JPH05344898A - 不動化微生物細胞の使用方法 - Google Patents

不動化微生物細胞の使用方法

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JPH05344898A
JPH05344898A JP3250122A JP25012291A JPH05344898A JP H05344898 A JPH05344898 A JP H05344898A JP 3250122 A JP3250122 A JP 3250122A JP 25012291 A JP25012291 A JP 25012291A JP H05344898 A JPH05344898 A JP H05344898A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 L−アスパルターゼ活性微生物細胞好ましく
は大腸菌細胞を用いてL−アスパラギン酸を製造する改
良方法の提供。 【構成】 固体状不活性担体上に不溶性架橋ポリマーを
介して固定化された酵素活性含有微生物細胞の使用方法
であって、L−アスパルターゼ活性含有不動化細胞によ
るL−アスパラギン酸、L−アスパラギン酸デカルボキ
シラーゼ活性含有不動化細胞によるL−アラニン、ペニ
シリン−Gアシラーゼ活性含有不動化細胞による6−ア
ミノペニシラニック酸、グルコースイソメラーゼ活性含
有不動化細胞によるフルクトースの濃いコーンシロッ
プ、ステロイド脱水素酵素活性含有不動化細胞によるプ
レゾニドロンもしくは関連ステロイド、およびフェニル
アラニンアンモニアリアーゼ活性含有不動化細胞による
フェニルアラニンを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は微生物細胞の不動化および該細胞の製造もしく
は使用方法に係る。本発明は特に、L−アスパルターゼ
活性を含有する不動化微生物細胞、特に大腸菌(Esc
herichia coli)細胞を用いたL−アスパ
ラギン酸を製造する改良方法に係る。しかしながら、他
の細胞の不動化及び使用もまた考えられる。L−アスパ
ラギン酸の製造に使用する大腸菌もしくは他の微生物細
胞の不動化に関するかなりの量の先行技術がある。例え
ば、米国特許第3,791,926号(Chibata
他)には、大腸菌ATCC11303の如きアスパルタ
ーゼ−産生微生物を含有する水性懸濁液中で、アクリル
アミド,N,N′−低級アルキレン−ビス(アクリルア
ミド)およびビス(アクリルアクドメチル)エーテルか
ら選択されるモノマーの重合を伴なうL−アスパラギン
酸の製造方法が記載されいる。得られたアスパルターゼ
−産生不動化微生物を、酵素反応によりL−アスパラギ
ン酸を付与するフマル酸アンモニウム又はフマル酸もし
くはその塩と無機のアンモニウム塩との混合物で処理す
る。アスパルターゼ活性を含有する大腸菌細胞の不動化
及び得られた不動化細胞のL−アスパラギン酸製造用の
使用はまた、Fusee他によりAppliedand
Environmental Microbiolo
gy,42巻,4号,672〜676頁(1981年1
0月)にも記載されている。Fusee他によると、細
胞は、液体イソシアナートでおおわれた(isocya
nate−capped)ポリウレタンプレポリマー
(ハイポール(登録商標)(HYPOL(登録商標))
と細胞懸濁液との混合により不動化され、そうして不動
化細胞を含有する“フォーム(foam)”を形成す
る。Sato他(Biochimica et Bip
physica Acta,570,179〜186ペ
ージ,1979年)は、アスパルターゼ活性を含有する
大腸菌細胞のκ−カラジーナン(κ−carragee
nan)による不動化及びL−アスパラギン酸を生産す
るための不動化生成物の使用について発表した。ウレタ
ンプレポリマー,ポリウレタンもしくは類似物中での微
生物細胞の不動化について記載したほかの文献発表は、
以下のことを含む: (a) ポリウレタンマトリックス中での微生物細胞の
不動化、Klein他によるBiotechnolog
y Letters,3巻,2号,65〜70ページ
(1981年); (b) 親水性ウレタンプレポリマー:酵素捕捉(en
trapment)用に便利な物質、Biotechn
ology and Bioengineering,
20巻,1465〜1469ページ(1978年); (c) 有機溶媒中でゲル内に捕捉された細胞によるス
テロイドの転換,Omata他によるEuropean
J.Applied Microbiology a
nd Biotechnology,8,143〜15
5ページ(1979年); (d) 親水性ウレタンプレポリマーを用いた微生物細
胞とオルガネラの捕捉、Tanaka他によるEuro
pean J. Applied Microbiol
ogy and Biotechnology,7,3
51〜354(1979)。 不動化微生物細胞を用いてL−アスパラギン酸を製造す
る上記の方法には、種々の不便がある。例えばFuse
e他及びSato他により発表された如きK−カラジー
ナンガム及びポリウレタン“フォーム”は、比較的柔軟
で且つ圧縮性である。したがってこれらの不動化細胞組
成物は、フマル酸アンモニウムがアンモニウムアスパル
ターゼへの変換のために通るカラム中で使用されると
き、該細胞組成物は、特に高流速および/もしくは比較
的長めのカラムを使用する場合、圧縮されそして詰ま
る。本発明の主な目的は、L−アスパルターゼ活性微生
物細胞好ましくは大腸菌細胞を用いてL−アスパラギン
酸を製造する改良方法を提供することであり、該微生物
細胞は特別な方法で不動化され、それによって得られた
組成物はL−アスパラギン酸のバッチ式もしくは連続式
製造に極めて有用である。更に特別の目的は、比較的長
期間最適なL−アスパルターゼ活性を保持する不動化大
腸菌細胞を用いて、フマル酸アンモニウムからL−アス
パラギン酸を製造する改良方法の提供を含む。本発明の
他の特別の目的は、不動化細胞の使用を含む先行技術で
当面する問題を取り除く、L−アスパラギン酸作製の使
用に適した新規な不動化微生物システムを提供すること
である。他の目的はまた、以下で明らかとなるであろ
う。本発明の一態様によると、L−アスパルターゼ活性
を含有する大腸菌ATCC11303細胞もしくは同等
の細胞を含む不動化微生物細胞組成物とフマル酸アンモ
ニウムもしくは同等のものとの接触によるL−アスパラ
ギン酸の製造方法が提供され、該細胞は、ポリアゼチジ
ンプレポリマー,カルボキシメチルセルロース(CM
C),ポリウレタンヒドロゲルプレポリマー及びポリメ
チレンイソシアナートから成るグループから選択される
硬化性プレポリマー物質の硬化により得られる固定化不
溶性架橋ポリマーによって不動化され、該プレポリマー
物質は微生物細胞のL−アスパルターゼ活性が著しくは
減弱する温度より低い温度で硬化され、該細胞/架橋ポ
リマー組成物は固体状不活性担体上の被膜を構成する。
不動化細胞/架橋ポリマー被膜の担体上への適用は、L
−アスパラギン酸製造に使用するためのすこぶる有利な
形態の細胞/ポリマー組成物を提供する。本発明の細胞
/ポリマーシステムが、L−アスパルターゼ活性の著し
い損失なしに担体上の乾燥被膜として提供され得ること
は、特に有利な特徴である。本発明の特に好ましい態様
は、L−アスパルターゼ活性を有する不動化大腸菌細胞
の提供を意図し、該細胞はポリアゼチジンプレポリマー
の硬化により得られる架橋水不溶性ポリマーにより不動
化される。概して本発明は、L−アスパルターゼ活性を
有することが知られており、それゆえ、細胞を結合する
ため上で説明したように特別な架橋ポリマーシステムを
用いて新規で有用な配置(configuratio
n)でフマル酸アンモニウムの変換によりL−アスパラ
ギン酸(もしくはそのアンモニウム塩)を産生できる、
結合している大腸菌特に大腸菌ATCC11303の全
細胞もしくはその同等物に依存している。示したプレポ
リマーシステムは、40℃より低い温度で、細胞のL−
アスパルターゼ活性を著しくは低下させることなく大腸
菌を含有する比較的多量の水の存在下で架橋され得る。
このような水性架橋条件が、たとえ細胞が不溶性架橋ポ
リマー網目構造中に不動化されても、L−アスパルター
ゼ活性を有する大腸菌細胞を残すことは、本発明の驚く
べき面である。本発明の他のすばらしい面は、ポリマー
水溶液中の大腸菌細胞の湿分散(wetdispers
ion)が、不動化細胞がまだ驚くべきことにそのもと
のL−アスパルターゼ活性をほとんど保持しながら、乾
燥され得ることである。該乾燥工程は、L−アスパルタ
ーゼ活性を保持している細胞を高濃度で有している被
膜,膜,粒子等の形態で、強力な,良く架橋した,不溶
性組成物を提供する利点を有している。ここに記載の新
規な不動化L−アスパルターゼ細胞組成物は、以前例え
ばFusee他およびSato他により前記の文献中に
報告された不動化L−アスパルターゼ活性大腸菌細胞組
成物より性能がすぐれていることが判明した。本発明の
大腸菌細胞の不動化用の架橋ポリマー網目構造を提供す
るための使用に適したプレポリマー物質は、以下を含
む: (1) 水溶液中で=NH,−SH,−OH,−COO
Hとの反応により架橋され得るポリアゼチジンプレポリ
マー;又はH2O除去、加熱もしくはより塩基性pHへ
の変化により架橋され得る他のポリアゼチジン。本方法
に使用できるポリカップ(登録商標)172(Poly
cup(登録商標)172)(ハーキュレス社)の如き
代表的ポリアゼチジンの理想的構造は、次の通りであ
り、式中Rは典型的には−(CH2)4−である:
【化1】 (2) 水溶液中でFe+++,Al+++,C
a++,Mg++の如き多価イオンとの反応により架橋
され得るカルボキシメチルセルロース。CMC7HF
(ハーキュレス社)の如きカルボキシメチルセルロース
ポリマーの理想的構造は、次の通りである:
【化2】 (3) 水溶液中で−NH,−SH,−OH,−COO
HもしくはH2Oとの反応により架橋され得るポリウレ
タンヒドロゲルプレポリマー。代表的ポリウレタンヒド
ロゲルプレポリマーの理想的構造は次の通りであり、該
プレポリマーは、1分子当たり2個より多いヒドロキシ
ル基及び3,000より大きな分子量を有し且つ各ヒド
ロキシル基は低分子量のポリイソシアナートでおおわれ
ている水溶性ポリエーテルポリオールを用いて作られ
る:
【化3】 [式中、R1は典型的には低分子量のポリオールフラグ
メント(グリセロール,ペンタエリトリトール,ソルビ
トール等からの)であり;a及びbは整数であり、例え
ばaは典型的には>10であり且つa/bの比は一般的
には2乃至5であり、a及びbセグメントの配列順はで
たらめもしくはかたまりになっており;nもまた典型的
には>2の整数であり;R2は典型的にはトルエンジイ
ソシアナート,メチレンジ(フェニルイソシアナー
ト),m−キシレンジイソシアナート,イソホロン−ジ
イソシアナート,ヘキサメチレンジイソシアナート,ヘ
キサヒドロ−m−キシリレンジイソシアナート,ドデカ
ヒドロメチレンジ(フェニルイソシアナート)及び類似
物の如きジイソシアナートである] (4) 水との混合により硬化し得る次式の如きポリメ
チレンイソシアナート:
【化4】 [但し、式中nは0乃至4である]このようなポリイソ
シアナートは商品として入手可能であり、一般に“未精
製重合メチレンジ(フェニルイソシアナート)”と呼ば
れる。水により架橋不溶性ポリマーに転換しうる他のポ
リイソシアナートもまた使用しうると考えられる。例え
ば、トルエンジイソシアナート,メチレンジ(フェニル
イソシアナート),m−キシリレンジイソシアナート,
イソホロン−ジイソシアナート,ヘキサメチレンジイソ
シアナート,ヘキサヒドロ−m−キシリレンジイソシア
ナート,ドデカヒドロメチレンジ(フェニルイソシアナ
ート)及び類似物がある。イソシアナートは、適当な粒
子状支持体(particulate substra
te)を被覆し、次いで大腸菌細胞の水性スラリーと混
合することにより有効に使用される。前記のポリマーシ
ステムのいずれも、種々の異なる形態(form)及び
形(shape)を有する細胞/ポリマー組成物を提供
するL−アスパルターゼ活性大腸菌の不動化に使用され
得る。例えば、不動化細胞/ポリマー組成物は、膜,フ
ィラメント(filament),繊維(fibe
r),管,ビーズもしくは類似物の形態で製造され得
る。本発明の特に重要な実施態様は、適当な形の支持体
上の被膜として不動化細胞/ポリマー組成物を提供する
ことを含み、該支持体は、有利には、必ずしもその必要
はないけれども、不活性固体状の有機もしくは無機の多
孔性もしくは非多孔性物質の固体または網状ビーズまた
は粒子の形態である。上記に記載したように、本発明の
組成物は、細胞のL−アスパルターゼ活性に本質的な影
響絵を及ぼさずに硬化且つ乾燥され得、その結果として
該組成物は、乾燥被膜ビーズあるいは他の粒子状物質
(particulate material)の形態
に製造でき、且つ使用に必要となるまで貯蔵できる。典
型的には、本発明の不動化細胞/架橋ポリマー組成物用
に使用しうる支持体もしくは担体は,ビーズもしくは粒
子状の形態の次のものを含む: モレキュラーシーブ イオン交換樹脂 ア ル ミ ナ シリカ及びシリカゲル 有孔虫の骨格 ポリマーラテックス 金 属 本発明で使用されるポリマーシステムの有用な性質は、
該システムがL−アスパルターゼを含有する大腸菌細胞
と水中で接触もしくは混合でき、次いで大腸菌細胞を保
持もしくは不動化する不溶性で比較的固定したポリマー
マトリックスを形成するように架橋(もしくは硬化)で
きることである。使用されるに必要な架橋条件は充分に
温和であり、そのため大腸菌突然変異細胞のL−アスパ
ルターゼ活性が保持されるということは特に有利であ
る。上記に示したように、本発明の特に所望の組成物
は、L−アスパルターゼ活性を含有する大腸菌細胞と不
動化ポリマーを、被膜としてかたい無機もしくは有機ポ
リマービーズ上に適用することにより得られる。これら
の比較的非圧縮性組成物を用いると、固定床もしくは流
動床に於いて高生産量が可能なL−アスパルターゼ活性
触媒ベッドが可能である。上記に記載してたように、比
較的柔軟で圧縮性であるκ−カラジーナンガム又はポリ
ウレタンフォームを使用する、従来の文献に記載された
L−アスパルターゼ活性不動化細胞組成物にあっては、
圧縮性であるため、高流速および/又は長いカラム(ベ
ッド)の場合、詰まる傾向があったのである。本発明に
よれば、種々の方法が、硬化もしくは架橋された形態の
プレポリマーとの組み合わせにより、L−アスパルター
ゼ活性を保持しながら、大腸菌ATCC11303細胞
の不動化のために利用され得る。いずれかの特定の場合
に於いて使用される好ましい方法は、少なくともある程
度まで使用されるプレポリマーに依存する。すなわち、 a)好ましいポリアゼチジンプレポリマーの場合、大腸
菌ATCC11303細胞は、プレポリマーの水溶液と
有利に混合され、そうして均質混合物が得られ、その後
でポリアゼチジンは次のいずれかの方法により不溶性L
−アスパルターゼ活性組成物を付与するために硬化もし
くは架橋され得る:水の一部もしくはほとんど全部を6
0℃より低い温度(通常は40℃と0℃の間)で且つ7
60〜1.0Torrの圧力下で除去すること;7.5
以上にpHを上昇させること;大腸菌/ポリアゼチジン
混合物をポリアミンにさらすこと(例えば、1〜2重量
部(parts/weight)のポリエチレンイミ
ン,ポリアミノイオン交換樹脂,ジエチレントリアミ
ン,エチレンジアミン等の各々に対し組成物100部を
使用する)。 b) カルボキシメチルセルロース(CMC)ガムの場
合、大腸菌ATCC 11303との均質混合物は、水
性混合物例えば1.0重量部の細胞ペースト/CMC混
合物を0.001〜1.0重量部の多価カチオン塩と接
触させることにより、又は理想的には1.0重量部の細
胞ペースト/CMC混合物につき0.01〜0.4重量
部の多価カチオン塩を接触させることにより、膜,フア
イバー,ビーズ等に架橋(硬化)され得る。得られた水
不溶性不動化細胞/ポリマー網目構造組成物は、このよ
うに膜,繊維もしくはビーズの形で、しかしながら最も
効率よくは高表面積粒子のまわりの被膜として硬化され
得る。実例として、10乃至1000重量部の高表面積
粒子は1.0重量部の細胞ペースト/CMC混合物で被
覆され得、理想的には細胞ペースト/CMC混合物1.
0重量部当り粒子50乃至500重量部使用される。硬
化被膜中に含有される75%以上の水の除去は、細胞/
ポリマー被膜の強度および結合を改良するのに望まし
い、 c) ポリウレタンヒドロゲルを使用するときには、大
腸菌ATCC 11303の均質水性分散(典型的に
は、広くは1.0乃至1000mlのH2O当たり細胞
1.0g)を該ヒドロゲルポリマーと混合し、ポリイソ
シアナートを水と反応させることにより、又はより迅速
な方法として、1000乃至0.1Torr且つ50℃
より低い温度(好ましくは760乃至5.0Toor且
つ0℃乃至30℃)で除去し得る水の50乃至100%
を除去することにより、もしくは2つの1級もしくは2
級アミン基を有する分子の水溶液に未乾燥組成物をさら
すことにより、該プレポリマーは、水不溶性L−アスパ
ルターゼ活性組成物に硬化される。典型的には、これら
のポリアミン分子は、ヒドラジンもしくはエチレンジア
ミンからポリエチレンイミンまで利用できる。一般的に
使用される該ヒドロゲルプレポリマー各1.0gに対し
て、1.0乃至500mlの水中の0.01乃至10.
0gのポリアミンが使用できる。特に0.1乃至1.0
gのポリアミンと10乃至100mlの水が、使用され
るヒドロゲルプレポリマー1g当たり使用される。上記
の大腸菌/ヒドロゲル組成物を、膜,繊維,ビーズ等に
することができる。しかし好ましい配置は、前記したよ
うに、高表面積粒子上の被膜として該組成物を使用する
ことである。使用される粒子の表面積によって、0.1
乃至100.0gの大腸菌/ヒドロゲル組成物を100
gの粒子に被覆することができる。 d) ポリイソシアナートが使用される場合には、これ
らが一般的にはじめに表面に適用され、そしてその後に
大腸菌ATCC 11303細胞がそこに添加される。
通常は、表面物質10.0g当たりポリイソシアナート
0.1乃至20.0gが使用され得、好ましくは表面物
質10.0g当たりポリイソシアナート0.5乃至1
0.0gが使用され得る。ポリイソシアナートは、もし
液体の場合には、希釈せずに良好な混合(かきまぜ機も
しくは回転)により支持体に加えることができる。しか
しながら、好ましい方法は、トルエン,アセトン,クロ
ロホルム,テトラヒドロフラン,ジメトキシエタン,酢
酸エチル及び類似物の如き不活性で容易に蒸発する溶媒
中のポリイソシアナート溶液を使用することである。こ
のような溶液は、支持体好ましくは高表面積の乾燥粒子
によく混合して加えられ、そして溶媒は760Torr
以下で各々の沸点で、均質に被覆された可動性支持体粒
子を得るために良好な混合を継続しながら、除去され
る。使用される溶媒量は、通常には、ポリイソシアナー
ト1.0重量部あたり1.0乃至100重量部で変化す
る。本発明の不動化細胞/ポリマー組成物は、バッチ式
もしくは連続式の両方法によりアスパラギン酸を作るの
に使用され得る。しかしながら、これらの組成物は、特
にビーズもしくは他の粒子状支持体(particul
ate support)上に被覆される場合には、次
式にしたがうフマル酸アンモニウム水溶液のL−アスパ
ラギン酸アンモニウムへの連続変換に特に有効である:
【化5】 本発明のL−アスパラギン酸もしくはL−アスパラギン
酸アンモニウムの製造に使用し得る方法の実例として
は、次の通りである: (i) 触媒組成物が、0.1乃至5.0モル(好まし
くは0.5乃至2.0モル)のフマル酸アンモニウムの
水溶液中で、pH5.0乃至10.0(好ましくはpH
7.5乃至9.5)で、1.0乃至100時間(好まし
くは8乃至48時間)、50℃より低い温度(好ましく
は20乃至40℃)で撹拌されるバッチ式工程。広くは
0.05乃至50gの好ましくは1.0乃至15gの不
動化細胞を、出発フマル酸アンモニウム1モル当たりに
使用する。変換後、触媒組成物は、濾過もしくは同等の
方法により、フマル酸塩溶液を変換する新しいバッチで
の再使用のために除去され得る。生成物溶液は、L−ア
スパラギン酸を単離するための普通の工程(酸性化,沈
殿,濾過,洗浄,再結晶,乾燥)に適した形態で得られ
る。 (ii) 触媒組成物例えば被覆ビーズをカラム内に置
き、そしてフマル酸アンモニウム溶液(濃度,pH,温
度はバッチ式工程に記載のものと同じである)を、上か
らもしくは下から(流動床方式)のどちらかから触媒ベ
ット内を通過させる連続式工程。これらのフマル酸塩溶
液の通過速度は、0.1乃至1000空間速度/時間で
変化し得る。例えば、1時間当たり5.0リットルの溶
液が、1.0リットルの触媒ベットを通り、これは1時
間当たり5.0空間速度(S.V.)と表わされる。好
ましくは、フマル酸塩からL−アスパラギン酸塩への本
質的に100%の変換が生じるフマル酸塩溶液の流速
は、0.5乃至20.0S.V./時間に一致する。こ
れらの触媒ベットカラムからの溶出液は、L−アスパラ
ギン酸を単離するための通常の工程(上記のバッチ式工
程に於いて概略を述べたように)に適している。本発明
を、以下の実施例により詳細に説明する:実施例1 CMCガム中に不動化したL−アスパルター
ゼを含有する大腸菌の製造 高分子量のカルボキシメチルセルロース(ハーキュレス
7 HF CMCガム、分子量約700,000、無
水グルコース1ユニット当たり0.65乃至0.85の
カルボキシメチル基を有する)の1%水溶液10gに、
大腸菌(E.coli)細胞ATCC 11303のペ
ースト0.5gを加えた。完全な均質分散を、木製の棒
を用いて手で撹拌して作った。この分散の一部2.0g
を、水和5オングストロームモレキュラーシーブビーズ
(8〜12メッシュ、あらかじめビーズ100gを水2
00gと混合し、次いで過剰の水をデカントしそしてビ
ーズを空気中25℃で乾燥させることにより水和したも
の)10g上に置いた。5乃至10分間手で完全に撹拌
後、一様に被覆された湿気の多い、しかし自由に流動す
るビーズが得られた。次いでこれらの被覆ビーズを、F
eSO4・nH2Oの0.1%水溶液40ml中に注い
だ。25℃に於ける周期的な穏やかな撹拌の4時間後
に、液体をデカントし、(考えられるゲル状微粒子が液
体中に認められた)そしてビーズを0.1Mリン酸ナト
リウム緩衝溶液で4回洗浄した。湿った被覆ビーズが合
計22.2g得られた。ビーズは、5℃で湿気の多い空
気中に貯蔵した。L−アスパルターゼ活性(第1表参
照)に、これらの湿ったビーズの一部5.0mlを使用
した。この一部は6.3gの重さがあり、大腸菌細胞
0.027gを含有すると計算された。
【数1】 実施例2 ポリウレタンヒドロゲル中に不動化したL−
アスパルターゼを含有する大腸菌細胞の製造 a) ポリウレタンヒドロゲル プレポリマーは、分子
量7,000の水溶性ポリエーテル(高レベルのポリオ
キシエチレン セグメント)トリオール、BASF ワ
イアンドットからのプルラコール(登録商標)V−7
(Pluracol(登録商標)V−7)を、3モルの
ドデカヒドロメチレンジ(フェニルイソシアナート)、
モーベイケミカル(Mobay Chemical)社
からのデスモジュール(登録商標)Wによりキャッピン
グして製造した。このヒドロゲルプレポリマー1.0g
の水9.0g中の溶液を、大腸菌ATCC11303細
胞ペースト1.0gと25℃で完全に混合した。水和し
た5オングストローム、8〜12メッシュのモレキュラ
ーシーブビーズ20gに、大腸菌−水和プレポリマー水
性分散の一部2.0gを加えた。得られた混合物を、2
2,0gの湿っているが自由に流動する被覆ビーズを与
えるように、25℃で木製の棒を用い手で10分間撹拌
した。予備実験により、このヒドロゲルプレポリマーの
10%水溶液は、8乃至24時間の25℃での空気中で
の乾燥により、水溶性ゲルを形成することが示された。
このように、湿った被覆ビーズを、20.1gの自由に
流動する硬化被覆ビーズを与えるように、16時間25
℃の開け放した空気中で乾燥させた。これらの被覆ビー
ズの一部4.3gは、5.0mlの体積及び0.039
gの概算した大腸菌細胞含量
【数2】 を有した。この試料5.0mlをL−アスパルターゼ活
性の測定(第1表参照)に使用した。 b) 上記の大腸菌−ヒドロゲル プレポリマー水性分
散の一部1.0gを、5オングストローム、8〜12メ
ッシュの水和モレキュラーシーブビーズ10.0g上に
25℃で同様に被覆した。5乃至10分間の撹拌後、得
られた自由に流動する湿ったビーズを、良く撹拌しなが
らポリエチレンイミン(アルドリッチケミカル社#18
197−8)の0.1%水溶液40ml中に注いだ。予
備実験により、H2O 10ml中のヒドロゲル プレ
ポリマー1.0gの新鮮な、15分経っていない溶液
は、ポリエチレンイミンの0.1%水溶液との接触によ
り直ちに水不溶性ゲルを形成することが示された。ポリ
エチレンイミン溶液中の被覆ビーズのスラリーを25℃
で30分間穏やかに撹拌し、次いで、11.5gの湿気
の多い自由に流動するビーズを与えるように、40ml
ずつの0.1Mリン酸ナトリウム緩衝溶液(pH7.
5)で4回洗浄した。これらのビーズの一部5.0ml
は5.1gの重さがあり、0.041gの大腸菌細胞を
含有すると概算された。
【数3】 この一部5.0mlをL−アスパルターゼの測定(第1
表参照)に使用した。 c) L−アスパルターゼを含有する大腸菌ATCC1
1303を有するポリウレタンヒドロゲル膜を、次の方
法で製造した:リン酸塩で緩衝化した塩水(pH7.
4)10.0g中の大腸菌ATCC11303細胞ペー
スト10.0gのスラリーを、均質分散を確実にするた
めに30分間25℃で混合した。脱イオン水10.0g
中の上記のヒドロゲル プレポリマー(分子量7,00
0、3モルのデスモジュール(登録商標)Wでトリオー
ルはおおわれている)5.0gの溶液を、1分間25℃
での激しい撹拌により形成した。この溶液を均質な細胞
ペーストスラリーと混合した。激しい撹拌の20秒内
に、得られた混合物は極めて濃厚になり、直ちにテフロ
ン(登録商標)シート上に注いだ。25℃で数秒内に混
合物は、エラストマーゲル(elastomeric
gel)になった。25℃の空気中で45分後、得られ
たエラストマー膜合成物(厚さ1/16乃至1/4イン
チ、直径4インチ)を、テフロン(登録商標)表面から
はいだ。膜を1.5Mフマル酸アンモニウム溶液500
ml中に置き、30分間振りまぜた。細胞および/もし
くはゲルが膜から洗出されたことを示すかなりの濁り
が、水溶液中に現われた。この洗浄工程を、1.5Mフ
マル酸アンモニウム溶液1lを用い、25℃で64時間
繰り返した。溶液はほんの非常にわずかにかすんでお
り、その280nm(1/1000希釈)に於ける光学
密度は、はじめの0.43(1/1000希釈)に比較
して0.005であった。このことは、本質的にすべて
のフマル酸アンモニウムが消費されたことを示す。膜を
そのまま除去し、そして新鮮な1.5Mフマル酸アンモ
ニウム750ml中に置いた。25℃での16時間の穏
やかな撹拌後、膜上の透明液体生成物は280nm(1
/1000希釈)に於いて0.005の光学密度を有し
た。この工程を、さらに750mlのフマル酸アンモニ
ウムを用い20時間25℃で繰り返した。合わせて1
5,000mlの生成物溶液は透明で、280nmに於
いて0.005の光学密度を有した。合わせた生成物溶
液の一部1000mlを、濃塩酸145gを用いてpH
2.8まで酸性化した。得られた白色結晶のスラリーを
5℃に16時間保ち、次に濾過した。湿気の多いフィル
ターケーキを次に脱イオン水1000ml中で80乃至
90℃で2時間撹拌し、次に30℃まで放冷した。白色
結晶状固体を濾過により集め、脱イオン水250mlで
洗浄した。固体を25乃至100℃で且つ5乃至20T
orrで16時間、178.0gの定重量になるまで乾
燥した。重量178.0gは、L−アスパラギン酸の収
率89.4%を表わす。
【数4】 6.0NHCl100ml中の白色固体2.04g溶液
を旋光度を、パーキン−エルマー旋光計を用い25℃で
測定し、+0.497であることがわかった。同装置
で、L−アスパラギン酸(シグマケミカル社#A−92
56)の標品2.04gの溶液は、+0.495の旋光
を有した。実施例3 ポリイソシアナートで前処理した表面上で不
動化したL−アスパルターゼを含有する大腸菌の製造 a) 活性化した無水5オングストローム、8〜12メ
ッシュのモレキュラーシーブビーズ10.0gを、回転
蒸発装置中で、未精製の重合した芳香族ポリイソシアナ
ート(アップジョンケミカル社製パピ(登録商標)20
(PAPI(登録商標)20)、7.1meqNCO/
g)2.0gの乾燥トルエン50.0g溶液と混合し
た。トルエンを、1時間の連続回転の間に85℃で且つ
10乃至20Torrで除去した。自由に流動する含浸
したビーズを25℃迄冷却し、0.1Mリン酸ナトリウ
ム緩衝液(pH7.5)1.0g中の大腸菌ATCC
11303ペースト1.0gのスラリーを加えた。得ら
れたビーズ混合物を、4時間25℃1気圧で、乾燥した
自由に流動するビーズ12.9gを与えるように、ゆっ
くりと回転させた。乾燥ビーズの一部5.0mlは4.
9gの重さであった。この体積は、1.5Mフマル酸ア
ンモニウム溶液中に浸けた後でも変らなかった。概算の
大腸菌細胞0.38gはこの一部5.0ml中にあり、
【数5】 これをL−アスパルターゼ活性(第1表参照)の測定に
使用した。 b) 同様の方法で、無水弱塩基性=N−H型イオン交
換ビーズ(ロームアンドハース社、アンバーライト(登
録商標)IRA45、直径0.42mm、85乃至90
℃且つ5乃至20Torrで数時間乾燥したもの)1
0.0gを、乾燥トルエン50ml中のパピ(登録商
標)202.0gの溶液で処理した。85乃至90℃且
つ5乃至20Torrでの1時間にわたるトルエンの除
去は、いくらか粘着性であるがそれでも可動性の塊の被
覆ビーズを付与した。この回転させた混合物(tumb
led mixture)に、大腸菌ATCC1130
3ペースト1gの0.1Mリン酸ナトリウム(pH7.
5)緩衝溶液1.0ml中のスラリーを加えた。この幾
分ガム状塊の均質な被覆を達成するのを助けるために、
60個の直径0.25インチのテフロン(登録商標)球
を加えた。得られた混合物を、25℃且つ5乃至20T
orrで2時間、テフロン(登録商標)球の除去後、1
5.6gの乾燥した自由に流動する被覆ビーズを付与す
るように、回転させた。これらの被覆ビーズの一部5.
0mlは2.8gの重さであり、1.5Mフマル酸アン
モニウム溶液に浸した後でも体積は変らなかった。この
5.0mlをL−アスパルターゼの測定(第1表参照)
に使用し、0.18gの大腸菌を含有すると概算され
た。
【数6】 実施例4 ポリアゼチジンゲルで不動化したL−アスパ
ルターゼを含有する大腸菌の製造 a) ポリアゼチジン水溶液2.0g(ヘルクレスポリ
カップ(登録商標)172、H2O中に12%の固体を
有する如き)と大腸菌ATCC11303ペースト2.
0gとの混合物を、均質分散を確実にするために、25
℃で5分間磁気撹拌棒で迅速に撹拌した。次いでこの混
合物を、25℃で16時間乾燥させるために、ポリスチ
レンの表面上に注いだ。得られた2インチ×2インチ×
1/16インチの厚さの屈曲できる膜を、前記表面から
取り除き、すると0.7gの重さであった。このフィル
ムをL−アスパルターゼの測定(第1表参照)に使用
し、大腸菌細胞(水和状態)2.0gを含有すると概算
された。 b) 2.0gのポリカップ(登録商標)172と2.
0gの大腸菌ATCC11303の均質混合物を、30
gの水和した5オングストローム、8〜12メッシュの
モレキュラーシーブビーズ上に、25℃で5乃至20T
orrで45分間回転させることにより分布させた。2
5℃で開放された空気中でさらに16時間乾燥の後、得
られた被覆ビーズは30.4gの重さであった。これら
の被覆ビーズの一部5.0mlは3.9gの重さであっ
た。この試料をL−アスパルターゼ活性(第1表参照)
の測定に使用し、0.26gの大腸菌細胞を有している
と概算された。
【数7】 c) 2.0gの大腸菌ATCC11303の2.0g
のポリカップ(登録商標)172中の均質分散を25℃
で、30分間25℃で木製の棒を用いて手で混合するこ
とにより、30.0gのアンバーライト(登録商標)I
RA45イオン交換ビーズ(42%H2O=N−H型
の)上に分散させた。いくらか粘着性の薄層を、空気中
に25℃で16時間放置した。得られた自由に流動する
ビーズは、25.8gの重さであった。これらの乾燥被
覆ビーズの試料3.0gは、体積5.0mlを有してい
た。1.5Mフマル酸アンモニウム溶液に浸すことによ
り、体積は5.5mlに膨脹した。これらの湿った被覆
ビーズの一部5.0mlをL−アスパルターゼの測定
(第1表参照)に使用し、大腸菌含量の概算値は0.2
1gであった。
【数8】 d) 脱イオン水4.0gとポリカップ(登録商標)1
72 2.0g中の大腸菌ATCC11303 4.0
gの均質分散を同量の三部に分けて、3.5時間かけ
て、60個の直径0.25のテフロン(登録商標)球を
含有するアンバーライト(登録商標)IRA45(42
%H2O、フリーの=N−H型の)10.0gに加え
た。この混合物を、25℃で5乃至20Torrで回転
させた。合計で5時間減圧下で乾燥の後、得られた乾燥
被覆ビーズ(テフロン(登録商標)球は除去した)は、
7.8gの重さであった。これらの乾燥した自由に流動
する被覆ビーズの一部5.0mlは、2.9gの重さで
あった。1.5Mフマル酸アンモニウム溶液で飽和の
後、体積は6.25mlに膨脹した。これらの湿った被
覆ビーズの一部5.0mlを、L−アスパルターゼの測
定(第1表参照)に使用した。概算のこの部分の大腸菌
含量は、
【数9】 であった。 e) 3.0gの大腸菌ATCC11303の6.0m
lの脱イオン水と3.0gのポリカップ(登録商標)1
72中の均質分散を、上記の減圧下での乾燥と同じ方法
で10.0gのアンバーライト(登録商標)IRA45
(42%H2O、フリーの=N−H型の)上に広げた。
合計で10.7gの乾燥被覆した自由に流動するビーズ
が得られた。乾燥被覆ビーズの一部5.0mlは、3.
0gの重さであった。1.5Mフマル酸アンモニウム溶
液中に浸した後、この体積は5.75mlに膨脹した。
湿った被覆ビーズの一部5.0mlを、L−アスパルタ
ーゼの測定(第1表参照)に使用した。この5.0ml
部分の概算の大腸菌含量は、0.73gであった。
【数10】 f) 4.0gの大腸菌ATCC11303の4.0g
のポリカップ(登録商標)172および8.0gの脱イ
オン水中の均質分散を、おおよそ等しい6部に分けて、
5.5時間かけて25℃且つ5乃至20Torrで、直
径0.5インチの8個のテフロン(登録商標)球を含有
する10.0gのアンバーライト(登録商標)IRA9
38ビーズ(ローム&ハース、73%H2O、直径0.
38mm、四級アミンクロリド塩の形態)に加えた。2
5℃且つ5乃至20Torrでの合計6時間回転した
後、得られた乾燥被覆した自由に流動するビーズは、1
0.3gの重さであり且つ16.6mlの体積を有して
いた。これらのビーズを過剰の1.5Mフマル酸アンモ
ニウム溶液(pH8.5)に16時間25℃で浸すと、
17.5mlの湿ったビーズが得られた。1.14gの
大腸菌ATCC11303
【数11】 を含有すると概算された湿ったビーズの一部5.0ml
を、L−アスパルターゼ活性の測定(第1表参照)に使
用した。実施例5 ポリマー結合剤を用いない、L−アスパルタ
ーゼを含有する大腸菌細胞によるモレキュラーシーブビ
ーズ及びイオン交換樹脂ビーズの被覆 L−アスパルターゼを含有する大腸菌細胞を不動化する
のに使用される上記のポリマーシステムの効用を実証す
るために、L−アスパルターゼだけを含有する細胞、例
えばポリマーではない結合剤で物質を被覆する次の実験
をおこなった。L−アスパルターゼを含有する大腸菌細
胞を不動化するのに使用される上記のポリマーシステム
の効用を実証するために、L−アスパルターゼを含有す
る細胞だけで、即ちポリマー結合剤を用いずに物質を被
覆する次の実験をおこなった。 a)L−アスパルターゼを含有する大腸菌細胞ATCC
11303 1.0gのリン酸ナトリウム緩衝液(0.
1M、pH7.5)5.0ml中のスラリーを同量ずつ
4つに分けて3.5時間かけて、直径0.5インチの1
0個のフテロン(登録商標)球を含有する水和した5A
モレキュラーシーブビーズ(8〜12メッシュ)10.
0gに加えた。この混合物を、25℃且つ5乃至10T
orrで回転させた。合計約4時間後、得られた乾燥被
覆された自由に流動するビーズは、9.9gの重さであ
った。これらの乾燥ビーズの一部5.0mlは4.2g
の重さであった。1.5Mフマル酸アンモニウム溶液に
浸しても、体積は変化しなかった。被覆ビーズのこの一
部概算の大腸菌細胞含量は、0.42gであった。
【数12】 被覆ビーズの一部5.0mlを、1.5Mフマル酸アン
モニウム溶液50ml中で25℃で24時間穏やかに撹
拌した。溶液は、かなりの量の物質がビーズから抜け落
ちたことを示して、非常に濁った。ビーズをデカントに
より単離し、再び新しい1.5Mフマル酸アンモニウム
50.0ml中25℃でL−アスパルターゼ活性の測定
(第1表参照)のために、穏やかに撹拌した。しかしな
がら、1時間後であっても、溶液は再び非常に濁った。
時折、ビーズを単離し、そして新しい1.5Mフマル酸
アンモニウム溶液と穏やかに撹拌した。ビーズは、溶液
を非常に濁すかなりの量の物質を放ち続けた。ポリマー
結合剤を同様に細胞/ビーズ調製物(formulat
ion)に加えると、この性質はL−アスパルターゼ活
性細胞被覆ビーズの製造のいずれにおいても観察されな
かった。すべてのポリマーの実施例では、フマル酸アン
モニウム溶液は、被覆ビーズの上に透明に残っていた。 b)同様の方法で、大腸菌ATCC11303 10.
0gのリン酸塩緩衝液(0.1M、pH7.5)30g
中のスラリーをポリマー結合剤なしで、50.0gのア
ンバーライト(登録商標)IRA45(ロム&ハスから
の、42%H2O、=N−H型)上に、4.5時間かけ
て25℃且つ5乃至20Torrで被覆した。得られた
47.6gの自由に流動する乾燥被覆ビーズは83.5
mlの体積を有していた。これらのビーズを過剰の1.
5Mフマル酸アンモニウム水溶液に浸すと、溶液はビー
ズから離れた多量の物質で濃厚且つ不透明になった。こ
の不透明な母液からビーズを濾別(木綿濾布、ファイバ
ーガラスマット、43メッシュのナイロンスクリーン、
中位の多孔性半融グラス(medium porosi
ty sintered glass))するすべての
試みは失敗した。なぜならば、濃厚なゼラチン状粒子が
すぐにフィルターにつまったからである。この性質は、
ポリマー結合剤が細胞/ビーズ調製物(formula
tion)中に混合されたいずれの実施例の場合にも、
観察されなかった。このような場合には、ビーズ上の水
溶液は常に透明に保たれ、フィルター内をすみやかに流
れた。実施例6 L−アスパルターゼ活性の測定 前記の実施例中に記載の不動化大腸菌ATCC1130
3組成物のL−アスパルターゼ活性を、第1表に示す。
各々の場合、0.002MMgSO4を含有する1.5
Mフマル酸アンモニウムの脱イオン水溶液(pH8.
5)50ml中で穏やかに8乃至16時間25℃で振り
まぜることによって、試料を試験準備した。次いで各試
料から溶液を流出させ、再び8乃至16時間25℃で穏
やかに振りまぜる前に50mlの新しいフマル酸塩溶液
を加えた。この時点ですべての試料は、前記実施例で議
論したポリマー結合剤と調合した。該実施例は、その上
澄み溶液はすべて透明であって、固体状支持体から抜け
落ちた物質証拠がないことを示した。ポリマー結合剤を
使用せずに製造した試料(実施例5)は、数回の洗浄後
でさえも、非常に濁った上澄み溶液を付与し続けた。こ
のことは、細胞物質は固体状支持体に確実に結合してい
ないことを示している。各実施例の次の段階では、洗浄
し且つ良く排水した合成物の一部5.0mlを(又は膜
の場合、2インチ×2インチ×0.125インチ)取
り、新しい上記のフマル酸アンモニウム溶液50.0m
l中で25℃で振りまぜた。60分後に試料を除去し、
脱イオン水で1/1000に希釈した。280nmに於
ける開始時の1.5Mフマル酸アンモニウム溶液(1/
1000希釈で0.43であると観察した)からの光学
密度の減少は、L−アルパルターゼ活性を示した。28
0nmにおける15ML−アスパラギン酸アンモニウム
塩(pH8.5)の光学密度は、実質的にゼロ(<0.
005)である。フマル酸塩からL−アスパルターゼへ
の観察された変化は、第1表にアスパラギン酸のモル数
/時間/触媒ベットの1として及びアスパラギン酸のモ
ル数/時間/湿った大腸菌のkgとして示す。例えば、
ポリアゼチジン,細胞ペーストおよびイオン交換ビーズ
を用いて実験4dでは、280nmに於ける光学密度は
25℃で60分後に0.43から0.32に低下した。
計算は次の通りである:
【数13】 大腸菌ATCC 11303を含有するポリウレタンフ
ォーム(パイポール(登録商標))の37℃に於けるL
−アスパルターゼ性能を示す文献中にあるデータから計
算値もまた、第1表に示す。ここでは126gの細胞を
有する0.777lのベットは、2.0lの1.0Mフ
マル酸塩を100%L−アスパラギン酸塩に37℃で変
換するために32分間要した。これらの研究者らはま
た、1.5Mフマル酸塩の平均変換速度は、1.0Mフ
マル酸塩よりも8%低いことを報告している。彼らはま
た、37℃における速度は、25℃の1.67倍である
ことも観察した。このように、我々のデータ(25℃、
1.5Mフマル酸塩)と比較した彼らのL−アスパラギ
ン酸生成速度の正しい評価は、次の通りである:
【数14】 これらの値を本発明の例で得られたデータと比較する
と、ポリウレタンフォームシステムより本方法の優位が
示される。
【表1】
【表2】 実施例7 L−アスパラギン酸(L−アスパラギン酸ア
ンモニウムとして)の連続生成 実施例4dからの湿ったビーズの一部5.0mlを、直
径0.7cm×15cmのカバーをかぶせたガラスカラ
ムの中に入れた。カラム温度は、37℃に保った。0.
02mMMgSO4を含有する1.5Mフマル酸アンモ
ニウムの脱イオン水の溶液(すべてpH8.5)を、連
続的に0.5ml/分の速度でビーズのベットを通し
た。溶出生成物溶液試料を定期的にとり、実施例6に記
載したように脱イオン水で1/1000希釈としてL−
アスパラギン酸塩含量を分析した。溶出液の大部分を集
めたが、カラムに戻さなかった。次のデータは、50日
間の連続運転にわたって被覆ビーズのL−アスパルター
ゼ活性は保持され本質的に変化しないことを示す。 時間(日) 溶出物のL−アスパラギン酸塩含量(%) 1 59.6 25 61.5 平均62.5 50 66.5 6.0ベット容量/時間(5.0mlの触媒ベットを
0.5ml/分で通る)での62.5%変換率に於ける
L−アスパラギン酸の生成速度は次の通りである:
【数15】 37℃で1時間にわたって同じカラムを4.0ベット容
量/時間(5.0mlの触媒ベットを0.33ml/分
で通る)の速度で動かすと、フマル酸塩(1.5M)の
平均変換率は80.0%であった。これは次に該当す
る:
【数16】 それぞれ6.0及び4.0ベット容量/時間に対応する
これらの変換率62.5%及び80.0%に基づく、1
00%変換を達成するのに必要な流速の図式的方法によ
る控え目の概算は、1.5ベット容量/時間である。
1.5ベット容量/時間でのL−ASP生成速度は:
【数17】 これらの値(1.5ベット容量/時間での100%変
換)および
【数18】 は、κ−カラジーナンゲル上に不動化した大腸菌ATC
C 11303細胞のカラムの連続操作で報告された1
00%変換のための1.1ベット容量/時間および
【数19】 の値よりも著しく良い。本発明のこれ以上の変化では、
実施例7で得られたL−アスパラギン酸アンモニウム水
溶液は、直接に使用しうることが予想される。例えば、
乾燥固体アスパラギン酸の回収もしくは分離なしで、ア
スパラギン酸のアミンのベンゾイルオキシカーバメイト
を形成するためのベンジルクロロホルメイトとの反応の
ために使用し得、このカーバメイトは商業上重要な甘味
剤L−アスパラチル−L−フェニルアラニン メチルエ
ステル製造の重要な中間体である。現在ではこのベンゾ
イルオキシカーバメイトは、乾燥結晶固体L−アスパラ
ギン酸から出発して作られる。前記の酸を、次の反応に
したがったベンジルクロロホルメイトとの反応の前に水
酸化ナトリウム水溶液中に溶解する:
【化6】 本発明に従ったフマル酸アンモニウムをL−アスパラギ
ン酸アンモニウムに変換するための不動化全細胞の酵素
法は、直接的に塩基性水性生成物の流体、例えば1.5
モルの98.5%L−アスパラギン酸アンモニウム溶液
を提供する。該溶液は、アンモニアの除去の後、所望の
ベンジル(もしくは他の)オキシカーバメイトの水溶液
を作るためのベンジルクロロホルメイト(もしくは他の
クロロホルメイト)との反応における直接使用に適して
いる。これは、乾燥アスパラギン酸結晶の単離の必要性
及び時間及びこれらに付随した費用を避けることを可能
にさせる。例えば、実施例7のL−アスパラギン酸アン
モニウム溶液からの乾燥L−アスパラギン酸結晶の単離
は、一般に次のことが必要である。 (1) pH2.8でL−ASPを沈殿させるための、
役0.7乃至0.8モルのH2SO4を用いた、1.5
モルのL−アスパラギン酸アンモニウム生成物(L−A
SP)の流体の酸性化; (2) L−ASP生成物流体は98.5%のL−AS
P(残りはフマル酸アンモニウム)を含有しているけれ
ども、L−ASPの沈殿物の水洗により固型L−ASP
はたつたの89〜93%の収率でしか得られない。母液
中のL−ASPの5〜9%の保持は、L−ASPの値か
ら考えてかなりの損失である; (3) 沈殿したL−ASP結晶の続いての乾燥もまた
高価である(1ポンド当り約5〜10セントと概算され
る)。 本発明にしたがった水性アンモニウムL−ASP生成物
の直接的使用は、段階(1)〜(3)に固有の不便を除
去する。アンモニウムL−ASP生成物流体の調整は、
最適の結果を得るのに適している。例えば、水酸化ナト
リウム(アンモニウムL−ASP1モル当り0.5乃至
2.0モルのオーダーで)の添加は、NH4 +のNH3
との置換を生じ、NH3は沸騰により除去でき、さらに
さらにフマル酸アンモニウムを作るのに使用できる。N
H4 +イオンのほとんどは、クロロホルメイト反応を促
進するために除去される。本発明は、大腸菌の不動化も
しくはL−アスパラギン酸製造のためのこのような不動
化細胞の使用に限定されない。このように、他の細胞
は、記載した硬化性ポリマー物質を用いて一般に同様の
方法で不動化され得る。更にこのような不動化細胞の変
形例及びその使用を次の実施例で例示する。実施例8 ポリアゼチジンゲルで不動化したシュウドモ
ナス ダカンエの不動化を介したL−アラニンの製造 シュウドモナス ダカンエ(Pseudomonas
dacunhae)ATCC21192を、 ペプトン(バクトーデイフコ) 9.0g/l カゼイン水解物(カザミノ酸、デイフコ) 2.0g/l KH2PO4 0.5g/l MgSO4・7H2O 0.1g/l L−グルタミン酸ナトリウム 15.0g/l pHはNH4OHで7.2に調整 の培地で培養した。醗酵は、好気性条件下で、23時
間、30℃、300回転/分でおこなった。3.62g
(湿重量)の細胞ペーストと3.6gのポリアゼチジン
水溶液(ヘルクレスポリカップ(登録商標)172)と
の混合物を、木製の棒を用いて手で25℃で均質に撹拌
した。この混合物を、3.6gのアンバーライト(登録
商標)IRA938イオン交換ビーズ(ローム&ハス)
上に分散させた。前記ビーズは、85%より多いビーズ
と会合している湿気を除去するために、あらかじめ25
〜30℃で60時間空気中乾燥した。ビーズ上の混合物
の薄いフィルムを25℃で24時間空気中で乾燥させ
た。得られた自由に流動するビーズは、体積20mlを
占めた。これらのビーズを5容量の普通の塩水で洗浄
し、そのうちの一部18mlを、37℃に保たれたpH
5.5(H2SO4で調整)の1.5Mアスパラギン酸
アンモニウム溶液0.5lを含有するフラスコ中に入れ
た。全部の混合物を48時間撹拌し、一方pHは必要な
とき硫酸の添加により保持した。この期間の最後に、H
PLC(μNH2ボンダパックカラム、ウォーターズ
社;溶出液CH3CN25%、5mMKHPO4pH
4.4 75%)による液体の分析は、L−アスパラギ
ン酸が98%収率でL−アラニンを形成するように脱カ
ルボキシル化されたことを示した。実施例9 ポリアゼチジンゲルで不動化された巨大菌を
含有するペニシリン−Gアシラーゼの製造 巨大菌ATCC14945を先に記載(米国特許第3,
446,705号)した如き好気性条件下で培養した。
10.5g(湿重量)の細胞物質と10.5gのポリア
ゼチジン水溶液(ヘルクレスポリカップ(登録商標)1
72)との混合物を、木製の棒を用いて手で25℃で均
質になるまで撹拌した。この混合物を9.8gのアンバ
ーライト(登録商標)IRA938イオン交換ビーズ
(ローム&ハス)上に分散させた。前記のビーズは前も
って25〜30℃で60時間空気乾燥し、ビーズから>
85%の湿気を除去しておいた。混合物の薄層を、25
℃で24時間空気乾燥させた。得られた自由に流動する
ビーズは13.1gの重さであり、且つ体積53mlを
占めた。1gのフリーな細胞に対応するこれらのビーズ
に一部1247mgを、ペニシリンアシラーゼ活性の測
定に用いた。6−アミノペニシラニック酸生成物を、高
速液体クロマトグラフィ(HPLC)により定量した。
不動化製造物の活性は、細胞ペースト1g当たり19.
7μモル/時間であった。この値は、フリーな細胞の活
性の67%であった。実施例10 ポリアゼチジンゲルで不動化した大腸菌を
含有するペニシリン−Gアシラーゼの製造 大腸菌ATCC9637を、Sato他、Eur.J.
Appl.Mmicrobiol.,2:153〜16
0(1976)により報告されたよに好気的に培養し
た。20.7g(湿重量)の細胞ペーストと20.7g
のポリアゼチジン水溶液(ヘルクレスポリカップ(登録
商標)172)との混合物を、木製棒を用いて手で25
℃で均質になるまで撹拌した。この混合物を193gの
アンバーライト(登録商標)IRA938イオン交換ビ
ーズ(ローム&ハス)上に分散させた。前記のビーズ
は、ビーズと会合している>85%の湿気を除くため
に、前もって25〜30℃で60時間空気乾燥した。混
合物の薄いフィルムを25℃で24時間空気乾燥させ
た。得られた自由に流動するビーズは27.4gの重さ
があり、体積95mlを占めた。1gのフリーの細胞に
対応するこれらのビーズの一部1325mlで、ペニシ
リンアシラーゼ活性を測定した。6−アミノペニシラニ
ック酸生成物を、高速液体クロマトグラフィ(HPL
C)により定量した。不動化生成物の活性は細胞ペース
ト1g当たり53.6μモル/時間であり、これはフリ
ーな細胞活性の99%であった。実施例11 フルクトースの濃いコーンシロップ(Hi
gh FructoseCorn Syrup)製造用
のグルコースイソメラーゼ活性を含有するアルスロバク
ター種の不動化 アルスロバクター種(Arthrobacter sp
ecies)ATCC21748を液中好気性条件下で
増殖させ、細胞を取り出した。該細胞は、60℃で細胞
ペースト1g(湿重量)当たり420μモル/時間のグ
ルコースイソメラーゼ活性を有した。47gのポリカッ
プ(登録商標)172に47g(湿重量)のアルスロバ
クター種ATCC21748を加え、そして混合物を5
〜10分間激しく撹拌した。ポリカップ(登録商標)/
細胞混合物を次に撹拌しながら46.4gの空気乾燥し
たIRA(登録商標)938ビーズにゆっくり加え、得
られたビーズを室温で24時間乾燥させた。5mlのア
ルスロバクター種ATCC21748不動化ビーズを含
有するフラスコに、50mlの0.2Mリン酸塩緩衝
液、pH7.5、10mM MgSO4、1mM CO
Cl2を加え、そして溶液を撹拌しながら60℃まで加
熱した。450mgのα−D−グルコースをフラスコに
加え、そしてフラスコを60℃1時間、150rpmで
培養振とう器中に入れた。不動化アルスロバクター種A
TCC21748のグルコースイソメラーゼ活性は、シ
ステイン/H2SO4反応[Dische. Bioc
him. Biophys. Acta,39140
(1960)]により決定すると、60℃に於いては細
胞ペースト1g(湿重量)当たり530μモル/時間で
あった。10Mlのアルスロバクター種ATCC217
48不動化ビーズを、循環式水浴により60℃に保たれ
ている0.9×30cmのカバーのかかったガラスカラ
ムに添加した。50mMトリス−塩酸緩衝液中に250
mMグルコース、5mMMgSO4と0.5mM CO
Cl2を含有するあらかじめ湿った基質溶液pH7.5
を、カラムに通した。連続操作の6日後、不動化アルス
ロバクター種ATCC21748のグルコースイソメラ
ーゼ活性は、60℃で細胞ペースト1g(湿重量)当た
り280μモル/時間であり、37日後ではグルコース
イソメラーゼ活性は60℃で細胞ペースト1g(湿重
量)当たり18μモル/時間であった。実施例12 プレドニゾロンもしくは関連するステロイ
ドを製造するためのステロイドデヒドロゲナーゼ活性を
有するアルスロバクター シンプレックスの不動化 アルスロバクター シンプレックス(Arthroba
cter simplex)ATCC6946を、液中
好気性条件下で増殖させ、細胞を取り出した。細胞は、
34℃で細胞ペースト1g(湿重量)当たり980μモ
ル/時間のΔ−1−デヒドロゲナーゼ活性を有してい
た。20gのポリカップ(登録商標)172に20gの
アルスロバクター シンプレックスATCC6946を
加え、そして混合物を5〜10分間激しく撹拌した。次
にポリカップ(登録商標)/細胞混合物をゆっくり1
8.6gの空気乾燥IRA(登録商標)938ビーズに
撹拌しながら加え、得られたビーズを室温で24時間乾
燥させた。5Mlのアルスロバクター シンプレックス
ATCC6946不動化ビーズを含有するフラスコに3
6Mlの20mMリン酸塩緩衝液(pH7.0)を加
え、次いで60mgのヒドロコルチゾンを含有する4M
lのエタノールを加えた。フラスコを、34℃1時間
150rpmで培養振とう器中に置いた。不動化アルス
ロバクター シンプレックスATCC6946のΔ−1
−デヒドロゲナーゼ活性は、285nmの吸光度で決定
するとき、34℃で細胞ペースト1g(湿重量)当たり
440μモル/時間であった。実施例13 フルクトースの濃いコーンシロップを製造
するためのグルコースイソメラーゼ活性を有するストレ
プトマイセス種の不動化 ストレプトマイセス フエオクロモゲネス(Strep
tomyces phaeochromogenes)
NRRL B3559を液中好気性条件下で成長させ、
そして細胞を取り出した。細胞は60℃で、細胞ペース
ト1g(湿重量)当たり7.7μモル/分のグルコース
イソメラーゼ活性を有していた。64.5gのポリカッ
プ(登録商標)172に64.5gのストレプトマイセ
ス フエオクロモゲネスNRRL B3559を加え、
そして混合物を5〜10分間激しく撹拌した。次いポリ
カップ(登録商標)/細胞混合物を、60.0gの空気
乾燥IRA(登録商標)938ビーズに撹拌しながらゆ
っくり加え、そして得られたビーズを室温で24時間乾
燥させた。10Mlのストレプトマイセス フエオクロ
モゲネスNRRL B3559不動化ビーズを、循環式
水浴で60℃に保った0.9×30cmのカバーをかけ
たガラスカラムに添加した。250mMグルコース、1
00mM Na2SO3,10mM MgSO4および
1mM COCl2を含有しHClでpH7.0に調整
されたあらかじめ湿った基質溶液を、流速28ml/時
間でカラムに通した。不動化ストレプトマイセスフエオ
クロモゲネス NRRL B3559のグルコースイソ
メラーゼ活性は、システイン/H2SO4反応(Dis
che他、上を見よ)により決定すると、60℃で細胞
ペースト1g(湿重量)当たり7.7μモル/分であっ
た。実施例 14 フエニルアラニンを製造するためのフエニルアラニン
アンモニア リアーゼの濃いロドスポリジウム種の不動
化 ロドスポリジウム トルロデイス(Rhodospor
idiumtoruloides)ATCC 1078
8を液中好気性条件下で増殖させ、そして細胞を取り出
した。細胞は30℃で細胞ペースト 1g(質重量)当
たり112μモル/時間のL−フエニルアラニンアンモ
ニア−リアーゼ活性を有していた。14.9gのポリカ
ツプ(登録商標)172に14.9gのロドストポリジ
ウム トルロイデス ATCC 10788を加え、そ
して細胞混合物を5〜10分間激しく撹拌した。次に、
ポリカツプ(登録商標)/細胞混合物を13.8gの空
気乾燥IRA(登録商標) 938ビーズに攪拌しなが
らゆっくり加え、得られたビーズを室温で24時間乾燥
させた。1Mlのポドスポリジウム トルロイデス A
TCC 10788 不動化ビーズを含有するフラスコ
に、5Mlの25mMトリス−塩酸緩衝液(pH8.
8),25mM L−フエニルアラニン,0.005%
セチルピリジニウム クロライドを加えた。フラスコ
を、30℃ 1時間 100rpmでダブノフ(Dub
noff)振とう培養器中に入れた。不動化ロドスポリ
ジウム トルロイデス ATCC 10788のフェニ
ルアラニンアンモニアーリアーゼ活性は、278nmの
吸光度により決定すると、30℃で細胞ペースト1g
(湿重量)当たり10μモル/時間であった。実施例8
〜14に示した不動化細胞/ポリマー組成物がどのよう
に使用されて示した生成物を作るのかは、先行文献から
明らかである。このように、実施例8に関して、アスパ
ラギン酸の脱カルボキシル化を介してのL−アラニンの
生成は、酵素、L−アスパルチック−β−デカルボキシ
ラーゼにより媒介される。この酵素の存在は、Chib
ata他、Applied Microbiolog
y,13巻,5号,638〜645ページ(1965
年)により報告されているように、微生物学の多数の概
論でよく知られている。これは、クロストリジウムパー
フリンジェンス,デスルホビブリオ デスルフリカン
ス,ノカルジア グロベルラ(Nocardia gl
oberula),シュードモナス レプチリボラ(P
seudomonas reptilivora),ア
セトバクター種,アクロモバクター(Acromoba
cter)種およびアルカリゲネスフェカーリスにより
産生さされる。Chibata他は、アラニン形成菌株
は、概論に於いてかなり共通で、アセトバクター,アク
ロモバクター,シュードモナス,トルラ(Tolur
a),トルロプシス(Torulopsis),アブシ
ディス,アスペルギルス,ムコールおよびオオスポラで
あると決定した。chibata他はMeisterと
共同研究者により以前に得られた知識を増加させ、そし
てL−アスパラギン酸を化学量論的にアラニンに変換す
ることを測定した。L−アスパラギン酸から90%をこ
えるL−アラニンの単離収率が、容易に得られた。この
工程は、米国特許第3,458,400号に生物,シュ
ードモナス ダカンエおよびアクロモバクター ペスチ
ファー(Acromobacter pestife
r)に関連して記載されており、該特許では水性普通培
地中で、乾燥生細胞もしくは細胞フリ−抽出物によりL
−アラニンを製造する工程が特許請求されている。この
工程の変更例は、Chibata他の1975年米国特
許第3,898,128号により、アクルアミドポリマ
ー中で微生物の不動化によって特許を受けている。シュ
ードモナス ダカンエからの酵素の使用に於ける他の特
許は、1969年米国特許第3,463,704号で得
られた。Shibatani他のApplied&En
vironmental Microbiology,
38巻,3号,359〜364ページ(1979年)に
よる連続研究は、他の研究者によりL−アスパルチック
−β−デカルボキシラーゼを所有するほかの種が見つけ
られ、そしてこの酵素の製造はグルタミン酸塩の如きあ
るアミノ酸の添加により促進できることを示した。改良
した製造の連続方法はYamato他のBiotech
nology&Bioengineering,XXI
I巻,2045〜2054ページ(1985年)により
発表され、この場合全生物はカラジーナンゲル中に不動
化されていた。さらに、他の研究者はハイポール(登録
商標)フォーム中に不動化したシュードモナス ダカン
エおよびアルカリゲネス フェカーリスからのアラニン
の製造の研究をおこなった[Fusee他、Ameri
can Society for Microdiol
ogy Abstracts,ダラス(1980年3
月)]。本発明は、以前に使用した細胞組成物の代わり
にアスパラギン酸からL−アラニンを製造するために例
示した細胞/ポリマー組成物の使用を意図している。多
量の研究が、酵素ペニシリンアシラーゼの不動化に関連
しても以前になされた。例えば、Biochimie,
62:317〜321(1981)を参照。Marco
ni他はセルローストリアセテート繊維中にペニシリン
アシラーゼを不動化し[Biotechnology
and Bioengineering,22:735
〜756(1980);Biotechnology
and Bioengineering,21:105
7〜1073(1979)]、そして米国特許のいくつ
かは酵素不動化を問題としていた:米国特許第3,27
8,319号;第3,116,218号;第3190,
586号;第3,446,705号;第3,622,4
62号;第3,736,230号;第3,166,00
9号;第3,801,962号;第3,883,394
号;第3,900,488号;第3,499,909
号;第3,736,230号;第4,001,264
号;第4,113,566号および第4,230,80
4号。全細胞不動化に関する比較的2,3の論文しか用
いえないことが明らかである。田辺製薬は、ポリアクリ
ルイミドゲル内な捕捉された細胞のリポートを発行して
いる。また、chibata他(1974年)、ドイツ
特許第2,414,128号およびMandel他はポ
リアクリルアミドゲル内への捕捉を発表している[Pr
ikl. Blkhim.Mikrobiol.11:
219〜225(1975)]。DEAEセルロース上
に吸着した巨大菌もしくはアクロモバクターの不動化全
細胞は、東洋醸造により使用されており、Fujii他
の日本特許第73 9393号及びSato他のEu
r.J.Applied Microbiology,
2:153〜160(1976)は、ペニシリンアシラ
ーゼを高活性で有する不動化大腸菌の使用によるペニシ
リン−Gからの6−APAの製造を報告している。種々
の他の変更もまた本発明から離れることなしになし得、
本発明の範囲は特許請求の範囲で定義されると理解され
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12P 33/02 Z 8931−4B 37/06 8931−4B // C12N 11/04 (C12P 13/20 C12R 1:19) (C12P 13/06 C12R 1:38) (C12P 13/22 C12R 1:645) (C12P 33/02 C12R 1:06) (C12P 37/06 C12R 1:19) (72)発明者 ルイス・エル・ウツド アメリカ合衆国、ステイト・オブ・メリー ランド・20 854、ロツクヴイレ、ゲイン ズバーロウ・ロード・11 760

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリアゼチジンプレポリマー,カルボキ
    シメチルセルロース,ポリウレタンヒドロゲルプレポリ
    マー及びポリメチレンイソシアナートから構成されるグ
    ループから選択される硬化性プレポリマー物質の硬化に
    より得られる固定化不溶性架橋ポリマーによって不動化
    されるL−アスパルターゼ活性を含有する細胞を含む不
    動化微生物細胞組成物とフマル酸アンモニウムとを接触
    させることからなり、前記のポリマーが微生物細胞のL
    −アスパルターゼ活性を著しく減弱させる温度より低い
    温度で硬化され、該細胞/架橋ポリマー組成物が固体状
    不活性担体上の被膜を形成していることを特徴とする、
    L−アスパラギン酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 細胞が大腸菌11303の全細胞である
    ことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 プレポリマー物質がポリアゼチジンプレ
    ポリマーであることを特徴とする請求項1に記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 プレポリマー物質がカルボキシメチルセ
    ルロースであることを特徴とする請求項1に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 プレポリマー物質がポリウレタンヒドロ
    ゲルであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】 プレポリマー物質がポリメチレンイソシ
    アナートであることを特徴とする請求項1に記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 担体がビーズもしくは他の粒子状物質を
    含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 【請求項8】 硬化性ポリアゼチジンプレポリマーの硬
    化により得られる固定化不溶性架橋ポリマーによって不
    動化されるL−アスパラギン酸デカルボキシラーゼ活性
    を含有する細胞を含む不動化細胞/ポリマー組成物とL
    −アスパラギン酸溶液とを接触させることからなり、前
    記組成物が固体状不活性担体上の被膜を形成しているこ
    とを特徴とする、L−アラニンの製造方法。
  9. 【請求項9】 担体がビーズもしくは他の粒子状物質を
    含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】 細胞/ポリマー組成物が、ポリアゼチ
    ジンプレポリマー中に不動化されたシュードモナスダカ
    ンエ(Pseudomonas dacunhae)を
    含むことを特徴とする請求項8に記載の方法。
  11. 【請求項11】 硬化性ポリアゼチジンプレポリマーの
    硬化により得られる固定化不溶性架橋ポリマーによって
    不動化されるペニシリン−Gアシラーゼ活性を含有する
    細胞を含む不動化細胞/ポリマー組成物を使用すること
    からなり、該組成物が固体状不活性担体上の被膜を形成
    することを特徴とする、6−アミノペニシラニック酸の
    製造方法。
  12. 【請求項12】 担体がビーズもしくは他の粒子状物質
    を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項13】 硬化性ポリアゼチジンプレポリマーの
    硬化により得られる固定化不溶性架橋ポリマーによって
    不動化されるグルコースイソメラーゼ活性を含有する細
    胞を含む不動化細胞/ポリマー組成物を使用することか
    らなり、該組成物が固体状不活性担体上の被膜を形成す
    ることを特徴とする、フルクトースの濃いコーンシロッ
    プを製造する方法。
  14. 【請求項14】 担体がビーズもしくは他の粒子状物質
    を含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 【請求項15】 硬化性ポリアゼチジンプレポリマーの
    硬化により得られる固定化不溶性架橋ポリマーによって
    不動化されるステロイド脱水素酵素活性を有する細胞を
    含む不動化細胞/ポリマー組成物を使用することからな
    り、該組成物が固体状不活性担体上の被膜を形成するこ
    とを特徴とする、プレドニゾロンもしくは関連するステ
    ロイドの製造方法。
  16. 【請求項16】 担体がビーズもしくは他の粒子状物質
    を含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 硬化性ポリアゼチジンプレポリマーの
    硬化により得られる固定化不溶性架橋ポリマーによって
    不動化されるフェニルアラニンアンモニアーリアーゼ活
    性を含有する細胞を含む不動化細胞/ポリマー組成物を
    使用することからなり、該組成物が固体状不活性担体上
    の被膜を形成することを特徴とする、フェニルアラニン
    の製造方法。
  18. 【請求項18】 担体がビーズもしくは他の粒子状物質
    を含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
JP3250122A 1982-03-16 1991-06-25 ポリアゼチジンポリマー固定化微生物細胞による有用物質の製造方法 Expired - Lifetime JPH082311B2 (ja)

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