異的代謝には有機硫黄含有分子中の炭素
−硫黄結合の開裂が必要である。ジベンゾチオフェンに
ついての硫黄特異的代謝では、最終生成物は2−ヒドロ
キシビフェニルおよびである。このC−S開裂経路はジ
ベンゾチオフェン→ジベンゾチオフェンスルホキシド→
ジベンゾチオフェンスルホン→スルホン酸ジベンゾチオ
フェン→2−ヒドロキシビフェニル+無機硫酸塩にした
がって進行すると思われる。このC−S開裂経路からの
ジヒドロキシ生成物によってその経路はかなりの量のビ
ヒドロキシビフェニルを導く経路と区別される。
【0006】本発明者に既知のC−S開裂によってDB
Tを分解することが可能な唯一の先行微生物はイズビス
ター(上記)によって記載されたシュードモナス種であ
り、米国特許第4,562,156号明細書に記載のシ
ュードモナスATCC39381である。寄託されてい
るATCC39381培養物にはC−S開裂特性がなく
、その培養物の寄託者は寄託中の培養物が寄託者の知る
限りのC−S開裂特性を有するような培養物が存在しな
いので、置き換えられることはないということを記載し
た。〔第4回エネルギー省調製、利用および環境管理契
約者会議(4th  Department  of 
 Energy  Preparation,Util
ization  and  Environment
al  ControlContrators  Co
nference)、米国エネルギー省、ピッツバーグ
・エナジー・テクノロジー・センター(Pittsbu
rgh  Energy  Technology  
Center)、米国、ペンシルバニア州15236、
ピッツパーグ、1988〕。硫黄が制限された条件下で
増殖させることによって得られる混合培養物は、DBT
から硫黄を選択的に除去することが可能であった。キマ
バン・ジョン・ジェイ(Kilbane,John  
J.)、「有機化合物の硫黄特異的微生物代謝(Sul
fur−Specific  Microbial  
Metabolism  of  Organic  
Compounds)」、バイオプロセッシング・オブ
・コールズ・ワークショップ(Bioprocessi
ng  of  Coals  Workshop)、
タイソンズ・コーナー(Tysons  Corner
)、バージニア州、1988年8月16日〜18日。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、硫黄
含有有機炭質物質から有機的に結合した硫黄を除去する
ための微生物および方法を提供することである。
【0008】本発明のもう一つの目的は、有機硫黄含有
化石燃料および化石由来燃料から選択的に硫黄を除去す
るための微生物および方法を提供することである。
【0009】本発明の更にもう一つの目的は、有機炭質
物質の反応、例えば有機合成およびゴム製品の再循環の
ような再循環操作においてC−S結合を特異的に開裂さ
せることが可能な微生物および方法を提供することであ
る。
【0010】本発明の更に別の目的は、有機C−S結合
を開裂させるために微生物を用いる処理条件下で安定で
あり且つその硫黄特異性を保持する微生物を提供するこ
とである。
【0011】本発明のもう一つの目的は、ジベンゾチオ
フェンから特異的に硫黄を除去して無機硫酸塩および2
−ヒドロキシビフェニルから成る単独生成物を実質的に
生じるための微生物および方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】この説明を読むことによ
って明らかになる前記のおよび他の目的および利点は突
然変異体微生物を生成し、同定し、そして更に詳細に記
載した処理を行なったものの生物学的に純粋な培養物で
得られ、ロードコッカス・ロードクラウスと同定された
。その培養物はアメリカン・タイプ・カルチャー・コレ
クション(American  Type  Cult
ure  Collection)に寄託されて、AT
CC第53968番と指定された。
【0013】ロードコッカス・ロードクラウスATCC
第53968番は、開裂するのに適当なC−S結合を有
する物質が存在している部分から誘導される混合細菌を
、無機養素と同化可能な炭素源から成り、開裂するのに
適当な種類のC−S結合にのみ硫黄が存在する化合物以
外の硫黄含有化合物が実質的に不在の増殖培地に接種し
;その細菌培養物を、酸素存在下約20℃〜約34℃の
温度で、しかも開裂するのに適当な種類のC−S結合に
のみ硫黄が存在する化合物以外の硫黄含有化合物が実質
的に不在で、有機炭質物質中のC−S結合の選択的開裂
による硫黄代謝特性を有するロードコッカス・ロードク
ラウスATCC第53968番を選択的に生じるのに十
分な時間増殖させることによって調製することができる
【0014】硫黄含有有機炭質物質の硫黄含有量は、前
記の硫黄含有有機炭質物質を微生物ロードコッカス・ロ
ードクラウス菌株ATCC第53968番と接触させる
ことによって減少させることができる。その方法は硫黄
含有炭質物質が石炭または炭化水素油である場合に用い
るのに特に適当である。硫黄含有石炭の存在下でのロー
ドコッカス・ロードクラウスATCC第53968番の
連続的増殖により有機的に結合した硫黄を80%を上回
って、好ましくは90%を上回って除去する。硫黄含有
有機炭質物質の硫黄含有量を減少させる方法は、微生物
ロードコッカス・ロードクラウス菌株ATCC第539
68番による有機C−S結合の開裂によって行われる。 有機硫黄選択性突然変異体微生物であるロードコッカス
・ロードクラウスATCC53968は、無機養素およ
び同化可能な炭素源から成る増殖培地で、硫黄含有有機
炭質物質以外の硫黄含有化合物が実質的に不在で、しか
も酸素存在下約20℃〜約34℃の温度で増殖させた場
合に、無機硫酸塩の産生による有機C−S結合の開裂に
よって硫黄含有有機炭質物質の硫黄含有量を選択的に減
少させる能力を有する。ロードコッカス・ロードクラウ
スATCC53968からの派生微生物も、同様の有機
C−S結合の開裂によって硫黄含有有機炭質物質の硫黄
含有量を選択的に減少させる能力を有する。
【0015】有機硫黄化合物にさらされた既知の履歴を
有する環境による培養も、炭素源として酢酸塩、ベンゼ
ン、安息香酸、エタノール、グルコース、グリセロール
、普通ブイヨン、コハク酸塩およびトルエン、および有
機硫黄化合物であるベンゾチオフェン、ジベンゾチオフ
ェン、チオフェン、トリチアンを用いる集積培養も、用
いられるそれぞれの有機硫黄化合物を代謝することが可
能な細菌培養物を生じた。試験を行なった環境による単
離物および集積培養物はいずれも、混合培養物がその単
独の硫黄源としてその生成物の約20%については炭素
−硫黄結合開裂が可能であり、残りの80%が炭素−炭
素結合開裂の結果であることが分かっているチオフェン
に富むものでなければ、炭素−炭素結合で生分解を開始
することによって有機硫黄化合物を代謝することが見出
された。有機硫黄化合物からの硫黄の利用に最も成功し
た微生物は、単独の硫黄源としてDBTを用いる集積培
養から単離されたシュードモナスであった。このシュー
ドモナス種は有機的に結合した硫黄を利用することが可
能であるが、炭素−硫黄結合の酸化に特異性を示すこと
はなかった。このことは有機C−S結合の酸化に特異性
を示す天然に存在する微生物について集積培養での増殖
に失敗したことを示す。したがって、人為的選択的突然
変異処理をこのように選択的に硫黄を代謝する微生物を
増殖させるのに用いる必要がある。
【0016】有機基質に関して硫黄特異的代謝能を有す
る微生物は、栄養素と、生体組織中に通常見出されない
有機的に結合した硫黄とを、他の有効な硫黄、例えば硫
酸塩、ビタミン、アミン酸等が実質的に不在で供給する
ことができる連続培養石炭バイオリアクター/セレクト
スタット(selectostst)を介する選択によ
って増殖された。増殖培地は十分に微生物を増殖させる
ために有機および無機栄養素を供給しなければならない
が、突然変異体微生物が代謝するのに適当な有機硫黄含
有化合物以外の無機および有機硫黄含有化合物を欠いて
いる必要がある。有機硫黄条件下で微生物を増殖させる
のに適当な培地は無機養素の組成物、例えば蒸留した脱
イオン水のリットル当り、K2 HPO4 を4g、N
a2 HPO4 を4g、NH4 Clを2g、MgC
l2 ・6H2 Oを0.2g、CaCl2 ・2H2
 Oを0.001gおよびFeCl3 ・6H2 Oを
0.001gであるのが適当であることができる。硫黄
を欠いた同化可能な炭素源は所望の微生物増殖を支持す
る量で用いることができる。適当な同化可能炭素源とし
て約20ミリモルの濃度でのグルコース、グリセロール
、酢酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、コハク酸ナト
リウムおよびスクロースが挙げられ、ベンゼン、エタノ
ール、イソブタノールおよびトルエンは細菌増殖バイオ
リアクターのヘッドスペースで蒸気として用いることが
できる。有機C−S結合を有する有機硫黄化合物は適当
であり、例えばベンゾチオフェン、二硫化ベンジル、ジ
ベンゾチオフェン、ジベンジチオフェンスルホン、二硫
化フェニル、チアントレン、チオキサンテン〔アルドリ
ッチ・ケミカル・カンパニー(Aldrich  Ch
emical  Company)、ウイスコンシン州
、ミルウォーキー〕、ジベンゾチオフェンスルホキシド
〔アイシーエヌ・バイオメディカルズ(ICN  Bi
omedicals)ケイ・アンド・ケイ・ラブズ(K
&K  Labs)、ニュー・ジャージー州、プレーン
ビュー〕およびトリチアン〔フェアフィールド・ケミカ
ル・カンパニー(Fairfield  Chemic
al  Company)、サウス・カロライナ州、ク
リスウッド、私書箱20〕を微生物の増殖を支持する約
20ミリモル程度の濃度範囲で用いることができ、チオ
フェン(アルドリッチ・ケミカル・カンパニー)を蒸気
として用いることもできる。普通ブイヨン〔ディフコ・
ラボラトリーズ(Difco  Laboratori
es)、ミシガン州、デトロイト〕または前記の増殖培
地を寒天(ディフコ)約15g/リットルで凝固させた
ものを、細菌培養物を画線培養しまたは平板培養するの
に用いることができる。細菌の増殖はクレット・ソマー
ソン(Klett−Sommerson)比色計を用い
る比濁によってまたは適当な寒天上のコロニー形成単位
を計数することによって監視することができる。
【0017】接種剤は、石炭貯蔵所からおよび石油精製
所から得られる土壌試料5gを前記の増殖培地10ml
に加え、60秒間攪拌し(vortex)、そして30
分間静置させることによって調製することができる。上
澄みをパスツールピペットを用いて除去し、直接用いる
かまたは同量の普通ブイヨンで稀釈し、そして室温で約
24〜48時間インキュベートした後、バイオリアクタ
ーに接種するのに用いることができる。
【0018】バイオリアクター/セレクトスタットは石
炭または有機硫黄固形物を保持しながら液体栄養素の連
続的な流れを与えるように特別に設計されたものであっ
た。同一バッチの石炭または有機硫黄化合物をその操作
期間の間バイオリアクター内部に保持するが、水性相培
地は連続的にバイオリアクターに供給することができる
。バイオリアクター内に長期間の間石炭を保持すること
は、比較的大きな、典型的には−9+12メッシュの石
炭粒子を用い、そしてバイオリアクター流出液を比較的
遅い流速で回収することができる若干の堰/じゃま板を
有する傾瀉した非混合沈降管の利用によって行なうこと
ができる。流出液回収速度は、硫黄制限試験に反応する
微生物の能力によって調整することができ、液圧保持時
間は72時間程度であるこができる。
【0019】セレクトスタットは適当な炭素源供給量を
測定し且つ流出液中の生物学的に有効な硫黄の存在を分
析するのに頻繁に監視することができる。これにより新
鮮なバイオリアクター流出液を遠心分離して有機硫黄基
質および細菌から石炭微粉および粒子を除去し、続いて
細菌増殖試験でその上澄みを用いることによって行なう
ことができる。4種類の培地、すなわち上澄み;15ミ
リモルのSO4 を含む上澄み;20ミリモルの炭素原
を含む上澄み;および15ミリモルのSO4 および2
0ミリモルの炭素原を含む上澄みを調製し、それぞれに
微生物培養物を微生物105 /mlで接種して試験を
行なう微生物の増殖温度で2〜5日間振とうしながらイ
ンキュベートする。細菌の増殖は非濁によってまたはコ
ロニー形成単位を測定することによって監視される。炭
素源試料は流出液上澄み中での生物学的に有効な硫黄の
存在を示すのに役立つが、硫酸塩を加えられた試料は流
出液上澄み中での炭素源の存在を示すのに役立ち、そし
て炭素および加えられた硫酸塩の双方を含む試料は流出
液上澄み中での阻害物質の存在を示すのに役立つ。
【0020】有機硫黄化合物を増殖に利用する細菌の能
力は硫黄の生物利用可能性検定法(Sulfur  B
ioavailability  Assay)によっ
て測定することができる。この検定法は生物は全て成長
するのにある種の硫黄を必要とするという事実に基づく
ものであり、したがって、一定の状況を作り、それによ
って細菌の増殖を定量化することにより硫黄源としての
任意の有機化合物または無機化合物の利用についてを測
定する。実際に、炭素源20ミリモルを含む増殖培地は
、未修正で、Na2 SO4 20ミリモルで修正して
、および有機硫黄化合物または無機硫黄化合物20ミリ
モルで修正して用いられる。次に、3種類の条件それぞ
れに微生物培養物を微生物105 /mlで接種し、試
験を行なう微生物に適当な温度で振とうしながら2〜5
日間インキュベートする。細菌の増殖は比濁によってま
たはコロニー形成単位を測定することによって監視され
る。未修正試料は負の調節として役立つが、硫黄塩で修
正された試料は正の調節として役立ち、そして双方の調
節を用いて、細菌の増殖が有機硫黄試験化合物から得ら
れる硫黄を消費して起こるものであるかを推定する。
【0021】硫黄特異性培養物の増殖は、1−メチル−
3−ニトロ−1−ニトロソグアニジン(NTG)または
紫外線照射への暴露による突然変異誘発によって促進す
ることができる。NTGによる突然変異誘発は細菌の溶
液を寒天プレート上に広げ、プレートの中心部にNTG
の結晶を置くことによって行なうことができる。インキ
ュベーション中に、NTG結晶が寒天に溶解して拡散濃
度勾配を形成し、その結果中心部では細菌が増殖せず、
プレートの外部周辺では正常に増殖する。これらの両極
端の間の中程度の増殖の狭い部分は容易に観察可能であ
り、突然変異を起こした細菌はこの部分から得られる。 紫外線による突然変異誘発用の細菌は遠心分離によって
液体培養物からペレット化し、前記の増殖培地で洗浄し
、そして一定量の前記の増殖培地に再懸濁させてもよい
。その部分の3mlを蓋なしの滅菌ペトリ皿に入れ、死
滅対数2、典型的には10J/m2 を引き起こすのに
十分な紫外線照射線量に暴露する。
【0022】数か月の操作後にセレクトスタットから得
られる混合細菌培養物は、前記に記載の硫黄の生物利用
可能性検定法によって測定したところ、単独の硫黄源と
して一定の範囲の有機硫黄化合物を利用することが可能
であることが分かった。この混合培養物によるジベンゾ
チオフェンでの特異的C−S結合開裂はガスクロマトグ
ラフィー分析/質量分析によって証明された。標準的な
微生物学的方法を用いて、混合培養物中に存在するそれ
ぞれの細菌種を代表する純粋な培養物が得られた。それ
ぞれの純粋培養物は、単独の硫黄源として有機硫黄化合
物を利用するその能力について硫黄の生物利用可能性検
定法によって別個に試験を行なった。単独の硫黄源とし
て有機硫黄化合物を利用する能力を示した唯一純粋に単
離された培養物は突然変異体有機硫黄選択性微生物であ
り、ロードコッカス・ロードクラウスとして同定された
。このロードコッカス・ロードクラウス菌株はアメリカ
ン・タイプ・カルチャー・コレクションに寄託され、A
TCC53968の番号で指定された。その菌株はグラ
ム陰性で、長さ約0.5μの短捍状体であり、普通寒天
上に桃色のコロニーを生じ、そしてC−S結合の開裂に
よる有機硫黄特異性が高いことを特徴とする。
【0023】種の同一性を確認するために、ロードコッ
カス・ロードクラウスATCC53968の膜脂質を溶
剤抽出し、誘導体化し、そしてガスクロマトグラフィー
によって分析を行なった。そのクロマトグラムは、ミク
ロチェック・インク(Microcheck,Ink.
)(バーモント州、ノースフィールド)によって供給さ
れるコンピューターライブラリーに記録された既知のロ
ードコッカス培養物の脂質分析と比較した。これらの試
験によりATCC53968は表1に示されるようにロ
ードコッカス・ロードクラウスと同定され、抽出液中に
見出される脂質酸全てが左の縦列に溶出順で記載したラ
イブラリー項目に匹敵したことがわかる。「X」はそれ
ぞれの酸についてその酸の量を示す脂肪酸名に対して線
上に記し、その酸についてのライブラリー項目平均値は
「+」とする。ライブラリーの平均百分率と抽出液中の
実際の百分率が同じである場合は「*」と記している。 断続線はライブラリー項目についての平均値付近に+2
または−2の標準偏差の窓を与える。表1の検査はロー
ドコッカス・ロードクラウスの同定において高い確実性
を示す。
【0024】
【表1】
【0025】ロードコッカスATCC53968は、こ
れらの培養物の増殖を支持するものである炭素源に関し
てアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションから
得られる他のロードコッカス種と比較した。培養物を表
示した炭素源を含む規定の寒天プレート上に画線しおよ
び/または液体培地中に接種し、そしてその培養物を3
0℃で96時間インキュベートした後評価を行なった。 種々のロードコッカス菌株を用いる炭素源利用研究の結
果を表2に示す。微生物の増殖を支持する炭素源から、
ロードコッカス・ロードクラウスATCC53968が
実際にロードコッカス・ロードクラウスであるというこ
とは全く矛盾しないと思われる。
【0026】
【表2】
【0027】表2に記載した各ロードコッカス種を前記
に記載した硫黄の生物利用可能性検定法を用いてDBT
中の有機的に結合した硫黄を利用するその能力を測定し
て評価した。大部分の菌株について種々の基質を用いて
数時間試験を行なった。ATCC53968菌株は試験
を行なったロードコッカス種で唯一C−S結合開裂特性
を有するものであった。ロードコッカス・ロードクラウ
スATCC53968についての別の試験により、トリ
チアン、チアントレン、ジベンゾチオフェンスルホキシ
バ、ジベンゾチオフェン−スルホンおよび他の有機硫黄
化合物もロードコッカス・ロードクラウスATCC53
968のための硫黄源として用いることができるという
ことが分かった。
【0028】ロードコッカス・ロードクラウスATCC
53968菌株はジベンゾチオフェンおよび無機硫酸塩
の両方の存在下での培加時間が約12時間であることを
示した。ロードコッカス・ロードクラウスATCC53
968の増殖速度は富裕培地〔ルリア・ブロス(Lur
ia  Broth)〕では極めて速いが、他の微生物
はその富裕培地でなお一層速い増殖速度を示す。
【0029】ロードコッカス・ロードクラウスATCC
53968の脱流化特性の安定性は多数の世代について
非選択的条件下で培養物を増殖させ、200を上回る単
コロニーを得て、そして前記に記載した硫黄の生物利用
可能性検定法によって試験を行なうことによって評価し
、全培養物がC−S結合開裂による脱硫化に適当である
ことが分かった。前記の培養条件下では、ロードコッカ
ス・ロードクラウスATCC53968が有するC−S
結合開裂能は安定な特性であると思われる。ロードコッ
カス・ロードクラウスATCC53968の脱硫化特性
は熱ショックによって保持される。ロードコッカス・ロ
ードクラウスATCC53968の増殖は、37℃およ
び42℃で48時間インキュベートされた場合、それら
の温度で激減するかまたは増殖しない。脱硫化に適した
ロードコッカス・ロードクラウスATCC53968の
72個の単コロニーを普通寒天上に画線し、37℃また
は42℃で48時間インキュベートした後、30℃で7
2時間インキュベートし、そして前記に記載した硫黄の
生物利用可能性検定法によって試験を行なって、全コロ
ニーが脱硫化特性を安定して保持することが示された。
【0030】突然変異体培養物であるロードコッカス・
ロードクラウスATCC53968を、単独硫黄源とし
てジベンゾチオフェンを含む無機塩類グルコース細菌用
増殖培地に接種した。30℃で72時間増殖後、培養物
を遠心分離し、上澄みをC−18シリカ化合物を用いる
固相抽出によって処理し、ジクロロメタンで溶離し、そ
してガスクロマトグラフィー/質量分析法を用いて分析
してジベンゾチオフェンの代謝産物を同定し且つ定量し
た。その結果を表3に示すが、代謝産物の定量はジクロ
ロメタン溶出液に既知の濃度のエチルナフタレンを加え
、代謝産物ピークを純化合物で調製された保持時間およ
び濃度曲線と比較することによって行なった。特に期待
された化合物を表3に記載する。2−ヒドロキシビフェ
ニルのみが見出されたことおよび3−ヒドロキシ−2−
ホルミル−ベンゾチオフェンと、DBT分解の炭素分解
経路で生成されることが知られている他の化合物とが全
く見出されなかったということは、ロードコッカス・ロ
ードクラウスATCC53968がC−S結合開裂経路
によってジベンゾチオフェンを代謝しているのであって
、先行技術の多くの微生物が行なうようにC−C結合開
裂経路によるものではないということを証明する。
【0031】
【表3】
【0032】20ミリモルを上回る高濃度の硫酸塩の存
在はDBTの脱硫化を阻害し、富裕細菌用増殖培地では
ロードコッカス・ロードクラウスATCC53968に
よる脱硫化は起こらない。試験管/振とうフラスコでの
細菌の増殖に必要な最少量の硫酸塩は約0.25〜1.
0ミリモルであり、有効な硫黄のその量での存在は有機
的脱硫化を阻害せず、しかも一層激しく増殖させること
によって有機的脱硫化を刺激することができるが、高濃
度の硫酸塩は、たとえ優れた増殖が生じたとしても、ロ
ードコッカス・ロードクラウスATCC53968によ
るDBTの脱硫化を阻害し或いは抑制する。ロードコッ
カス・ロードクラウスATCC53968を富裕細菌用
培地で増殖させる場合にDBTの脱硫化が全く起こらな
いということは、脱硫化特性を発現するためにはある程
度の量の飢餓状態/ストレスが必要であること、および
DBTはその微生物の脱硫化特性を誘発することができ
ないということを示唆する。ロードコッカス・ロードク
ラウスATCC53968を表4に表示した無機塩類細
菌用増殖培地または富裕培地に接種し、30℃で72時
間増殖させた後、その試料をガスクロマトグラフィー/
質量分析法によって分析してDBTの代謝産物を同定し
且つ定量した。その結果を表4に示す。
【0033】
【表4】
【0034】ロードコッカス・ロードクラウスATCC
53968派生物はATCC53968細菌の選択的脱
硫化特性と同じかまたはそれを上回る特性を保持するこ
とが分かった。ATCC53968の抗生物質耐性派生
物はエンテロバクター・アエロゲネス(Enterob
acter  aerogenes)と混合した培養物
で用いた。混合接種剤はイー・アエロゲネス(E.ae
rogenes)に対して10倍過剰のATCC539
68を含み、増殖は前記の規定増殖培地、グリセロール
および単独硫黄源としてのDBT中で監視された。50
、70、140および240時間での培養物の試料を用
いて普通寒天上に置いた稀釈列を調製し、普通寒天はス
トレプトマイシン中、250マイクログラム/mlを含
むものであった。イー・アエロゲネスは普通寒天上でA
TCC53968派生物よりも速く増殖したが、抗生物
質を含む普通寒天ではATCC53968派生物のみが
増殖した。ATCC53968派生物はDBTから硫黄
を代謝することが可能な唯一の生物であるので、最初の
70〜80時間の間に速やかに増殖した。しかしながら
、イー・アエロゲネスがDBTを代謝することができな
いとしても、約50〜60時間後に速やかに増殖が開始
され、240時間ではATCC53968派生物よりも
極めて多量に約3の大きさの程度で存在する。このこと
は、ATCC53968によってDBTから遊離した硫
黄が他の細菌による代謝に利用可能であるような方法で
、DBTがATCC53968細菌の外部表面と一緒に
代謝されていることを示唆する。
【0035】ロードコッカス・ロードクラウスATCC
53968およびその派生物は、有機硫黄含有炭質物質
、特に天然に存在する化石燃料、例えば石炭、石油、シ
ェール、油、亜炭、およびそれらから誘導される合成燃
料から有機硫黄を極めて効果的に除去するのに用いるこ
とができる。有機硫黄はロードコッカス・ロードクラウ
スATCC53968および/またはその派生物と水性
培地中で最大約42℃までの温度で接触させることによ
ってこのような物質から選択適に除去することができる
。このような物質からの有機硫黄の除去は、ロードコッ
カス・ロードクラウスATCC53968および/また
はその派生物による適当な無機養素および同化可能な炭
素源から成る水性増殖培地中での固体有機硫黄含有化合
物からの有機硫黄の選択適代謝によって得ることができ
る。その代謝は酸素を必要とする好気条件下であり、水
性増殖培地のpHは約5〜8、好ましくは約6〜7に保
持し、温度は約15℃〜34℃、好ましくは約28℃〜
32℃である。温度が高いほど代謝は速くなるが、その
微生物は37℃程度の温度で耐性でないことが知られて
いる。水性培地は、所望の時間間隔内で所望の選択的硫
黄除去を行うために適当な濃度の微生物を含んでいなけ
ればならない。
【0036】本発明者はロードコッカス・ロードクラウ
スATCC53968およびその派生物が有機炭質物質
中のC−S結合の開裂による硫黄を特異的に代謝するこ
とを発見した。例えばジベンゾチオフェンの代謝での単
独生成物は2−ヒドロキシビフェニルおよび無機硫酸塩
である。これらの微生物代謝特性はロードコッカス・ロ
ードクラウスATCC53968およびその派生物に有
機C−S結合の開裂のための有機的化学合成で用いるの
に特異的な原因物質を与え、それは種々の有機的処理合
成系で用いることができる。同様に、ロードコッカス・
ロードクラウスATCC53968およびその派生物の
特異的な性質は、再循環操作での有機C−S結合の開裂
による種々の有機物質の脱硫化分解、例えばゴム製品の
場合のように硫黄含有有機分子の分解で用いることがで
きる。
【0037】本発明の微生物処理により、有機硫黄の無
機硫酸塩への変換が生じる。有機的に結合した硫黄の形
態の硫黄は分離するのが極めて困難であるが、この処理
によって生成された無機硫酸塩は、当該技術分野におい
て普通に熟練した者には容易に明らかな種々の方法によ
って容易に除去することができる。
【0038】前記の明細書で本発明をその若干の好まし
い態様に関して記載し、多くの詳細を例証のために記載
したが、本発明に更に別の態様が可能であり、そして本
文中に記載した若干の詳細は本発明の基本的な原理から
逸脱することなくかなり変更することができるというこ
とは当該技術者に当然のことである。

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  突然変異体ロードコッカス・ロードク
    ラウス(Rhodococcus  rhodochr
    ous)菌株ATCC第53968番の生物学的純粋培
    養物。
  2. 【請求項2】  開裂することが所望とされるC−S結
    合を有する物質が存在する部分から誘導された混合細菌
    を、無機養素と同化可能な炭素源とを含んで成り、しか
    も開裂することが所望とされる種類のC−S結合にのみ
    硫黄が存在する化合物以外の硫黄含有化合物が実質的に
    不在の増殖培地に接種し、酸素存在下約20℃〜約34
    ℃の温度、pH約5〜約8で、しかも開裂することが所
    望とされる種類のC−S結合にのみ硫黄が存在する化合
    物以外の硫黄含有化合物が実質的に不在で、有機炭質物
    質中のC−S結合を選択的に開裂することによる硫黄代
    謝特性を有するロードコッカス・ロードクラウス菌株A
    TCC第53968番を選択的に産生するのに十分な時
    間細菌培養物を増殖させる工程を含んで成る、ロードコ
    ッカス・ロードクラウス菌株ATCC第53968番の
    選択的調製方法。
  3. 【請求項3】  pHを約6〜約7に保持する請求項2
    記載の方法。
  4. 【請求項4】  温度を約30℃〜約32℃に保持する
    請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】  温度を約30℃〜約32℃に保持する
    請求項2記載の方法。
  6. 【請求項6】  硫黄含有有機炭質物質を微生物ロード
    コッカス・ロードクラウス菌株ATCC第53968番
    と接触させることを含んで成る硫黄含有有機炭質物質の
    硫黄含有量を減少させる方法。
  7. 【請求項7】  前記の炭質物質が石炭である請求項6
    記載の方法。
  8. 【請求項8】  前記の炭質物質が炭化水素油である請
    求項6記載の方法。
  9. 【請求項9】  前記の微生物が、無機養素および同化
    可能な炭素源を含んで成る増殖培地で、前記の硫黄含有
    有機炭質物質以外の硫黄含有化合物が実質的に不在で、
    しかも酸素存在下で約20℃〜約34℃の温度で増殖さ
    せた場合に、有機C−S結合の開裂および無機硫酸塩の
    産生によって前記の硫黄含有有機炭質物質を代謝する請
    求項6記載の方法。
  10. 【請求項10】  pHを約6〜約7に保持する請求項
    9記載の方法。
  11. 【請求項11】  温度を約30℃〜約32℃に保持す
    る請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】  温度を約30℃〜約32℃に保持す
    る請求項9記載の方法。
  13. 【請求項13】  前記の炭質物質が石炭である請求項
    9記載の方法。
  14. 【請求項14】  前記の炭質物質が炭化水素油である
    請求項9記載の方法。
  15. 【請求項15】  C−S結合を有する有機炭質物質を
    微生物ロードコッカス・ロードクラウス菌株ATCC第
    53968番と接触させることを含んで成る有機C−S
    結合の開裂方法。
  16. 【請求項16】  前記の有機炭質物質が有機合成処理
    での成分である請求項15記載の方法。
  17. 【請求項17】  前記の有機物質が再循環処理での成
    分である請求項15記載の方法。
  18. 【請求項18】  前記の微生物が、無機養素および同
    化可能な炭素源を含んで成る増殖培地で、前記の硫黄含
    有有機炭質物質以外の硫黄含有化合物が実質的に不在で
    、しかも酸素存在下で約20℃〜約34℃の温度で増殖
    させた場合に、有機C−S結合の開裂および無機硫酸塩
    の産生によって前記の硫黄含有有機炭質物質を代謝する
    請求項15記載の方法。
  19. 【請求項19】  pHを約6〜約7に保持する請求項
    18記載の方法。
  20. 【請求項20】  温度を約30℃〜約32℃で保持す
    る請求項19記載の方法。
  21. 【請求項21】  温度を約30℃〜約32℃に保持す
    る請求項18記載の方法。
  22. 【請求項22】  前記の炭質物質が石炭である請求項
    18記載の方法。
  23. 【請求項23】  前記の炭質物質が炭化水素油である
    請求項18記載の方法。
  24. 【請求項24】  無機養素および同化可能な炭素源を
    含んで成る増殖培地で、硫黄含有有機炭質物質以外の硫
    黄含有化合物が実質的に不在で、しかも酸素存在下で約
    20℃〜約34℃の温度で増殖させた場合に、有機C−
    S結合の開裂および無機硫酸塩の産生によって前記の硫
    黄含有有機炭質物質の硫黄含有量を選択的に減少させる
    能力を有する有機硫黄選択性突然変異体微生物であるロ
    ードコッカス・ロードクラウスATCC53968の生
    物学的純粋培養物。
  25. 【請求項25】  無機養素および同化可能な炭素源を
    含んで成る増殖培地で、ジベンゾチオフェン以外の硫黄
    含有化合物が実質的に不在で、しかも酸素存在下で約2
    0℃〜約34℃の温度で増殖させた場合に、有機C−S
    結合の開裂によって前記のジベンゾチオフェンを代謝し
    、実質的に単独生成物である2−ヒドロキシビフェニル
    および無機硫酸塩を産生する能力を有する有機硫黄選択
    性突然変異体微生物であるロードコッカス・ロードクラ
    ウスATCC53968の生物学的純粋培養物。
  26. 【請求項26】  無機養素および同化可能な炭素源を
    含んで成る増殖培地で、硫黄含有有機炭質物質以外の硫
    黄含有化合物が実質的に不在で、しかも酸素存在下で約
    20℃〜約34℃の温度で増殖させた場合に、有機C−
    S結合の開裂および無機硫酸塩の産生によって前記の硫
    黄含有有機炭質物質の硫黄含有量を選択的に減少させる
    能力を有するロードコッカス・ロードクラウスATCC
    53968の有機硫黄選択性派生微生物の生物学的純粋
    培養物。
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