JP3578482B2 - Microorganisms and their culture methods - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は、微生物と、その培養方法に関するものである。さらに詳しくは、この発明は、分解が困難で環境汚染の原因の一つとなっているポリ塩化ビフェニル(PCB)等のビフェニル化合物を分解資化することができ、これらの物質を基質として有機溶媒存在下で発酵を行うことのできる新しい微生物と、この微生物の培養方法に関するものである。この発明の微生物は、上記の特性により、例えばバイオリアクターやプロテインエンジリアリングの分野で幅広く利用可能であり、また、汚染土壌や廃水の処理等に活用できる。
【0002】
【従来の技術とその課題】
従来より、有機溶媒である炭化水素またはその誘導体を含む培地で生育可能な微生物として、例えば、トルエンまたはサイクロヘキン含有培地で生育するシュードモナスプチダ(A.Inoue; Nature, 338, 264, 1989)等が知られている。しかしながら、これらの微生物は、培地中の炭化水素類またはその誘導体に耐性は示すものの、それらの物質をを資化することはできず、従って炭化水素類やそれらに含まれる他の炭化水素類を基質として発酵を行うことは不可能であった。
【0003】
一方、PCBなどのビフェニル化合物やビフェニルは、その難分解性によって環境への影響が問題視されている。このため、ビフェニルやビフェニル化合物を分解する微生物の探索が試みられており、これまでにも、例えばクロロビフェニル分解菌であるシュードモナス・シュードアルカリゲネス(Psuedomonas psuedoalcaligenes ) KF 707 (K.Furukawa; J. Bac., 166, 392, 1986)等が自然界から単離されている。しかしながら、これら従来のビフェニルまたはビフェニル化合物分解菌の場合には、PCBに対する分解能は極めて乏しく、低濃度のPCBは分解するものの、高濃度のPCBを資化することは不可能であった。
【0004】
このように、これまでに単離されている有機溶媒耐性菌やビフェニル(化合物)分解菌は、炭素水素類および/またはPCBを基質とする発酵に用いる場合には、それらの基質を低濃度に制御するための面倒な操作を必要とし、しかも低濃度基質による反応性の低下から生産性が低いという欠点があった。
この発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、炭化水素類等の有機溶媒に耐性を示すと共に、ビフェニルおよびPCBに対する高い分解能を有する新規な微生物と、この微生物の培養方法を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決するものとして、シュードモナスプチダに属する有機溶媒耐性菌株であって、このシュードモナスプチダに属する菌株がシュードモナスプチダ CE2010 (FERM P−14248)であり、有機溶媒存在下でビフェニルまたはビフェニル化合物を単一炭素源として生育可能であることを特徴とする微生物を提供する。また、この発明は、有機溶媒を0.3%以上含有し、炭素源として少なくともビフェニルまたはビフェニル化合物を含有する培地中で培養することを特徴とする上記微生物の培養方法をも提供する。
【0006】
なお、この発明は、上記の微生物として、シュードモナスアルギノーザ、シュードモナスフルオレセンス、シュードモナスエスビー、またはシュードモナスプチダに属する菌株を、さらに詳しくは、シュードモナスプチダに属するシュードモナスプチダCE2010(FERM P−14248)を例示する。
さらにこの発明の培養方法においては、有機溶媒が、脂肪属炭化水素類、脂環式炭化水素類、芳香属炭化水素類、アルコール類、エーテル類、ケトン類、またはこれらの誘導体、若しくはそれらの任意の混合物であることを好ましい態様としてもいる。
【0007】
この発明の微生物は、特に毒性が強い芳香属炭化水素類を始めとして、脂肪属炭化水素類、脂環式炭化水素類、アルコール類、エーテル類、ケトン類またはこれらの誘導体等の有機溶媒を20%以上の高濃度で含む培地において、ビフェニルまたはPCB等のビフェニル化合物を資化分解することができる。このたため、この微生物は、その培養時に大量の基質の供給が可能となり、生産性が向上するると共に、基質濃度の制御が容易となり、雑菌汚染の防止も可能となる。また、溶媒耐性能を有することにより、高濃度のビフェニルやPCB等をも分解資化することができ、しかもこれらの水難溶性物質を各種炭化水素類に溶解するため、基質の濃度制御が可能となり、生産性も向上する。
【0008】
以下、この発明の微生物とその培養法について、さらに詳しく説明する。
この発明の微生物は、この発明の発明者等が全国各地から集めた土壌を検索し、ビフェニル0.1g、酵母エキス0.01% 、塩化ナトリウム0.2%、硫酸アンモニウム0.5%、リン酸二水素カリウム0.1%、リン酸一水素カリウム0.2%および有機溶媒(脂肪属炭化水素類、脂環式炭化水素類、芳香属炭化水素類、アルコール類、エーテル類、ケトン類、またはこれらの誘導体、若しくはそれらの任意の混合物)20% を含む培地で培養し、形成されたコロニーを分離して取得したものである。
【0009】
この菌株は、次の菌学的性質を有する。
以上の菌学的性質を基準として、取得菌株を文献(Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology,1984)で検索したところ、この菌株の性質がシュードモナスプチダと一致することが判明した。そこで、シュードモナスプチダの標準菌株IFO−3738と溶媒耐性菌IH2000、および上記取得菌株について、各溶媒に対する耐性能を調べた。結果は表1に示した通りであり、この菌株はIH2000と同様の溶媒耐性菌であることが判明した。さらにこれら3菌株について、ビフェニルを唯一炭素源とした場合の各溶媒に対する耐性能を調べた。結果は表2に示した通りであり、この取得菌株は、溶媒耐性能と同時にビフェニル資化能をも有することが確認された。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】
以上のことから、この発明の発明者等が新たに分離した菌株は、シュードモナスプチダと形態学的性質や生理学的性質等は一致するものの、溶媒に対する挙動を異にし、また溶媒存在下でビフェニルを資化することから、シュードモナスプチダに属する新菌株と認め、シュードモナスプチダCE2010と命名し、平成6年3月28日付けで工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託した(受託番号FERM P−14248)。
【0013】
このシュードモナスプチダCE2010は、窒素源、無機イオン等の他、有機溶媒を0.3%以上含有し、炭素源として少なくともビフェニルまたはビフェニル化合物を含有する培地で培養することができる。
窒素源としては、酵母エキス、乾燥酵母、ペプトン、肉エキス、コーンスティーブリカー、カザミノ酸、塩化アンモニウム、炭素、硝酸ナトリウム等を用いることができ、無機イオンとしては、燐酸イオン、マグネシウムイオン、鉄イオン、カルシウムイオン、カリウムイオン、銅イオン、マンガンイオン等を用いることができる。
【0014】
炭素源は、ビフェニルやPCB等のビフェニル化合物の他、グルコース、フラクトース、キシロース、澱粉加水分解物等の糖類を用いることができる。
有機溶媒は、脂肪属炭化水素類、脂環式炭化水素類、芳香属炭化水素類、アルコール類、エーテル類、ケトン類、またはこれらの誘導体、若しくはそれらの任意の混合物を用いる。このうち、脂肪属炭化水素類としてはペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、1−or2−ヘキセン、1−オクチン、1−ドデセン、1,3−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン等を、脂環式炭化水素類としてはシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン等を、芳香属炭化水素類としてはトリエン、キシレン、スチレン、エチルベンゼン、クロロベンゼン等を、アルコール類としては1−ヘプタノール、1−オクタノール、1−デカノール等を、エーテル類としてはn−ヘキシルエーテル、n−ブチルフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、メトキシトルエン等を、そしてケトン類としては2−ベンタノン、2−ヘキサノン、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン等をそれぞれ用いることができる。
【0015】
培養は、pH5〜9、温度20〜40℃の好気的条件下で行うことができる。以下、実施例を示してこの発明をさらに詳細かつ具体的に説明するが、この発明は以下の例に限定されるものではない。
【0016】
【実施例】
実施例1
シュードモナスプチダCE2010を、最小培地(ビフェニル0.1g、酵母エキス0.01% 、リン酸二水素カリウム0.1%、リン酸一水素カリウム0.2%、塩化ナトリウム0.2%、蒸留水を含有)10mlに稙菌し、溶媒(オクタン、シクロオクタン、ヘキサン、またはシクロヘキサン)を2.5ml 添加した。30℃で200時間培養し、比色計(MODEL 330 UV−VIS−SPECTROPHOTOMETER, Hitachi,Ltd.)で培養液の吸光度(波長660nm)を測定し、培地の濁度を指標として菌の生育状態を比較した。また、対照として、溶媒無添加でも同様の条件で培養し、生育状態を測定した。
【0017】
結果は、図1に示したとおりであり、シュードモナスプチダCE2010はいずれの溶媒存在下でも、溶媒非存在下と同様に良好に生育した。
実施例2
シュードモナスプチダCE2010とシュードモナスプチダの標準菌株IFO−3538を、それぞれ最小培地(ビフェニル0.1g、酵母エキス0.01% 、リン酸二水素カリウム0.1%、リン酸一水素カリウム0.2%、塩化ナトリウム0.2%、硝酸アンモニウムo.5%、蒸留水を含有)に稙菌し、培地10mlに対して溶媒(ヘキサンまたはシクロヘキサン)を2.5ml 添加した。30℃で96時間培養し、実施例1と同様に各菌株の生育状態を比較した。
【0018】
結果は、表3に示した通りであり、標準菌株IFO−3538がビフェニルおよび溶媒の存在下で生育しなかったのに対し、この発明の菌株シュードモナスプチダCE2010は、良好に生育した。
【0019】
【表3】
【0020】
実施例3
実施例2と同様の培地に各種PCB(ジ・トリ・テトラクロロビフェニル含有)50ppm を加え、それぞれの培地にシュードモナスプチダCE2010を植菌した。30℃で96時間培養し、PCBの分解の程度を比較した。
結果は表4に示した通りであり、この発明の菌株シュードモナスプチダCE2010は、難溶解性PCBに対して優れた資化分解能を示した。
【0021】
【表4】
【0022】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、有機溶媒に対して優れた耐性を示すと共に、ビフェニルおよびPCBに対する高い資化分解能を有する新規な微生物と、この微生物の培養方法が提供される。この発明の微生物は、本来強い毒性を持つビフェニルまたはPCBを単一炭素源とする溶媒含有培地で生育し菌体を増殖するため、溶媒中のビフェニルまたはPCBの濃度制御が可能となり、同時に溶解して使用する水難溶性物質も高濃度で使用できる。このため、この発明の微生物は、バイオリアクターやプロテインエンジリニアリング等の分野で幅広く利用できる。また、生産性も著しく向上する。
【0023】
さらに、この発明の微生物は、ビフェニルやPCB等の難分解性物質を容易に資化分解するため、ハロゲン化有機廃棄物等による汚染土壌や汚水の処理または汚染物質除去のモニターとしても利用できる。しかも、微生物による汚染処理は、設備の簡略化、低エネルギー、自律的運転および最終的な産生物回収等の可能性を含み、また既存の処理施設にも適用可能なため、システム全体の低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の微生物の一例であるシュードモナスプチダCE2010を、異なる溶媒中で培養した時の培地濁度の経時的変化である。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a microorganism and a method for culturing the microorganism. More specifically, the present invention can decompose biphenyl compounds such as polychlorinated biphenyl (PCB), which are difficult to decompose and are one of the causes of environmental pollution, and use these substances as substrates for the presence of organic solvents. The present invention relates to a new microorganism which can be fermented under a low temperature, and a method for culturing the microorganism. Due to the above characteristics, the microorganism of the present invention can be widely used, for example, in the field of bioreactors and protein engineering, and can be used for treating contaminated soil and wastewater.
[0002]
[Prior art and its problems]
Conventionally, as a microorganism capable of growing on a medium containing a hydrocarbon or a derivative thereof as an organic solvent, for example, Pseudomonaspida (A. Inoue; Nature, 338, 264, 1989) and the like growing on a medium containing toluene or cyclohequine are known. ing. However, although these microorganisms show resistance to hydrocarbons or derivatives thereof in the culture medium, they cannot assimilate those substances, and therefore cannot remove hydrocarbons and other hydrocarbons contained therein. It was not possible to perform fermentation as a substrate.
[0003]
On the other hand, biphenyl compounds such as PCBs and biphenyls are considered to have an adverse effect on the environment due to their indegradability. For this reason, attempts have been made to search for microorganisms that degrade biphenyl and biphenyl compounds, and for example, chlorobiphenyl- degrading bacteria Pseudomonas pseudoalcaligenes KF 707 (K. Furukawa; J. Bac. , 166, 392, 1986) have been isolated from nature. However, in the case of these conventional biphenyl or biphenyl compound degrading bacteria, the resolution of PCB is extremely poor, and although low-concentration PCB is decomposed, it is impossible to utilize high-concentration PCB.
[0004]
Thus, the organic solvent-resistant bacteria and biphenyl (compound) -degrading bacteria that have been isolated to date have low concentrations of these substrates when used in fermentations using hydrocarbons and / or PCBs as substrates. A complicated operation for control is required, and the productivity is low due to a decrease in reactivity due to a low concentration of the substrate.
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and has a novel microorganism which is resistant to organic solvents such as hydrocarbons and has high resolution for biphenyl and PCB, and a method for culturing this microorganism. It is intended to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problems by providing an organic solvent-resistant strain belonging to Pseudomonaspida, wherein the strain belonging to Pseudomonaspida CE2010 (FERM) P-14248), which is capable of growing as a single carbon source using biphenyl or a biphenyl compound in the presence of an organic solvent. The present invention also provides a method for culturing the microorganism, which comprises culturing in a medium containing 0.3% or more of an organic solvent and at least biphenyl or a biphenyl compound as a carbon source.
[0006]
The present invention exemplifies, as the microorganism, a strain belonging to Pseudomonas arginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas sb, or Pseudomonas ptida, and more specifically, Pseudomonas ptida CE2010 (FERM P-14248) belonging to Pseudomonas ptida.
Furthermore, in the culture method of the present invention, the organic solvent is selected from aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alcohols, ethers, ketones, or derivatives thereof, or any of these. Is also a preferred embodiment.
[0007]
The microorganism of the present invention contains 20 organic solvents such as particularly toxic aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, alcohols, ethers, ketones and derivatives thereof. % Of biphenyl compounds such as biphenyl or PCB can be assimilated in a medium containing a high concentration of at least 0.1%. For this reason, the microorganism can supply a large amount of substrate at the time of culturing, improving the productivity, easily controlling the substrate concentration, and preventing the contamination of various bacteria. In addition, by having solvent resistance, high-concentration biphenyls and PCBs can be decomposed and used as well. Since these poorly water-soluble substances are dissolved in various hydrocarbons, the concentration of the substrate can be controlled. , Productivity also improves.
[0008]
Hereinafter, the microorganism of the present invention and the culture method thereof will be described in more detail.
The microorganism of the present invention is obtained by searching the soil collected by the inventors of the present invention from all over the country and finding 0.1 g of biphenyl, 0.01% of yeast extract, 0.2% of sodium chloride, 0.5% of ammonium sulfate, and phosphoric acid. Potassium dihydrogen 0.1%, potassium monohydrogen phosphate 0.2% and an organic solvent (aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, alcohols, ethers, ketones, or These derivatives or any mixture thereof) were cultured in a medium containing 20%, and the formed colonies were separated and obtained.
[0009]
This strain has the following mycological properties:
Based on the mycological properties described above, the strain obtained was searched in the literature (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, 1984), and it was found that the properties of this strain were consistent with those of Pseudomonas putida. Therefore, the resistance to each solvent was examined for the standard strain IFO-3736 of Pseudomonas putida, the solvent-resistant bacterium IH2000, and the obtained strain. The results are as shown in Table 1, and this strain was found to be the same solvent-resistant strain as IH2000. Further, with respect to these three strains, the resistance to each solvent when biphenyl was used as the sole carbon source was examined. The results are as shown in Table 2, and it was confirmed that the obtained strain had biphenyl assimilation ability as well as solvent resistance.
[0010]
[Table 1]
[0011]
[Table 2]
[0012]
Based on the above, the strain newly isolated by the inventors of the present invention differs from Pseudomonastida in morphological properties and physiological properties, but has a different behavior with respect to the solvent, and uses biphenyl in the presence of the solvent. Therefore, the strain was recognized as a new strain belonging to Pseudomonas ptida, named Pseudomonas ptida CE2010, and deposited on March 28, 1994 with the Institute of Biotechnology and Industrial Technology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Accession No. FERM P-14248).
[0013]
This Pseudomonas putida CE2010 can be cultured in a medium containing 0.3% or more of an organic solvent in addition to a nitrogen source, inorganic ions and the like, and containing at least biphenyl or a biphenyl compound as a carbon source.
As a nitrogen source, yeast extract, dried yeast, peptone, meat extract, corn steep liquor, casamino acid, ammonium chloride, carbon, sodium nitrate, etc. can be used. As inorganic ions, phosphate ion, magnesium ion, iron ion , Calcium ions, potassium ions, copper ions, manganese ions and the like can be used.
[0014]
As the carbon source, besides biphenyl compounds such as biphenyl and PCB, saccharides such as glucose, fructose, xylose and starch hydrolyzate can be used.
As the organic solvent, an aliphatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, an alcohol, an ether, a ketone, a derivative thereof, or an arbitrary mixture thereof is used. Among them, aliphatic hydrocarbons include pentane, hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, decane, 1-or2-hexene, 1-octyne, 1-dodecene, 1,3-pentadiene, 1,5-hexadiene, 1,7-octadiene and the like; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclopentane and methylcyclohexane; aromatic hydrocarbons such as triene, xylene, styrene, ethylbenzene and chlorobenzene; alcohols; 1-heptanol, 1-octanol, 1-decanol and the like as ethers, n-hexyl ether, n-butylphenyl ether, dibenzyl ether and methoxytoluene as ethers, and 2-bentanone as ketones. 2-hexanone, 2-hepp It can be used non and cyclohexanone, respectively.
[0015]
The cultivation can be performed under aerobic conditions at a pH of 5 to 9 and a temperature of 20 to 40 ° C. Hereinafter, the present invention will be described in more detail and specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[0016]
【Example】
Example 1
Pseudomonas putida CE2010 contains the minimum medium (biphenyl 0.1g, yeast extract 0.01%, potassium dihydrogen phosphate 0.1%, potassium monohydrogen phosphate 0.2%, sodium chloride 0.2%, distilled water ) Inoculated into 10 ml, and 2.5 ml of a solvent (octane, cyclooctane, hexane, or cyclohexane) was added. The cells were cultured at 30 ° C. for 200 hours, and the absorbance (wavelength: 660 nm) of the culture solution was measured with a colorimeter (MODEL 330 UV-VIS-SPECTROPHOTOMETER, Hitachi, Ltd.). Compared. As a control, the cells were cultured under the same conditions without adding a solvent, and the growth state was measured.
[0017]
The results are as shown in FIG. 1. Pseudomonas putida CE2010 grew well in any solvent in the same manner as in the absence of the solvent.
Example 2
Pseudomonas putida CE2010 and Pseudomonas putida standard strains IFO-3538 were added to a minimal medium (biphenyl 0.1 g, yeast extract 0.01%, potassium dihydrogen phosphate 0.1%, potassium monohydrogen phosphate 0.2%, sodium chloride, respectively). (0.2%, ammonium nitrate: 5%, containing distilled water), and 2.5 ml of a solvent (hexane or cyclohexane) was added to 10 ml of the medium. After culturing at 30 ° C. for 96 hours, the growth status of each strain was compared as in Example 1.
[0018]
The results are as shown in Table 3. The standard strain IFO-3538 did not grow in the presence of biphenyl and the solvent, whereas the strain Pseudomonaspida CE2010 of the present invention grew well.
[0019]
[Table 3]
[0020]
Example 3
50 ppm of various PCBs (containing di-tri-tetrachlorobiphenyl) were added to the same medium as in Example 2, and each medium was inoculated with Pseudomonastida CE2010. After culturing at 30 ° C. for 96 hours, the degree of decomposition of PCB was compared.
The results are as shown in Table 4, and the strain Pseudomonas putida CE2010 of the present invention exhibited an excellent assimilation resolution for poorly soluble PCB.
[0021]
[Table 4]
[0022]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention provides a novel microorganism which exhibits excellent resistance to organic solvents and has a high assimilation ability to biphenyl and PCB, and a method for culturing this microorganism. The microorganism of the present invention grows in a solvent-containing medium containing biphenyl or PCB, which is inherently highly toxic, as a single carbon source, and proliferates the cells. The poorly water-soluble substance used by the method can be used at a high concentration. For this reason, the microorganism of the present invention can be widely used in fields such as bioreactors and protein engineering linearization. Further, productivity is remarkably improved.
[0023]
Furthermore, since the microorganism of the present invention easily assimilates hardly decomposable substances such as biphenyl and PCB, it can also be used as a monitor for treating contaminated soil or wastewater with halogenated organic waste or the like or removing contaminants. In addition, microbial contamination treatment includes the possibility of simplified equipment, low energy, autonomous operation, and ultimate product recovery, and can be applied to existing treatment facilities. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the change over time in the turbidity of a medium when Pseudomonas putida CE2010, which is an example of the microorganism of the present invention, is cultured in different solvents.
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Legal Events
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| A521 | Request for written amendment filed |
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