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 S N H 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 C H3C Penicillium spinulosum H O H C 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 O CO 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 O H H S N H N E. coli CH3 ペニシリン アシラーゼ ペニシリンG HOOC H H N H CH3 N COOH O S H2N CH3 O NH2 H CH3 O COOH 6-APA H S N Pseudomonas sp. COOH セファロスポリンC H2N S N OCOCH3 O H 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 H H S N H NH2 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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