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JPH0771477B2 - 有機c−s結合の開裂に有用な突然変異体微生物 - Google Patents
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JPH0771477B2 - 有機c−s結合の開裂に有用な突然変異体微生物 - Google Patents

有機c−s結合の開裂に有用な突然変異体微生物

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JPH0771477B2
JPH0771477B2 JP3000028A JP2891A JPH0771477B2 JP H0771477 B2 JPH0771477 B2 JP H0771477B2 JP 3000028 A JP3000028 A JP 3000028A JP 2891 A JP2891 A JP 2891A JP H0771477 B2 JPH0771477 B2 JP H0771477B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は有機的に結合した硫黄を
炭質物質からその炭質物質の発熱量を保持しながら選択
的に除去することが可能なバチルス・スフェリクスの突
然変異体菌株に関する。本発明の微生物は硫黄含有石炭
および硫黄含有石油のような化石燃料からの有機硫黄の
除去に特に有用である。
【0002】
【従来の技術】石炭および石油のような炭質燃料の硫黄
含有量は環境への有害な影響のためにこのような物質の
相当な量の利用の妨げとなっている。無機黄鉄鉱性硫黄
および有機的に結合した硫黄はそれぞれ石炭の約3.5
重量%程度含まれていることがある。黄鉄鉱性硫黄は重
液選鉱、選択的凝集、浮遊選鉱、ジグ選鉱、磁力選鉱、
浸出および水流化などの方法によって比較的容易に除去
されることが見出された。硫黄細菌(Thiobaci
llus)種およびスルホロバス(Sulfolobu
s)種のような細菌を用いて無機黄鉄鉱性硫黄を酸化す
ることによるその微生物代謝が知られている。エリグー
・シー・エイ(Eligwe,C.A.)、「石炭の微
生物による脱酸化(Microbial Desulf
urization of Coal)」,Fuel
67,451〜458(1988)。これらの化学無機
栄養生物は無機黄鉄鉱性硫黄化合物をエネルギー源とし
て用いることができ、しかも石炭から数日間で90%以
上の無機黄鉄鉱性硫黄を除去することができる。チオバ
チルス・フェロオキシダンス(Thiobacillu
s ferrooxidans)は石炭から黄鉄鉱性硫
黄を除去するのに適当なものとして米国特許第4,20
6,288号明細書に示されている。
【0003】バチルス・スルファスポルター(Baci
llus sulfasportare)ATCC39
909は黄鉄鉱性硫黄と有機硫黄との区別なく石炭から
硫黄を除去することが可能であることが米国特許第4,
632,906号明細書に示された。硫黄化合物に富む
現場での増殖によって調製され、続いて石炭存在下で増
殖させた7種類のグラ陰性桿菌(ATCC39327)
の未同定の混合培養物は米国特許第4,659,670
号明細書に示されたように石炭の硫黄含有量を約20%
/日で減少させ、大部分は有機硫黄の減少であることが
分かった。
【0004】ヒドロゲナーゼ産生微生物である硫酸塩還
元菌(Desulfovibriodesulfric
ans)およびスポロビブリオ属(Sporovibr
io)の存在下、水素と接触させさせることによって石
油炭化水素から硫黄を除去し、続いて気体生成物の形態
で硫黄を除去することは米国特許第2,641,564
号明細書に示されている。シュードモナス属(Pseu
domonas)による石油からの硫黄の除去はC−C
開裂によるものであることがハートデジェン・エフ・ジ
ェイ(Hartdegen,F.J.),コバーン・ジ
ェイ・エム(Coburn,J.M.),およびロバー
ツ・アール・エル(Roberts,R.L.)、「微
生物による石油の脱硫化(Microbial Des
ulfurization of Petroleu
m)」、ケム・エング・プログレス(Chem.En
g.Progress),80巻,第5号,63〜67
頁(1984)に示されている。石油から硫黄を除去す
るための種々のシュードモナスについての一般的な内容
はエッカート・ヴイ(Eckart,V.),ヒーク・
ダブリュー(Hieke,W.),バオフ・ジェイ(B
auch,J.)およびゲンチュ・エイチ(Gentz
sch,H.),「微生物による石油および重質石油留
分の脱硫化。1.ロマシュキノ原油の微生物による好気
的脱硫化の研究(Microbial Desulfu
rization of Petroleum and
Heavy Petroleum Fraction
s.1.Studies on Microbial
Aerobic Desulfurization o
f Romashkino Crude Oil)」,
ケミカル・アブストラクツ(Chemical Abs
tracts),94巻,第142230q号(198
1);エッカート・ヴイ,ヒーク・ダブリュー,バオフ
・ジェイおよびゲンチュ・エイチ,「微生物による石油
および重質石油留分の脱硫化。3.微生物の好気的脱硫
化による燃料−D−油の化学的組成の変化(Micro
bial Desulfurization of P
etroleum and Heavy Petrol
eum Fractions.3.Change in
the Chemical Composition
ofFuel−D−Oil by Microbia
l Aerobic Desulfurizatio
n)」,ケミカル・アブストラクツ,97巻,第147
259c号(1982);リー・ミン・ジャイ(Le
e,Min Jai)およびオー・ミュン・ソー(O
h,Myung Soo),「硫黄還元微生物の単離、
同定、および生理学的性質(Isolation,Id
entification,and Physiolo
gical Characteristicsof S
ome Sulfur−Reducing Micro
bes)」,ケミカル・アブストラクツ,78巻,第9
4605m号(1973);バオフ・ジェイ,ゲンチュ
・エイチ,ヒーク・ダブリュー,エーカット・ヴイ,ケ
ーラー・エム(Koehler,M.),およびバベン
ツィン・エイチ・ビー(Babenzin,H.
B.),「重質石油留分の微生物による酸化脱硫化(O
xidative Microbiological
Desulfurizationof Heavy P
etroleum Fractions)」,ケミカル
・アブストラクツ,83巻,第82530y号(197
5);およびユダ・サダユキ(Yuda,Sadayu
ki),「シュードモナス・ハコネンシスによる石油の
脱硫化(Petroleum Desulfuriza
tion by Psedomonas hacone
nsis)」,ケミカル・アブストラクツ,84巻,第
46983j号(1976)に示されている。微生物に
よって石油から硫黄を除去する場合、チオバチルス・チ
オオキシダンス(Thiobacillus thio
oxidans)は最も効果的なS−酸化剤として、そ
してシュードモナス・プトレファシエンス(Pseud
omonas putrefaciens)および硫酸
塩還元菌(Desulfovibrio desulf
ricans)は最も効果的なS−還元剤として同定さ
れた。リー・エム・ジェイ(Lee,M.J.),ハー
・ワイ・シー(Hah,Y.C.)およびリー・ケイ・
ダブリュー(Lee,K.W.),「微生物による石油
の脱硫化。I.硫黄酸化細菌および硫黄還元細菌の単離
および同定(Desulfurization of
Petroleum by Microorganis
ms.I.Isolation and Identi
fication of Sulfur−Oxidiz
ing and −Peducing Bacteri
a)」,ケミカル・アブストラクツ,85巻,第156
414d号(1976);リー・エム・ジェイ,ハー・
ワイ・シーおよびリー・ケイ・ダブリュー,「微生物に
よる石油の脱硫化。III.脱硫化細菌との接触反応による
石油の脱硫化(Desulfurization of
Petroleum by Microorgani
sms.III.Desulfurizationof P
etroleum by Contact React
ion with Desulfurizing Be
cteria)」,ケミカル・アブストラクツ,85
巻,第145448s号(1976)。
【0005】炭質分子内で化学的に結合している有機硫
黄は化学的かまたは生物学的手段によって除去する必要
がある。ジベンゾチオフェン(DBT)は、有機硫黄が
石炭および石油のような天然に存在する有機炭質燃料に
存在している代表的な形態であると大多数の者に認めら
れる有機硫黄化合物であり、しかも有機硫黄化合物の微
生物による代謝の中心となる化合物である。DBTの代
謝についての研究は、DBTを代謝することが可能な微
生物を単離した若干の研究者によって進められており、
例えば、アシネトバクター属(Acinetbacte
r),マリク・ケイ・エイ(Malik,K.A.),
「原油およびその環境からの微生物による有機硫黄の除
去。新しい展望(Microbial Removal
ofOrganic Sulfur from Cr
ude Oil and the Environme
nt:Some New Perspective
s)」、プロセス・バイオケム(Process Bi
ochem.),13(9),10〜13(197
8);アルトロバクター属(Arthrobacte
r),ネクト・エイ・ティー,2世(Knecht,
A.T.,Jr.),ルイジアナ州立大学学位請求論
文,整理番号621235(1961);バイジェリン
キア属(Beijerinckia),ラボアデ・エイ
・エル(Laborde,A.L.)およびギブソン・
ディー・ティー(Gibson,D.T.),「バイジ
ェリンキア種によるジベンゾチオフェンの代謝(Met
abolism of Dibenzothiophe
ne by a BeijerinckiaSpeci
es)」,アプル・エンバイロン・ミクロバイオル(A
ppl.Environ.Microbiol.),3
4、783〜790(1977);根粒菌(Rhizo
bium),マリク・ケイ・エイ(上記);シュードモ
ナス属,ホー・シー・ティー(Hou,C.T.)およ
びラスキン・エイ・アイ(Laskin,A.I.),
「ジベンゾチオフェンの微生物による変換(Micro
bial Conversion of Dibenz
othiophene)」,デヴ・インド・ミクロバイ
オル(Dev.Ind.Microbiol.),1
7,351〜362(1976);イズビスター・ジェ
イ・ディー(Isbister,J.D.)およびコビ
リンスキー・イー・エイ(Kobylinski,E.
A.),「高硫黄石炭の処理および利用における微生物
による石炭の脱硫化(Microbial Desul
frization of Coalin Proce
ssing and Utilization ofH
igh Sulfur Coals)」,コール・サイ
エンス・アンド・テクノロジー・シリーズ(Coal
Science and Technology Se
ries),第9号,627,アッティア・ワイ・エイ
(Attia,Y.A.)監修,アムステルダム,エル
セビア(Elsevier)(1985);ネクト・エ
イ・ティー,2世,(上記);コダマ・ケイ(Koda
ma,K),ナカタニ・エス(Nakatani,
S),ウメハラ・ケイ(Umehara,K.),シミ
ズ・ケイ(Shimizu,K.),ミノダ・ワイ(M
inoda,Y.)およびヤマダ・ケイ(Yamad
a,K.),「石油硫黄化合物の微生物による変換。ジ
ベンゾチオフェンからの生成物の単離および同定(Mi
crobial Conversion of Pet
rosulfur Compounds:Isolat
ion and Identification of
Products from Dibenzothio
phene)」,アグル・バイオログ・ケム(Agr.
Biolog.Chem.)、34、1320〜132
4(1970);モンティセロ・ディー・ジェイ(Mo
nticello,D.J.)、バッカー・ディー(B
akker,D.)およびフィナティー・ダブリュー・
アール(Finnerty,W.R.),「シュードモ
ナス種によるジベンゾチオフェンのプラスミド仲介分解
(Plasmid Mediated Degrada
tion of Dibenzothiophene
byPseudomonas Species)」,ア
プル・エンバイロン・ミクロバイオル、49,756〜
760(1985);スルホロバス属(Sulfolo
bus),カルギ・エフ(Kargi,F.)およびロ
ビンソン・ジェイ・エム(Robinson,J.
M.),「高温生物スルホロバス・アシドカルダリウス
によるジベンゾチオフェンの微生物酸化(Microb
ial Oxidation of Dibenzot
hiophene by the Thermophi
lic Organisms Sulfolobus
acidocaldarius)」,バイオテク・アン
ド・バイオエング(Biotech.and Bioe
ng.),126,687〜690(1984)が挙げ
られる。イズビスターら(上記)の場合を除く前記のそ
れぞれの場合の微生物によるDBT分解経路は、コダマ
ら(上記)によって最初に確証されたDBTの微生物分
解経路によるC−C結合の開裂によるものである。C−
C結合開裂による有機硫黄含有炭質物質の微生物分解に
より、炭質燃料の発熱量が多量に損なわれる。コダマら
(上記)のDBTのC−C結合開裂微生物分解によれ
ば、硫黄含有最終生成物は3−ヒドロキシベンゾチオフ
ェンスルホキシド、2−ホルミルベンゾチオフェンまた
はベンゾチオフェンである。したがって、分子から炭素
を除去することなく、その分子から硫黄を除去する微生
物分解経路を辿ることが望ましく、それによって炭素分
解経路で可能であるよりも更に大きく燃料の発熱量が保
持される。このような有機基質の硫黄特異的代謝は有機
硫黄含有分子中の炭素−硫黄結合の開裂を必要とする。
ジベンゾチオフェンについての硫黄特異的代謝の場合、
最終生成物は2−ヒドロキシビフェニルおよび式1
【0006】
【化1】
【0007】である。このC−S開裂経路はジベンゾチ
オフェン→ジベンゾチオフェンスルホキシド→ジベンゾ
チオフェンスルホン→スルホン酸ジベンゾチオフェン→
2−ヒドロキシビフェニル+無機硫酸塩にしたがって進
行すると思われる。このC−S開裂経路からのジヒドロ
キシ生成物により、その経路はかなりの量のビヒドロキ
シビフェニルを導く経路と区別される。
【0008】今日の発明者に既知のC−S開裂によるD
BTの分解が可能な唯一の先行微生物はイズビスター
(上記)によって記載されたシュードモナス種であり、
米国特許第4,562,156号明細書に記載のシュー
ドモナス属ATCC39381である。寄託されている
ATCC39381培養物にはC−S開裂特性がなく、
その培養物の寄託者は寄託中の培養物が寄託者の知る限
りのC−S開裂特性を有するような培養物が存在しない
ので、置き換えられることはないということを記載した
〔第4回エネルギー省調製、利用および環境管理契約者
会議(4th Department of Ener
gy Preparation,Utilizatio
n and Environmental Contr
ol Contrators Conferenc
e)、米国エネルギー省、ピッツバーグ・エナジー・テ
クノロジー・センター(Pittsburgh Ene
rgyTechnology Center),米国,
ペンシルバニア州15236,ピッツバーグ,198
8〕。硫黄が制限された条件下で増殖させることによっ
て得られる混合培養物はDBTからの硫黄の選択的除去
が可能であった。キルバン・ジョン・ジェイ(Kilb
ane,John J.),「有機化合物の硫黄特異的
微生物代謝(Sulfur−Specific Mic
robial Metabolism if Orga
nic Compounds)」,バイオプロセッシン
グ・オブ・コールズ・ワークショップ(Bioproc
essingof Coals Workshop),
タイソンズ・コーナー(TysonsCorner),
バージニア州,1988年8月16日〜18日。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、硫黄
含有有機炭質物質から有機的に結合した硫黄を除去する
ための微生物および方法を提供することである。
【0010】本発明のもう一つの目的は、有機硫黄含有
化石燃料および化石由来燃料から選択的に硫黄を除去す
るための微生物および方法を提供することである。
【0011】本発明の更にもう一つの目的は、有機炭質
物質の反応、例えば有機合成およびゴム製品を再循環さ
せるような再循環操作においてC−S結合を特異的に開
裂させることが可能な微生物および方法を提供すること
である。
【0012】本発明の更に別の目的は、有機C−S結合
を開裂させるのに微生物を用いる処理条件下で安定であ
り且つその硫黄特異性を保持する微生物を提供すること
である。
【0013】本発明のもう一つの目的は、ジベンゾチオ
フェンから特異的に硫黄を除去して無機硫酸塩および2
−ヒドロキシビフェニルから成る実質的な単独生成物を
生じるための微生物および方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】この説明を読むことによ
って明らかになる前記のおよび他の目的および利点は突
然変異体微生物を生成し、同定し、そして更に詳細に記
載した処理を行なったその微生物の生物学的に純粋な培
養物によって得られ、そしてバチルス・スフェリクスと
同定された。その培養物はアメリカン・タイプ・カルチ
ャー・コレクション(American Type C
ulture Collection)に寄託され、A
TCC第53969番と指定された。
【0015】バチルス・スフェリクスATCC第539
69番は、開裂するのが所望とされるC−S結合を有す
る物質が存在している部分から誘導される混合細菌を、
無機養素と同化可能な炭素源を含んで成り、開裂するの
が所望とされる種類のC−S結合にのみ硫黄が存在する
化学物以外の硫黄含有化合物が実質的に不在の増殖培地
に接種し;その細菌培養物を、バチルス・スフェリクス
ATCC第53969番の増殖に必要な栄養素を備えて
いる介助培養物および酸素の存在下約20℃〜約34℃
の温度で、しかも開裂するのが所望とされる種類のC−
S結合にのみ硫黄が存在する化合物以外の硫黄含有化合
物が実質的に不在で、有機炭質物質中のC−S結合の選
択的開裂による硫黄代謝特性を有するバチルス・スフェ
リクスATCC第53969番を選択的に生じるのに十
分な時間増殖させることによって調製することができ
る。
【0016】硫黄含有有機炭質物質の硫黄含有量は、前
記の硫黄含有有機炭質物質を微生物バチルス・スフェリ
クス菌株ATCC第53969番と接触させることによ
って減少させることができる。その方法は硫黄含有炭質
物質が石炭または炭化水素油である場合に用いるのに特
に適当である。硫黄含有石炭の存在下のバチルス・スフ
ェリクスATCC第53969番の連続的増殖により、
有機的に結合した硫黄が80%を上回って、好ましくは
90%を上回って除去される。硫黄含有有機炭質物質の
硫黄含有量を減少させる方法は、微生物バチルス・スフ
ェリクス菌株ATCC第53969番による有機C−S
結合の開裂によって行われる。有機硫黄選択性突然変異
体微生物であるバチルス・スフェリクスATCC539
69は、細菌用栄養素介助培養物と、無機養素と、同化
可能な炭素源とを含んで成る増殖培地で、硫黄含有有機
炭質物質以外の硫黄含有化合物が実質的に不在で、しか
も酸素存在下約20℃〜約34℃の温度で増殖させた場
合に、無機硫酸塩の産生を引き起こす有機C−S結合の
開裂によって硫黄含有有機炭質物質の硫黄含有量を選択
的に減少させる能力を有する。バチルス・スフェリクス
ATCC53969からの派生微生物も、同様に有機C
−S結合の開裂によって硫黄含有有機炭質物質の硫黄含
有量を選択的に減少させる能力を有する。
【0017】有機硫黄化合物にさらされた既知の履歴を
有する環境による培養も、炭素源として酢酸塩、ベンゼ
ン、安息香酸、エタノール、グルコース、グリセロー
ル、普通ブイヨン、コハク酸塩およびトルエン、および
有機硫黄化合物であるベンゾチオフェン、ジベンゾチオ
フェン、チオフェン、トリチアンを用いる集積培養も、
用いられるそれぞれの有機硫黄化合物を代謝することが
可能な細菌培養物を生じた。試験を行なった環境による
単離物および集積培養物はいずれも、混合培養物がその
単独の硫黄源としてチオフェンに富み、その生成物の約
20%については炭素−硫黄結合開裂が可能であり、残
りの80%は炭素−炭素結合開裂の結果であることが示
されたものを除いて、炭素−炭素結合で生分解を開始す
ることによって有機硫黄化合物を代謝することが見出さ
れた。有機硫黄化合物からの硫黄の利用に最も成功した
微生物は、単独の硫黄源としてDBTを用いる集積培養
物から単離されたシュードモナス属であった。このシュ
ードモナス種は有機的に結合した硫黄を利用することが
可能であるが、炭素−硫黄結合の酸化に特異性を示すこ
とはなかった。このことは有機C−S結合の酸化に特異
性を示す天然に存在する微生物について集積培養での発
現に失敗したことを示す。したがって、人為的選択的突
然変異処理を用いてこのように選択的に硫黄を代謝する
微生物を発現させる必要がある。
【0018】有機基質に関して硫黄特異的代謝能を有す
る微生物は、栄養素と、生体組織中に通常見出されない
有機的に結合した硫黄とを他の有効な硫黄、例えば硫酸
塩、ビタミン、アミノ酸等が実質的に不在で供給するこ
とができる連続培養石炭バイオリアクター/セレクトス
タット(selectostat)を介する選択によっ
て発現された。増殖培地は十分に微生物を増殖させるた
めに有機および無機栄養素を供給しなければならない
が、突然変異体微生物によって代謝されるのが所望とさ
れる有機硫黄含有化合物以外の無機および有機硫黄含有
化合物は欠けている必要がある。有機硫黄条件下での微
生物の増殖に適当な培地は無機養素の組成物、例えば蒸
留した脱イオン水のリットル当りK2 HPO4 を4g、
Na2 HPO4 を4g、NH4 Clを2g、MgCl2
・6H2 Oを0.2g、CaCl2 ・2H2 Oを0.0
01gおよびFeCl3・6H2 Oを0.001gであ
るのが適当であることができる。硫黄を欠いた同化可能
な炭素源は所望の微生物増殖を支持する量で用いること
ができる。適当な同化可能炭素源としては約20ミリモ
ルの濃度でのグルコース、グリセロール、酢酸ナトリウ
ム、安息香酸ナトリウム、コハク酸ナトリウムおよびス
クロースが挙げられ、ベンゼン、エタノール、イソブタ
ノールおよびトルエンは細菌増殖バイオリアクターのヘ
ッドスペースで蒸気として用いることができる。有機C
−S結合を有する有機硫黄化合物は適当であり、例えば
ベンゾチオフェン、二硫化ベンジル、ジベンゾチオフェ
ン、ジベンゾチオフェンスルホン、二硫化フェニル、チ
アントレン、チオキサンテン〔アルドリッチ・ケミカル
・カンパニー(Aldrich Chemical C
ompany),ウイスコンシン州,ミルウォーキ
ー〕,ジベンゾチオフェンスルホキシド〔アイシーエヌ
・バイオメディカルズ(ICN Biomedical
s),ケイ・アンド・ケイ・ラブズ(K&K Lab
s),ニュー・ジャージー州,プレーンビュー〕および
トリチアン〔フェアフィールド・ケミカル・カンパニー
(Fairfield Chemical Compa
ny),サウス・カロライナ州,クリスウッド,私書箱
20〕を微生物の増殖を支持する約20ミリモル程度の
濃度範囲で用いることができ、チオフェン(アルドリッ
チ・ケミカル・カンパニー)を蒸気として用いることも
できる。普通ブイヨン〔ディフコ・ラボラトリーズ(D
ifco Laboratories),ミシガン州,
デトロイト〕または前記の増殖培地を寒天(ディフコ)
約15g/リットルで凝固させたものを細菌培養物を画
線培養しまたは平板培養するのに用いることができる。
細菌の増殖はクレット・ソマーソン(Klett−So
mmerson)比色計を用いる比濁によってまたは適
当な寒天上のコロニー形成単位を計数することによって
監視することができる。
【0019】接種剤は、石炭貯蔵所からおよび石油精製
所から得られる土壌試料5gを前記の増殖培地10ml
に加え、60秒間撹拌し(vortex)、そして30
分間静置させることによって調整することができる。上
澄みをパスツールピペットを用いて除去し、直接用いる
かまたは同量の普通ブイヨンで稀釈し、室温で約24〜
48時間インキュベートした後用いてバイオリアクター
に接種してもよい。
【0020】バイオリアクター/セレクトスタットは石
炭または有機硫黄固形物を保持しながら液体栄養素の流
れを連続的に与えるように特別に設計されたものであっ
た。同一バッチの石炭または有機硫黄化合物をその操作
期間の間バイオリアクター内部に保持するが、水性相培
地はバイオリアクターに連続的に供給することができ
る。バイオリアクター内に長期間の間石炭を保持するこ
とは、比較的大きな、典型的には−9+12メッシュの
石炭粒子を用い、そして若干の堰/じゃま板を有してそ
こからのバイオリアクター流出液を比較的遅い流速で回
収することができる傾瀉した非混合沈降管の利用によっ
て行なうことができる。流出液回収速度は硫黄制限試験
に反応する微生物の能力によって調整することができ、
液圧保持時間は72時間程度であることができる。
【0021】セレクトスタットは適当な炭素源供給量を
測定し且つ流出液中の生物学的に利用可能な硫黄の存在
を分析するのに頻繁に監視することができる。これは新
鮮なバイオリアクター流出液を遠心分離して有機硫黄基
質および細菌から石炭微粉および粒子を除去し、続いて
細菌増殖試験でその上澄みを用いることによって行なう
ことができる。4種類の培養物、すなわち上澄み;15
ミリモルのSO4 を含む上澄み;20ミリモルの炭素源
を含む上澄み;および15ミリモルのSO4 および20
ミリモルの炭素源を含む上澄みを調整し、それぞれに微
生物培養物を微生物105 /mlで接種して試験を行な
う微生物の増殖温度で2〜5日間振とうしながらインキ
ュベートする。細菌の増殖は比濁によってまたはコロニ
ー形成単位を測定することによって監視される。炭素源
試料は流出液上澄み中の生物学的に利用可能な硫黄の存
在を示すのに役立つが、硫酸塩を加えられた試料は流出
液上澄み中の炭素源の存在を示すのに役立ち、そして炭
素および加えられた硫酸塩の双方を含む試料は流出液上
澄み中の阻害物質の存在を示すのに役立つ。
【0022】有機硫黄化合物を増殖に利用する細菌の能
力は硫黄の生物利用可能性検定法(Sulfur Bi
oavailability Assay)によって測
定することができる。この検定法は生物はいずれも成長
するのにある種の硫黄を必要とするという事実に基づく
ものであり、したがって、細菌増殖を定量化することに
より硫黄源として任意の有機化合物または無機化合物を
利用する一つの尺度が得られる一定の状況を作ることが
できる。実際に、炭素源20ミリモルを含む増殖培地
は、未修正で、Na2 SO4 20ミリモルで修正して、
および有機硫黄化合物または無機硫黄化合物20ミリモ
ルで修正して用いられる。次に、3種類の条件それぞれ
に微生物培養物を微生物105 /mlで接種し、試験を
行なう微生物に適当な温度で2〜5日間振とうしながら
インキュベートする。細菌の増殖は比濁によってまたは
コロニー形成単位を測定することによって監視される。
未修正試料は負の調節として役立つが、硫酸塩で修正さ
れた試料は正の調節として役立ち、そして双方の調節を
用いて、細菌増殖が有機硫黄試験化合物から得られる硫
黄を消費して起こるものであるかを推定する。
【0023】硫黄特異性培養物の発現は、1−メチル−
3−ニトロ−1−ニトロソグアニジン(NTG)または
紫外線照射への曝露による突然変異誘発によって促進す
ることができる。NTGによる突然変異誘発は細菌の溶
液を寒天プレート上に広げ、プレートの中心部にNTG
の結晶を置くことによって行なうことができる。インキ
ュベーション中に、NYG結晶を寒天に溶解して拡散濃
度勾配を形成し、その結果中心部では細菌が増殖せず、
プレートの外部周辺では正常に増殖する。これらの両極
端の間の中程度の増殖の狹い部分は容易に観察可能であ
り、突然変異を誘発された細菌はこの部分から得られ
る。紫外線による突然変異誘発のための細菌は遠心分離
によって液体培養物からペレット化し、前記の増殖培地
で洗淨し、そして一定量の前記の増殖培地に再懸濁させ
てもよい。その一部分3mlを蓋なしの滅菌ペトリ皿に
入れ、死滅対数2、典型的には10J/m2 を引き起こ
すのに十分な紫外線照射線量に暴露する。
【0024】数か月の操作後にセレクトスタットから得
られる混合細菌培養物を前記に記載の硫黄の生物利用可
能性検定法によって測定したところ、単独の硫黄源とし
て一定の範囲の有機硫黄化合物を利用することが可能で
あることが分かった。この混合培養物によるジベンゾチ
オフェンでの特異的C−S結合開裂はガスクロマトグラ
フィー分析/質量分析によって証明された。標準的な微
生物学的方法を用いて混合培養物中に存在するそれぞれ
の細菌種を代表する純粋培養物が得られた。それぞれの
純粋培養物は、単独の硫黄源として有機硫黄化合物を利
用するその能力について硫黄の生物利用可能性検定法に
よって別個に試験を行なった。栄養交差供給介助培養物
(nutritional crossfeeding
helper culture)存在下で単独の硫黄
源として有機硫黄化合物を利用する能力を示した単離さ
れた培養物は突然変異体有機硫黄選択性微生物であり、
バチルス・スフェリクスとして同定された。このバチル
ス・スフェリクス菌株はアメリカン・タイプ・カルチャ
ー・コレクションに寄託され、ATCC53969の番
号で指定された。その菌株は長さ約0.5μのグラム陰
性短桿菌であり、普通寒天上にベージュ色/白色のコロ
ニーを生じ、そしてC−S結合の開裂による有機硫黄特
性が高いことを特徴とする。
【0025】バチルス・スフェリクスATCC第539
69番は、化学的に規定された無機塩類培地で、同化可
能炭素およびC−S結合にのみ硫黄が存在する有機硫黄
化合物存在下、増殖に必要な交差供給を与える栄養介助
培養物不在では増殖しない。前記の条件下での増殖のた
めの栄養素を与える細菌はいずれも十分適している。バ
チルス・スフェリクスATCC第53969番の増殖に
完全な栄養素を与える適当な栄養介助培養物は当該技術
者によって容易に確認されることができる。現在知られ
ている適当な介助培養物としてはイー・アエロゲネス
(E.aerogenes)、イー・アグロメランス
(E.agglomerans)およびイー・クロアセ
ー(E.cloacae)のような若干のエンテロバク
ター種、およびクレブシエラ種が挙げられる。介助培養
物には有機硫黄化合物を特異的に脱硫化する能力はな
い。
【0026】種の同一性を確認するために、バチルス・
スフェリクスATCC53969の膜脂質を溶剤抽出
し、誘導体化し、そしてガスクロマトグラフィーによっ
て分析を行なった。そのクロマトグラムは、ミクロチェ
ック・インク(Microcheck,Ink.)(バ
ーモント州、ノースフィールド)によって供給されるコ
ンピューターライブラリーに記録された既知のバチルス
属培養物の脂質分析と比較された。これらの試験によ
り、抽出液中に見出される脂肪酸がいずれも左の縦列に
溶出順で記載したライブラリー項目に匹敵することを示
す表1で示されるように、ATCC53969はバチル
ス・スフェリクスと同定される。「X」はそれぞれの酸
についてその酸の量を示す脂肪酸名に対して線上に記さ
れ、その酸についてのライブラリー項目平均値は「+」
とする。ライブラリーの平均百分率と抽出液中の実際の
百分率が同じである場合は「※」と記している。破線は
ライブラリー項目についての平均値付近に+2または−
2の標準偏差の窓を与える。表1の検査はバチルス・ス
フェリクスの同定において高い確実性を示す。
【0027】
【表1】
【0028】バチルス・スフェリクスATCC5396
9は、これらの培養物の増殖を支持するものである炭素
源に関してアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクシ
ョンから得られる他のバチルス種と比較された。培養物
を表示した炭素源を含む規定の寒天プレート上に画線し
および/または液体培地中に接種し、そしてその培養物
を30℃で96時間インキュベートした後評価を行なっ
た。種々のバチルス属菌株を用いる炭素源利用研究の結
果を表2に示す。バチルス・スフェリクスATCC53
969によって得られた炭素源利用データはバチルス・
スフェリクスATCC14577によって得られたデー
タと同じである。しかしながら、バチルス・スフェリク
スATCC53969が純粋培養物として増殖する化学
的に規定された増殖培地は発見されなかった。別の微生
物学的試験、例えば普通寒天での増殖、顕微鏡的観察お
よび増殖温度の研究はビー・スフェリクス(B.sph
aericus)14577およびビー・スフェリクス
53969の双方によって同じ結果を生じている。これ
らのデータは膜脂質分析データと共に微生物ATCC5
3969が微生物バチルス・スフェリクスであることを
示す。
【0029】
【表2】
【0030】表2に記載したバチルス種を前記に記載し
た硫黄の生物利用可能性検定法を用いてそのDBT中の
有機的に結合した硫黄を利用する能力を測定して評価し
た。大部分の菌株について種々の基質を用いて数回試験
を行なった。ATCC53969菌株は試験を行なった
バチルス種で唯一C−S結合開裂特性を有するものであ
った。バチルス・スフェリクスATCC第53969番
を栄養素介助培養物としてエンテロバクター・アエロゲ
ネスまたはエンテロバクー・アグロメランス存在下で増
殖させた。バチルス・スフェリクスATCC53969
でのこの脱硫化特性は選択培地および非選択培地双方で
の多数の継代培養結果の全体を通して安定性であること
が観察された。
【0031】バチルス・スフェリクスATCC5396
9は、DBTが単独の硫黄源として役立つ化学的に規定
された無機塩類培地で介助培養物と一緒に増殖させた場
合、培地中に検出される2−ヒドロキシビフェニル約
0.2ミリモルを生じる。2−ヒドロキシビフェニルは
DBTの唯一の代謝産物であり、これらの条件下で検出
されている。
【0032】バチルス・スフェリクスATCC5396
9派生物はATCC53969菌株の選択的脱硫化特性
と同じかまたはそれを上回る特性を保持する。選択的脱
硫化特性が同じであるバチルス・スフェリクスATCC
53969派生物は記載された脱硫化処理のいずれかで
用いるのにも適当であり、このような利用に必要とされ
ることを意図しているものである。
【0033】バチルス・スフェリクスATCC5396
9の脱硫化特性は明らかにこの微生物の外部表面と関係
がある。このことは純培養物としての介助培養物にはD
BTが単独硫黄源として役立つ化学的に規定された無機
塩類培地で増殖する能力がないという観察によって支持
される。しかしながら、脱硫化に適した微生物、特にバ
チルス・スフェリクスATCC53969が同時に存在
する場合、この介助培養物は豊富に増殖する。この介助
培養物の豊富な増殖は、バチルス・スフェリクスATC
C53969によってDBTから遊離された硫黄を介助
培養物によって利用するのに有効にさせた場合にしか生
じない。
【0034】バチルス・スフェリクスATCC5396
9およびその派生物は、有機硫黄含有炭質物質、特に天
然に存在する化石燃料、例えば石炭、石油、シェール、
油、亜炭、およびそれらから誘導される合成燃料から有
機硫黄を極めて効果的に除去するのに用いることができ
る。有機硫黄はバチルス・スフェリクスATCC539
69および/またはその派生物と水性培地中で最高約4
2℃までの温度で接触させることによってこのような物
質から選択的に除去することができる。このような物質
からの有機硫黄の除去は、バチルス・スフェリクスAT
CC53969および/またはその派生物を用いて適当
な無機養素、同化可能な炭素源およびバチルス・スフェ
リクスの増殖のための必要な栄養素を与える栄養介助培
養物を含んで成る水性増殖培地中で固体有機硫黄含有化
合物から有機硫黄を選択的に代謝させることによって行
なうことができる。その代謝は酸素を必要とする好気条
件下であり、水性増殖培地のpHは約5〜8のpH、好
ましくは約6〜7に保持され、温度は約15℃〜34
℃、好ましくは約28℃〜32℃である。温度が高いほ
ど代謝は速くなるが、その微生物は42℃程度の温度に
耐性でないことが知られている。水性培地は、所望の時
間間隔内で所望の選択的硫黄除去を行うために適当な濃
度の微生物を含んでいなければならない。
【0035】本発明者はバチルス・スフェリクスATC
C53969およびその派生物が有機炭質物質中のC−
S結合の開裂によって硫黄を特異的に代謝することを発
見した。例えばジベンゾチオフェンの代謝での単独生成
物は2−ヒドロキシビフェニルおよび無機硫酸塩であ
る。これらの微生物代謝特性はバチルス・スフェリクス
ATCC53969およびその派生物に有機C−S結合
を開裂するのに有機的化学合成で用いるための特異的な
原因物質を与え、それは種々の有機的処理合成系で用い
ることができる。同様に、バチルス・スフェリクスAT
CC53969およびその派生物の特異的な性質は、再
循環操作での有機C−S結合の開裂による種々の有機物
質の脱硫化分解、例えばゴム製品の場合のような硫黄含
有有機分子の分解で用いることができる。
【0036】本発明の微生物処理により、有機硫黄の無
機硫酸塩への変換が生じる。有機的に結合した硫黄の形
態の硫黄は分離するのが極めて困難であるが、この処理
によって生成された無機硫酸塩は、当該技術分野におい
て普通に熟練した者には容易に明らかな種々の方法によ
って容易に除去することができる。
【0037】前記の明細書で本発明をその若干の好まし
い態様に関して記載し且つ多くの詳細を例証のために記
載したが、本発明に更に別の態様が可能であり、しかも
本文中に記載した若干の詳細は本発明の基本的な原理か
ら逸脱することなくかなり変更することができるという
ことは当該技術者に当然のことである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12S 1/02 8931−4B // C10L 1/14 6958−4H (C12N 1/20 C12R 1:07)

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機炭質物質中のC−S結合を選択的に
    開裂する能力を有する、突然変異体バチルス・スフェリ
    クス(Bacillus sphaericus)菌株
    ATCC第53969番の生物学的純粋培養物。
  2. 【請求項2】 バチルス・スフェリクス菌株ATCC第
    53969番の選択的調製方法にして;開裂することが
    所望とされるC−S結合を有する物質が存在する部分か
    ら誘導された混合細菌を、無機養素および同化可能な炭
    素源を含んで成り、しかも開裂することが所望とされる
    種類のC−S結合にのみ硫黄が存在する化合物以外の硫
    黄含有化合物が実質的に不在の増殖培地に接種し;その
    細菌培養物を前記のバチルス・スフェリクスの増殖のた
    めの完全な栄養素を与える栄養介助培養物存在下および
    酸素存在下、約20℃〜約34℃の温度で、pH約5〜
    約8において、しかも開裂することが所望とされる種類
    のC−S結合にのみ硫黄が存在する化合物以外の硫黄含
    有化合物が実質的に不在で、有機炭質物質中のC−S結
    合の選択的開裂による硫黄代謝特性を有するバチルス・
    スフェリクス菌株ATCC第53969番を選択的に産
    生するのに十分な時間増殖させることを含んで成る前記
    方法。
  3. 【請求項3】 pHを約6〜約7に保持する請求項2記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 温度を約30℃〜約32℃に保持する請
    求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 温度を約30℃〜約32℃に保持する請
    求項2記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記の栄養介助培養物がエンテロバクタ
    ー属(Enterobactor)およびクレブシエラ
    属(Klebsiella)から成る種より選択される
    細菌である請求項2記載の方法。
  7. 【請求項7】 硫黄含有有機炭質物質を微生物バチルス
    ・スフェリクス菌株ATCC第53969番と接触させ
    ることを含んで成る硫黄含有有機炭質物質の硫黄含有量
    を減少させる方法。
  8. 【請求項8】 前記の炭質物質が石炭である請求項7記
    載の方法。
  9. 【請求項9】 前記の炭質物質が炭化水素油である請求
    項7記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記の微生物が、無機養素および同化
    可能な炭素源を含んで成る増殖培地で、前記の硫黄含有
    有機炭質物質以外の硫黄含有化合物が実質的に不在で、
    しかも前記のバチルス・スフェリクスの増殖のための完
    全な栄養素を与える栄養介助培養物存在下および酸素存
    在下約20℃〜約34℃の温度で増殖させた場合に、有
    機C−S結合の開裂および無機硫酸塩の産生によって前
    記の硫黄含有有機炭質物質を代謝する請求項7記載の方
    法。
  11. 【請求項11】 pHを約6〜約7に保持する請求項1
    0記載の方法。
  12. 【請求項12】 温度を約30℃〜約32℃に保持する
    請求項11記載の方法。
  13. 【請求項13】 温度を約30℃〜約32℃に保持する
    請求項10記載の方法。
  14. 【請求項14】 前記の栄養介助培養物がエンテロバク
    ター属およびクレブシエラ属から成る種より選択される
    細菌である請求項10記載の方法。
  15. 【請求項15】 前記の炭質物質が石炭である請求項1
    0記載の方法。
  16. 【請求項16】 前記の炭質物質が炭化水素油である請
    求項10記載の方法。
  17. 【請求項17】 C−S結合を有する有機炭質物質を微
    生物バチルス・スフェリクス菌株ATCC第53969
    番と接触させることを含んで成る有機C−S結合の開裂
    方法。
  18. 【請求項18】 前記の有機炭質物質が有機的合成処理
    での成分である請求項17記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記の有機物質が再循環処理での成分
    である請求項17記載の方法。
  20. 【請求項20】 前記の微生物が、無機養素および同化
    可能な炭素源を含んで成る増殖培地で、前記の硫黄含有
    有機炭質物質以外の硫黄含有化合物が実質的に不在で、
    しかも前記のバチルス・スフェリクスの増殖のための完
    全な栄養素を与える栄養介助培養物存在下および酸素存
    在下約20℃〜約34℃の温度で増殖させた場合に、有
    機C−S結合の開裂および無機硫酸塩の産生によって前
    記の硫黄含有有機炭質物質を代謝する請求項17記載の
    方法。
  21. 【請求項21】 pHを約6〜約7に保持する請求項2
    0記載の方法。
  22. 【請求項22】 温度を約30℃〜約32℃に保持する
    請求項21記載の方法。
  23. 【請求項23】 温度を約30℃〜約32℃に保持する
    請求項20記載の方法。
  24. 【請求項24】 前記の栄養介助培養物がエンテロバク
    ター属およびクレブシエラ属から成る種より選択される
    細菌である請求項20記載の方法。
  25. 【請求項25】 前記の炭質物質が石炭である請求項2
    0記載の方法。
  26. 【請求項26】 前記の炭質物質が炭化水素油である請
    求項20記載の方法。
  27. 【請求項27】 無機養素および同化可能な炭素源を含
    んで成る増殖培地で、硫黄含有有機炭質物質以外の硫黄
    含有化合物が実質的に不在で、しかも有機硫黄選択性突
    然変異体微生物であるバチルス・スフェリクスATCC
    第53969番の増殖のための完全な栄養素を与える栄
    養介助培養物存在下および酸素存在下約20℃〜約34
    ℃の温度で増殖させた場合に、有機C−S結合の開裂お
    よび無機硫酸塩の産生によって硫黄含有有機炭質物質の
    硫黄含有量を選択的に減少させる能力を有する前記バチ
    ルス・スフェリクスの生物学的純粋培養物。
  28. 【請求項28】 前記の栄養介助培養物がエンテロバク
    ター属およびクレブシエラ属から成る種より選択される
    細菌である請求項27記載の生物学的純粋培養物。
  29. 【請求項29】 無機養素および同化可能な炭素源を含
    んで成る増殖培地で、ジベンゾチオフェン以外の硫黄含
    有化合物が実質的に不在で、しかも有機硫黄選択性突然
    変異体微生物であるバチルス・スフェリクスATCC第
    53969番の増殖のための完全な栄養素を与える栄養
    介助培養物存在下および酸素存在下、約20℃〜約34
    ℃の温度で増殖させた場合に、有機C−S結合の開裂に
    よって前記のジベンゾチオフェンを代謝し、且つ実質的
    に2−ヒドロキシビフェニルおよび無機硫酸塩だけを産
    生する能力を有する前記バチルス・スフェリクスの生物
    学的純粋培養物。
  30. 【請求項30】 前記の栄養介助培養物がエンテロバク
    ター属およびクレブシエラ属から成る種より選択される
    細菌である請求項29記載の生物学的純粋培養物。
  31. 【請求項31】 無機養素および同化可能な炭素源を含
    んで成る増殖培地で硫黄含有有機炭質物質以外の硫黄含
    有化合物が実質的に不在で、しかもバチルス・スフェリ
    クスATCC第53969番の増殖のための完全な栄養
    素を与える栄養介助培養物存在下および酸素存在下約2
    0℃〜約34℃の温度で増殖させた場合に、有機C−S
    結合の開裂および無機硫酸塩の産生によって硫黄含有有
    機炭質物質の硫黄含有量を選択的に減少させる能力を有
    する前記バチルス・スフェリクスの有機硫黄選択性派生
    微生物の生物学的純粋培養物。
  32. 【請求項32】 前記の栄養介助培養物がエンテロバク
    ター属およびクレブシエラ属から成る種より選択される
    細菌である請求項31記載の生物学的純粋培養物。
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