JPH04500452A - 微生物酵素を用いての金属―シアノ錯体の分解方法 - Google Patents
微生物酵素を用いての金属―シアノ錯体の分解方法Info
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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】
微生物酵素を用いての金属−シアノ錯体の分解方法発明の技術分野
本発明は、微生物により生産された酵素を用いての、工業的工程流及び流出液中
の金属−シアノ錯体の特異的分解方法に関し、この方法においては金属−シアノ
錯体を含有する溶液が微生物から得られた金属−シアノ錯体と接触される。
発明の背景
遊離シアン化物(ここではCN−及びHCNとする)及びシアン化物で錯化され
た金属を含有する排水が金属加工工業(例えば、鋼の肌焼き、電気メッキ及び採
鉱)により多量に生成される。これらの排液流中では、遷移金R(例えば、Ni
。
Zn、Cu、Co、Fe、Cd、Au及びAg)は主として、次の一般式二M、
(CN) y茸−
(式中Mは金属であり、そしてx + y及び2は0より大きい整数である)
で示される金属−シアノ錯体として存在する。
金属−シアノ錯体はそれ自体として、そしてさらにそれらの金属成分及びシアン
成分のために、環境に対して毒性であり、そして金属加工場からの排水は深刻な
汚染問題であり続ける。法規は通常、排水中の金属−シアノ錯体の濃度が自然生
態系への放出の前に少なくとも数ppm付近(金属として測定して)に低下する
ことを要求している。
通常、これらの流出液の処理は、金属−シアノ錯体の物理/化学的分解、及びそ
れに続いての例えば沈澱、電気分解又はイオン交換による金属の回収を含む。
金属−シアン錯体の高い化学的安定性〔解理定数(Kc)は10−” 〜10−
64である。Dahl、 F、1979. Anolysemetoderti
l bestemo+else af cyanidforbindelser
1Vand、TeknologiskInstitut、 Kemitekn
ik)を参照のこと〕のため、これらの錯体を含有する流出液の処理は非常に困
難であることが証明されている。はとんどの金属−シアノ錯体は遊シアン化物の
酸化のために用いられる常用のアルカリ塩素化法によっては容易に分解されず、
そしてそれ故に高い安定係数を有する金属−シアノ錯体く例えば、Ni、Go、
Fe、Au及びAgとの錯体)の効率的な分解のためには非常に荒い、そしてし
ばしば高価な処理方法が必要とされる。
排水処理のこの特定の分野に多くの研究があてられているが、しかし今日まで、
流出液中の金属−シアノ錯体の効率的な分解のために利用できる安価でしかも普
遍的な物理/化学的な方法は存在しない。
汚水処理系及び順化されたバイオフィルターが、金属−シアノ錯体を含有する流
出液を処理することができることが知られている。非常に長期間の順化を必要と
するこれらの生物系の効率は非常に可変的で且つ一貫性がない。さらに、生きた
微生物に依存する生物学的処理方法は低レベル(すなわち、一般に550−1O
0pp未満の金属−シアノ錯体、Knowles C,J、 。
Bact、Reviews、 40: 652−680.1976)の金属−シ
アノ錯体を含有する流出液のみを扱うことができる。
これらの系は金属−シアノ錯体を含有する流出液を処理することができるが、金
属シアン化物除去の正確な生化学的機構が知られていないため、これらの系は最
適化しそして維持することが困難である。従って、これらの系は本質的にブラッ
クボックスであり、その中で金属−シアノ錯体は有機物に吸収され、化学的に転
換され、保持されそして/又は生物学的に移行される。これらの系の更なる欠点
は生ずるスラッジから遷移金属が容易に回収されないことである。
流出液の無毒化の手段として及び金属イオンの回収のi一段階として金属−シア
ノ錯体の分解のために単一微生物酵素を用いることが提案されている。
新規酵素シアニドオキシゲナーゼが最近シュードモナス・7JL、オL/−7セ
:/X (Pseudomonas fluorescens)NCIB 11
764から得られたとしてRollinson及び共同研究所(PBMS Mi
crobiologyLehrs 40 : 199−205.1987)によ
り記載された。シアニドオキシゲナーゼは次の反応:
H(’N+02十NADH−4N)Is+ CO*+ NAD”を触媒し、そし
てそれ故にニコチンアミドアデニンジヌクレオチド補酵素を必要とする。
それに続く研究が示すところによれば、この酵素はN1(CN)、2−及びCL
I(CN)4’−を分解することができた〔しかし、2口(CN)、”−及びP
e(CNs−”)は分解できなかった〕。他の金属−シアノ錯体に対するシアニ
ド−オキシゲナーゼの活性は上記の研究報告には報告されていない。シアニドオ
キシゲナーゼは、金属−シアノ錯体を分解する証明された能力を有する第一の酵
素である。しかしながら、その見かけ上限型された基質特異性のため、及び還元
された補酵素の連続的な再生の必要性のため、大規模無毒化のための商業的酵素
の必要性はむしろ制限されているようである。
酵素シアニドヒドラターゼ(cyanide hydratase)(酵素反応
:HCN+H20→lIc0NH,)が多くの微生物(特に真菌)により生産さ
れ、そしてこの様な1つの酵素及び種々の源からのシアニドの除去のためのその
使用についての特許出願がされている(EP公開Nα61249 、 Nα11
6423 、 Nl1233719 、及びNα234760)。上記のシアニ
ドヒドラターゼはCyclearの名で市販されている。シアニドヒドラターゼ
が金属シアニド錯体に対するなんらかの活性を有することは今まで報告されてお
らず、そしてそれ故にシアニドオキシゲナーゼは金属−シアノ錯体を分解するこ
とができる報告された唯一の微生物酵素である。
発明の簡単な記載
従って本発明の目的は、オキシゲナーゼではなくそして補酵素又は配合団を必要
としない酵素を用いて金属−シアノ錯体の特異的分解を行うための単純な方法を
提供することである。
今や驚くべきことに、アルカリゲネス(A Ica l igenes)属に属
する微生物により生産されたある種の酵素を排水又は工程流と適当な期間にわた
り接触させた場合該酵素が金属−シアノ錯体を分解することができ、それによっ
て該金属−シアノ錯体の濃度を所定のレベルにすることができることが見出され
た。
この様な酵素を生産する微生物の特定の例はアルカリゲネスsp−(Alcak
igenes sp、) DSM 4010及びDSM 4009である。
アルカリゲネスsp、 DSM 4009及びDSM 4010は、1987年
3月12日に出願されたデンマーク特許出願Nα1283/87と関連して記載
されておりそしてブダペスト条約に従って寄託されている。この出願の記載を引
用により本明細書に組み入れる。
発明の具体的な記載
前記のように、本発明は、補酵素を必要としない微生物酵素による金属−シアノ
錯体(好ましくは遷移金属のそれ)の特異的分解に関する。
本発明により具体化される酵素は、酵素反応の間に連続的に供給されなければな
らないか又は再生されなければならない酸化還元補酵素に依存する(これは、そ
の技術的使用を大きく限定する性質である)既知の酸化還元酵素の欠点を有しな
い。
簡単のため、補酵素(例えば水素又は電子伝達補酵素)を必要としない金属−シ
アノ錯体分解酵素を以後r M−CC分解酵素」と略す。
本発明に従えば、生きた又は死んだ微生物細胞から成る酵素調製物を、高レベル
及び毒性レベルの金属−シアノ錯体を含有する溶液を処理するために使用するこ
とができる。
さらに、本発明の方法は、単一微生物に由来する酵素系を用いて遊離シアン化物
及び金属−シアノ錯体の両者を分解することができる。
本発明に従えば、例えばNi、Cu、Co、Zt+、Cd、Au、Ag、Fe及
びPdの高濃度のシアン化物錯体が完全に分解されて遊離金属イオンが生じ、こ
のイオンは今度は溶液中に遊離して存在することができ又は酵素調製物に吸収さ
れ得る。金属−シアノ錯体のシアニド成分は例えばCD2. HCODH,H[
:0N)1.又は他の細胞性代謝物に転換され得る。アンモニアもまた反応の生
成物であろう。
本発明に従って使用され得る酵素は例えば、アルカリゲネスsp DSM 40
10及び口SM 4009 (1987年3月12日に出願されたデンマーク特
許出願Nα1283/87に関連して記載されそして寄託されており、該特許出
願の記載を引用により本明細書に組み入れる)に由来するM−CC分解酵素を包
含する。しかしながら、本発明を実施するためには所望の性質を有する任意の微
生物由来のM−CC分解酵素(シアニドオキシゲナーゼを除く)を用いることが
できる。従って、上記の微生物に単に適当な微生物についての示唆を与えるもの
に過ぎない。
従って、本発明を実施するために、所望の性質を有する任意の微生物M−CC分
解酵素を用いることができる。
本発明の利用のため、活性酵素を粗発酵液として又は全体細胞として適用するこ
とができ、この両者とも凍結乾燥することができる。さらに、無細胞抽出液又は
精製酵素を用いることができる。酵素の使用においては、全細胞又は酵素調製物
に適用される既知の架橋及び固定化技法を用いることができる。
用いられる特定の微生物株に依存して、本発明の方法は約0℃〜55℃の範囲、
好ましくはほとんどの状況下で最適温度である10℃〜45℃の範囲内の温度に
おいて行われる。酵素反応のための好ましいpi(範囲は5〜11、そして好ま
しくは6〜8.5である。
M−CC分解酵素により分解され得る金属−シアノ錯体の濃度は錯化したイオン
のタイプに依存して1mM未満から50mM以上にわたる。この濃度は典型的に
は1〆又は0.1才未満の濃度に低下される。
本発明の方法により、少なくとも0.4 mM、さらには4+nMまで、そして
最も驚くべきことに40mM以上までの金属−シアノ錯体を含有する溶出液又は
工程流を処理することができる。
次の例において、酵素活性は国際単位(以下Illと省略する)で表わす。酵素
の11[1は、60g1M NaCN中pH7,5及び温度25℃において1分
間に1μモルの遊離シアニドの転換を触媒する酵素の量に相当する。
金属−シアノ錯体の濃度はUV吸収を測定することにより(Rollinson
、 G、ら1987. FEMS Miclobiol、Lett、40.19
9−205)又は確立されたHPLC法を用いて(Hiltori、 D、P、
及びHaddad。
R,R,、1986,J、Chrollatogr、361.141−150)
決定される。
下記のすべての例はまた酵素調製物の添加なしでも行われた。これらのすべての
対照において、錯体シアン化物及び遊離シアン化物の転換は観察されなかった。
また、これらの例において、種々の遷移金属錯体の幾つかの検出限界は次の通り
であった。
−Ag(CN)2− : 0.30オ
AU(CN)2− : 0.14 A
−Ni (CN) 4”−: 1.00声CLI(CN)4”−: 0.3 N
例1.ニッケルシアン化物(nickel 5yanide)の分解DSM 4
009の洗浄された全体細胞又は架橋された細胞4.500111/Jを、0.
1Mリン酸緩衝液(pH7,8)に11の水当り3mMN+cf=及び100m
M NaCNを溶解することにより得られた溶液〔おそらく、3mM N1(C
N)42− (約500ppm) +100mM Na” +88mM CN−
+ 6mM C1−とじて存在する〕に加えた。反応混合物を室温(22℃)に
て穏やかな撹拌によりインキュベートした。
48時間後、ニッケルシアン化物の濃度は)IPLcにより測定した場合約1〆
未満に低下し、そしてChaney及びMarbach(C1inical C
hemistry、 8 : 130−132.1962)の方法に従ってアン
モニアの分析を行った場合、錯シアン化物及び遊離シアン化物の両者がアンモニ
アに転換されていた。
例2.ニッケルシアン化物の分解
例1に記載した試験を反復したが、反応混合物は0.1 M !Jン酸緩衝液中
9.5mM N1(CN)=”−(約1.600ppa+) (例1のようにし
て算定)及び20mM NaCAであった。
DSM 4009から調製された酵素調製物を用いて、ニッケルシアン化物の濃
度は48時間後約0.4 &IIM未満であり、そして168時間後約4オ未満
であった。
例3.ニッケルシアン化物の分解
例1に記載した試験を反復したが、反応混合物は20nMNl(CN)4”−(
約3.200ppm)、 40mM NaCN及び6.00011J/l酵素で
あった。
DSM 4009から調製した酵素調製物を用いて、ニッケルシアン化物の濃度
は72時間後に約6072M未満、そして128時間後に約10オ未満であった
。
例4.銅シアン化物の分解
例1の方法を反復したが、反応混合物は9.3 mM Cu (CN) 4”−
(約1.600ppm) (11の水あたり30mM NaCN中に10a+M
CuCNを溶解することにより得た)。
DSM 4009からの酵素調製物を用い、銅シアン化物の濃度は26時間後約
0.3オ未満であった。
例5.銅シアン化物の分解
例1に記載した試験を反復したが、反応混合物は26mMCu(CN)43−
(約4.400ppm)であった。
DSM 4009から調製された酵素調製物を用いて、銅シアン化物の濃度は9
6時間後に約5岸であった。
例6.亜鉛シアニドの分解
例1に記載した試験を反復したが、反応混合物は4mMZn(CN)=”−(約
700ppm)及び10mM NaCNであった。
DSM 4009から調製した酵素を用いて、アンモニアの分析により証明した
場合、亜鉛シアン化物に完全に分解した(すなわち、残留濃度は約5オ未満であ
った。
例7.亜鉛シアン化物の分解
例6に記載した試験を反復したが、反応混合物に10mMZn(CN)42″(
約1.700ppm)及び1抛M NaCNを含めた。
DSM 4009から調製した酵素を用いて、アンモニアの分析により証明した
場合、62時間後にシアン化亜鉛は完全に分解された(すなわち、残留濃度は約
5オ未満であった)。
例8.遷移金属のシアノ錯体の分解
例1〜70分解実験を反復したが、窒素で加圧した密閉反応容器中で厳密な無酵
素条件下で行った。酵素排除のもとてのこれらの試験において得られた分解速度
は例1〜7において得られたそれとほとんど同じであった。
例9.金シアン化物の分解
例1に記載した試験を反応したが、反応混合物は1.5 mMAuCN (約4
50ppm)、 10mM NaCN及び6,00011J/lの酵素を含有し
た。
DSM 4009から調製した酵素調製物を用いて、金シアン化物の濃度は21
時間後に約o、 i s未満であった。
例10. 銀シアン化物の分解
例1に記載した試験を反復したが、反応混合物は0.5iMAgCN (約10
100pp、 10a+M NaCN及び6,0001U#の酵素を含有した。
DSM 4009から調製した酵素調製物を用いて、金シアン化物の濃度は21
時間後に約0.3m未満であった。
例11. 0SM 4009株の培養
この株を2%寒天を含有する栄養培地のスラント上に維持した。栄養培地はDi
fco Laboratories (デトロイト、ミシガン、米国)から購入
した。液体培養は、1%グリセロールを補充した栄養培地100gを含む500
rn1.フラスコ中で行った。
インキュベーションを良好な通気のもとで30℃にて約24時間行った。増殖中
の培養物にNaCN (1mM)を添加することにより、シアニド転換酵素の誘
導を8〜10時間行った。細菌細胞を遠心分離により回収し、洗浄し、そして4
℃で貯蔵するか又は凍結乾燥した。所望により、それ自体既知の方法によりシア
ニド転換酵素を単離しそして精製することができる。
構成的株は上記のようにして培養され、唯一の相異はシアニド転換酵素の生産の
誘導が必要ないことである。
例12. DSM 4009からの酵素調製物(全体細胞)の製造例11に記載
したようにして培養した細胞を遠心分離により収得し、そして1〜3回0.1M
リン酸緩衝液(p)17)により洗浄した。
異る細胞密度(そしてそれ故に異る活性)の洗浄された細胞懸濁液を4℃にて0
.1 M Uン酸緩衝液中に貯蔵した。あるいは、洗浄された細胞懸濁液を凍結
乾燥し、又は−25℃にて貯蔵した。
例13. 0SM 4009の固定化された細胞調製物の製造洗浄された全体細
胞(例12に記載したようにして得られた)を、架橋剤として例えばグルタルア
ルデヒドを用いる標準的固定化技法を用いて架橋することにより、DSM 40
09の細胞結合シアニダーゼを固定化した。
浄書(内容に変更なし)
請求の範囲
補正書の翻訳文提出書
(特許法第184条の8)
平成2年12−月18日
Claims (25)
- 1.補酵素又は配合団の再生を必要とせず、そして0.4mM以上の金属−シア ノ錯体濃度において活性であることができる、細菌由来の金属−シアノ錯体分解 酵素複合体。
- 2.1mM以上の金属−シアノ錯体濃度において活性であることができる、請求 項1に記載の酵素複合体。
- 3.4mM以上の金属−シアノ錯体濃度において活性であることができる請求項 1又は2に記載の酵素複合体。
- 4.40mM以上の金属−シアノ錯体濃度において活性であることができる、請 求項1,2又は3に記載の酵素複合体。
- 5.金属−シアノ錯体含量を1mM未満に低下せしめることができる、請求項1 〜4のいずれか1項に記載の酵素複合体。
- 6.金属−シアノ錯体の含量を0.1mM以下に低下せしめることができる、請 求項1〜4のいずれか1項に記載の酵素錯体。
- 7.0℃〜55℃、好ましくは10℃〜45℃の温度において金属−シアノ錯体 を分解することができる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の酵素複合体。
- 8.5〜11、好ましくは6〜8.5のpH値において金属−シアノ錯体を分解 することができる請求項1〜7のいずれか1項に記載の酵素複合体。
- 9.寄託番号DSM 4009のアルカリゲネスsp.(Alcaligene ssp.)、その変異株又は遺伝子操作された誘導体により生産される金属−シ アノ錯体分解酸素と免疫学的に同一であるか又は免疫学的に部分的に同一である 金属−シアノ錯体分解酵素複合体。
- 10.寄託番号DSM 4010のアルカリゲネスsp.その変異株又は遺伝摸 作された誘導体により生産される金属−シアノ錯体分解酵素と免疫学的に同一で あるか又は免疫学的に部分的に同一である金属−シアノ錯体分解酵素複合体。
- 11.溶液中の金属−シアノ錯体の分解のための酸素的方法であって、補酵素又 は配合団の再生を必要としない金属−シアノ錯体分解酵素複合体を、金属−シア ノ錯体を所望の濃度に分解するのに十分な期間にわたって前記溶液と接触せしめ ることを特徴とする方法。
- 12.前記金属−シアノ錯体が、金属イオンとして少なくとも1種の遷移金属を 含有する群に属する、請求項11に記載の方法。
- 13.前記金属−シアノ錯体が、金属イオンとして任意の酸化状態のNi,Cu ,Au,Ag,Fe,Cd,Co及びPdの少なくとも1種を含有する群に属す る、請求項12に記載の方法。
- 14.前記微生物酵素がアルカリゲネスsp.に属する1又は複数の株に由来す るものである、請求項12又は13に記載の方法。
- 15.前記株が寄託番DSM 4009又はDSM 4010の株、又はその変 異株もしくは遺伝子操作された誘導体である、請求項14に記載の方法。
- 16.前記酵素分解反応がpH5〜pH11の範囲のpHの溶液中で行われる、 請求項11〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 17.前記酵素分解反応がpH6〜pH8.5の範囲のpHの溶液中で行われ得 る、請求項16に記載の方法。
- 18.前記酵素分解反応が0℃〜55℃の範囲の温度において行われる、請求項 11〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 19.前記酵素分解反応が10℃〜45℃の範囲の温度において行われる、請求 項18に記載の方法。
- 20.前記金属−シアノ錯体が排水及び/又は工程流中に溶液として存在する、 請求項11〜19のいずれか1項に記載の方法。
- 21.前記酵素が無傷の細胞、処理された細胞、粗細胞抽出物、又は純粋な酵素 であって、単独又は任意の適当な添加物と混合したものである、金属−シアノ分 解酵素調製物。
- 22.架橋され又は固定化された形である、請求項21に記載の調製物。
- 23.前記酵素が、化学的に修飾された酵素又は化学的に修飾された細胞として 適用可能である、請求項21又は22に記載の調製物。
- 24.前記酵素がアルカリゲネス属の種に属する微生物株、その変異株又は遺伝 子操作された誘導体による生産されるものである、請求項21,22又は23に 記載の調製物。
- 25.前記株がDSM 4009又はDSM 4010である、請求項24に記 載の調製物。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DK364788A DK364788D0 (da) | 1988-07-01 | 1988-07-01 | Enzymatisk fremgangsmaade til fjernelse af komplekser |
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Family Applications (1)
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