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JP7756402B2 - 新規微生物、新規微生物の培養物または抽出物、およびエルゴチオネインの生産方法 - Google Patents
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JP7756402B2 - 新規微生物、新規微生物の培養物または抽出物、およびエルゴチオネインの生産方法 - Google Patents

新規微生物、新規微生物の培養物または抽出物、およびエルゴチオネインの生産方法

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Description

NPMD NITE BP-03572 NPMD NITE BP-03573
本発明は、新規微生物、新規微生物の培養物または抽出物、および、エルゴチオネインの生産方法に関する。
エルゴチオネインは含硫アミノ酸の一種である。エルゴチオネインは、ビタミンEの抗酸化作用よりも優れた抗酸化作用を有し、健康および美容等の分野において、利用価値の高い化合物として注目されている。
例えば、特許文献1および非特許文献1には、エルゴチオネイン生産能が増強された形質転換糸状菌が記載されている。
非特許文献2には、エルゴチオネイン生産能が増強された、形質転換したMethylobacrium属の微生物が記載されている。非特許文献2には、Aureobasidium属およびRhodotorula属の微生物がエルゴチオネイン生産能を有することが記載されている。
非特許文献3には、Pleurotus属の微生物がエルゴチオネイン生産能を有することが記載されている。
特許文献2には、Methylobactrium属およびRhodotorula属の微生物がエルゴチオネイン生産能を有することが記載されている。特許文献3には、Moniliella属の微生物がエルゴチオネイン生産能を有することが記載されている。特許文献4には、Dirkmeia属、Papiliotrema属およびApiotrichum属の微生物がエルゴチオネイン生産能を有することが記載されている。
国際公開第2016/121285号 国際公開第2016/121285号 国際公開第2019/004234号 国際公開第2021/140693号
S. Takusagawa, Biosci. Biotechnol. Biochem., 83, 181-184 (2019) Y. Fujitani et al., J. Biosci. Bioeng., 126, 715-722 (2018) SY. Lin, Int. J. Med. Mushrooms, 17, 749-761 (2015)
エルゴチオネインは、ヒトの体内では生合成されず、一部の微生物で生合成されることが知られている。よって、上述の先行技術文献に記載されるように、エルゴチオネインを産生する微生物の探索、および、エルゴチオネインの生産が増強させるための微生物の改変等の研究開発が進められている。
遺伝子組換え技術により、エルゴチオネインの生産を増強させるように微生物を改変することができる。しかしながら、当該微生物により生産されたエルゴチオネインは食品産業等では利用できない。したがって、遺伝子組換えが行われておらず未改変である、エルゴチオネイン生産量が高い微生物の探索が強く望まれている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、エルゴチオネインの生産量が高い新規微生物を提供することを目的とする。
本発明者らは、スクリーニングの結果、エルゴチオネインの生産量が高い新規微生物を見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の一態様に係る微生物は、ロドスポリジオボラス・アゾリカスに属する微生物(NITE BP-03572)またはワンリヤ・ヒュミコーラ(Vanrija humicola)に近縁な種に属するワンリヤ・エスピーに属する微生物(NITE BP-03573)である。
また、本発明の一態様に係るエルゴチオネインの生産方法は、ロドスポリジオボラス属またはワンリヤ属に属する微生物を培養し、エルゴチオネインを含む培養物を得る工程を含む、エルゴチオネインの生産方法である。
本発明の一態様によれば、エルゴチオネインの生産量が高い微生物を提供することができる。
本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上(Aを含みかつAより大きい)B以下(Bを含みかつBより小さい)」を意図する。
〔新規微生物〕
本発明の一態様に係る微生物は、エルゴチオネインを生産する能力を有するロドスポリジオボラスに属する微生物、または、エルゴチオネインを生産する能力を有するワンリヤ属に属する微生物である。
本発明の一態様に係る微生物は、エルゴチオネインの生産量が高い。エルゴチオネインは、含硫アミノ酸の一種であり、優れた抗酸化作用を有する。また、本発明の一態様に係る微生物は遺伝子組換え技術等による改変が行われていないため、食品産業でも使用することができる。
(1.ロドスポリジオボラス・アゾリカスEB152)
ロドスポリジオボラス・アゾリカス(Rhodosporidiobolus azoricus)EB152(以下、「酵母EB152」と略記する場合がある)は、植物の葉を分離源として初めて分離された微生物である。
リボソームRNA遺伝子の26SrDNAのD1/D2領域およびITS領域の塩基配列を決定した。そして、テクノスルガラボ微生物同定システム(TechnoSuruga Laboratory, Japan)データベースDB-FU13.0および国際塩基配列データベース(DDBJ/ENA(EMBL)/GenBank)に対するBLAST相同検索を行った。その結果、EB152はロドスポリジオボラス・アゾリカスに帰属された。また、炭素源としてのマルトースと水溶性でんぷんの資化性およびビタミン要求性以外は、ロドスポリジオボラス・アゾリカスとほぼ類似した生理・生化学的性状を示す。
酵母EB152は、千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8 122号室、独立行政法人製品評価技術基盤機構(National Institute of Technology and Evaluation;以下、「NITE」と略記する)の特許微生物寄託センター(NPMD)に寄託した(原寄託日:2021年12月15日、受託番号:NITE BP-03572)。
酵母EB152の培養方法は、ロドスポリジオボラス属の微生物に対して行われる一般的な培養方法に準じて行えばよい。培養形態は液体培地を用いた回分培養あるいは培養系に炭素源および/または有機窒素源を連続添加する流加培養であり、通気攪拌することが望ましい。培地としては、ロドスポリジオボラス属に属する微生物が資化可能な炭素源、窒素源、または無機塩類等の必要な栄養源を含有する培地を使用してもよい。培養pHは3~8が好ましく、培養温度は20℃~30℃が好ましく、培養時間は2~14日が好ましい。
(2.ワンリヤ・エスピーEB891)
ワンリヤ・エスピー(Vanrija sp.)EB891(以下、「酵母EB891」と略記する場合がある)は、担子菌子実体を分離源として初めて分離された微生物である。
リボソームRNA遺伝子の26SrDNAのD1/D2領域およびITS領域の塩基配列を決定した。そして、テクノスルガラボ微生物同定システム(TechnoSuruga Laboratory, Japan)データベースDB-FU13.0および国際塩基配列データベース(DDBJ/ENA(EMBL)/GenBank)に対するBLAST相同検索を行った。その結果、EB891はワンリヤ・ヒュミコーラ(Vanrija humicola)に近縁であることが示された。また、炭素源イヌリンおよび水溶性でんぷんの資化性、窒素源硝酸塩の資化性、ビタミン要求性、50% D-グルコースおよび10% NaCL/5% グルコースにおける生育性に関して相違が認められた以外は、ワンリヤ・ヒュミコーラとほぼ類似した生理・生化学的性状を示す。
酵母EB891は、千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8 122号室、独立行政法人製品評価技術基盤機構(National Institute of Technology and Evaluation;以下、「NITE」と略記する)の特許微生物寄託センター(NPMD)に寄託した(原寄託日:2021年12月15日、受託番号:NITE BP-03573)。
酵母EB891の培養方法は、ワンリヤ属の微生物に対して行われる一般的な培養方法に準じて行えばよい。培養形態は液体培地を用いた回分培養あるいは培養系に炭素源および/または有機窒素源を連続添加する流加培養であり、通気攪拌することが望ましい。培地としては、ワンリヤ属に属する微生物が資化可能な炭素源、窒素源、または無機塩類等の必要な栄養源を含有する培地を使用してもよい。培養pHは3~8が好ましく、培養温度は20℃~30℃が好ましく、培養時間は2~14日が好ましい。
〔培養物〕
本発明の一態様に係る培養物は、酵母EB152または酵母EB891の培養物である。本発明の一態様に係る培養物には、培養上清、培養沈殿物、培地、培養菌体、培養菌体破砕物、培養菌体の凍結乾燥物等の培養菌体処理物等が含まれる。本発明の一態様に係る培養物にはエルゴチオネインが含まれる。
〔抽出物〕
本発明の一態様に係る抽出物は、酵母EB152または酵母EB891の抽出物である。本明細書において「微生物の抽出物」とは、微生物に対して抽出処理を行うことにより得られるもの、および微生物の培養物に対して抽出処理を行うことにより得られるものを指す。したがって、本発明の一態様に係る抽出物は、例えば、酵母EB152もしくは酵母EB891の抽出処理、または、酵母EB152もしくは酵母EB891の培養物を抽出処理することによって得られる。本発明の一態様に係る抽出物にはエルゴチオネインが含まれる。
抽出処理として、熱水抽出;有機溶媒等による溶媒抽出;加圧抽出;酵素および界面活性剤等による化学的抽出;超音波抽出;アルカリ抽出;酸抽出;浸透圧による抽出;粉砕による抽出;すり潰しによる抽出;凍結融解による抽出;液体窒素による抽出;高速撹拌による抽出;等が挙げられる。優れた植物生長効果を発揮する点等で、抽出処理は熱水抽出であることが好ましい。抽出処理は1種類であってもよいし、2種類以上の抽出処理を行ってもよい。
熱水抽出は、熱水に抽出対象物を一定時間接触または浸漬させる抽出である。熱水抽出に用いる水の温度は、40℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましい。
本発明の一態様に係る抽出物は、酵母EB152または酵母EB891である微生物の、熱水抽出物、有機溶媒等による溶媒抽出物;加圧抽出物;酵素および界面活性剤等による化学的抽出物;超音波抽出物;アルカリ抽出物;酸抽出物;浸透圧による抽出物;粉砕による抽出物;すり潰しによる抽出物;凍結融解による抽出物;液体窒素による抽出物;または、高速撹拌による抽出物;であってもよい。
本発明の一態様に係る培養物または抽出物の用途として、当該培養物または抽出物を有効成分として含む植物生長調整剤等が挙げられる。
〔エルゴチオネインの生産方法〕
本発明の一態様に係るエルゴチオネインの生産方法は、ロドスポリジオボラス属またはワンリヤ属に属する微生物を培養し、エルゴチオネインを含む培養物を得る工程を含む。
本発明の一態様に係るエルゴチオネインの生産方法において、エルゴチオネインの生産量が高い点で、ロドスポリジオボラス属に属する微生物は、ロドスポリジオボラス・アゾリカスに属する微生物であることが好ましく、酵母EB152であることがより好ましい。また、エルゴチオネインの生産量が高い点で、ワンリヤ属に属する微生物は、ワンリヤ・ヒュミコーラに近縁な種に属するワンリヤ・エスピーに属する微生物であることが好ましく、酵母EB891であることがより好ましい。
エルゴチオネインを含む培養物からのエルゴチオネインの回収は、例えば、通常の微生物培養物からエルゴチオネインを回収し精製する方法で行えばよい。例えば、培養物を遠心分離等して菌体を回収する。次に、回収した菌体を熱水抽出に供する等により、エルゴチオネインを含む抽出液を得る。そして、当該抽出液を精製することによって、エルゴチオネインを回収することができる。微生物のエルゴチオネインの生産量は、例えば、得られた抽出液を、高速液体クロマトグラフィー装置およびLCMS等の質量分析装置によって測定することによって、定量することができる。
〔まとめ〕
本発明の態様1に係るに係る微生物は、ロドスポリジオボラス・アゾリカスに属する微生物(NITE BP-03572)またはワンリヤ・ヒュミコーラに近縁な種に属するワンリヤ・エスピーに属する微生物(NITE BP-03573)である。
本発明の態様2に係る培養物は、前記微生物の培養物である。
本発明の態様3に係る抽出物は、前記微生物の抽出物である。
本発明の態様4に係るエルゴチオネインの生産方法は、ロドスポリジオボラス属またはワンリヤ属に属する微生物を培養し、エルゴチオネインを含む培養物を得る工程を含む。
本発明の態様5に係るエルゴチオネインの生産方法は、上記の態様4において、前記ロドスポリジオボラス属に属する微生物がロドスポリジオボラス・アゾリカスであってもよい。
本発明の態様6に係るエルゴチオネインの生産方法は、上記の態様4または5において、前記ワンリヤ属に属する微生物がワンリヤ・ヒュミコーラに近縁な種に属するワンリヤ・エスピーであってもよい。
本発明の態様7に係るエルゴチオネインの生産方法は、上記の態様4~6のいずれかにおいて、前記ロドスポリジオボラス属に属する微生物がロドスポリジオボラス・アゾリカスに属する微生物(NITE BP-03572)であってもよい。
本発明の態様8に係るエルゴチオネインの生産方法は、上記の態様4~7のいずれかにおいて、前記ワンリヤ属に属する微生物がワンリヤ・ヒュミコーラに近縁な種に属するワンリヤ・エスピーに属する微生物(NITE BP-03573)であってもよい。
以下に実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明の以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。
以下の実施例中、特に記載がない限り、%は質量%を表す。
(1)環境から採取した分離源での集積培養
まず、植物および土壌等の環境からの微生物サンプル採取を2回に分けて行った。その結果、合計150個のサンプル(1回目90個、2回目60個)を採取した。
次に、スクリーニング培地2mLを含む15mLのプラスチックチューブに採取したサンプルをそれぞれ浸漬し、200rpmにおいて、3~5日間25℃にて培養した。スクリーニング培地は抗生物質を含むYM培地を使用した。具体的には、1%グルコース、0.5%ペプトン、0.3%酵母エキス、0.3%麦芽エキス、0.01%ストレプトマイシン硫酸塩、0.005%クロラムフェニコールを含む培地を使用した。
そして、目視により培地が濁った(微生物が増殖した)、126個のサンプル(1回目70個、2回目56個)を選抜した。
(2)酸化ストレス負荷によるサンプルの選抜
上記(1)で選抜した126個のサンプルの培養液を、YM培地で100倍または100000倍に希釈した。そして、YM寒天培地、および、3mMのHが添加されたYM寒天培地(以下、H含有YM寒天培地と略記する。)に希釈した培養液を塗布し、25℃において2~5日間培養した。
YM寒天培地上に生育したコロニーの数と、H含有YM寒天培地上に生育したコロニーの数をカウントした。そして、YM寒天培地およびH含有YM寒天培地の両方においてコロニーが生育した112個のサンプルを選抜した。
さらに、選抜した112個のサンプルの寒天培地上で生育したコロニーについて、目視で形態および色を観察し、種類が異なる酵母様のコロニー181個(1回目106個、2回目75個)を選抜した。
(3)選抜コロニーの96ウェルにおける培養
上記(2)で選抜したコロニー181個を、1mLのYM培地を含む96ウェルプレートに植菌し、1600rpmにおいて、3~4日間25℃にて培養した。培養後、回収した培養液を2000rpmにおいて、10分間4℃にて遠心分離させた。遠心分離により得られた菌体ペレットを純粋1mLで洗浄し、再度遠心分離に供した。
遠心分離により得られた菌体ペレットに0.1mLの純水を加えて懸濁した。得られた懸濁液を96℃において10分間加熱して、菌体内成分を抽出した。そして、抽出した菌体内成分を遠心分離に供して菌体残渣を取り除き、抽出液が得られた。
(4)LCMSによる抽出液中のエルゴチオネインの定量分析
上記(3)で得られた抽出液0.15mLとアセトニトリル0.35mLとを混合した溶液を0.45μmのPVDFフィルターで濾過した。得られた濾液をLCMS測定のサンプルとして使用した。
LCMS分析には、島津製作所社製LCMS-2020を用いた。また、LCのカラムには、SHODEX社製Asahipak NH2P-40 2D+ガードカラムを使用した。LCの移動相として、10mMギ酸アンモニウムとアセトニトリルとの混合液(10mMギ酸アンモニウム/アセトニトリル=30/70(v/v))を使用した。また、流速は0.1mL/minとし、25℃において分析を行った。
MS検出においては、ESIイオン化とAPCIイオン化とを同時に行うDUISモードでイオン化させた。また、エルゴチオネインを検出可能なm/z=230(+)のSIMモードで検出を行った。
上記(2)で選抜したコロニー181個の抽出液を分析した結果、エルゴチオネインの生産量が高かった22個のコロニー(1回目7個、2回目15個)を選抜した。
(5)エルゴチオネイン生産微生物のフラスコにおけるスケールアップ培養
上記(4)で選抜した22個のコロニーを、50mLのYM培地を含む300mLフラスコに植菌し、200rpmにおいて、7日間25℃にて培養した(n=1)。
培養3~7日目の培養液を適宜採取した。上記(3)と同様に、菌体を遠心分離および洗浄後、熱水抽出により抽出液を回収した。
得られた抽出液を、上記(4)と同様に、LCMSにより分析を行い、エルゴチオネインの生産量が高かった2株(EB152、EB891)を選抜した。
選抜した2株のコロニーを、50mLのYM培地を含む300mLフラスコに植菌し、200rpmにおいて、5日間25℃にて培養した(n=3)。そして、5日目のエルゴチオネインの生産量を、LCMSにより測定した。
選抜した2株のコロニーのエルゴチオネインの生産量と生産速度を表1に示す。表2は、公知の微生物の生産量と生産速度を示す。表1および2中、特に記載がない限り、エルゴチオネイン(EGT)の生産量の単位はmg/Lであり、EGTの生産速度はmg/L/d(1日当たりのエルゴチオネインの生産量)である。また、表1のEGTの生産量は、培養5日目のエルゴチオネインの生産量を示す。
表1の「抽出物中のEGT量」について、抽出物は、YM培地2Lを入れた5Lジャーファーメンターを用いて、当該微生物を5日間25℃にて好気的に培養し、培養後の乾燥菌体から熱水抽出することによって得た。そして、LCMSによって抽出物中のEGT量を測定した。
表1および2より、選抜した2株のエルゴチオネインの生産量は、既知のエルゴチオネイン生産微生物のエルゴチオネインの生産量の同等以上だったことが分かった。また、選抜した2株のエルゴチオネインの生産速度も、既知のエルゴチオネイン生産微生物の生産速度の同等以上であったことが分かった。また、選抜した2株の抽出物について、エルゴチオネインが豊富に含まれていることを確認した。
(6)選抜した2株の同定
選抜した2株の帰属分類群の推定は、リボソームRNA遺伝子の26S rDNAのD1/D2領域およびITS領域の塩基配列の解析により行った。
(7)EB152株の分子系統学的位置および生理学的性質
EB152株の26S rDNAのD1/D2領域塩基配列およびITS-5.8 rDNA塩基配列について、国際塩基配列データベースに対するBLAST相同検索を行った。その結果、担子菌系酵母の一種であるロドスポリジオボラス・アゾリカスの複数の塩基配列に対して、98.4~100%の同一性を示した。また、得られた塩基配列をもとに解析した分子系統樹において、EB152株はロドスポリジオボラス属で構成される系統群に含まれた。そして、ロドスポリジオボラス・アゾリカス JCM11251と同一の分子系統学的位置を示した。
EB152株を、YM寒天平板培地上で25℃3日間培養し、形成されたコロニーを観察した。コロニーの周縁の形状は全縁であり、隆起状態はクッション形だった。また、コロニーの表面の形状は平滑であった。さらに、コロニーはバター様および湿性を有し、ピンク色~薄橙色であった。
また、EB152株を、YM寒天平板培地上で25℃3日間培養後、細胞形態性状についても観察した。栄養細胞は楕円形~卵形であり、増殖は出芽によることが認められた。培養開始6週間以上経過した平板で有性生殖器官の形成は認められなかった。
上記のEB152株の形態学的性質は、D1/D2領域およびITS領域のDNA配列解析で帰属されたロドスポリジオボラス・アゾリカスの特徴にほぼ一致していた。EB152株の生理学的性質を表3に示す。
表3中、「+」は陽性を示す。「-」は陰性を示す。「W」は弱い陽性を示す。「D」は試験開始後1週間以上の時間をかけて徐々に陽性になったことを示す、「L」は試験開始後2週間以降に急速に陽性になったことを示す。
分子系統学的位置および生理学的性質ならびにエルゴチオネインの生産量の測定より、EB152株はロドスポリジオボラス・アゾリカスに帰属される新規微生物と判断した。
(8)EB891株の分子系統学的位置および生理学的性質
EB891株の26S rDNAのD1/D2領域塩基配列について、国際塩基配列データベースに対するBLAST相同検索を行った。その結果、担子菌系酵母の一種であるワンリヤ・ヒュミコーラ(Vanrija humicola)の複数の塩基配列に対して、99.0~99.8%の同一性を示した。また、得られた塩基配列をもとに解析した分子系統樹において、EB891株はワンリヤ属で構成される系統群に含まれ、ワンリヤ・ヒュミコーラ CBS571とクラスターを形成し、近縁であることが示された。一方で、EB891株のITS-5.8 rDNA塩基配列について、国際塩基配列データベースに対するBLAST相同検索を行った。その結果、担子菌系酵母の一種であるワンリヤ・ヒュミコーラ(Vanrija humicola)の複数の塩基配列に対して、98.5~100%の同一性を示した。また、得られた塩基配列をもとに解析した分子系統樹において、EB891株はワンリヤ属で構成される系統群に含まれ、ワンリヤ・ヒュミコーラの複数の塩基配列と99%の高いブートストラップ値で支持されるクラスターを形成し、ワンリヤ・ヒュミコーラに帰属する可能性が示された。
EB891株を、YM寒天平板培地上で25℃3日間培養し、形成されたコロニーを観察した。コロニーの周縁の形状は全縁であり、隆起状態は平坦~クッション状だった。また、コロニーの表面の形状は平滑~やや粗面であった。さらに、コロニーはバター様で湿性を有し、白色~クリーム色であった。
また、EB891株を、YM寒天平板培地上で25℃3日間培養後、細胞形態性状についても観察した。栄養細胞は楕円形~棍棒形であり、増殖は出芽によることが認められた。培養開始6週間以上経過した平板で有性生殖器官の形成は認められなかった。
上記のEB891株の形態学的性質は、D1/D2領域およびITS領域のDNA配列解析で帰属されたワンリヤ・ヒュミコーラの特徴にほぼ一致していた。EB891株の生理学的性質を表3に示す。
表4中、「+」は陽性を示す。「-」は陰性を示す。「W」は弱い陽性を示す。「D」は試験開始後1週間以上の時間をかけて徐々に陽性になったことを示す、「L」は試験開始後2週間以降に急速に陽性になったことを示す。
分子系統学的位置および生理学的性質ならびにエルゴチオネインの生産量の測定より、EB891株はワンリヤ・ヒュミコーラまたはそれに近縁な種に帰属される新規微生物と判断した。
塩基配列の解析の結果、EB152株はロドスポリジオボラス・アゾリカス、EB891株はワンリヤ・ヒュミコーラまたはそれに近縁な種に属すると推定された。
本発明の微生物は、エルゴチオネインの生産量が高く、健康および美容等の分野において利用可能である。
NITE BP-03572
NITE BP-03573

Claims (7)

  1. ロドスポリジオボラス・アゾリカスに属する受託番号NITE BP-03572として寄託された微生物またはワンリヤに属する受託番号NITE BP-03573として寄託された微生物
  2. 請求項1に記載の微生物の培養物。
  3. ロドスポリジオボラス属またはワンリヤ属に属する微生物を培養し、エルゴチオネインを含む培養物を得る工程を含む、エルゴチオネインの生産方法。
  4. 前記ロドスポリジオボラス属に属する微生物がロドスポリジオボラス・アゾリカスである、請求項3に記載のエルゴチオネインの生産方法。
  5. 前記ワンリヤ属に属する微生物の26S rDNAのD1/D2領域塩基配列が、ワンリヤ・ヒュミコーラの26S rDNAのD1/D2領域塩基配列と99%以上の同一性を有する、請求項3に記載のエルゴチオネインの生産方法。
  6. 前記ロドスポリジオボラス属に属する微生物がロドスポリジオボラス・アゾリカスに属する受託番号NITE BP-03572として寄託された微生物である、請求項3に記載のエルゴチオネインの生産方法。
  7. 前記ワンリヤ属に属する微生物が受託番号NITE BP-03573として寄託された微生物である、請求項3に記載のエルゴチオネインの生産方法。
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