日本协和发酵工业推出发酵法生产二肽技术

来源:  发布者:管理员  日期:2015-12-21  点击:270



生意社09月18日讯

  使用微生物生产物质的日本“家庭手工艺”,因价格低廉而开始变得风雨飘摇。两家大型公司所开发的新技术,把这种不安一下子吹得荡然无存。这样一来,日本就发现了继续生存下去的光明大道。

  “发酵王国日本”的地位正在飘摇不定。使用微生物制造产品本来是日本独特的“传统技艺”。但时至今日,它的地位正在受到威胁。新兴国家的出现使制造业发生着巨大的变化,市场动向也处于不稳定状态。“产品的价格已经不是由数量来决定的了”,协和发酵工业生物化学公司的尾崎明夫开发部长的这句话,充分点明了问题的现状。

  尾崎开发部长举出了一个例子,维生素C的世界市场具有5万~6万吨的规模.正在由大型企业所垄断。中国制造的维生素C价格较低,只要向市场投放一点点,就会对维生素C的价格产生巨大的影响。

  同样的现象说不定在其他产品中也会产生。味之素公司和美国AMD公司、德国BASF公司、德国Degussa公司在全年总计75万吨的饲料用氨基酸的市场中层开激烈的竞争。面对这个市场,目前中国也在建设装置,据说供应能力可达10万吨规模。如果中国的装置开始供应氨基酸,则市场份额将会一举发生改变。

  日本的高附加价值产品投放市场让发酵制造商眼睛一亮的真本领

  如果在谁都可以制造的产品和单纯价格竞争的舞台上去竞争的话,则日本完全没有取胜的可能。为了生存,必须具备难以轻易模仿的划时代生产技术。

  这样的技术实际上在日本已经开始出现。2004年秋季,日本公布了开发出的新型发酵产品,点燃了使“发酵王国”再生的狼烟。这就是被称为二肽的由两个氨基酸连接而成的化合物。至今为止只能通过化学方法合成,日本国内大型发酵企仆协和发酵工业和味之素相继成功地利用微生物实现了生产的工业化。

  2004年9月,协和发酵使用引入枯草杆菌基因的重组大肠杆菌,开发出发酵生产二肽的技术。而2004年10月,味之素也发表了与协和发酵不同的二肽生产技术。他们在革兰氏阴性菌中发现了一种酯转移酶,使用这种酶实现了二肽生产技术的工业化。两家公司所发表的都是二肽丙谷酰胺的生产方法,但据说也可以推广到其他约400种二肽的生产中。

  利用微生物使氨基酸和氨基酸简单结合的技术,对于想扩大氨基酸利用领域的两家公司来说,确实是个无与伦比的课题.因此对于已经成功的两家公司,其层次远在单纯成本竞争之上,它是一种全新的技术。

  靠基因组信息越过障碍 让生物信息为人所利用

  合成这种二肽的酶是连接氨基酸的单纯的酶,并非像所说的那样可以马上分离出来。

  微生物中存在着大量的分解肽的酶,二肽产生后会立即被分解。以二肽本身的量为指标筛选微生物是很困难的。

  对于这一课题.味之素作为最大的氨基酸制造商,采用了多年积累的微生物改良专有技术,一举分离出了二肽合成酶(参见附文2)。

  另一方面,协和发酵成功引进的则是最近才开始应用的新方法,即利用计算机的insilico筛选系统。

  当前,在公开的数据库中,已收录了多种微生物的基因组信息。协和发酵以此为对象,设想出二肽合成酶基因的应有形态结构,检索了与此一致的基因。正是设想应有形态结构的想象力,才是发酵制造商的传统所培育的技术实力。

  到那时为止.人们还不知道连接L-氨基酸的酶,但知道把作为氨基酸中一种的D—丙氨酸连接起来生成二肽的酶。于是可以推测,如果说存在连接L—氨基酸的酶,就应该与D-丙氨酸连接酶的氨基酸序列相似。
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  但是,只有这些还是不够的。为了进一步缩小候选范围,协和发酵设定了独自的标准。由于还没有发现从L氨基酸合成二肽的酶,把功能已经清楚了的基因序列排除在外。另外,在二肽生成反应中需要能量,那么二肽合成酶就必须存在生物体能量腺苷三磷酸(ATP)的结合区序列。

  此外,多肽合成酶比按顺序把多肽连接起来的酶的分子量小,这也作为一个检索的条件。氨基酸是比多肽小的分子,所以连接氨基酸的酶也应该比连接多肽的酶小。

  检索多个微生物基因组的结果表明,满足这些条件的酶,即具有连接L-氨基酸生成二肽活性的酶的基因,可以作为候选者。当将候选者之一枯草杆菌来源的酶的基因导入到大肠杆菌时;就成功地合成了二肽。多年的课题就在一瞬间获得了解决。

  显示出in silico的通用性 已经取得了分离基因的实绩

  实际上,二肽合成酶并不是协和发酵in silico筛选方法的第一个成果。2004年3月发表的重组普伐他汀的生产技术的开发也应用了这一技术。

  普伐他汀是三共株式会社以“美巴罗汀”的商品名销售的高脂血症治疗药的化合物名称。由于普伐他汀的物质专利已经过期,所以作为后发医药品销售。但是,三共所开发的普伐他汀制造方法的专利尚未到期。因此,这就要求开发成本较低的替代方法。

  在这种情况下,协和发酵制定了开发高效生产普伐他汀方法的目标。最早,该公司在普伐他汀的前体物质昆帕克汀的存在下培养各种细菌,结果发现包含枯草杆菌在内的多数Bacillus属细菌可使昆帕克汀发生羟基化作用。但是,没有能够分离出与反应有关的酶。

  为此,协和发酵在破译的枯草杆菌基因组信息基础上进行in silico筛选。根据观察到的具有使昆帕克汀羟基化活性的P450单氧化酶的氨基酸序列,检索了基因组数据库。在所发现的7个候选基因中,功能不明的基因yjiB具有使昆帕克汀羟基化的酶活性。

  同时,普伐他汀的制法开发是一个例子,它表明使用基因组信息这一新的工具与至今所积累的微生物学知识相结合可以创造出具有竞争力的产品。

  为战胜国外企业而充分利用 发酵科学和基因组信息

  丙谷酰胺的事例表明,利用生物技术的物质生产,成本低且具有开拓新市场的能力。但是,生物法本身也存在自己的问题。作为物质生产催化剂使用的酶和生产酶所需的微生物,必须从某个地方获得。而且,物质生产所需的反应是否本来就在微生物中进行,在很多情况下并不明了。

  迄今为止,日本已经发现了很多新的微生物反应,在生物工艺的开发方面走在了世界的前面。能够做到这一点的是那些坚持不懈地探索生物反应。并将其推向工业化的众多研究人员。筛选微生物和酶的技术依然是必不可少的工具。但是,如本文开头的例子所示,产业界的竞争正在加剧,特别是亚洲各国的急起直追,形势相当严峻。

  这个二肽生产的事例,正是精通发酵技术的企业掌握基因组信息这一新式武器,不卷入成本竞争中去而是开辟新市场的首例。