発酵による医薬品の生産

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発酵による医薬品の生産
微生物の培養
微生物の培地
ヒトの栄養素
炭水化物
脂質
タンパク質
ミネラル
ビタミン
微生物の培地成分
炭素源
窒素源
塩類
生育因子
肥料の3要素
窒素
リン酸
カリ
細菌培養の培地
ブイヨン培地
肉エキス
ペプトン
NaCl
1.0 %
1.0 %
0.5 %
L培地
バクトトリプトン
バクトイーストエキス
ブドウ糖
NaCl
1.0 %
0.5 %
1.0 %
0.5%
微生物による物質生産に利用される農産廃棄物
培地成分
製品
廃糖蜜
大豆粕
綿実粉
コーンスティープリカー
乾燥酵母
砂糖
大豆油
綿,綿実油
デンプン,コーン油
ビール
静置培養
固体培養(寒天)
液体培養
振盪培養
往復振盪(試験管,坂口フラスコ)
回転振盪(三角フラスコ)
通気撹拌培養(ジャーファーメンター,培養タンク)
培養条件
温度
酸素
pH
塩濃度
25~37℃
~80℃(好熱菌)
空気中,通気 ~0%(絶対嫌気性菌)
5.6~7.4
0~1%
~10%(好塩菌)
無菌封入法
綿栓
シリコンゴム栓
アルミキャップ
一次代謝産物
生物が生産し,その生物の個体維持,種族維持に必
須な役割を持つ有機化合物
アミノ酸,核酸,脂肪酸など
多くの生物種に共通の生合成系
二次代謝産物
生物が生産し,その生物の個体維持,種族維持に必
須な役割を持たない有機化合物
抗生物質,色素,アルカロイドなど
その生物種に独自の生合成系
微生物の培養曲線と二次代謝
定常期
静止期
菌数(対数)
炭素源
対数期
死滅期
誘導期
適応期
物質生産
培養時間(日)
ペニシリンの発酵生産
O
H H
N
H
S
N
CH3
CH3
O
COOH
Penicillium chrysogenum
種培養
コーン浸出液
酒造溶物質
スクロース
CaCO3
(pH 5.7)
20 g/L
20 g/L
20 g/L
5 g/L
25℃, 250 rpm, 36 hr
生産培養
コーン浸出液固形物
ラクトース
フェニル酢酸カリウム
MgSO4 ・ 7H2O
KH2PO4
コーン油
CaCO3
25℃, 250 rpm, 96 hr
35 g/L
25 g/L
2.5 g/L
3 g/L
7 g/L
2.5 g/L
10 g/L
ペニシリン生産菌の培養
1200
3
ペニシリン
2
800
増殖
1
1
2
3
培養時間(日)
400
4
ペニシリン(単位)
菌体窒素(g/L)
Penicillium chrysogenum
発酵微生物の菌株改良
ペニシリン生産菌株
ペニシリン収率
Penicillium notatum (Flemingのペニシリン生産菌)
Penicillium chrysogenum NRRL-1951
自然発生
NRRL-1951.B25
X線照射
X-1621
紫外線照射
WIS Q-176
1 mg/L
60 mg/L
150 mg/L
300 mg/L
550 mg/L
ナイトロジェンマスタード処理等
E-15.1
7,000 mg/L
微生物変換
微生物を利用した化学反応
微生物変換法・・・微生物の培養液,静止生菌体,死菌体
酵素法・・・微生物由来の粗酵素,精製酵素
固定化生体触媒法・・・精製酵素または微生物を担体に固定化
・基質選択性,位置選択性,立体選択性が高い
・温和な条件下での水系反応
・分子生物学的手法によって酵素の改善も可能
・合成化学では困難な反応も進行
(アルカンのヒドロキシ化など)
微生物変換によるホスホマイシンの製造
H
H
Penicillium
spinulosum
H O H
C C
H3C
PO3H
cis-プロペニルホスホン酸
H3C
PO3H
ホスホマイシン
微生物変換によるプラバスタチンの製造
HO
OH
O
H3C
O
CH3
H
HO
COONa
Streptomyces
carbophilus
CH3
OH
O
H3C
O
CH3
COONa
H
HO
ML-236B
プラバスタチン
CH3
微生物変換による1α-25-ジヒドロキシビタミンD3の製造
OH
Pseudonocardia
autotrophica
HO
HO
ビタミンD3
OH
1α-25-ジヒドロキシビタミンD3
(活性型ビタミンD3)
・腎透析患者の副甲状腺機能亢進症
・低カルシウム血症
微生物によるステロイド変換
CH2OH
Aspergillus
ochraceus
CO
OH
HO
エピコルチゾール
CH2OH
CO
O
OH
HO
CH2OH
CH2OH
CO
CO
OH
HO
O
化合物S
O
Curvularia
lunata
O
コルチゾール
Arthrobacter
simplex
プレドニゾロン
OH
微生物によるステロイド側鎖切断
O
Arthrobacter
simplex
O
HO
アンドロスタ-1,4-ジエン-
3,17-ジオン(ADD)
コレステロール
OH
OH
OH
OH
O
O
HO
テストステロン
エストリオール
スタノロン
微生物変換によるL-DOPAの製造
OH
Erwinia herbicola
菌体
HO
HO
OH
HO
+
H2N
カテコール
COOH
DL-セリン
チロシンフェノール
リアーゼ
H2N
COOH
L-DOPA
OH
レボドパ
(抗パーキンソン病薬)
HO
+
CH3COCOOH
ピルビン酸
+
NH3
微生物変換によるβーラクタム抗生物質前駆体の製造
H H
O
H H
S
N
H
N
E. coli
CH3
CH3
ペニシリン
アシラーゼ
COOH
ペニシリンG
HOOC
O
H H
N
H
CH3
N
O
NH2
S
H2N
CH3
O
COOH
6-APA
H H
S
N
Pseudomonas sp.
COOH
セファロスポリンC
S
N
OCOCH3
O
H2N
OCOCH3
O
セファロスポリン
アシラーゼ
COOH
7-ACA
微生物変換によるD-p-ヒドロキシフェニルグリシンの製造
Pseudomonas striata
HO
O
HN
HO
HO
O
D-ヒダントイナーゼ
NH
NH
HN
O
COOH
+
HN
O
DL-5-p-ヒドロキシ
ラセミ化
フェニルヒダントイン
O
L-5-p-ヒドロキシ
N-カルバモイル-
フェニルヒダントイン
D-p-ヒドロキシフェニルグリシン
HO
HO
Agrobacterium sp.
O
COOH
N-カルバモイルD-アミノ酸
アミドヒドロラーゼ
NH2
NH2
D-p-ヒドロキシフェニルグリシン
NH2
H H
N
H
S
N
CH3
CH3
O
COOH
アモキシシリン
複平行微生物変換によるCDP-コリンの製造
Corynebacterium ammoniagenes 菌体(界面活性剤処理)
UTP
オロト酸
CO2
グルコース
ATP
コリン
UTP
ADP
ホスホコリン
CTP
E. coli 菌体(界面活性剤処理)
CDP-コリン
シチコリン
(意識障害改善薬)
生体触媒の固定化法
スペーサー
生体触媒
+
担体結合法
+
担体
- - +
共有結合法
イオン結合法
物理的吸着法
架橋法
架橋法
包括法
格子型包括法
マイクロカプセル型包括法

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