JPS62208292A - 細胞培養による植物化学物質の半連続製造法 - Google Patents

細胞培養による植物化学物質の半連続製造法

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JPS62208292A
JPS62208292A JP61289735A JP28973586A JPS62208292A JP S62208292 A JPS62208292 A JP S62208292A JP 61289735 A JP61289735 A JP 61289735A JP 28973586 A JP28973586 A JP 28973586A JP S62208292 A JPS62208292 A JP S62208292A
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フリードリツヒ コンスタベル
ヴオルフガング ジー.ダブリユ.クルツ
ウド エフ.ケイ.エイラート
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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】 発明の背景 本発明は、インビトロで培養され几植物細胞による植物
化学物質の半連続製造法に関する。
現在まで、一般的実施法は、静止生育相中において細胞
から抽出によりそのような植物化学v!J5Aを産生ず
るものであった。通常、産生け、細胞が生育培地から産
生培地に移され几後にのみ達成される。細胞中の代謝物
蓄積の後に、それらは所望生成物の抽出の究めに採取さ
れる。引続いて、細胞の新らしいバッチが最初の接種物
から生育させなければならず、従ってそのような方法は
不連続で′hり、普通4〜5週間の培!4!物発育およ
び代謔物蓄積を必要とする。従って、それら一般的実施
法は、(a)細@を生育培地から産生培地に移す必要性
、(b)植物化学物質の産生を誘導するのに必要とされ
る時間の長さく通常14日まで)、および細胞を殺すこ
とにより細胞から植物化学@*’r抽出し、そして生育
のために培養物を更新する必要性の問題を包含している
本発明は、生育培地から産生培地へ細mt−移す必要性
の除去、植物化学物質の促進された産生に関し、更に培
地からの植物化学物質の抽出および過剰の細胞の採取に
関する。
誘発に対する最初の応答としての培養物の褐色化は、一
般的にフェノール酸化と引続く細胞損傷の結果として説
明される。しかしながら、誘発剤(elicitor 
) K 24〜48時間さらされた細胞は構造上の変化
を受けず;かくして褐色化は完全な細胞から放出される
フェノール性gJ7Jの酸化によるものであることがア
イラード(II!1nert )およびコンスタベル(
Con5tabel )により見出され比。誘発剤に対
する細胞の72時間の露出は、若干の細胞損傷を導き、
誘発剤に対する細胞の96時間の露出は、一般に細胞の
死を生じる。褐色培養@を導き、そして最終的に壊死を
生じる誘発された細胞の観察された傾向は、細胞のどの
ような貴使用も不可能とするように思われる。
発明の要約 時磯會えた培地補充および誘発された生凧物の再採取、
ならびに同じ完全な細胞を使用する繰返し誘発−採取一
補充一採取は有効であることが見出され九。最良の結果
のためには、何誘発は、細胞の再調整に充分な誘発剤な
しに、新たな生育培地中への誘発され九細胞の回収を必
秩とする(九とえは、第2のまたは引続く誘発剤飽加の
前約48時間の間隔における培地の少くとも6回の交換
)。
本発明は、細胞生育培地中で培養され九債物細胞金使用
する植物化学物質の製造法に関し、該植物細胞は選択さ
れた誘発剤により刺激し九とき植物化学物質を産生する
ように選択され、該方法は、(a)  植物細胞を含有
する培地中に選択された誘発剤を導入し、それによって
その中に含有された細胞が植物化学物質を産生ずるよう
に誘導し:(t)l  工程(d)により産生された植
物化学物質および完全な細胞を回収し; (C)  該培地全補光し、そして過剰の細胞があれば
除去し; そして、 ((11植物化学vlJ質の蓄積の後に、植物化学物i
itを再び回収する工程からなるものである。
工程(C)および(a)は、完全な細胞について、誘発
剤効果が消えてしまうまで繰返すことができる。
引続く誘発剤添加を、完全な細胞に対し行いうる。
好ましくは、工程(d)からtdl 1でに引続いて次
の工程を行う: (el  該完全な細胞t−再調整するのに充分に工程
(e)を繰返し、ついで工程+a)および(t)l ’
k fi返し、最も好1しくは工程(d)から+41 
!でt繰返す。
使用される植物細胞は、好1しくは医薬的および工業的
に!矢な植物の細胞である種子植物細胞である。適当な
植物は、パパベル・ソムニ7エルオレ:y ス(Rut
a gravsolens ) 、ならびに、1マイク
ロバイアル・テクノロジー” (” Microbia
lTechnology ” )、第2版、1979.
1巻、アカデミツク・プV ス(Academic P
ress ) 、409頁の表n中、および1アプライ
ド・アンド・ファンダメンタル・アスベクツ・オプ・プ
ラント・セル・ティッシュ・アンド−オルガン・カルテ
ニア”(” Appliea & Fundament
al Aapects Of PlantCell T
i5sue & Organ Cu1ture ’ )
、ライナート(J、 Re1nert )およびバヤj
、 (Y、 P、 8. Bajaj)編、スプリンガ
ー*7zルラーク(8pringet −Verlag
 ) 、第3章、668〜696員、1977、プツチ
ャ−(D、 N、 Butcher )の表1中に列記
されたものを包含する。リトスペルムム・エリスロリゾ
y (Lithospermum er7throrh
lon ) (シ:1ニンを生成)およびコゾチス・ジ
ャポニカ(Coptia japonica ) (ベ
ルベリンを生成)がまた過当である。
本方法は、細las濁物中に含有される植物細胞、カル
スl九は不動化細胞系について笑施しうる。
誘発剤は、植物中の防禦磯栴を誘導しf几は引き金を引
く生物学的誘導剤/触媒であり、植物化学物質の一生全
包含し、その多くは防禦化学物鵞である。ざルターズ(
B、  Wolters )およびアイラード(U、m
1lert )は、ドイチ、ユ番アボト・ツアイトウン
ク(Dtsch、 ApOth、 Zeitg、 ) 
 123.659〜667(1983)中において、誘
発剤として作用しうる化学物質および物理的条件の広範
な隊列のほんのいくつかを列記している。
誘発剤は選択された濃度範囲内で最も有効であるので、
使用する誘発剤の濃度は選択し元植物化学物質の産生を
誘導する範囲内で選択しなければならない。
を示す。
発明の詳細な記述 ここに開示する方法は、生物誘発剤および(筐たは)卵
生vJ#発剤に対する植物細胞培養物の露出を使用し、
そしである時間内に生底物形成を生じる(たとえは、カ
タランツス・ロゼウス細胞中のインドールアルカロイド
蓄積については12〜24時間)。それは、植物化学物
質の合成が生育培地中圧おける誘発の結果として得られ
う、るので、特異産生培地への[11!1細胞の移転を
必要としない。
本方法の更に他の利点は、多量の植物化学物質がそれら
を常法により抽出しうる取囲C培地中に細胞により放出
されるという事実中に見出される。
従って、現在普通の実技である抽出目的での細胞の全部
の採取はもはや必要ではなく、かくして細胞生育および
代謝物産生に必要な時間が有効に短縮される。細胞の生
存性は、もしも培地が細胞に依存し約24〜72時間内
に置換されるならば、誘発剤処理により影41されず、
細抱再詞整−生成wJ銹発−生成物合成一生底物回収の
循環過程は、他の因子が方法の休止七必弛としない限り
、半連続方法で繰返しうる。最初に、taIllの誘発
剤処理は、培養物が充分な細胞密度に達した(通常7〜
10日)後、首尾よく遂行しうる。生成物収量は常法を
使用して得られる量に等しいが、そうするのに必要な時
間は2731でに短縮しうる。
細胞全生育培地から産生培地へ格子必要のないことの発
見は、該植物細胞からの植物化学物質の産生方法を大き
く簡易化する。
誘発は、ストレス、特に種子植物細胞と外来物との接触
によって生じるストレスに対する種子植物の細胞の遷移
反応であるらしい。それ自体として、その現象が同じ細
胞に対し、植物化学物質の産生において同様の繰返し応
答で繰返しうろことは予測できないことである。繰返し
可能応答は、そのような植物化学物質の産生のための半
連続方法の開発のtめに探索される。
示した実施例は、本方法が檀々の型の細胞に広い適用を
有すること、および必要な誘発剤の量および型が様々で
あることを説明する。選択し九植物化学物質の産生を誘
導するのに必要とされる誘発剤の葉は、使用する誘発剤
(ホモジネートマたは限定された化学物質)の純度、お
よび選択し几誘発剤に対する植物細胞の感受性に依存す
る。しかしながら、一般的に、最適応答を与える誘発剤
の量を決定するための英語的方法においては、実験者は
誘発剤の最適量のために0.1%から5%V/Y ’!
!での範囲内で作業しなければならない。
また、各工程に必要とされる時間は様々であり、そして
任意の他の細胞−誘発剤−植物化学物質の組合せのため
に、それら時間は実験および最適化により決定しなけれ
はならない。いかにしはしは誘発が必要であるか、いか
にしはしは〃rらしい培地を加えなければならないか、
およびいかにしはしは培地および植物化学物質を除去で
きるかはまた、選択し几特定の細胞−誘発剤−植物化学
物質系で、実験の問題である。回収期間を心安とする前
に、いかにしばしば細胞金七のように処理しうるかはま
た、実験および最適化の問題である。
示し几実施例のプロトコールにおいて、生成物回収のた
めの培地の繰返し短期間交換は、連続生成物抽出により
置換しうる。
植物組織培養法の領域における一般的技術のために1使
用者は1プラント・ティッシュ・カルテ:L 7− メ
7’オズ(” Plant Ti5sue Cultu
reMethoas”)、つx :y p −(TJ、
 R−Wetter )およびコyスpべ/l/ (y
、 constabel)編、第2改訂版、ナショナル
・リサーチ・カランシル・オプパカナダ(Hatlon
aIBesearch Counctx ofCana
aa)(19B2)t−参照することができる。
以下に示す実施例において、誘発剤ホモジネートの製造
法は、アイラー) (U、 K11ert )等により
シェープラント・フィシオル(、T、 Plant。
PhyeiOl、 L  119.65〜76(198
5)中に記載されている。この文献は’E fcs植物
化学物質の抽出、および他の過当な誘発剤/植物細胞/
生成物系の詳細金示している。細肥ホモジネート工程は
、過剰の細胞を採取したときにのみ使用された@ 若干の場合(たとえば、実施例の2つ)、培地の置換は
、各回誘発剤の添加を伴う必要がなく、即ち誘発された
細胞は記憶または履歴効果を有し、そして補充培地に植
物化学物質を産生じ続ける。
以下の実施例で説明する。
例  1 1 B5C培地にパパベル・ソムニフエルム細胞の懸濁
液を接種し、そして7日間生育させ、その時間の終りに
細胞をオートクレーブ処理ボツリチス培養物ホモジネー
ト1%’Ir/Vで誘発した。更に48時M後に、ベン
ジルインキノリンアルカロイドを含有する培地を取り出
し、そして新らしい生育培地を加えた。この培地および
生成’mt=取り出し、セして新らしい生育培地を加え
る方法は、次の誘発の前に、細胞が約10日間の回収期
ItfJを必要とするのに先立ち48時間間隔で更に4
回1で繰返しうるので、新らしい培地循環過程での充填
を行った。
この系での更に他の試験を、次の如く行った。
カぎ誘発剤製剤 ボッリテス種(P′RL + 2042 )金、プラン
ト・バイオテクノロジー・インステテユート(Plan
t Biotechnology工n5titute 
) / N、RC。
サスカンーン(5aakatoon )のフンガル参カ
ルテニア・コレクション(fungal Cu1tur
e couectlon)から受取り九〇 2.4− 
DなしにB5−寒天培地に生育させ九菌糸坏の1−2片
金、液体B5−培地100−に接種するために使用した
。それら培養@を、回転振盪@ (150rpm )に
、連続低光線中、室温において6日間保った。この培地
(100祷)中の菌糸体をホモジナイズし、そして20
分間(121°0)オートクレーブ処理して、誘発剤製
剤が生成した@ 誘発実験 アルカロイド形成の誘導のために、誘発剤1−を、5日
日のパパペル―ンムニフエルムI、、、 cv。
マリアンヌ(Marianneン培地1[]CIdに加
えた。
48時間後に培地全滅菌条件下に取出し、そしてそのア
ルカロイドプロフィルおよび含it−決定した。湿潤M
胞の新鮮31fiicを測定し、ついで細胞全納らしい
I B5C培地に蕎懸濁し、そして培養物全史に継代培
養のために1001に調節した。数回(6〜7回)の追
加培地交換を、同じ方法で、48時間間隔で行った。2
0日間の10回の培地交換の後に、培養物をもとの細胞
密度(15〜20g FW/1[]QmJ)に希釈し、
2.5!fcは10日に継代培養し、そして誘発剤処理
と引続く培地交換の循環過程を繰返した。
アルカロイド抽出および分析 培地からのアルカロイド抽出のために、5祷全Q、l 
N NaOHでpH9にした。酢酸エチル畝nを加え、
そして2分間ホモジナイズし比。層分離の後、酢酸エテ
ルJVl’!i−除去し、そして抽出全繰返し友。
合<た酢酸エチル画分を窒素下に濃縮し、セして定住的
および定量的アルカロイド分析に使用した。
アルカロイドパターンは、シリカケ9ル〔ベーカー(B
aker ) 81 25 [I F )上、溶媒系(
1)酢酸エテル/MeOH(90: 10 ) : (
u)酢改エテル甲のTI、Cにより決定し友。アルカロ
イドは566祷mおよび254 nmのUv−光線そし
てまた太陽光線、およびドラーデンドルフ噴霧試薬を使
用して検出した@ リテスーホモジネートの存在において、7日間培養し友
。日々の顕微鏡試験は、大部分の細胞が最初の48〜9
6時間に褐色化にもかかわらす生残するが、ついで細晧
劣化が認められるようになり、そして5〜7日後には生
きた細胞が殆んど認められなくなること金示した。最初
の誘発の後の48時間間隔における6回の連続培地交換
は、細胞の生存を許容し友。今や、誘発剤処理細胞の継
代培養は成功しfcoj4地のアルカロイドプロフィル
を分析し、七して追跡した。表Iは1つの代表的実験の
結果を示す。サンイナリンが誘発剤重加の48および9
6時間後の培地中の王アルカロイドであった。96時間
後に、第2の培地、即ち1回目の置換培地中に、化合物
ジヒドロサ/イナリンが認められ友。6日後、紀3の培
地、即ち2回目の置換培地中に、この化合物が主軟なア
ルカロイドになり友。ジヒドロサンギナリンが主要なア
ルカロイドになるプロフィルの変化は、培地ばかりでな
く細胞中にもヱ几住じ九。他のアルカロイドは、細胞ま
たは培地中に検出きれなかった。
繰返し誘発剤処理に対する培養物の応答細胞の希釈およ
び倉らしい1−B3C培地中における2回の10日間隔
の標準継代培養の後に、1回目の誘発剤処理細胞のアル
カロイド含量は比較的低くなった。七れら細胞に対する
誘発剤の冷加は、先に誘発させなかった培養物で観察さ
れるのに比しより弱くそしてよりゆつくりした細胞およ
び培地の褐色化応答を生じた。丹び、培地全誘発の各4
8時間後に交換し、そしてアルカロイド含量を追跡した
(表n)。再誘発の前にはジヒドロサンギナリ/が主要
化合物であったけれども、再誘発の48時間後にサンギ
ナリン水準が増加し、そしてジヒドロサンギナリンの水
準をおさえた。
更に48〜96時間後に、アルカロイドプロフィルはジ
ヒドロサンギナリン形成に徐々に復帰した(衣n)。
表  I 第1の誘発の2日後、ならびに1回目および2回目の培
地交換の2日後のパパベル・ンムニフエル0ム細抱の培
養培地のアルカロイド含量誘発後の       サン
イナリン ジヒドロサンイ時間間隔  培 地  μV
100− ナリン(日)        培養物   
  μg/10011jO−2誘発剤 添加培地    363      582−41回目
の 又換培地  17519    11084−62回目
の 交換培地    4206    7442対照 (非誘発培養@) セルライン:#2009.20g FW/10[1m培
養物、0.75%ボッリテス ーーアルカロイドは検出されない B5および85C培地は、ギャンボルグ(Gambor
g)等ニヨク、エクセプ・セル・レス(]l!2xp、
 Ce1lRea、 )、50 :151〜158頁、
1968に記載されている。
略語: FW−細胞新鮮重量 age  m サンギナリン Dage m ジヒドロサンイナリン 表  n 新らしい誘発剤処理後48時間間隔で置換し几再誘発培
養物からの培養培地のアルカロイド含量時間間隔 サン
イナリンジヒドロサンギナリン  比 率(日)   
 μg/100 rd    pli/10011Lt
     Bge7フsge対照培地        
    293      −−0−2    り00
      206    1:0.72−4   1
31      1206    1:94−6・ 微
量   172   − 6−8    10       411    1:
418−10    31      3502   
 1 :112セルライン: =#2009、再誘発;
15gFW/100−培養’!!2I: 0.75%ボ
ツリテス誘発剤;対照細胞のアルカ Dage  :  21  fill / 、iil 
 FWベンゾフェナンスリジン類の  。 生表mは、
繰返し誘発により連続的にベンゾフェナンスリジン類を
産生するための1つの代表的長時間実験の結果を示す。
誘発および1回の再誘発循環過程を受けさせた細胞の1
週間培養物を、再び誘発剤で処理し、そして培地を48
時間ごとに交換した。12日間、細胞は、1日基準で培
地75−中に、細胞新鮮l量11当り15から50μm
1までの間のアルカロイドを排泄し九。アルカロイド水
準は、2回目および5回目の培地中で最高であった。6
回目の培地交換、再誘発の12日後に、細胞を5日間継
代培養し、ついで新らしい誘発剤で処理した。培養物は
、増加したベンゾフェナンスリジン排泄で応答した;ジ
ヒドロサンギナリンが王女アルカロイドであった。再誘
発の後に、より高いサンヤナリン形成への遷移接続が再
び観察された。産生は時と共に低下し比ので、細胞は最
初の細胞密度に希釈し、そして再誘発し友。
蓄積は10倍増加したが、次の時間間隔の間に、先に観
察されたよりも若干急速に低下した。
例  2 185培地にカタランツス・ロゼウス細胞の懸濁@全接
種し、そして10日間生育させ、その時間の終りに細胞
を5%v7vオートクレーブ処理2jウム培養物ホモジ
ネートで誘発した。更に18時間後に、インドールアル
カロイド全含有する培地を取出し、そして新らしい生育
培地を加え友。この培地および生成物を取出し、そして
新らしい生育培地を加える方法は、誘発、培地および生
成物の取出しの他の循環過程の前に、細胞が約10日の
回収期間に先立ち更に2回繰返すことができ(過剰の細
胞は1友、最後の機会に取出した)、新らしい培地の充
填を行うごとができる。
カタランツス・ロゼウスの5つのセルラインを各種力?
のホモジネート七してまた化学的に限定されたフィトア
レキシン誘発剤で処理する更に他の試験において、1つ
(アルカロイド非産生#916)?除きすべては、6〜
24時間内に褐色化およびトリプタミンの蓄積に応答し
た。セルライン#615は、トリプタミンはかりでな(
N−アセチルトリプタミン、ストリクトシジンラクタム
、アジュマリシン、タベルンニン、ロヒネリシンおよび
カタランチンの蒸積にも1fc応答した。
蓄積し友アルカロイドの量に基き、セルライン#ホモジ
ネートで処理するとき、最良に実行された。
5%のピチウムホモジネート濃度および0.5%のロド
トルラホモジネート濃度は最高のアルカロイド収量を与
え、かくして次の試験に使用した。それらは12〜24
時間の処理の後に、細胞およびそれらの培地中のアルカ
ロイドの水準の1時的増加を明らかにした。10日日間
式培養物は、それより若いものおよび古いものに比しよ
りよく応答し九0アルカロイドの誘発剤刺激蓄積および
アルカロイド組°成は、1−Bs’z友はアルカロイド
産生培地の使用に依存しなかつ元。バイオリアクター 
7.54!中で生育させそして5%ピチウムホモジネー
トで18時間処理しx+615の細胞懸濁物5)は、ス
トリクトシジンラクタム、アジュマリクンおよびカメラ
/テンをそれぞれ27.10および16μg/11  
DWの濃度において含有することか見出され、培地は総
アジュマリシン42%金含有し几。
例  6 接種し、そして14日間生育させ、その時間の終ジに細
胞をオートクレーブ処理ロドトルラ培養物ホモジエネー
ト0.6%V/Vで誘発し友。更に6日後に、過剰の細
胞およびアクリドンアルカロイドを含有する培地全取出
し、そして新らしい生育培地を加えた。細@t1更に他
の誘発、ならびに培地、細胞および生W、@の取出し前
に、約14日に回収し、新らしい培地循環過程の充填を
行った。
’$”;i A実施例6のそれぞれ図式プロトコールで
ある。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)細胞生育培地中で培養される植物細胞を使用する
    植物化学物質の製造法において、植物細胞は選択された
    誘発剤により刺激されるとき植物化学物質を産生するよ
    うに選択されるものであり、(a)植物細胞を含有する
    培地中に選択された誘発剤を導入し、それによつてその
    中に含有された細胞が植物化学物質を産生するように誘
    導し;(b)工程(a)において産生された植物化学物
    質および完全な細胞を回収し; (c)該培地を補充し、そして過剰の細胞があれば除去
    し; そして、 (d)植物化学物質を再び回収することからなる方法。
  2. (2)(e)工程(c)および(d)を少くとも1回繰
    返す、特許請求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)該培地を補充し、そして該細胞を再調整するのに
    充分なように過剰の細胞を除去する、特許請求の範囲第
    2項記載の方法。
  4. (4)再誘発および更に植物化学物質の回収からなる、
    特許請求の範囲第3項記載の方法。
  5. (5)該植物細胞が医薬的および工業的に重要な植物に
    由来する種子植物細胞である、特許請求の範囲第1項記
    載の方法。
  6. (6)該医薬的および工業的に重要な植物の細胞が¥パ
    パベル¥、¥ソムニフエルム¥(¥Papaver¥ 
    ¥somniferum¥)、¥カタランツス¥・¥ロ
    ゼウス¥(¥Catharanthus¥ ¥rose
    us¥)および¥ルタ¥・¥グラベオレンス¥(¥Ru
    ta¥ ¥graveolens¥)からなる群から選
    択される、特許請求の範囲第5項記載の方法。
  7. (7)細胞懸濁物、カルスまたは不動化細胞系の1つを
    含有する植物細胞を使用する、特許請求の範囲第1項記
    載の方法。
  8. (8)工程(a)において使用される誘発剤の濃度が選
    択された植物化学物質の最適産生を誘導するのに必要で
    あると認められる範囲内である、特許請求の範囲第1項
    記載の方法。
  9. (9)誘発剤の濃度が0.1%から5%v/vまでの間
    で選択される、特許請求の範囲第8項記載の方法。
  10. (10)植物細胞が¥パパベル¥・¥ゾムニフエルム¥
    細胞であり、誘発剤がオートクレーブ処理ボツリチス(
    ¥Botrytis¥)培養物ホモジネートであり、そ
    して誘発剤の濃度が約1%v/vである、特許請求の範
    囲第8項記載の方法。
  11. (11)植物細胞が¥カタランツス¥・¥ロゼウス¥細
    胞であり、誘発剤がオートクレーブ処理¥ピチウム¥(
    ¥Pythium¥)培養物ホモジネートであり、そし
    て誘発剤の濃度が約5%v/vである、特許請求の範囲
    第8項記載の方法。
  12. (12)植物細胞が¥ルタ¥、¥グラベオレンス¥細胞
    であり、誘発剤がオートクレーブ処理¥ロドトルラ¥(
    ¥Rhodotorula¥)培養物ホモジネートであ
    り、そレ誘発剤の濃度が約0.3%v/vである、特許
    請求の範囲第8項記載の方法。
  13. (13)該植物化学物質を工程(b)および(d)の培
    地の取出した部分から抽出する、特許請求の範囲第1項
    記載の方法。
  14. (14)再誘発および植物化学物質の回収を、植物化学
    物質の収率が不充分となるまで同じ細胞で繰返す、特許
    請求の範囲第4項記載の方法。
JP61289735A 1985-12-05 1986-12-04 細胞培養による植物化学物質の半連続製造法 Pending JPS62208292A (ja)

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