発酵によってユビキノンコエンザイムq10を生成するには?

コエンザイムQ10 (ubiquinOne-10, COenzyme Q10, コエンザムq10を), also known as ubiquinone (hereinafter referred to as コエンザムq10を). Its molecular formula is C59 H90 O4 and molecular weight is 863. The structural formula is as follows:

UbiquinoneコエンザイムQ10 is a fat-soluble quinone compound with orange-yellow crystals at room temperature and a melting point of 49 ℃, and it is odorless and tasteless [1].The physiological functions of コエンザムq10を are mainly attributed to the redox properties of the quinone moiety and the physical properties of the isoprenoid side chain. Studies have shown that コエンザムq10を in the reduced state and isoprene monomers with all trans structures have higher activity and pharmacological effects than コエンザムq10を in the oxygenated state and isoprene monomers with all cis structures.

コエンザムq10 (コエンザムq10を)には初めて確認されたダニの役割を十分ムーアらは昭和15年(1940年)しかしを引くことができなかっん臨床注目た1957年、鶴ら清めコエンザムq10 (コエンザムq10を)には牛からmyocardiumその化学構造を測ると実际にとして重要な役割を果たし、コエンザムq10確認でいる過程の空母呼吸器輸送チェーン哺乳動物である。

UbiquinoneコエンザイムQ10 脂溶性電子のキャリアとされるNADHデヒドロゲナーゼ(ユビキノン)間コハク酸デヒドロゲナーゼ複雑な呼吸器連鎖の中にあってbcカードはセルラーenergy-generating要素のでは抗酸化、押しセルラー代謝の作用があると自然とは心血管系疾患の治療にことが重要だ」とし、人间の免疫改善や人間免疫系の疾患がいい。天然の抗酸化物質として、健康や美容に使用できます[2]。中国ではcoq10カプセルの使用が年々増加しているが、原料は基本的に輸入に依存しており、安価なcoq10の原料や調製品を国内で大量に生産する必要がある。

1 coq10製造方法

coq10は植物や動物の組織や微生物に広く存在しています。一般的に微生物は高レベルのcoq10を含むが、植物や動物の組織は低レベルのcoq10を含むため、微生物はcoq10の良い供給源となっている。

UbiquinoneコエンザイムQ10 動物や植物の組織抽出、微生物発酵、化学合成の3つの方法によって調製することができます。現在、韓国では動物と植物の組織採取が主に使われている。海外では微生物発酵が主流で、特に日本では1977年に微生物発酵によるcoq10の工業生産が実現しています。

化学合成法の特徴は、過酷な条件と多くのステップである。また、coq10のイソプレンモノマーの多くはシス構造であり、生物活性がなく、副生成物の含有量が多いため、精製コストが高い。動物および植物組織の抽出法は、主にチトクロムc抽出後のブタの心臓の残渣から行われる。動物組織中のcoq10の含有量は低く、新鮮なブタの心臓1 kgあたりの収量はわずか75 mgであり[3]、大規模生産は原料および供給源の制限によって制限されています。

対照的に、の生産 Ubiquinone コエンザイムQ10 by microbial fermentation has several basic advantages: (1) the fermentation product is natural, biologically active, and easily absorbed by the human body; (2) there is no limitation of raw materials, and the production capacity can be increased through scale-up. However, its limited content, low efficiency, and high production cost limit industrialization to a certain extent. If we can choose suitable strains for genetic modification, directional selection of strains with excellent performance, so as to increase the content of コエンザムq10を in the bacterium, the production cost will be greatly reduced.

2 coq10製造のための微生物発酵の進歩

2 .1系統の選定

自然界の微生物にはcoq10が多く含まれているにもかかわらず、発酵生成物は様々なcoq10コンジェナーの混合物であるため、coq10精製のコストが高い。したがって、coq10の発酵のための菌株の選択が最も重要です。coq10の発酵に使用された微生物を表1に示します。

表1 coq10の内容量  [4]の生物に微生物

上の表から、光合成細菌(以下、psb)の体内にcoq10が多く含まれていることがわかります。分類学的には、psbはrhodobacteroidetes門に属し、rhodobacteriaceae科とrhodobacteriaceae科に分けられる。r . capsulatusとr . sphaeroidesはrhodobacteriaceae科に属し、coq10生産株の理想的な選択肢の1つである。

2 .2系統の遺伝子改変

コエンザイムq10 野生株の生産能力は生産ニーズを満たすには不十分であり、従来の突然変異導入法や遺伝子工学技術を用いて遺伝子組み換えを行うことが可能である。 

2 .2 .1 coqの代謝調節のための育種10

1976年、ロドニーはcoq10に関する国際会議において、coq10の微生物合成経路は主に芳香環合成とイソプレニル側鎖の生合成経路に分けられることを提唱した。芳香環とイソプレニル側鎖の生合成経路と細菌の代謝調節機構によると、工業発酵におけるcoq10の高収量株の繁殖のための選択経路は、次のように分けられる。

(1) 栄養不足の変異株の選択と育種

olsonとrudney[5]は、カロテノイドとcoq10の両方がポリイソプレンによって前駆体として同化され、カロテノイドの産生を減少させるとcoq10の生合成が促進されることを発見した。そのため、緑のpsb変異株を選択すると、coq10の含有量が増加する可能性がありました。[6] r . sphae- roides ky-4113を変異体化し、野生株と比較してcoq10含有量が10 ~ 20%増加した緑色変異株を得た。

(2) 代謝拮抗性変異株の選択と育種

coq10の合成またはそれに関連する同化作用に対する阻害剤の除去はcoq10レベルを上昇させた。吉田ら[6]は、前駆体、阻害剤、およびそれらの構造類似体(エチルチオニン、l-メチオニン、メチルナフトキノン、およびダノルビシン)の変異株をcoq10合成に対してスクリーニングし、野生株より10 ~ 20%高いレベルのagrobacterium tume " aciens変異株を得た。アシエンス変異株は野生株と比較して10 ~ 20%高い。

さらに、栄養欠乏変異株や構造類似体に耐性を持つ二重変異株などの組み合わせ変異株を複数の経路に応じて選択することで、目標製品の収量を大幅に増加させることができます。

2 .2 .2遺伝子組換え系統の構築

を分子生物学技術て键を探せ酵素遺伝子のユビキノールの生産緊張が、この遺伝子導入など生産行為に离DNAの技術によって、コピー番号の暗号鍵を増やしていく酵素ジーンと効率的に表現する能力が強化さUbiquinoneコエンザイムQ10を合成しこれ基本ルート组换え建設で役立てコエンザムQ10 (COQ10)には発酵株。

異なる生物におけるcoq生合成の律速段階は、パラベンポリイソプレンピロホスホトランスフェラーゼによって触媒されるポリイソプレンとヒドロキシ安息香酸の縮合である。この酵素の研究により、比較的広い基質特異性を有することが示されている[7]。この原理に基づいて、ubia遺伝子を大腸菌からクローニングしてpsbに導入し、この遺伝子の発現を増強してcoq10の高収量株を得ました。

一方、psbは遺伝子工学の成熟した受容体ではないため、その受容体として大腸菌を用いた代謝経路の探索に目が向けられました。coqの主な構成要素の側鎖長は、大腸菌のispb、酵素coq1、光合成細菌のdds1などの遺伝子によって制御されている。大腸菌は高密度培養が容易で、外因性遺伝子の発現システムが確立されていますが、大腸菌が合成するcoqの主成分はcoq8です。

事態が続いているため、遺伝子の長さを制御する側のクローンチェーンのユビキノールの(dds1) 1994に紹介し大肠菌に植え付けるわけです细胞から同時に使えるispB、側チェーンCOQ8の制御遺伝子で実现したホンモノの规模化生产のユビキノールの大腸菌组换えちゃう!現在、大腸菌でcoq10を合成することが可能であることが食品等から示されている[8,9]。

2 .3発酵条件の最適化

代謝制御理論を応用して、高収量変異株の選抜育種や、発酵収量向上のための組換え菌株の構築を行うだけでなく、生産菌の発酵条件を最適化することも、発酵収量向上のための重要かつ有効な方法です。

2 .3 .1培養液の最適化

コエンザイムq10に含まれる 培地の組成を決定するために、種々の炭素源、窒素源、成長因子および無機塩を選択して発酵、最適化実験を行った。金属イオン、特にmg2 +、fe2 +、mn2 +は、r . sphaeroidesの発酵によってcoq10の生成を促進することが示されている。12を追加。2 mmol / l mgso4, 1。 8 mmOl / L FeSo4  o・7H2の0です9 mmol / l mnso4 -7 h2 oはcoq10収量を2.0 mg/g乾燥wtから2.0 mg/g乾燥wtに増加させた。9 ~ 9。 6 mg/g乾燥重量物(朝日化学工業株式会社,ja - pan, 1981)。さらに、前駆体は生産物の収量を大幅に増加させることができ、特定の条件下では、細菌内の同化生成物の流れを制御する。coq10発酵の際に添加される前駆体として、p-ヒドロキシ安息香酸、メバロン酸、イソペンテノール、ゲラニオールが報告されている[10]。

2 .3 .2培養条件の最適化

(1) Mixing-Aeration

coq10の生成に対する撹拌と曝気の効果は、菌株によって異なり[11]、coq10の生成を促進するものと抑制するものがある[4,12]。既存の研究によると、攪拌と曝気はr . sphaeroidesによるcoq10の生産に不利である。坂戸らは、r . sphaeroides ky8598発酵を用いてcoq10製造に対する攪拌と曝気の影響を調べた[13]。その結果、細菌の成長は、酸化還元電位(orps)が- 150 mmで最も良く、coq10産生は- 200 mmで最も良く、酸素供給の制限が細菌の成長とcoq10産生の両方に有利であることが分かりました。

吉田らは、上記の研究に基づいて、酸素供給がr . sphaeroidesの微細構造に及ぼす影響を電子顕微鏡で観察した[6]。内膜に示すされoxygen-limited条件下栽培されているている細菌の开発は顺调に具合に構造は重層的であったによって外地1994のphotoreactionセンターが置かれていたよりも高いコンテンツのユビキノールのにつながるかもwell-oxygenated環境です栽培されている細菌の

(2)日光

rhodobacter sphaeroidesは、特殊な嫌気性細菌による光合成と好気性呼吸・発酵の両方を行うことができ、carとexcellは、光の中の嫌気性条件下ではpsbによるcoq10産生が高いが、暗の好気性条件下に移行すると急激に減少することを報告している[4]。

(3)孵化時間

吉田らは、coq10の含有量が安定化前の時期に高いことを見いだした[6]。zhu xufenらはまた、coq10の細菌中の含有量は、潜伏期間が長くなるにつれて増加し、安定化前の中間期に最高レベルに達し、その後低下し始めることを見いだした[14]。

2 .図4微生物細胞からのcoq10抽出

微生物細胞からcoq10を抽出するには、非saponifiedとsaponifiedの2つの方法があります。非saponifiable抽出法は、得られる抽出物の量がsaponificationによって得られる抽出物よりも少ないにもかかわらず、coq10を破壊しないという利点がある[15]。saponificationは、脂溶性物質を抽出するための古典的な方法であり、単純ですがコストがかかり、現代の工業生産では排除されています[1,16]。今回提案したアルカリ化法は、ピロガ酸やエタノール溶剤の消費を完全に排除し、酸破砕セルを直接サポニウム化することで、生産コストを大幅に削減することができ、工業化大量生産への適用が可能となります。

3展望

現在、price of CoQ10 products on the market is high. Especially in China, most of CoQ10 products are imported, which is due to the low fermentation content of strains and the low yield of isolation and purification. Therefore, in order to realize the industrial production of CoQ10 by microbial fermentation, it is necessary to use conventional microbial breeding methods and recombinant DNA technology to genetically modify the production strains, increase the content of intracellular CoQ10, and optimize the extraction route to reduce the cost of extraction and isolation.

参考:

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