JP3992730B2 - グルカンの酵素処理 - Google Patents

Description

本発明は、特に、しかしそれに限定するものではないが、Saccharomyces属に由来する酵母グルカンのβ−（１−６）−グルカナーゼを用いた構造修正、並びにかかる構造修正されたグルカンのワクチン及び家畜配合飼料への使用に関するものである。
発明の背景
水性動物の免疫系が効果量の酵母細胞壁グルカンの投与により刺激を受けることは欧州特許第９１１１１１４３．３号（公開番号第０４６６０３１ Ａ２号）により知られている。また、かかる水性動物に対するワクチンの効果は効果量の酵母細胞壁グルカンをワクチン抗原と共に投与することにより促進されることも知られている。
かかるグルカン組成物は、酵母であるSaccharomyces cerevisiae等に由来する粒状グルカンである。かかる粒状グルカンは高分子であり、β−（１−３）−及びβ−（１−６）−結合により結合されたグルコース単位の鎖からなり、かかるグルカンはβ−（１，３）−結合鎖及びβ−（１，６）−結合鎖をその中に有する分枝β−（１，３）−グルカンである。
かかる粒状グルカンは商品名「マクロガード（MacroGard）」としてKS Biotec-Mackzymal社から市販されており、マクロファージ／単球細胞株の強力な活性化剤である。従って、かかる粒状グルカンは免疫系に対して大きな影響を及ぼすものである。
Saccharomyces cerevisiaeに由来する粒状グルカンが魚類及び他の動物に様々な有益な効果を有するものと認識される一方で、粒状でありそれ故不溶性形態であるグルカンの使用は限定されている。
加えて、現在ではβ−（１−３）−分枝の存在が、粒状グルカンから所望される薬学的効果を得るのに寄与するものであると考えられている。
従って、β−（１−３）−結合分枝をグルカン中により容易に存在させるものとするシステムが非常に所望されている。
発明の要約
本発明により、酵母微生物、特にSaccharomyces属、中でもとりわけSaccharomyces cerevisiae、に由来する粒状グルカンを、β−（１−６）−グルカナーゼによって処理することにより、免疫系を効果的に刺激し活性が増長されたことを特徴とする修正粒状グルカンを得ることができることが発見された。
従って、本発明の１つの具体例においては、魚類及び他の動物の免疫系を刺激する増長された活性によって特徴付けられる酵母由来の新規なβ−（１−３）−グルカンが提供される。
本発明の他の具体例においては、増加された薬剤活性を有する酵母からのβ−（１−３）−グルカン生成のための新規な方法が提供される。
本発明の他の具体例においては、動物用ワクチンの活性を増強させるのに有益な酵母に由来する新規な可溶性β−（１−３）−グルカンが提供される。
本発明の更なる他の具体例においては、従来の動物用飼料における１つの成分として有用な新規な飼料グレードのグルカン組成物が提供される。
本発明の上記以外の具体例及び特長は以下の明細書及び特許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。
β−（１−６）−グルカナーゼ処理グルカン（マクロガード）の調製方法
「マクロガード」ブランドのグルカンは、欧州特許第９１１１１１４３．３号に開示されるようにSaccharomyces cerevisiaeに由来するものである。かかるグルカンは免疫系を刺激することが知られている一方で、本発明の好ましい具体例においては、その活性がβ−（１−６）−グルカナーゼによる処理により増大される。
上述のグルカンのグルカナーゼ処理は、グルカン粒子を約２０〜５０℃の温度範囲で約４〜約８のｐＨ範囲の緩衝媒体に懸濁することにより行われる。適切な緩衝媒体は、酢酸ナトリウム、酢酸アンモニウム、及びリン酸ナトリウム−カリウムからなる群から選択される。現時点において好ましい緩衝液は酢酸ナトリウム又は酢酸アンモニウムである。グルカンの酵素分解は緩衝媒体にβ−（１−６）−グルカナーゼを添加することにより開始される。
本発明における酵母グルカンの修正に適したβ−（１−６）−グルカナーゼは、Trichoderma longibrachiatum、Trichoderma reesei、Trichoderma harzianum、Rhizopus chinensis、Gibberella fujikuroi、Bacillus circulans、Mucor lilmalls、及びAcinetobactorからなる群から選択される微生物から得られるものである。それらの中で現時点で好ましいグルカナーゼはTrichoderma harzianumから得られるものである。
グルカンの処理に使用されるβ−（１−６）−グルカナーゼの量は通常は１グラムのグルカンに対して１〜５０Ｕの範囲である。
酵素分解は反応混合物を８０〜１００℃の温度範囲で、好ましくは２〜１０分間加熱することにより終了させる。酵素分解を停止させる他の方法には、例えば、プロテアーゼ又は阻害剤を反応混合物に添加すること等がある。
それらの代わりに、酵素を洗浄により単に除去することもできる。洗浄した粒子を０．３％ホルマリン（ｖ／ｖ）等の殺菌剤を添加した水に入れて再び懸濁させ、約４℃で保存する。
生じる酵素処理グルカンは、β−（１−３）−結合側鎖がβ−（１−６）−結合により付加された分枝β−（１−３）−グルカンであり、実質的にβ−（１−６）−結合鎖を含まないことにより特徴付けられる。この文脈において「β−（１−６）鎖」という語句は、１つより多いβ−（１−６）−結合グルコースユニットの分枝を包含する意のものである。β−（１−６）−グルカナーゼ酵素の分割は４より多いβ−（１−６）−結合グルコースユニットを有する鎖が大部分である分割を確実なものとする。
グルカンの利用を更に増加させるために、それは可溶化される。かかる可溶化処理は通常は可溶化剤の存在下において約７０〜９０℃の温度範囲で約３０〜６０分間行われる。現在好ましい可溶化剤はギ酸である。可溶化に続いて可溶化剤は除去され、得られたグルカンは蒸留水中で沸騰される。
本発明を実施するにあたり、グルカンを最初に酵素処理して次に可溶化することも、それとは逆に可溶化してから酵素処理することもどちらも可能である。
本発明の他の具体例において、Saccharomyces cerevisiae等の酵母に由来するβ−（１−６）−グルカナーゼ処理飼料グレードグルカンが提供される。かかる飼料グレードのグルカンは、最初に酵母細胞壁をそこからタンパク質及び脂質を抽出する条件下で水性アルカリ溶液に接触させることにより得ることが可能である。上述の抽出は約５０〜８０℃の温度範囲で約２〜８時間行われる。現時点で好ましいアルカリ抽出剤は水酸化ナトリウムである。抽出に続いて細胞壁が水性アルカリ溶液から回収され、そこから可溶性細胞壁成分を除去するために洗浄される。洗浄された酵母細胞壁は次にリン酸等の酸による処理によって中和される。その後、中和された洗浄グルカンは滅菌され、乾燥される。
飼料グレードのグルカンの処理に適した酵素は、高純度グルカンを処理するのに有用な酵素である。
酵素処理飼料グレードグルカンは、グルカン粒子を酵素処理した場合に用いたのと同様の方法により、グルカンをβ−（１−６）−グルカナーゼに接触させることにより調製される。本発明によるβ−（１−６）−グルカナーゼ処理飼料グレードグルカンは家畜用飼料の配合に有用である。
以下の実施例は本発明を例証することを目的として提供される。
例１
本実施例は本発明の実施における使用に適した免疫刺激グルカン粒子を得るために使用されるプロトコールを提供するものである。
５００ｇのSaccharomyces cerevisiaeを３リットルの６％水性ＮａＯＨ溶液中に懸濁した。この懸濁液を室温において一晩攪拌した。攪拌後、懸濁液を２０００×ｇで２５分間遠心分離器にかけた。上澄みを捨て、不溶性の残留物を３リットルの３％ＮａＯＨ溶液に再び懸濁させ、７５℃で３時間培養した後一晩冷却させた。次に懸濁液を２０００×ｇで２５分間遠心分離器にかけ、上澄みを捨てた。残留物を次に３％ＮａＯＨ溶液に再び懸濁させ、加熱し、前述したのと同様に遠心分離を行った。
次に、残った不溶性残留物のｐＨを酢酸を用いて４．５に調節した。この不溶性残留物を２リットルの水で３回洗浄し、それぞれの洗浄の後、２０００×ｇで２５分間遠心分離器にかけることにより回収した（上澄みは捨てた）。次に残留物を３リットルの０．５Ｍ酢酸水溶液中に懸濁させた。懸濁液を９０℃で３時間加熱した。次に、懸濁液を室温にまで冷却した。冷却の後、不溶性残留物を２０００×ｇで２５分間遠心分離器にかけることにより回収した。この処理（ｐＨを４．５に調節してから冷却した残留物を回収するまで）を６回繰り返した。
次に、不溶性残留物を３リットルの蒸留水中に懸濁させ、１００℃にて３０分間攪拌し、冷却し、２０００×ｇで２５分間遠心分離した。上澄みを捨てた。このようにした不溶性残留物を４回洗浄した。この残留物を次に２リットルのエタノール中に懸濁し、７８℃にて２時間加熱した。このエタノールによる洗浄を４度繰り返した。次に残留物を室温にて３リットルの蒸留水で４回洗浄しエタノールを除去し、それにより所望されるグルカン生成物の懸濁液を得た。
例２
この実施例はTrichoderma harzianumから分離されたβ−（１−６）−グルカナーゼを使用する実質的にβ−（１−６）−結合鎖を含まないグルカン粒子を得るためのプロトコールを提供するものである。
例１に従い調製された２００ｍｇのグルカン粒子を１０Ｕのβ−（１−６）−グルカナーゼと共に４０ｍｌの５０ｍＭ酢酸アンモニウム緩衝液（ｐＨ５．０）中に懸濁させ３７℃にて６時間連続して攪拌した。グルカン粒子の酵素分解を懸濁液を１００℃にて５分間加熱することにより終了させた。次に、粒子を２００ｍｌの無菌蒸留水を使用した２０００×ｇの１０分間の遠心分離により３回洗浄し、その後１８５ｍｇの乾燥酵素処理グルカンを得た。
上記の酵素処理はβ−（１−６）−結合鎖におけるβ−（１−６）−結合を分割するのみであり、分枝点から延伸するβ−（１−６）−結合グルコシル残基を除去することはない。生じる酵素処理グルカンは、β−（１−６）−結合により付加されたβ−（１−３）−結合側鎖を有する分枝β−（１−３）−グルカンであり、実質的にβ−（１−６）−結合鎖を有さないことによって特徴付けることが可能である。
例３
この例は例１により調製されたグルカン粒子をギ酸（ＨＣＯＯＨ）を使用した加水分解により可溶化させるプロトコールを提供するものである。
２．０ｇのグルカン粒子を１．０リットルの９０％ギ酸に懸濁させ、一定した攪拌の下で８０℃にて４５分間加熱した。懸濁液を３５℃まで冷却し、ギ酸を蒸発させた。加水分解された粒子を含む残留物を５００ｍｌの蒸留水中にて３時間沸騰させた後、冷却した懸濁液を０．４４μｍフィルタを通してろ過し、冷凍し、凍結乾燥して１．９ｇの乾燥可溶性粒子を得た。この凍結乾燥可溶性粒子を次に１００ｍｌの蒸留水に溶かし、５０００ダルトンの名目分子量カットオフ（NMWCO）を有する管状透析膜を使用して水道水に対して２４時間の透析を行い、最後に凍結乾燥した。これにより１．８ｇの可溶性グルカン生成物を得た。
例４
この例は例１により調製されたグルカン粒子、及び例２により調製されたβ−（１−６）−グルカナーゼ処理グルカン粒子の大西洋鮭（Atlantic salmon）の免疫反応における生物学的効果を例証するものである。
菌種番号３１７５／８８番であるAeromonas salmonicida亜種salmonicidaのＡ層（＋）分離株（Vikan Veterinary Fish Research Station, Namsos,ノルウェイ）を使用した。この細菌をブレインハートインフュージョン肉汁（Difco,USA）を用いた振とう培養機に入れて１４℃で３０時間培養し、次に、細菌を含んだ培地を３０００×ｇで１０分間遠心分離した。ペレットを０．９％生理食塩水に再び懸濁し、０．５％（ｖ／ｖ）のホルマリンを加え、１４℃で２４時間培養して殺菌した。次に、そのホルマリンを加えた培地を無菌０．９％生理食塩水で洗浄し、０．３％のホルマリンを含む０．９％生理食塩水中に２×１０⁹ｍｌ^-1細菌濃度まで再懸濁させた。細菌懸濁液を同量の生理食塩水又は異なるグルカン懸濁液（１０ｍｇ ｍｌ^-1）と混合した。最終濃度が０．３％（ｖ／ｖ）になるまでワクチンにホルマリンを加えた。
これらの実験を行うにあたり、２つのグループの実験魚を用いた。ワクチン実験においては２０〜４０ｇの２年子前の大西洋鮭を使用した。グルカン注入後の血中ライソザイム活性を測定するために血清を採取する実験においては、５０〜７０ｇの大西洋鮭を用いた。これらの魚は空気を満たした１２℃の新鮮な水が供給される１５０リットルのタンクで飼育し、市販されているad libitumペレットを１日に２回与えた。
ワクチン注射実験においては、それぞれのグループのうちの４０匹に、０．１ｍｌの異なるワクチン調製物又は対照としてグルカンを含まないワクチンをＩＰ注入した。注射の後、６、１０、及び１８週間後にそれぞれのグループのうち１０匹から吸引管（Venoject, Terumo-Europe,ベルギー）を使用して血液を採取した。血液サンプルを４℃で一晩おいて凝固させ、管を２０００×ｇで１０分間遠心分離することにより血清を採取した。それぞれの血清サンプルをミクロニック（Micronic）血清管（Flow Laboratories Ltd., Lugano,スイス）に移し、使用するまで−８０℃で保存した。
血中ライソザイム活性に対するグルカンの影響を測定するために、０．３ｍｌの異なるグルカンを含有する生理食塩水又は（−）の対照として０．３ｍｌの生理食塩水を鮭にＩＰ注入した。グルカンは１０ｍｇ ｍｌ^-1の濃度で投与した。吸引管（Venoject）を使用して、注入から１０日及び２０日後に、それぞれのグループのうち１０匹から血液サンプルを採取した。２０００×ｇの遠心分離にかけるまで管を氷上に保存し、遠心分離の後、それぞれの血清サンプルをミクロニック血清管に移し、使用するまで−８０℃で保存した。
ライソザイム活性は、ｐＨ５．７５の０．０４Ｍリン酸ナトリウム緩衝液に０．２ｍｇ ｍｌ^-1の凍結乾燥Micrococcus lysodeikticusを基質として用いた濁度測定法により測定した。血清（２０μｌ）を３ｍｌの懸濁液に加え、０．５分及び４．５分後の５４０ｎｍにおける吸光度の減少を２２℃で測定した。ライソザイム活性の１単位は０．００１分^-1における吸光度の減少と定義した。結果は１０匹の魚の血清における平均ライソザイム活性として表されている（表１及び表２）。
鮭血清中のA. salmonicidaのＡ層に対する特異的抗体のレベルを酵素結合免疫吸着アッセイ（ＥＬＩＳＡ）により測定した。Ａ層タンパク質をA. salmonicida細胞全体から精製し（Bjornsdottir等（1992）, Journal of Fish Diseases, 15:105-118）、タンパク質含有量をBio-Rad研究所（リッチモンド、ＵＳＡ）から得た染料−試薬濃縮物を用いて測定した（Bradford, M.M.（1976）, Analytical Biochemistry, 72:248-254）。ミクロ滴定プレートを、５μｇ ｍｌ^-1のＡ層タンパク質濃度を有するｐＨ９．６の５０ｍＭ炭酸緩衝液を１００μｌ使用して被覆し、４℃にて一晩培養した。ハバードシュタイン（Havardstein）等により記述された方法（Joumal of Fish Diseases（1990, 13:101-111）に従って更に手順を進めた。それぞれの血清サンプルの測定を３つの異なる希釈度（１：５００、１：１０００、及び１：２０００）で行う前に、プールされた血清サンプルの抗体滴定を行った。吸光度をマルチスキャンMCC/340 MK II（Flow Laboratories Ltd）を用いて４９２ｎｍで測定した。結果を１０匹の魚血清の１：２０００希釈における細菌のＡ層に対する平均抗体反応として表した（表１及び２）。

未処理グルカン粒子及びβ−（１，６）−グルカナーゼ処理グルカン粒子の注入は共に、注入後１０日及び２０日後双方において生理食塩水対照と比較して相当高い（ｐ＜０．０１）ライソザイム活性を誘発した。注入後２０日ではβ−（１，６）−グルカナーゼ処理グルカン粒子を注射された魚のライソザイムレベルは未処理粒子を注射された魚と比較して意味ある高さ（ｐ＜０．０５）を示した。
β−（１，６）−グルカナーゼ処理グルカン粒子が３回全てのサンプリングにおいてアジュバントを含有しないワクチンと比較して相当高い（ｐ＜０．０５）抗体反応を発生させた一方で、未処理グルカン粒子は注入後１０及び１８週において相当高い抗体反応を発生させた。β−（１，６）−グルカナーゼ処理グルカン粒子が注射後１０週間において未処理グルカン粒子よりも相当高い（ｐ＜０．０５）抗体反応を発生させたのに対して、注射後６及び１８週間では両者の間に意味ある違いは観察されなかった。

可溶化グルカン粒子の注入は、注入後１０日及び２０日後双方において未処理グルカン粒子と比較して相当高い（ｐ＜０．０１）ライソザイム活性を誘発した。可溶化グルカン粒子及び未処理グルカン粒子の間にはワクチン抗原に対する増加された抗体反応を起こさせる能力に関していかなるサンプリングポイントにおいても意味ある差異は観察されなかった。注入後１０及び１８週間において両者は共にアジュバント非含有ワクチンより相当高い（ｐ＜０．０５）抗体反応を発生させたが、注射後６週間においてはそうではなかった。
例５
この例は動物飼料への使用に適したグルカン組成物を得るためのプロトコールを提供するものである。
Saccharomyces cerevisiaeの乾燥細胞壁物質１０００ｋｇをステンレス鋼製タンク中において温度６５℃の水５３００リットルに懸濁させた。かかる細胞壁懸濁液に、苛性濃度が約３％になるように５０％ｗ／ｗＮａＯＨ２２７リットルを加えた。得られた混合物を次に約６０℃で約４時間攪拌した。
初期抽出期間の後、混合物の重量が２倍になるように懸濁液を約６５℃の水８０００ｋｇを用いてステンレス鋼の攪拌洗浄タンク中で希釈した。得られた希釈混合物を次に約１５分攪拌し、その間温度を約６０℃に保った。その後、得られた混合希釈懸濁液をノズル遠心分離器（Alfa Laval DX209）で遠心分離した。上澄みを捨てた。得られた濃縮細胞壁懸濁物を８０００ｋｇの水を入れた第二の鋼攪拌洗浄タンクに連続して導入し、最終重量が１４５００ｋｇになるように調節して混合物に水を加えた。得られた懸濁液を次に温度６０〜６５℃で１５分間混合した。その後、攪拌混合物を遠心分離にかけた。
得られた細胞壁懸濁液物を８０００ｋｇの水を含んだ第三の容器に連続して加えた。最終重量が１４５００ｋｇになるように６０℃の水を加えた。得られた懸濁液を６０〜６５℃で１５分間攪拌し、その後遠心分離にかけた。
遠心分離に続いて、得られた細胞壁濃縮物をステンレス鋼保存タンクに移し、約５〜１０℃に冷却した。得られた冷却懸濁物をステンレス鋼攪拌タンク中で固体懸濁物のｐＨが５．５〜７．５になるような量のリン酸（H₃PO₄）により処理した。
中和の後、得られた中和混合物をインラインプレート及びフレーム熱交換器を通すことにより１８秒間７５℃に加熱して滅菌した。
滅菌の後、得られた滅菌混合物を次に注入空気温度が少なくとも１４０〜１５０℃及び排気温度が約６５〜７０℃に保たれたスプレー乾燥機においてスプレー乾燥し、３００ｋｇの乾燥グルカン生成物を得た。
例６
この例は飼料グレードグルカンのβ−（１−６）−グルカナーゼによる処理のプロトコール及び効果を提供するものである。
例５に従って調製された２５ｇの飼料グレードグルカンを２リットル用コニカルフラスコ中の１．２５リットルの５０ｍＭ酢酸ナトリウム（ｐＨ５．０）に懸濁させた。グルカン粒子を振とうにより懸濁液中に保持し、懸濁液を３０℃に加熱してTrichoderma harzianumから精製されたβ−（１−６）−グルカナーゼを最終濃度が１．８Ｕ／ｇグルカンになるように加えた。
β−１，６−結合グルコースの酵素による除去の時間経過をモニターするために、異なるタイムポイントにおいて１ｍｌの懸濁液アリコットを抜き取り、２０００×ｇで遠心分離し、０．２ｍｌの上澄みの遊離還元炭水化物分析（Nelson等（1944）,Journal of Biological Chemistry, 153:315-80）を行った。グルカン懸濁液を２８時間培養し、その間遊離還元炭水化物の離脱速度は非常に低いことが観察された。グルカン粒子を次に２０００×ｇの遠心分離によりペレット化し、ｐＨ５．０の５０ｍＭ酢酸ナトリウム中で１度及び水中で１度洗浄した。
まず最初に室温でエタノールを使用してペレットの脱水素を４回行い、次に室温で空気乾燥させることによりウェットグルカンから飼料添加物としての使用に適した微細な乾燥粉末を調製した。
飼料グレードグルカンを上述したようにT.harzianum由来のβ−（１−６）−グルカナーゼにより処理した。結果は表３に示されてしいる。

Claims (4)

1. 魚類の免疫系の刺激用組成物の調製における、酵母供給源に由来する構造的に変更した分枝β−（１−３）−グルカンの使用であって、該グルカンはβ−（１−３）結合鎖を有し、該β−（１−３）結合鎖はβ−（１−６）結合により付加され、該グルカンはβ−（１−６）結合鎖を実質的に含まないことを特徴とする使用。
2. 前記グルカンは４より多いβ−（１−６）結合グルコースユニットの鎖を含まないことを特徴とする請求項１に記載の使用。
3. 前記グルカンは不溶性であることを特徴とする請求項１に記載の使用。
4. 前記グルカンは可溶性であることを特徴とする請求項１に記載の使用。