発酵によるcq10ユビキノールの生産方法
cq10は、ユビキノンとしても知られ、相対分子量863。4の脂溶性キノンであり、化学的には2&として知られる#39; 3-dimethoxy-5-methyl-6-decyloisopentenylbenzoquinone。coq10は黄色または橙黄色の結晶性粉末である室温に戻します。coq10は室温で黄色または橙黄色の結晶性粉末で、融点は49℃で無臭、水に不溶である。構造式は以下の通りである。
1957年にクレーンは牛の心筋からcoq10を精製したまた、coq10の化学構造を測定したところ、哺乳類の呼吸鎖の酸化還元担体、呼吸鎖の脂質可溶性電子担体、細胞のエネルギー生成要素、細胞代謝に関与する天然の活性化因子、抗酸化物質として重要な役割を果たしていることが明らかになりました。そのため、coq10は、臨床・ヘルスケア、化粧品・スキンケアなど幅広い分野での応用が期待されており、ますます注目されています[1]。
現在、coq10を生成する3つの方法植物や動物の組織抽出、化学合成、微生物発酵。動物および植物組織抽出法は、主に動物の器官または一部の植物組織から製品を抽出することを指します。yuan yi[2]はこの方法を用いてブタの心臓からcoq10を抽出したが、新鮮なブタの心臓の収率はわずか75 mg/kgであり、原料源の制約から製品コストが高く高価であり、大規模生産に制限があった。
過酷な条件と多数のステップが化学合成法の特徴です。一方、微生物の発酵によるcoq10の生産より経済的で、大規模生産が容易で、分離と浄化が容易で、人体に吸収されやすい有望な方法です。
1。 coq10を生産する微生物株
のcoq10の含有量は系統によって大きく異なるまた、rhodobacter sphaericusおよびrhodobacter sphaericusにおいてcoq10の含有量が比較的高い菌株を別表に示す。これらの光合成細菌はロドバクテリウム目に属し、ロドバクテリウム科(rhodobacteriaceae)とロドバクテリウム科(rhodobacteriaceae)に分類される。前者はrhodobacter sphaeroidesとrhodobacter sphaeroidesに分けられる。rhodobacter sphaeroidesおよびrhodobacter podocarpusはrhodobacteriaceae科に属し、rhodobacter sphaeroidesはcoq10の生産に理想的な株の1つである。
coq10株表[4]
CQ10生産株 | コエンザムq10 (コエンザムq10を)の活性Cotent / (mg。g-1stem細胞) |
RhoDopseuDomonas copsulata | 1。4 |
RhoDopseuDomonas gelatinosa | oxygenated and unlit 1。22 光1。98で無酸素 |
CanDiDa tropicalis | 5. 97mg / Lスープ |
彼らの右側のDenitrificans | 153 |
PseuDomonasumoros | 野生株2.58、変異株 |
Acetobacter | 1.64 |
RhoDobacter capsulatus | 4.6 |
R.sulfiDophilus | 3.6 |
Rp.palustris | 3.9 |
Rp.rubrum | 5.4 |
2.菌株のミュータジェネシスとエンジニアリングバクテリアの構築
一般的に野生株は収量が低く、生産能力が工業化生産のニーズを満たしていないため、突然変異育種や遺伝子工学技術を用いて遺伝子改変する必要があります。
2.1系統の代謝調節のための育種
のcoq10の微生物合成経路は大きく2つに分けられる芳香環の合成とイソプレノイド側鎖の生合成。そのため、芳香環とイソプレノイド側鎖の生合成経路に応じた代謝調節育種が可能である。
2.1.1栄養欠乏変異株の育種
代謝調節の原理によると、増加する可能性がありますcoq10は、coq10の分岐経路を弱めるか切断することによって産生される[5](チロシン、フェニルアラニン、トリプトファンなど、coq10合成と前駆体を共有するベンゼン環を含む芳香族化合物の代謝合成経路など)。liu keshan[6]は、agrobacterium tumefaciensを出発株として、ニトロソグアニジンとジエチル硫酸を用いた二重変異体処理によりチロシンとアスパラギン酸の二重欠陥を持つ変異体株をスクリーニングした。coq10変異株の生産量は91.28%増加した。
zhang yanjing[7]は添加物の収量への影響を研究する材料としてbulera pseu doalbaを使用した。その結果、大豆油、きな粉、トマトジュース、オレンジピールジュースは、coq10とカロテノイド合成の前駆体を多く含むため、coq10の生成を増加させることがわかった。タバコの葉とベータカロチンは、ベータカロチン合成の経路を遮断し、coq10合成の代謝流束を増加させ、coq10産生を増加させる。これは、合成することができますCoQ10微生物に密接に関連する合成カロテノイドです。したがって、カロテノイドの栄養不足株は、coq10の高収量株としてスクリーニングすることができます。
olsonとrundey[8]は、光合成細菌のカロテノイド欠乏株を開発したcoq10の含有量を増加させます。吉田[9]は、ky-4113を赤血球細菌の出発株として用い、coq10の初期濃度は2.4mg/gの幹細胞であった。カロテノイド欠乏を示す高収量変異株cl-37、co-22、co-22-11をスクリーニングしたところ、開始株と比較してそれぞれ88%、150%、263%増加した。現在、日本では、変異株co-22-11を用いた発酵生産が行われており、その収量は770mg/ lの発酵出汁に達する[10]。
2.1.2代謝阻害抵抗性変異体の選択
のまた、coq10の含量はフィードバック効果を除去することによって増加させることができるcoq10合成またはそれに関連する同化作用に対する代謝阻害剤の。coq10合成のフィードバック阻害に耐性のあるcoq10の構造類似体には、l-エチオニン(coq10合成の前駆体であるl-メチオニンの構造類似体)、ゾエリスロマイシン、ビタミンk3、およびcoq10または呼吸器系阻害剤の構造類似体であるいくつかの芳香族化合物がある[9]。
liu kesuan[6]は、アグロバクテリウム属tume-faciens agr1を用いた。1416系統を出発株とし、紫外線(uv)、l-メチル-3-ニトロ-l-ニトロソグアニジン、ジエチル硫酸を変異原とし、チロシン、アスパラギン酸に栄養不足で構造類似体などに耐性のある変異株をスクリーニングしたビタミンk3とエチルチオニンまた、チロシン、アスパラギン酸、およびビタミンk3やエチルチオニンなどの構造類似体の変異を検出するための簡単で効果的かつ効率的な方法を設計しました。
変異株agr0619およびagr0610は、チロシン栄養欠乏株およびそれに耐性を持つ変異株をスクリーニングして選択したビタミンk3の構造類似体また、エチオニン、簡易かつ効果的かつ迅速なスクリーニングモデルを考案し、変異株agr0619とagr0610を得たところ、coq10の収量はそれぞれ29.14 mg/ lと31.42 mg/ lに達し、開始株に比べてl37.49%とl56.07%増加した。
吉田は、agrobacteriumtumefaciens ky-3085を起動菌として、ニトロソグアニジンを変異させ、エリスロマイシン、エチルチオニン、ビタミンk3などに耐性を持つ変異株au-55とm-37を得た。au-55を醗酵槽で58時間培養し、最大収率180 mg/ lであった。m-37は72時間培養した後、出発菌株として使用された。au-55の発酵時間は醗酵槽内で58 h,最大収率は180 mg/ lであった。発酵時間が短く、収量が多く、耐性が高いau-55と比較して、m-37を72時間培養してこのレベルに達したcoq10の高濃度.
アクチノマイシンd (actd)はテラトーゲンおよび発がん性物質であり、平面型フェノキサジン環と2つの環状ペンタペプチドを含み、dna分子に挿入して転写およびタンパク質合成を選択的に阻害する。そのため、actdは細胞毒性が強く、培地に一定量のactdを添加すると、細菌の細胞にストレスと毒性を与える。coq10は生体の免疫力を高める生理活性物質であり、変異原性変異株を得ることができれば、例えば生理活性物質の細胞内蓄積量を増やすことができますcoq10の変異株です.
pan chunmei[11]では、rhizobiumradiobacter wsh2601を開始株とし、アクチノマイシンd耐性株をスクリーニングモデルとし、紫外線とニトロソグアニジンによる変異誘発を組み合わせて高coq10産生株を得た。shakeフラスコ実験を行い、coq10株の収量を最適化した最終的なcoq10収率は34 mg/ lに達したこれは、変異原化および最適化前の3.6倍であった。
2.2遺伝子組換え細菌の構築
分子生物学的手法を用いて、coq10の生産に関わる重要な酵素遺伝子を遺伝子ベクターを介して大腸菌に導入し、コピー数を増やし、効率的にこれらの遺伝子を発現させることで、coq10の合成能力を高めます。これが発酵菌株を構築する基本的なアプローチです遺伝子工学によるcoq10生産.
のcoq10の合成におけるレート制限ステップ微生物細胞では、ベンゾキノン環の前駆体であるp-ヒドロキシ安息香酸(phb)と側鎖構造であるポリイソプレンピロリン酸(ppp)との縮合反応が見られる。この反応を触媒する酵素は、p-ヒドロキシ安息香酸ポリイソプレン二リン酸転移酵素である[12]。大腸菌では、この酵素はubia遺伝子にコードされており、長鎖ポリイソプレン二リン酸基質(ppp)に対して高い重合長特異性を必要としない。それは基質認識に対して比較的広い特異性を有する[13];側鎖ポリイソプレン二リン酸の形成は、ファルネシル二リン酸(fpp)とイソプレノイド二リン酸(ipp)の縮合を触媒するポリイソプレン二リン酸合成酵素によって決定され、ある程度の重合によってポリイソプレン二リン酸を形成し、それによって副酵素qの種類を決定する[14]。
大腸菌では、この酵素はispb遺伝子にコードされ[15]、最終的にcoq8を産生する。ispb遺伝子が不活性化され、外因性のポリデコソプレンピロリン酸合成酵素遺伝子が導入された場合、それは可能である大腸菌におけるcoq10生合成システムを構築する.
zhang an[16]は、gluconobacter oxytocaからpcr増幅によってポリデシレンピロリン酸合成酵素遺伝子(ddsa)を得、酵素消化によって必要な断片を回収した。その結果、他のイソペンテニル二リン酸合成酵素遺伝子と相同(30%~50%)であることが判明し、発現ベクターにクローニングして融合ベクターを誘導し、対応するバンドがポリアクリルアミドゲル電気泳動(sds-page)上に現れた。
fan yi[17]は、gluconobacter oxytocaのポリ(deca-isopentene pyrophosphate)合成酵素遺伝子であるddsaを発現するための受容体として10種類の大腸菌を選択した。その結果、大腸菌はポリ(デカイソプレンピロリン酸)合成酵素を活性発現させることが確認された合成コエンザムq10をまた、大腸菌の1株のddsaの発現量が野生型のcoq8の発現量を上回っていることも明らかになり、大腸菌を用いた大規模発酵によるcoq10生産の可能性が示されました。
したがって、適切な大腸菌受容体の選択は、今後の研究や工業生産にとって重要である。しかし、のユビキノールのなどコエンザイムプロダクションが参入製作の予定に伴うq .したがって、研究に注意酵素の特性のpolyisoprene酸シンターゼ他の関連する遺伝子の改造工事(例えば、にisPB遺伝子増強などubiA遺伝子の渋面を見て、など)、遺伝子組み換え神殿の造営がcoq10の生産のための細菌.
3.coq10生産条件の最適化
代謝制御理論の適用に加えて、高収量変異株の選択や、改良のための組換え株の構築を行うcoq10の発酵収量発酵条件の最適化は、coq10の発酵収率を向上させる効果的で便利な方法でもあります。発酵条件の最適化は、発酵収量を向上させる効果的で便利な方法でもあり、主に培地の最適化、培養条件、必須物質の添加を含む。
柳凌[18]cryptococcus yellowsからcoq10を抽出窒素を分析しな条件ソース炭素ソース化初期pHの温度発酵など最高発酵条件を得た:炭素ソーススクロースをそれぞれブドウ糖1.25g / Lとつぶ酵母のソースがある窒素,コーンシロップ0.3g / LずつpH、震度6.5温度28℃inoculum 5%の巻と中の巻の液体500ミリリットル小瓶krコミックス)、成長因子はタンパク質やタンパク質とタンパク質の成長要因inoculum量は5%だった。接種率は5%,500 mlバイアルの体積は50 ml,増殖因子はタンパク質の加水分解であった。発酵は28度、接種量は5%、500 mlの三角瓶の容量は50 ml、成長因子はタンパク質加水分解溶液である。
呉Zufang[19]使用rhizobium radioduransがcoq10を産生する重要な程度によって、効果をさまざまな要因のた発酵やは、直交テスト上で行われた炭素ソース(ブドウ糖、ショ糖、曲輪)酵母餡、液体量装填され初期pH値との間で最終的仕込み条件を定め、:炭素源はグルコース1.5 g/100 mlとショ糖2.5 g/100 mlの混合物、酵母ペースト0.8 g/100 ml、初期ph 0.8 g/100 ml、炭素源はグルコース1.5 g/100 mlとショ糖2.5 g/100 ml、酵母ペースト0.8 g/100 mlであった。初期のペーハーのコンパウンドは? 7.0に巻く液体に500リットル火炎瓶の巻50 mL細菌の成長率は13.8。22.7%のユビキノールののg / Lと収益mg / L, 34%れた前にも53%より最適化がそれぞれ揺れの火炎瓶発酵環境です
元兢[20]coq10培地および光合成細菌rの培養条件を最適化した。酵母ペースト濃度3.13 g/ l、硫酸アンモニウム0.8 g/ l、mg2 +0.64 g/ l、fe2 +45 2mg/ l、mn2 +18mg/ l、co2 +16mg/ l、初期ph値7.0、温度30℃。温度30℃。4 d培養後、coq10の細菌中の質量濃度は15.213 mg/ lから20.365 mg/ lに増加し、収量は約33.87%増加した。
wang genhua[21]は、マメ科根粒菌を研究対象とし、培養条件を研究した細胞増殖とcoq10合成に影響を与える。培養条件はph 5.0、温度30℃、接種量2%、25 mlの液体を含む500 mlの三角瓶、培養時間24時間であった。
liu ping[22]は、saccharomyces cerevisiaeの発酵条件を最適化し、最適な発酵条件は、15g/ lグルコース、15g/ lスクロース、10g/ lタンパク質、10g/ l酵母、10g/ l酵母ペースト、41.0g/ l mgso、41.0g/ l k2hpo、41.0g/ l kh2po、5.0 ph、50 ml接種、50 ml接種、250 mlバイアル瓶、24時間の培養時間であった。接種量は10%、インキュベーション温度は28℃~30℃、加振機速度は200r/min、インキュベーション時間は18時間であった。のcoq10収率の最適化は26.85mg/ lに達した細胞バイオマスは27.56g/ lに達した。これに基づき、coq10に対する側鎖供給前駆体(カンナビノール)およびキノン供給前駆体(ヒドロキシ安息香酸およびcoq0)を調べ、コーンワインにおける分裂酵母の発酵に適した前駆体を同定した。
コーンワインからの分裂酵母の成長と前駆体のcoq10への高変換に最適な発酵条件は、28℃、200r/min、18時間のインキュベーション、0.5であるカンナビノールのg/ lを添加して発酵を続け、前駆体と細胞内の変換のために18時間培養したcoq10の収率は最大で33.1mg/ lであり、対照群に比べ91%増加した。
の内コエンザムq10 (COQ10)には生産この2つの前駆体を一緒に添加したところ、カンナビノール単独よりも低く、細胞外でのcoq10産生では、前駆体の異なる添加はあまり効果がありませんでした。しかし、coq10の単位細胞当たりの収量から見ると、リコピンとcoq0を合わせた場合、coq10の単位細胞当たりの収量は1.35mg/gであり、ブランク制御より117%高い。
4.分離浄化
coq10は容易に酸化されるので、酸化する必要があるcoq1の酸化的破壊を避ける分離および抽出プロセス中に0。例えば、抗酸化物質であるピロガ酸はアルカリ性条件下で添加されるべきである。現在では、saponificatiにseparationとsolvent extraction separationの精製法が用いられている。
4.1アルコールとアルカリのsaponification抽出分離
調製した発酵菌は、丸底フラスコに、攪拌し、その後、水酸化ナトリウム-エタノール溶液の一定量を追加し、黒ペーストに細菌、この時間を攪拌し、還元抽出のためのn-アルカンを追加し、迅速に室温に冷却した。石油エーテルで数回抽出し、抽出物は水で洗浄して中性にし、無水の硫酸ナトリウムで水を除去するのが目的ですcoq10と炭化水素の溶媒を作ります後の処理を容易にするために、混和性が向上します。
少量に濃縮し、シリカゲル吸着柱上のクロマトグラフィー、石油エーテルで洗浄して不純物を除去し、エチルエーテル-石油エーテル混合物で溶出し、減圧下で溶出物を抽出して無水エタノール結晶として黄色の油性物質を得るコエンザイムcoq10としてオレンジ-黄色のオレンジ結晶[医疗机関リスト]。の存在エタノールを生むのだとすれば、長期ケンmethoxyの移調の会にの指輪コエンザムq10 (COQ10)には、ethoxyグループのエタノールになったと推測物奴の背中にはうず巻きdi-ethoxy派生商品が検出された製品のユビキノールのできない形成、これらの不純物を防ぐため、許で代用すればNaOHとケン・メタノール[24]大人。
4.2アルカリ化抽出・分離法
丸底のフラスコに調製された発酵バクテリアは、一定量の水酸化ナトリウム、加熱逆流、急速冷却、石油エーテル、エーテルまたはエタン、および抽出のイソプロパノール混合物を加えます。その後、水洗浄、冷たい降水不純物、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、coq10含有溶液のコレクションを除去し、濃縮し、無水エタノール結晶、することができますcoq10の結晶化を[24 ~ 25]。
4.3乾燥または凍結乾燥した材料から炭化水素溶媒を抽出し、分離する
coq10を石油エーテルで直接抽出するアルカン、n-ヘキサン、n-ヘプタンはより完全である。それでも、それを数回繰り返すか、または数時間揺らす必要があり、この方法は、溶媒が材料に容易に浸透するように、材料が完全に乾燥し、細かく粉砕されることを確実にしなければならない。凍結乾燥した材料を凍結すると、常温で開放系の水分を吸収して抽出効率に影響を与えるため、事前に石油エーテルなどの炭化水素系溶媒に0.5% ~ 1%のメタノールを添加する必要があり、その後の処理は上記と同様である。抽出後のsaponification法と比較すると抽出量は少ないが、coq10を破壊しないという利点がある[26-28]。
5. 分析 識別
5.1可視分光法
アルカリ性の条件によって、シアノ酢酸エチルはcoq10の分子の上のメトキシに代わって青の原理を作り出すことができて、少量のサンプルを取るとコエンザムq10 (COQ10)の活性標準それぞれ、無水エタノール、シアノ酢酸エチル、水酸化カリウムの試験溶液を添加し、よく振って、青色の反応があることを見て、620 nmでの吸光度を測定し、標準曲線をプロットし、最終的にサンプル中のcoq10の含有量を計算した。最後に、試料中のcoq10の含有量を計算した[27]。
5.2紫外線 分光方法
coq10によると、275nmで安定した吸光度を持っています無水エタノールに溶解したcoq10の標準サンプルを取り、275nmでその吸光度を測定して、coq10の標準曲線を作って、それからサンプルの吸光度によってcoq10の含有量を計算します。紫外線吸収曲線サンプルと标准的で曲線は一般に一致する、しかし、浄化のユビキノールのため、有機溶剤は繰り返し使用するうちがそびえなど一部の细胞は非常に不純物れて、の観察紫外線吸収曲線でサンプル275nm必ずそれなりに偏差何か小さいほつれ峰どのの決定は理解するためのユビキノールのこのように误差が持ってきます。この場合、薄肉クロマトグラフィーによって粗抽出物をさらに精製し、uv検出と組み合わせてcoq10の含有量を決定することができます[28]。
5.3高性能液体クロマトグラフィー(hplc)分析と測定
さらに試料の粗抽出物を薄層クロマトグラフィーで精製し、高性能液体クロマトグラフィー(hplc)で分析し、精製効果を明らかにした[29]。今回のhplc分析では不純物が少なく、coq10の決定に影響しないことが確認された。さらに結果を確認するために、検出波長を変えて別の波長のhplcを用いて基準と試料を分析することもできます。それと同時に、ある原理によるとcoq10の還元状態には吸収ピークはありません一定量の水素化ホウ素ナトリウムに追加することができるサンプル実験されと吸収ピーク検出されたさっきがなくなると確認をさらに防止することができることはコエンザムq10 (COQ10)には、[28]コンテンツのユビキノールのを得ることができるの面積の算出吸収もっとも高い値となりました。
6.展望
現在、coq10の国際市場での価格は比較的高いまた、中国では年間20t以上のcoq10が消費されており、そのほとんどが輸入に依存しており、国内市場には大きな格差があります。高収量株を得るためには突然変異育種研究を大量に行う必要があり、遺伝子突然変異や突然変異を利用して探索速度を速めること、生合成を促進するための前駆体を追加してcoq10の含有量を高めることなどが求められる。
近年では、coq10生産株の構築中国政府に広く認められています。近年、coq10を生産する組換え系統の構築が一定の成果を上げていますが、coq10の合成経路が複雑であるため、参加遺伝子が多く散在しており、大規模な工業生産を実現するためにはさらなる研究が必要です。結論からいうと、産業生産のユビキノールのを実現させるいろいろな面から起動する必要がある場合が、探査などIn vivo生経路に対し、収量性の選択、繁殖優れる製造できます発酵の最適化条件の前兆biosynthesis-promoting物質研究隔世の最適化斎戒し、などがある。
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