(57)【要約】本発明は、ケトイソホロンを、レボジオンからアクチノールを産生できる微生物と、もしくはその無細胞抽出物と、レボジオンからアクチノールを産生できる組換え微生物と、もしくはその無細胞抽出物と、またはレボジオンレダクターゼと接触させ、そして得られるフォレノールを反応混合物から単離することを含む、２，６，６−トリメチル−２−シクロヘキセン−１,４−ジオン（ケトイソホロン）から（４Ｓ）−４−ヒドロキシ−２，６，６−トリメチル−２−シクロヘキセン−１−オン（フォレノール）を製造する方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケトイソホロンを、レボジオンからアクチノールを産生できる微生物と、もしくはその無細胞抽出物と、レボジオンからアクチノールを産生できる組換え微生物と、もしくはその無細胞抽出物と、またはレボジオンレダクターゼと接触させ、得られるフォレノールを反応混合物から単離することを含む、２，６，６−トリメチル−２−シクロヘキセン−１,４−ジオン（ケトイソホロン）から（４Ｓ）−４−ヒドロキシ−２，６，６−トリメチル−２−シクロヘキセン−１−オン（フォレノール）を製造する方法。
【請求項２】
ケトイソホロンを、レボジオンからアクチノールを産生できる微生物と、またはその無細胞抽出物と接触させ、得られるフォレノールを反応混合物から単離することを含む、ケトイソホロンからフォレノールを製造する方法。
【請求項３】
ケトイソホロンを、レボジオンからアクチノールへの選択的不斉還元を行なうことのできるセルロモナス（Cellulomonas）属、コリネバクテリウム（Corynebacterium）属、プラノコッカス（Planococcus）属、およびアルスロバクター（Arthrobacter）属のメンバーから選択される微生物または無細胞抽出物と接触させ、得られるフォレノールを反応混合物から単離することを含む、ケトイソホロンからフォレノールを製造する方法。
【請求項４】
微生物が、セルロモナス種（Cellulomonas SP.）ＡＫＵ６７２（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４９）、コリネバクテリウム・アクアティカム（Corynebacterium aquaticum）ＡＫＵ６１０（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４７）、コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）、プラノコッカス・オケアノコイテス（Planococcus okeanokoites）ＡＫＵ１５２（ＩＦＯ１５８８０）、ならびにアルスロバクター・スルフレウス（Arthrobacter sulfureus）ＡＫＵ６３５（ＩＦＯ１２６７８）、およびそれらの突然変異体からなる群より選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
微生物が、コリネバクテリウム・アクアティカム（Corynebacterium aquaticum）ＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
ケトイソホロンを、レボジオンレダクターゼ遺伝子を発現している組換え微生物またはその無細胞抽出物と接触させ、得られるフォレノールを反応混合物から単離することにより、ケトイソホロンからフォレノールを製造する方法。
【請求項７】
レボジオンレダクターゼ遺伝子が、コリネバクテリウム（Corynebacterium）属に属する微生物に由来する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
レボジオンレダクターゼ遺伝子が、コリネバクテリウム・アクアティカム（Corynebacterium aquaticum）ＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）もしくはその機能的等価体、それらの継代培養物、それらの突然変異体、またはそれらの変異体に由来する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ケトイソホロンを、ケトイソホロンからフォレノールへの位置選択的および立体選択的変換を触媒できるレボジオンレダクターゼと接触させることにより、ケトイソホロンからフォレノールを製造する方法。
【請求項１０】
レボジオンレダクターゼが、コリネバクテリウム（Corynebacterium）属に属する微生物に由来する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
レボジオンレダクターゼが、コリネバクテリウム・アクアティカム（Corynebacterium aquaticum）ＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）またはその突然変異体に由来する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
反応を、４.０〜９.０のpH値で、１０〜５０℃の温度範囲で、１５分間から７２時間実施する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
反応を、５.０〜８.０のpH値で、２０〜４０℃の温度範囲で、３０分間〜４８時間実施する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２，６，６−トリメチル−２−シクロヘキセン−１,４−ジオン（以後、本明細書ではケトイソホロンと称する）から（４Ｓ）−４−ヒドロキシ−２，６，６−トリメチル−２−シクロヘキセン−１−オン（以後、本明細書ではフォレノールと称する）を製造する方法に関する。より具体的には、本発明は、特定の微生物、その無細胞抽出物、組換え微生物もしくはその無細胞抽出物、またはレボジオンレダクターゼにより、ケトイソホロンからフォレノールを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォレノールは、ゼアキサンチンなどの天然に存在する光学活性化合物の有用なキラルビルディングブロックである。現在までに、フォレノールのエナンチオ選択的製造方法はいくつか報告されていた〔Tanakaら、Tetrahedron: Asymmetry 6: 1273(1995); Kiyotaら、Tetrahedron: Asymmetry 10: 3811(1999)〕。しかし、生成物の光学純度に関しては、これらの方法は非効率的であり、逐次の複数の工程を必要とする。光学的に活性なフォレノールを直接製造する生物学的方法はなかった。
【０００３】
予期しないことに、フォレノールは、レボジオンからアクチノールを産生できる微生物を使用して、１工程反応により、高い光学純度で、ケトイソホロンから形成することができる。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の目的は、ケトイソホロンを、レボジオンからアクチノールを産生できる微生物またはその無細胞抽出物と接触させ、得られるフォレノールを反応混合物から単離することを含む、ケトイソホロンからフォレノールを製造する方法を提供することである。
【０００５】
本発明の別の目的は、ケトイソホロンを、レボジオンレダクターゼ遺伝子を発現している組換え微生物またはその無細胞抽出物と接触させ、得られるフォレノールを反応混合物から単離することにより、ケトイソホロンからフォレノールを製造する方法を提供することである。
【０００６】
本発明の更なる目的は、ケトイソホロンを、ケトイソホロンからフォレノールへの位置選択的および立体選択的変換を触媒できるレボジオンレダクターゼと接触させることにより、ケトイソホロンからフォレノールを製造する方法を提供することである。
【０００７】
レボジオンからアクチノールを産生できる微生物の例には、セルロモナス（Cellulomonas）属、コリネバクテリウム（Corynebacterium）属、プラノコッカス（Planococcus）属、およびアルスロバクター（Arthrobacter）属の野生型メンバー、ならびに、組換え微生物が含まれる。
【０００８】
好ましい微生物は、セルロモナス種（Cellulomonas SP.）ＡＫＵ６７２、コリネバクテリウム・アクアティカム（Corynebacterium aquaticum）ＡＫＵ６１０、コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１、プラノコッカス・オケアノコイテス（Planococcus okeanokoites）ＡＫＵ１５２、およびアルスロバクター・スルフレウス（Arthrobacter sulfureus）ＡＫＵ６３５、またはそれらの突然変異体からなる群より選択される。これらの微生物は、ＥＰ０９８２４０６に開示されている。１つの最も好ましい株はコリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１である。
【０００９】
前記の株は、日本３０５−８５６６茨城県つくば市東１−１−１つくば中央６の産業技術総合研究所（ＡＩＳＴ）に、１９９８年８月４日にスイス、バーゼルＣＨ−４０７０、グレンツアーヘルストラッセ１２４のＦ.ホフマン・ラ・ロシュＡＧ社（F. Hoffmann-La Roche AG）の名称で、ブダペスト条約下、寄託番号ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４９（セルロモナス種ＡＫＵ６７２）、ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４７（コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１０）、およびＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８（コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１）で寄託された。
【００１０】
プラノコッカス・オケアノコイテスＡＫＵ１５２およびアルスロバクター・スルフレウスＡＫＵ６３５は、日本、大阪市淀川区十三本町２丁目１７−８５、発酵研究所（大阪）（ＩＦＯ）に寄託してあり、以下の寄託番号：ＩＦＯ１５８８０（プラノコッカス・オケアノコイテスＡＫＵ１５２）およびＩＦＯ１２６７８（アルスロバクター・スルフレウスＡＫＵ６３５）を照会して該研究所より入手可能である。
【００１１】
本発明に使用する組換え微生物は、例えば、レボジオンレダクターゼ活性を有する酵素をコードするヌクレオチド配列を含む単離ＤＮＡなどの遺伝子材料、このようなＤＮＡによりコードされているポリペプチド、組換え生物などを開示している、ＥＰ１,１２２,３１５に記載の方法により調製することができる。
【００１２】
前記微生物または組換え微生物の増殖細胞培養物または休止細胞培養物または固定化細胞または無細胞抽出物、あるいはそれらに類する物を、フォレノールの製造に使用することができる。前記の増殖細胞培養物は、炭素源として、グルコースまたはスクロースなどの糖類、エタノールまたはグリセロールなどのアルコール、オレイン酸およびステアリン酸などの脂肪酸またはそれらのエステル、菜種油または大豆油などの油；窒素源として、硫酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、ペプトン、アミノ酸、コーンスティープリカー、糠、酵母抽出物など；無機塩源として、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、炭酸カルシウム、リン酸一水素カリウム、リン酸二水素カリウムなど；他の栄養源として、麦芽抽出物、肉抽出物などを含有する栄養培地中において、前記微生物または組換え微生物を培養することにより得ることができる。
【００１３】
微生物の培養は、好気的または嫌気的に、４.０〜９.０のpH値で、１０〜５０℃の温度範囲で、１５分間〜７２時間、好ましくは５.０〜８.０のpH値で、２０〜４０℃の温度範囲で、３０分間〜４８時間実施することができる。培養中の培養液の適切な混合が、細胞増殖または反応に好ましい。
【００１４】
このようにして得られた増殖細胞培養物を使用して、前記の休止細胞培養物または固定化細胞または無細胞抽出物は、当該技術分野で一般的に知られている任意の手段により調製することができる。
【００１５】
反応混合物中のケトイソホロンの濃度は、他の反応条件に応じて変化させてよいが、一般に、０.１g/L〜３００g/Lまで、好ましくは１g/L〜３０g/Lである。
【００１６】
本発明において、フォレノールはまた、ケトイソホロンをレボジオンレダクターゼと接触させることにより製造することができる。
【００１７】
最も好ましいレボジオンレダクターゼの１つおよびその調製法が、ＥＰ１,０２６,２３５号に記載されている。このレボジオンレダクターゼの物理化学特性は以下のように要約できる：
１）レボジオンレダクターゼは、レボジオンからアクチノールへの位置選択的および立体選択的還元を触媒する。
２）この酵素の相対分子量は１４２,０００〜１５５,０００±１０,０００Daであり、３６,０００±５,０００Daの分子量を有する４つの相同サブユニットからなる、と推定されている。
３）最適温度はpH７.０で１５〜２０℃であり、最適pHは７.５である。
４）この酵素は補因子としてＮＡＤ+またはＮＡＤＨを必要とし、Ｋ+、Ｎａ+、Ｃｓ+、Ｒｂ+、およびＮＨ4+などの一価のカチオンにより高度に活性化される。
【００１８】
レボジオンレダクターゼは、以下の式により、補因子の存在下で、ケトイソホロンのフォレノールへの還元を触媒する：
【化１】
2005531320.tif 000002
【００１９】
例えば、標準的な酵素反応は以下の通りに実施する：基礎反応混合物（全容量：１mL）：１Ｍリン酸カリウム緩衝液（pH７.０）２００μL、０.２mM ＫＯＨ中の８mM ＮＡＤＨ ４０μL、ケトイソホロン溶液２００μL、および酵素溶液２０〜８０μL、ならびに１mLとなるまで添加する水を、４.０〜９.０のpH値で、１０〜５０℃の温度範囲で、５分間〜４８時間、好ましくは５.０〜８.０のpH値で、２０〜４０℃の温度範囲で、１５分間〜２４時間インキュベートする。反応混合物の適切な混合が、反応に好ましい。
【００２０】
反応混合物中のケトイソホロンの濃度は、他の反応条件に応じて変化させてよいが、一般に、０.１g/L〜３００g/L、好ましくは１g/L〜３０g/Lである。
【００２１】
前記したように反応混合物中で生体的にまたは酵素的に産生されるフォレノールは、酢酸エチル、ｎ−ヘキサン、トルエン、またはｎ−ブチルなどの有機溶媒で抽出して、有機溶媒層にフォレノールを回収する。抽出液は、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、ペーパークロマトグラフィー、またはそれらに類する方法などの既知の方法により分析する。ガスクロマトグラフィーの場合には、以下の条件を、実施態様の１つとして適用できる：
カラム：ＵＬＢＯＮ ＨＲ−２０Ｍ（信和、日本）０.２５mmΦ×３０ｍ
カラム温度：１６０℃（一定）
注入温度：２５０℃
キャリアガス：Ｈｅ（約１mL/分）
【００２２】
反応後、反応混合物中のフォレノールは、例えば、酢酸エチル、ｎ−ヘキサン、トルエン、またはｎ−酢酸ブチルなどのフォレノールを容易に可溶化する水非混和性の有機溶媒で抽出することにより回収することができる。フォレノールの更なる精製は、抽出液を濃縮して直接フォレノールを結晶化することにより、あるいは、種々のクロマトグラフィー、例えば、薄層クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、または高速液体クロマトグラフィーの組合せにより行なうことができる。
【００２３】
以下の実施例は本発明を更に説明する。
【００２４】
実施例１：コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）を使用したフォレノールの製造
コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）を、酵母抽出物１.０g/L、バクト−ペプトン（Difco laboratories、米国）１５.０g/L、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ ０.２g/L、Ｋ2ＨＰＯ4 ３.０g/L、ＮａＣｌ ２.０g/L、およびのグルコース・Ｈ2Ｏ ２２.４g/Lを含有する播種培地（５００mLフラスコ中に１００mL）に接種し、３０℃で回転振とうしながら２４時間培養した。播種培養液（１００mL）の一部を、酵母抽出物８.０g/L、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ ０.２g/L、ＭｎＳＯ4・４−５Ｈ2Ｏ ０.０１g/L、ＮａＣｌ ２.０g/L、およびグルコースＨ2Ｏ １１.１g/Lを含有する産生培地（５Ｌ規模のジャーファーメンター中に３.０Ｌ；型式ＭＪ−５−６、L.E. Marubishi、日本））に接種した。培養は３０℃で６００r.p.mで攪拌しながら１.０vvmで通気しながら実施した。pHは、アンモニウム溶液の使用により７.０に維持した。約９時間培養した後、グルコース供給を、供給速度２０g/時間で開始した。培養開始から２４時間後、温度、攪拌、通気、pH、およびグルコース供給速度の各条件を、２５℃、２００r.p.m、０.１７vvm、６.０、および１０g/時間にそれぞれシフトし、培養をさらに２４時間続けた。この期間中、ケトイソホロン４２gを４回で培地に加えた（例えば、この期間の、最初に２０g、３時間目に１０g、６時間目に７g、９時間目に５g）。培養ブロスの一部を酢酸エチルで抽出して、フォレノールを酢酸エチル層に回収した。抽出物をガスクロマトグラフィーで分析した〔カラム：ＵＬＢＯＮ ＨＲ−２０Ｍ（信和、日本）０.２５mmΦ×３０ｍ、カラム温度：１６０℃（一定）、注入温度：２５０℃、キャリアガス：Ｈｅ（約１mL/分）〕。結果として、フォレノール８.０g/L（使用したケトイソホロンの９１％が変換）が産生された。生成物の光学純度は、キラルキャピラリーカラム、ＢＧＢ−１７６（ＢＧＢ Analytik AG、スイス）を使用したガスクロマトグラフィーにより９６.０％（e.e.）と分析された。
【００２５】
実施例２：コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）のゲノムＤＮＡからのレボジオンレダクターゼ遺伝子のクローニング
コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）のゲノムＤＮＡを、ゲノム単離キット（ＢＩＯ１０１）を使用して調製した。調製したゲノムＤＮＡを鋳型として使用して、過剰なフランキング領域を含まないレボジオンレダクターゼ遺伝子の完全コード配列を、サーマルサイクラー（パーキンエルマー（Perkin elmer）２４００、米国）を使用したＰＣＲ増幅により得た。使用した２つの合成プライマーは以下の通りであった：
ＬＶ−ＯＲＦ（＋）（５’−ＧＧＡＧＧＣＧＡＡＴＴＣＡＴＧＡＣＣＧＣＡＡＣＣＡＧＣＴＣＣ−３’）（配列番号１）（下線を付した配列は、ＥｃｏＲＩ部位の位置である）
ＬＶ−ＯＲＦ（−）（５’−ＧＧＧＣＴＧＣＴＧＣＡＧＴＣＡＧＴＡＣＧＣＧＧＣＧＧＡ−３’）（配列番号２）（下線を付した配列はＰｓｔＩ部位の位置である）。
【００２６】
ＰＣＲ混合物（０.０２mL）には、各プライマー５pmol、各ｄＮＴＰ ０.２mM、およびのＬＡ Ｔａｑ（宝酒造社／日本の京都に所在）１Ｕが含有されていた。初期鋳型変性工程は、９４℃で１分間からなっていた。９８℃で２０秒間、７０℃で２分間、７２℃で４分間の増幅サイクルを、２５回繰り返した。
【００２７】
この反応により、レボジオンレダクターゼ遺伝子の完全ＯＲＦを含有するＤＮＡ断片（０.８Kb）を増幅した。この増幅したレボジオンレダクターゼ遺伝子を、ＥｃｏＲＩおよびＰｓｔＩで処理し、ＥｃｏＲＩおよびＰｓｔＩで予め消化しておいたベクターｐＫＫ２２３−３（アマシャム・バイオサイエンス（Amersham Bioscience）／英国のバッキンガムシャー所在）とライゲートして、プラスミドｐＫＫＬＲ（１−１５）を構築した。Ｅ.ｃｏｌｉ ＪＭ１０９をライゲーション混合物で形質転換し、配列解析のために数個のクローンを選択した。各候補クローンのクローン化したレボジオンレダクターゼ遺伝子の配列を調べた。コリネバクテリウム・アクアティカムＡＫＵ６１１（ＦＥＲＭ ＢＰ−６４４８）のレボジオンレダクターゼ配列と完全に同じ配列を示したクローンの１つを、ＪＭ１０９〔ｐＫＫＬＲ（１−１５）〕と命名し、更なる実験に使用した。
【００２８】
実施例３：Ｅ.ｃｏｌｉ ＪＭ１０９〔ｐＫＫＬＲ（１−１５）〕を使用したフォレノールの製造
Ｅ.ｃｏｌｉ ＪＭ１０９〔ｐＫＫＬＲ（１−１５）〕を、５.０g/Lの酵母抽出物、１０.０g/Lのバクト−トリプトン（Difco laboratories、米国）、１０.０g/LのＮａＣｌ、１１.１g/Lのグルコース・Ｈ2Ｏ、およびＮａ−アンピシリン（シグマケミカル社（Sigma Chemical）、米国）５０mg/Lを含有する播種培地（５００mLフラスコ中に１００mL）に接種し、３０℃で回転振とうしながら１６時間培養した。播種培養液（１００mL）の一部を、Ｋ2ＨＰＯ4 ７.５g/L、クエン酸 １.９g/L、クエン酸鉄（III）アンモニウム ０.３g/L、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ ０.４９g/L、グルコース・５Ｈ2Ｏ ２２.２g/L、および、例えば（ＮＨ4）6（Ｍｏ7Ｏ24）・４Ｈ2Ｏ、ＺｎＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、Ｈ3ＢＯ3、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、ＭｎＣｌ2・４Ｈ2Ｏなどを含む微量成分を含有する産生培地（５Ｌ規模のジャーファーメンター中に３.０Ｌ；型式ＭＪ−５−６、L.E.Marubishi、日本））に接種した。培養は、３０℃で、６００r.p.mで攪拌しながら、１.０vvmで通気しながら実施した。pHは、アンモニウム溶液を使用して６.０より下降しないように維持した。約９時間培養した後、グルコース供給を供給速度３.５g/時間で開始した。培養開始から２４時間後、温度、攪拌、通気、およびグルコース供給速度の各条件を、２５℃、２００r.p.m、０.１７vvm、および２.０g/時間にそれぞれシフトし、培養をさらに２４時間続けた。この期間中、ケトイソホロン２５gを５回で培地に加えた（例えば、一定の間隔で５gずつ）。培養ブロスの一部を酢酸エチルで抽出して、フォレノールを酢酸エチル層に回収した。抽出物を、実施例１に記載のようにガスクロマトグラフィーで分析した。結果として、フォレノール（使用したケトイソホロンの７１％が変換）５.６g/Lが産生された。生成物の光学純度は、実施例１に記載のようなキラルキャピラリーカラムを使用したガスクロマトグラフィーにより８５.７％（e.e.）と分析された。
【配列表】
2005531320000001.app
【国際調査報告】
2005531320.tif 000003
2005531320.tif 000004
2005531320.tif 000005