JPH08332094A - アルカリゲネス属の微生物を利用してヘテロ芳香族カルボン酸を製造する微生物学的方法 - Google Patents

アルカリゲネス属の微生物を利用してヘテロ芳香族カルボン酸を製造する微生物学的方法

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JPH08332094A
JPH08332094A JP8142719A JP14271996A JPH08332094A JP H08332094 A JPH08332094 A JP H08332094A JP 8142719 A JP8142719 A JP 8142719A JP 14271996 A JP14271996 A JP 14271996A JP H08332094 A JPH08332094 A JP H08332094A
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    • C12P17/00Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般式IまたはIIのヘテロ芳香族カルボン酸
またはその生理的に許容できる塩を製造する微生物学的
方法を提供する。 【解決手段】 一般式III またはIVのヘテロ芳香族ニト
リルを基質として使用し、アルカリゲネス・フェーカリ
ス属の2−シアノピリジンを利用する微生物を使用し
て、対応するカルボン酸に転化する。 微生物学的転換
に先立って、菌をジカルボン酸、トリカルボン酸または
炭水化物の存在下に培養しておく。 (式I〜IVを通じて、R1 およびR2 は水素またはハロ
ゲンを、Xは窒素または−CH−を表わす。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、下記の一般式で表
わされる
【0002】
【化5】
【0003】
【化6】
【0004】〔式中、R1 およびR2 は、同一または異
なるものであって、水素またはハロゲンの原子を表わ
し、Xは窒素原子または−CH−を表わす。〕 ヘテロ芳香族カルボン酸またはその生理的に許容される
塩の、新規な微生物学的製造方法に関する。
【0005】たとえば6−ヒドロキシピコリン酸のよう
なヘテロ芳香族カルボン酸は、医薬品製造の中間体、た
とえば2−オキシピリミジン(ベリヒテ・デア・ドイッ
チェン・ヒェミッシェン・ゲゼルシャフト 1912,
45,p.2456〜2467)または除草剤製造の中間体とし
て重要である。
【0006】一般に、ニトリルヒドラターゼおよびアミ
ダーゼまたはニトリラーゼを含有する微生物は、ニトリ
ルを対応する酸に転換することが知られている。 たと
えばEP−A0187680には、コリネバクテリウム
属、ノカルディア属、バチルス属、バクテリジウム属、
ミクロコッカス属およびブレビバクテリウム属の微生物
を利用してニチコン酸を製造する、微生物学的方法が記
載されている。 この反応は、光のエネルギーの存在下
に実施することを要する。 EP−A0444640に
は、たとえばロドコッカス属の微生物を利用してニコチ
ン酸を製造する微生物学的方法が開示されている。 こ
の反応は、ラクタムの存在下に実施することが必要であ
る。
【0007】さらに、ロドコッカス・ロドクラス(Rh
odococcus rhodochrous)J1種
は、たとえば2−シアノピラジンをピラジンカルボン酸
に転換することが知られている。(Kobayashi
et al. J. ofAntibiotics,
43,No.10,1990,p. 1316〜1320) しかしな
がら、この微生物は2−シアノピリジンをピコリン酸に
転換する能力はない(Mathew et al. A
ppl. Environmental Microb
iology, 54,No.4,1988,p. 1030〜103
2)。
【0008】2−シアノピリジンを利用するアルカリゲ
ネス属の微生物は2−シアノピリジンを6−ヒドロキシ
ピコリン酸に変換することも、知られている(EP−A
0504818)。 この方法の不利益な点は、6−ヒ
ドロキシピコリン酸が中程度の収率でしか生成しないこ
とである。
【0009】本発明の目的は、ヘテロ芳香族カルボン酸
またはその生理的に許容し得る塩、たとえばピラジンカ
ルボン酸、ピコリン酸またはピコリン酸クロムを、アル
カリゲネス属の微生物を利用して、より経済的な微生物
学的製造方法であって、生成するカルボン酸またはその
生理的に許容し得る塩が高収率で得られるような製造方
法を提供することにある。
【0010】この目的は、請求項1に記載の方法により
達成される。
【0011】本発明の製造方法は、下記の一般式で表わ
されるヘテロ芳香族ニトリル
【0012】
【化7】
【0013】
【化8】
【0014】〔式中、X,R1 およびR2 は前記した意
味を有する。〕を基質とし、これを2−シアノピリジン
を利用するアルカリゲネス属の微生物であって、生物学
的転換に先立ってジカルボン酸、トリカルボン酸または
炭水化物の存在下に培養したものを利用して、一般式I
またはIIのヘテロ芳香族カルボン酸に転換するような手
法で実施される。 ヘテロ芳香族カルボン酸は、つい
で、所望によりその生理的に許容できる塩に転化され
る。 これらカルボン酸の「生理的に許容できる塩」と
は、以下、たとえばクロム、カルシムまたはアンモニウ
ムの塩である。
【0015】実際の生物学的転換に先立って、本発明の
方法に使用するアルカリゲネス属の微生物は、通常の培
養をして、その有効な酵素を2−シアノピリジンで好都
合に誘起させる。 2−シアノピリジンは、この培養お
よび誘起のために、0.01〜20重量%の濃度で、好
ましくは0.1〜1重量%の濃度で使用する。
【0016】「ジカルボン酸」の語は、以下、フマール
酸、コハク酸、マレイン酸、グルタル酸、マロン酸また
はそれらの塩および誘導体たとえばエステルを意味す
る。
【0017】「トリカルボン酸」の語は、以下、クエン
酸、イソクエン酸またはそれらの塩および誘導体たとえ
ばエステルを意味する。 これらジカルボン酸およびト
リカルボン酸の塩および誘導体であって使用に適するも
のは、フマレート、マレート、マロネート、オキサルア
セテート、サイトレート、アコニテート、イソサイトレ
ート、2−オキソグルタレート、サクシネートまたはサ
クシニル−CoAである。 フマレート、マレートまた
はサクシネートが好ましく使用される。
【0018】「炭水化物」の語は、以下、グルコースの
ようなモノサッカライド、シュクロース、トレハロース
またはマルトースのようなジサッカライド、ラフィノー
スのようなトリサッカライド、さらにはグリセロールの
ようなシュガーアルコールを意味する。 グリセロール
が、炭水化物としては好ましく使用される。
【0019】ジカルボン酸、トリカルボン酸または炭水
化物は、0.1〜20重量%の濃度、好ましくは0.5
〜5重量%の濃度で好都合に使用される。
【0020】培地としては、当業者の間に常用されてい
るもの、たとえばKulla etal.のミネラル塩
培地(Arch. Microbiol., 135,
1−7,1983)の低モル度リン酸緩衝液、または下
記の表1に示されたものを使用することができる。 好
ましくは表1に記載のものを使用する。
【0021】培養期の後であって基質の添加の前に、微
生物を常用の分離手段によって収穫してもよいし、ある
いはまた、基質を直接微生物に対して加えてもよい。
【0022】生物学的転換に使用する基質である一般式
III およびIVのヘテロ芳香族ニトリルたとえば2−シア
ノピリジンは、市場で入手できる化合物である。
【0023】一般式I〜IVにおけるXは、窒素原子また
は−CH−を表わし、好ましくは−CH−である。 基
1 およびR2 は同一または異なるものであって、水素
または、フッ素、塩素、臭素もしくはヨウ素のようなハ
ロゲンを表わす。 あり得る基質は、従って、2−シア
ノピリジン、6−クロロ−2−シアノピリジン、5,6
−ジクロロ−2−シアノピリジン、2−シアノピラジ
ン、6−クロロ−2−シアノピラジン、5−ブロモ−6
−クロロ−2−シアノピラジンである。 2−シアノピ
リジン、2−シアノピラジンまたは6−クロロ−2−シ
アノピリジンが、基質として好都合に使用される。
【0024】基質は、生物学的転換のためには、一時的
に加えてもよいし、連続的に加えてもよい。 基質は、
培地中の基質濃度が20重量%を超えないようなやり方
で、好ましくは基質濃度が10重量%を超えないような
やり方で加えるのがよい。
【0025】生物学的転換は、通常は静止した細胞で行
なわれ、2−シアノピリジンを利用するアルカリゲネス
・フェーカリス種の微生物(この微生物はEP−A05
04818に記載され、DSM6335の番号を与えら
れている)およびその機能的に同等な変異種および突然
変異種を使用して実施する。 上記の微生物は1991
年1月3日に、ドイツ国ブラウンシュヴァィク・D−3
8124,マシェローダ・ヴェク1bのドイッチェ・ザ
ムルング・フオン・ミクロオーガニスメン・ウント・ツ
ェルクルトゥーレン・GmbHに、ブタペスト条約の規
定に従って寄託された。
【0026】「機能的に同等な変異種および突然変異
種」とは、もとの微生物と本質的に同じ性質と機能を有
する微生物を意味する。 このような変異種および突然
変異種は、たとえば紫外線照射のような冒険的な方法に
よって得られる。
【0027】生物学的転換には、微生物の培養に用いた
ものと同じ培地を使用することができる。 生物学的転
換はまた、上述したジカルボン酸、トリカルボン酸また
は炭水化物の存在下でも、不存在下でも起り得る。
【0028】pHは好ましくは4〜10の範囲、より好
ましくは5〜9の範囲である。 生物学的転換は、温度
10〜50℃において実施することができる。 好まし
い温度は、20〜40℃である。
【0029】通常の転換時間である6〜100時間を経
過した後、式IまたはIIに従う適切なカルボン酸が、常
用の処理操作たとえば酸性化によって得られる。 カル
ボン酸はまた、たとえばアンモニウム塩やクロム塩のよ
うな塩の形でも単離することができる。
【0030】製造されたヘテロ芳香族カルボン酸が6−
位においてヒドロキシル化されているもの(一般式II)
である場合、生物学的転換は好気的条件下に実施するの
が有利である。 しかしながら、ヒドロキシル化されて
いないヘテロ芳香族カルボン酸たとえばピコリン酸を製
造しようとする場合、生物学的転換は嫌気的条件下に実
施するのが有利である。
【0031】
【実施例】
〔実施例1〕 6−ヒドロキシピコリン酸の製造 アルカリゲネス・フェーカリスDSM6335株を使用
する6−ヒドロキシピコリン酸製造の条件は、下記のと
おりである。 操作容積が5リットルある7.5リット
ル発酵容器を使用した。 アルカリゲネス・フェーカリ
スDSM6335を、フマール酸ナトリウムを唯一の炭
素源およびエネルギー源とするミネラル塩培地(表1)
で、2−シアノピリジンをインデューサとして用い、3
0℃で、撹拌速度600rpm 、pH7.0で培養した。
その間、エアレーションの速度は約3リットル/分と
した。 フマール酸ナトリウムの追加を、pO2 をコン
トロールしてpO2 >30%であるときに行なった。
濃度20%のフマール酸ナトリウムのストック溶液に、
0.5%の2−シアノピリジンを加えたものを使用し
た。 650nm(OD650 )で測定した光学密度が16
に至るまで、23時間にわたって、生物学的転換がスタ
ートするのに先立って細胞を培養した。 成長相におい
て、約160gのフマール酸ナトリウムを、濃度20%
の溶液(約800ml)として使用した。
【0032】2−シアノピリジンの好気的な生物学的転
換により6−ヒドロキシピコリン酸にする間、炭素およ
びエネルギーの源を別に与えなかった。 生物学的転換
は、静止した細胞で行なわれた。
【0033】2−シアノピリジンの追加を、定量ポンプ
を使用して行なった。 ポンプ速度は、HPLCにより
「オンライン」でモニターした。 中間体であるピコリ
ン酸の生成速度は、ピコリン酸を6−ヒドロキシピコリ
ン酸に転換する速度に対して約2.5倍大きく(4g/
l・hに対して10g/l・h)、ピコリン酸の濃度は
2g/l未満に制限した。 そうしないと、ピコリン酸
の6−ヒドロキシピコリン酸への転化が妨げられるから
である。
【0034】2−シアノピリジンは室温で固体であるた
め、2−シアノピリジンを入れた貯蔵容器を50℃に加
熱して、2−シアノピリジンを液体の形で加えられるよ
うにした。 このプロセスによって、75g/lの6−
ヒドロキシピコリン酸を31時間のうちに製造すること
ができた。 中間体であるピコリン酸は、生物学的転換
の末期においては、もはや検出されなかった。
【0035】この6−ヒドロキシピコリン酸を単離する
ため、細胞を濾過により分離した。細胞を除いた溶液を
次に60℃に加熱し、濃硫酸で酸性にしてpHを2〜
2.5とした。 このpHにおいて、6−ヒドロキシピ
コリン酸が溶液から析出した。
【0036】撹拌下にゆっくり冷却して24℃にし、濾
過してその残渣を脱ミネラル水で洗浄して乾燥した(1
00mbar,55℃)。 約2g/lの6−ヒドロキシピ
コリン酸が母液中に残っていた。 収率は、使用した2
−シアノピリジン基準で87%であった。
【0037】 表1 組 成 濃度(g/l) フマール酸ジナトリウム 10 酵母エキス 1 MgCl2 ・6H2 O 0.8 Na2 SO4 0.25 (NH42 SO4 1.0 NH4 Cl 2.33 NaCl 0.2 CaCl2 ・2H2 O 0.16 MnSO4 1.8×10-23 BO3 3×10-2 NiCl2 2×10-3 NaMoO4 3×10-3 FeSO4 ・7H2 O 0.3 Na2 EDTA・2H2 O 0.75 2−シアノピリジン 1 KH2 PO4 0.4 Na2 HPO4 0.96 〔実施例2〕 ピコリン酸の製造 バイオマスを、実施例1と同様にして培養した。 ピコ
リン酸の生成は、厳密に嫌気的な条件下で起った。 ゴ
ム栓をそなえた500mlのガラス瓶を使用し、OD
650 =20のバイオマス400mlを入れた。 保温培
養を30℃で行なった。 生物学的転換の開始に先立っ
て、混合物は純窒素で嫌気条件下に置いた。この目的の
ために、窒素ガス(ゲージ圧50mbar)を、撹拌されて
いる混合物中に、針を通して約30分間注入し、酸素を
定量的に追い出した。 生物学的転換の間または2−シ
アノピリジンの添加の際に酸素が侵入するのを防ぐため
に、窒素ガスの導入を生物学的転換の操作の間、続けて
行なった(ゲージ圧約10mbarで)。 2−シアノピリ
ジンを12回に分けて、各回1時間が経過するごとに1
0g/lずつ添加した。 しかし、添加は連続的に行な
うこともできる。 HPLCを使用して、2−シアノピ
リジンが完全にピコリン酸に転化したかどうかをチェッ
クした上で、次の添加を行なった。 生物学的転換の
間、検知されるほどのピコリン酸アミドの生成はなかっ
た。 この方法によって、約150g/lのピコリン酸
を26時間の間に製造することができた。 その間、6
−ヒドロキシピコリン酸は生成しなかった。
【0038】単離のため、細胞を除いたピコリン酸溶液
にCaCl2 /H2 SO4 を加えて沈でんを生じさせ
た。 この目的のため、実施例2の細胞を除いたピコリ
ン酸溶液を3倍に稀釈し、この細胞除去発酵溶液を90
℃に加熱したのち、撹拌しながら、ピコリン酸の当量あ
たり0.5当量のCaCl2 を添加した。 その結果、
カルシウム/ピコリン酸錯体が直ちに生成し析出した。
析出した錯体を撹拌下に4℃に冷却し、ガラスフリッ
ト(ポロシティ3)上で濾過し、脱ミネラル水で洗浄し
た。 フィルターケークを脱ミネラル水に分散し、濃硫
酸で酸性化してpHを2.5にした。 この間、ピコリ
ン酸は錯体から溶け出し、それと同時に不溶性の硫酸カ
ルシウムが生成した。 遊離のピコリン酸は水によく溶
けるので、硫酸カルシウムを濾過により除去することが
できた。 ピコリン酸溶液を蒸発して乾固し、分析し
た。 粗生成物は収率70%、滴定により定めた純度8
6%であった。 カール・フィッシャー法で測定した水
分含有量は0.7%であった。
【0039】〔実施例3〕 ピコリン酸クロム(III)の製造 500mlフラスコ中で、三塩化クロム六水塩の水溶液
(23.95g,水63ml中にCrが0.09モル)
を、3.5時間かけて、pH7.1のピコリン酸アンモ
ニウム溶液(271.4g,0.325モル、16.8
%)に、73℃で滴状にして加えた。 その結果生じた
紫色の溶液をさらに1時間撹拌し、それからゆっくりと
3℃に冷却した。 生成した赤色の固体が落ち着いたと
ころで、上澄みの青色の液をデカントして除去した。
固体を100mlの水中に30分間懸濁させ、デカンテー
ションを繰り返した。 50mlの水中で2回目の懸濁の
後、固体を吸引濾過し、50℃で減圧下に乾燥した。
33.64gの暗赤色結晶が得られた(収率90%)。
【0040】〔実施例4〕 アルカリゲネス・フェーカリスDSM6335の種々の
炭素源を使用しての培養 A+N培地(表1、ただしフマール酸ジナトリウムを含
まない)100mlを入れた300ml三角フラスコを使用
して、アルカリゲネス・フェーカリス(DSM633
5)を培養した。 2g/lの2−シアノピリジンと1
0g/lの下記の炭素源のうちのひとつとを、培地に加
えた。
【0041】フマール酸ジナトリウム グリセロール マロン酸ジナトリウム コハク酸ジナトリウム 保温培養はシェーカー中、30℃で行なった。 16時
間の成長の後、細胞を取り出し、新しいA+N培地(炭
素源を含まない)の10g/lの2−シアノピリジンを
含有するものに再懸濁した。 細胞懸濁液650nm(O
650 )で測定した光学密度は、10であった。 細胞
懸濁液(全容積は10〜20ml)を、再度30℃で保温
培養した。 6−ヒドロキシピコリン酸の生成を、分光
分析により、細胞を除いた液の308nm光の吸収を測定
して追跡した。 6−ヒドロキシピコリン酸に関して、
下記の平均生産性が得られた: 炭素源 生産性(g/l・hr) フマール酸ジナトリウム 2.4 グリセロール 2.0 マロン酸ジナトリウム 4.2 コハク酸ジナトリウム 0.14 〔実施例5〕 6−ヒドロキシピラジンカルボン酸の製造 アルカリゲネス・フェーカリス(DSM6335)を、
炭素源としてフマール酸を使用して、実施例4と同様に
培養した。 洗浄した細胞を、10g/lの2−シアノ
ピリジンを含有するA+N培地に再懸濁し(OD650
10)、30℃で初期培養した。 6−ヒドロキシピラ
ジンカルボン酸の生成を、分光分析により、細胞を除い
た溶液の320nm光の吸収を測定して追跡した。 2−
シアノピラジン(基質)濃度の減少を、270nm光の吸
収を測定することにより決定することができた。 使用
した2−シアノピラジンの全量が、7時間後に、6−ヒ
ドロキシピラジンカルボン酸に転化していた。
【0042】〔実施例6〕 6−クロロピコリン酸およびピラジンカルボン酸の製造 アルカリゲネス・フェーカリス(DSM6335)を、
フマール酸を炭素源として、実施例4と同様に培養し
た。 洗浄した細胞を、ゴム栓のできるガラス容器中の
A+N培地に再懸濁し(OD650 =10)、窒素ガスを
針を通して注入して、溶存している酸素を追い出した。
続いて、2−シアノピリジンまたは6−クロロ−2−
シアノピリジンを、細胞懸濁液に基質として加え、最終
的な濃度を10g/lとして、30℃で初期培養した。
3時間後、出発原料である基質は、対応する酸に定量
的に転化していた。 〔薄層クロマトグラフィーによる
検出:シリカゲル60、蛍光指示薬使用、移動相:クロ
ロフォルム30/エタノール55/NH4 OH(25
%)10/H2 O 5〕
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライナー グレックラー スイス国 カントン・ヴァリス ヴィスパ ーターミネンオブリ ビフィガ(番地な し)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の一般式で表わされるヘテロ芳香族
    カルボン酸またはその生理的に許容される塩を製造する
    微生物学的方法において、 【化1】 【化2】 〔式中、R1 およびR2 は同一または異なるものであっ
    て、水素またはハロゲンの原子を表わし、Xは窒素原子
    または−CH−を表わす。〕 下記の一般式のヘテロ芳香族ニトリルを基質とし、 【化3】 【化4】 〔式中、R1 ,R2 およびXは、上記した意味を有す
    る。〕 これを、2−シアノピリジンを利用するアルカリゲネス
    属の微生物であって、生物学的転換に先立ってジカルボ
    ン酸、トリカルボン酸または炭水化物の存在下に培養さ
    れたものを使用して対応するカルボン酸に転化し、適切
    であればこれをさらに生理的に許容し得る塩に転化する
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 生物学的転換を、アルカリゲネス・フェ
    ーカリス種に属する寄託番号DSM6335の微生物ま
    たはその機能的に同等な変異種および突然変異種を用い
    て実施することを特徴とする請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 生物学的転換を、pH4〜10および温
    度10〜50℃において実施することを特徴とする請求
    項1または2の方法。
  4. 【請求項4】 ピコリン酸またはその生理的に許容し得
    る塩を製造する方法であって、基質としての2−シアノ
    ピリジンを、2−シアノピリジンを利用するアルカリゲ
    ネス属の微生物であって、生物学的転換に先立ってジカ
    ルボン酸、トリカルボン酸または炭水化物の存在下に培
    養されたものを使用して対応するカルボン酸に転化し、
    適切であればこれをさらに生理的に許容し得る塩に転化
    することを特徴とする方法。
JP14271996A 1995-06-07 1996-06-05 アルカリゲネス属の微生物を利用してヘテロ芳香族カルボン酸を製造する微生物学的方法 Expired - Fee Related JP3810860B2 (ja)

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