CH629852A5 - Verfahren zur herstellung von ubichinon-10. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Ubichinon-10 durch Züchten eines Ubichinon-10 erzeugenden Mikroorganismus der Gattung Sporidiobolus oder der Gattung Oosporidium.
Ubichinon ist eine allgemeine Bezeichnung für eine Reihe von Verbindungen der allgemeinen Formel:
0
CH,0
CH-,0
0
Ubichinon-10 ist eine Verbindung der obigen allgemeinen Formel, worin n = 10 ist, d.h. eine Verbindung, die 10 Isopreneinheiten in der Multiprenylseitenkette enthält.
Ubichinon-10 ist ein physiologisch wichtiges Derivat von Ubichinon, das im Tierreich und im Pflanzenreich weit verbreitet ist und in die Endstufe des Elektronentransportsy-stems von Lebewesen einbezogen ist.
Es wurde kürzlich berichtet, dass diese spezielle Verbindung wie andere Ubichinon-Homologe bestimmte pharmakologische Aktivitäten aufweist, wie eine lindernde Wirkung auf die Herzinsuffizienz, und bestimmte physiologische Aktivitäten aufweist, wie eine stimulierende Wirkung auf die Oxydations-Redulctions-Aktivität von Myocard-Mitochon-drien bei Menschen und Säugetieren, wie Hunden und Ratten (z.B. Seikagaku Zikken Koza, Bd. 13, S. 681-682, Tokyo Kagaku Dozin, 1975). Ubichinon-10 wurde klinisch per os an Patienten mit Herzinsuffizienz verabreicht, normalerweise in regelmässigen Dosen von 0,5 bis 1 mg pro kg und Tag bei erwachsenen Menschen.
Ein Verfahren zur Erzeugung von Ubichinon-10 durch Extrahieren desselben aus tierischem Gewebe ist allgemein bekannt. Jedoch ist es ausserordentlich schwierig, Ubichinon-10 in technisch signifikanten Mengen in industriellem Massstab herzustellen, teils wegen der beschränkten Zugänglichkeit derartiger Quellen und teils, weil die Verbindung nur in geringen Prozentsätzen vorkommt. Es ist bekannt, dass bestimmte Bakterienstämme von Gattungen, wie Pseudomonas, Agrobacterium usw., Pilzstämme von Gattungen, wie Neurospora, Aspergillus, Aureobasidium usw., Hefestämme von Gattungen, wie Rhodotorula, Crypto-coccus, Candida, Torulopsis, Trichosporon, Sporobolo-myces, Bullera, Rhodosporidium, Schizosaccharomyces usw., und Basidiomycetenstämme von Gattungen, wie Tre-mella, Ubichinon-10 in ihren Zellen anzureichern vermögen. Nichtsdestoweniger wurde noch kein technisches Verfahren entwickelt, das sich dieser Organismen bedient, unter anderem wegen der ungeeigneten Menge an Ubichinon-10, die in den Zellen angereichert wird.
Im Falle von Bakterien haben die Zellen erstens eine Neigung, durch Bakteriophagen infiziert zu werden und ihre Zellaktivitäten im Verlauf der Fermentierung zu verlieren, und zweitens ist das Isolieren der Zellen durch Zentrifugieren oder Filtrieren schwierig und dauert lange, weil die Zellen sehr klein sind.
Andererseits ist im Falle von Hefen, Pilzen und Basidio-myceten die Ausbeute an Ubichinon-10 nicht befriedigend.
Vor diesem Hintergrund wurden umfangreiche Untersuchungen über die Möglichkeit, ein technisch vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Ubichinon-10 zu entwickeln, ausgeführt. Die Untersuchungen führten zu der Feststellung, dass bestimmte Mikroorganismen, die zu der Gattung Sporidiobolus oder der Gattung Oosporidium gehören, Ubichinon-10 intrazellulär in grosser Menge anzureichern vermochten; von keinem dieser Mikroorganismen war bekannt gewesen, dass sie Ubichinon-10 erzeugten.
Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein mikrobielles Verfahren zur Herstellung von Ubichinon-10, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen Mikroorganismus der Gattung Sporidiobolus oder der Gattung Oosporidium, der Ubichinon-10 zu erzeugen vermag, in einem Nährboden, dereine Quelle von assimilierbarem Kohlenstoff und eine Quelle von assimilierbarem Stickstoff enthält, züchtet, bis Ubichinon-10 wesentlich angereichert worden ist, und das Ubichinon-10 gewinnt.
Im erfindungsgemässen Verfahren können beliebige Stämme der Gattung Sporidiobolus oder der Gattung Oosporidium, die Ubichinon-10 zu erzeugen vermögen, mit Vorteil in geeigneter Weise verwendet werden. Zu den Stämmen, die vorteilhafterweise verwendet werden können, gehören Sporidiobolus johnsonii IFO-6903 (ATCC-20490) und Sporidiobolus ruinenii CBS-5001 (IFO-1689, ATCC-20489), Oosporidium margaritiferum CBS-2531 (ATCC-10676, IFO-1208) und Oosporidium margaritiferum CBS-6177 (IFO-1688), um nur einige wenige zu nennen. Diese Milcroorganismen-stämme wurden bei Centraal Bureau voor Schimmelcultures (CBS), Baarn, Niederlande; The Institute for Fermentation (IFO), Osaka, Japan; bzw. The American Type Culture Collection (ATCC), Rockville, Maryland, U.S.A. unter den oben genannten Nummern hinterlegt.
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Es sei daraufhingewiesen, dass sachdienliche Beschreibungen von CBS-2531 und CBS-6177 in der CBS List of Cultures, 28. Auflage (1972) auf Seite 305 enthalten sind; IFO-6903 ist in IFO List of Cultures, 5. Auflage ( 1972) auf Seite 181 beschrieben; und eine Beschreibung von CBS-5001 findet sich in Lodder, The Yeasts, 2. Auflage, auf den Seiten 827 bis 830.
Die Züchtung derartiger Mikroorganismen, die erfin-dungsgemäss verwendet werden, kann unter Verwendung eines geeigneten Nährbodens erfolgen, der neben Quellen von assimilierbarem Kohlenstoff und Quellen von assimilierbarem Stickstoff auch anorganische Salze, Vitamine usw. enthält. Die Kohlenstoffquellen können beliebige Materialien sein, welche die verwendeten Mikroorganismen zu assimilieren vermögen, einschliesslich von Kohlehydraten (z.B. Glucose, Saccharose, Maltose, Dextrin, lösliche Stärke, Stärke, Melasse usw.), Glycerin, Ölen und Fetten (z.B. Olivenöl, Reiskleienöl usw.), organischen Säuren (z.B. Essigsäure, Milchsäure, Fumarsäure, Bernsteinsäure, Zitronensäure usw.), Alkoholen (z.B. Äthanol, Propanol usw.) und anderen Quellen. Als Stickstoffquellen können unter anderem genannt werden: Malzextrakt, Pepton, Sojabohnenextrakt, Fleischextrakt, Hefeextrakt, Maisquellflüssigkeit, Harnstoff, Ammoniumsalze (z.B. Ammoniumsulfat, Ammoniumchlorid usw.), Nitrate (z.B. Ammoniumnitrat, Natriumnitrat usw.) und andere organische und anorganische stickstoffhaltige Materialien. Erforderlichenfalls können auch geeignete Mengen von anorganischen Salzen (z.B. Natriumchlorid, Phosphate usw.), Metallsalzen (die Sulfate, Hydrochloride, Nitrate und anderen Salze von Calcium, Magnesium, Mangan, Eisen usw.), Spuren-Nährstoffen (z.B. Vitamine, Aminosäuren, Nucleotide usw.), anderen günstig wirkenden Substanzen (z.B. p-Hydroxybenzoesäure, Choris-minsäure, Shikimisäure usw.) und dergl. zugesetzt werden; insbesondere ist ein Zusatz von mindestens 10 jig pro Liter, vorzugsweise 1000 ug pro Liter bis 30000 [xg pro Liter, p-Hydroxybenzoesäure wirksamer zur Erhöhung der Ausbeute der gewünschten Verbindung. Auch Salze (z.B. das Natriumsalz, das Kaliumsalz usw.) der p-Hydroxybenzoesäure und Fettsäureester (z.B. der Äthylester, der n-Nonyl-ester, der Laurylester usw.) von p-Hydroxybenzoesäure sind verwendbar.
Obgleich beliebige stationäre und Schüttelkulturmethoden angewandt werden können, ist im allgemeinen die submerse Kultur unter aeroben Bedingungen vorteilhaft. Im allgemeinen liegt die Bebrütungstemperatur zweckmässig im Bereich von 15 bis 40°C, wobei die Züchtung zweckmässig ca. 10 Stunden bis ca. 10 Tage lang fortgesetzt wird, wobei der pH-Wert des Nährbodens im Bereich von 2 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 8, gehalten wird. Aus der resultierenden Brühe werden die Zellen durch Verfahren wie Zentri-fugieren oder Filtrieren abgetrennt und gewonnen. Weil das Ubichinon-10 in den so geernteten Zellen angereichert ist, können diese nach geeigneter Verarbeitung (z.B. Trocknen, Mahlen usw.) direkt als Nährmittel oder als pharmazeutische Mittel verwendet werden. Erforderlichenfalls kann Ubichinon* 10 aus dem zelligen Produkt isoliert werden.
Die Isolierung von Ubichinon-10 aus den Zellen kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Ubichinon-10 ist ein neutrales Lipid. Es ist in Wasser unlöslich, in polaren organischen Lösungsmitteln löslich und in nichtplaren Lösungsmitteln, insbesondere Kohlenwasserstoffen, gut löslich. Die Isolierung wird durch Ausnützung der obigen Eigenschaften ausgeführt. Im folgenden wird ein typisches Isolierungsverfahren für Ubichinon-10 beschrieben: Die Zellen werden zu Äthanol gegeben und unter Erhitzen auf 50 bis 90°C eine bis mehrere Stunden lang extrahiert. Die Phospholipide und anderen verseifbaren Komponenten der Zellen können aber auch zuerst mit einem Gemisch auf Methanol, Natriumhydroxyd und Pyrogallol verseift werden, worauf ein mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel, wie n-Hexan, zu der verseiften Flüssigkeit zugesetzt wird, um das Ubichinon-10 zu extrahieren. Danach kann der Extrakt einem fraktionierten Reinigungsverfahren, z.B. unter Verwendung von Kieselgel oder Florisil (Floridin Co., USA) unterworfen werden, um die genannte Verbindung zu isolieren.
Die Identität des so aus den Zellen extrahierten Ubichinon-10 kann durch Papierchromatographie, Dünnschichtchromatographie, Elementaranalyse, Schmelzpunktsbestimmung, Infrarot- und Ultraviolettabsorptionsspektro-metrie, magnetische Kernresonanzspektrometrie, Massen-spektrometrie und andere Verfahren bewiesen werden.
Quantitative Bestimmungen können z.B. nach dem Verfahren von Redfarn [Methods in Enzymology, Band 10, S. 381 (1967)] vorgenommen werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Teile sind Gewichtsteile, wenn nichts anderes angegeben ist, und Teile verhalten sich zu Volumenteilen wie g zu ml; Prozentangaben sind auf das Verhältnis Gewicht/Volumen bezogen, wenn nichts anderes bemerkt ist.
Beispiel 1
Ein kleiner Fermentationsbehälter (mit einem Fassungsvermögen von 5000 Vol.-Teilen) wurde mit 3000 Vol.-Teilen eines Nährbodens (pH=6,0) beschickt, der 3% Glucose, 1% Polypepton, 0,5% Hefeextrakt und 0,5% Malzextrakt enthielt. Der Nährboden wurde durch Erhitzen in herkömmlicher Weise sterilisiert und abgekühlt. Dieser Nährboden wurde mit 150 Vol.-Teilen einer Vorkultur von Sporidiobolus ruinenii CBS-5001 geimpft, die hergestellt worden war, indem man den gleichen Stamm auf einem Nährboden mit der gleichen Zusammensetzung wie oben einen Tag bei 28°C züchtete. Der beimpfte Nährboden wurde bei 28°C und unter Rühren mit 800 Umdrehungen pro Minute sowie unter Durchblasen in einer Menge von 3000 Vol.-Teilen pro Minute 24 Stunden lang bebrütet. Während dieser Fermentie-rungszeit wurde der Nährboden mit Ammoniak und Schwefelsäure auf pH=6,0 gehalten.
Die resultierende Fermentierungsbrühe wurde zentrifu-giert, um die Mikrobenzellen zu ernten, und diese wurden mit Wasser gewaschen und ein zweites Mal zentrifugiert, worauf eine lebende Zellpaste erhalten wurde. Es wurde eine Menge an Zellen erhalten, die 54 Teilen auf Trockanbasis äquivalent war und 920 ug Ubichinon-10 pro g trockene Zellen enthielt.
Die feuchten Zellen wurden in 750 Vol.-Teilen Äthanol suspendiert und durch einstündiges Erwärmen auf 60°C extrahiert. Insgesamt drei Extraktionen wurden in ähnlicher Weise ausgeführt; die Extrakte wurden vereinigt, mit Wasser verdünnt und weitere dreimal mit 1000 Vol.-Teilen n-Hexan extrahiert. Die n-Hexanschicht wurde unter vermindertem Druck zur Trockene eingeengt, wobei 4,12 Teile eines gelben Öls erhalten wurden. Dieser ölige Rückstand wurde in 6 Vol.-Teilen Benzol gelöst und durch eine mit Floridil (0,075 bis 0,15 mm Teilchengrösse) gefüllte Säule (Fassungsvermögen 500 Vol.-Teile) geleitet. Die Eluierung erfolgte unter Verwendung von Benzol, und das Eluat wurde in Fraktionen von je 10 Vol.-Teilen aufgefangen. Jede Fraktion wurde durch Dünnschichtchromatographie und Farbreaktionen analysiert, und die an Ubichinon-10 reichen Fraktionen wurden vereinigt und unter vermindertem Druck eingeengt. Durch dieses Verfahren wurden 0,562 Teile eines gelben Öls erhalten. Dieses Produkt wurde in 5 Vol.-Teilen Chloroform gelöst, auf eine Dünnschichtplatte von Kieselgel GF 254 (Kieselgel mit Calciumsulfat) aufgebracht und mit Benzol entwickelt. Die Ubichinon-10 entsprechenden Fraktionen wurden extrahiert, wobei 0,054 Teile eines gelben Öls
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erhalten wurden. Dieses Öl wurde in 10 Vol.-Teilen Äthanol gelöst und abkühlen gelassen, worauf0,029 Teile gelbe Kristalle von Ubichinon-10 erhalten wurden.
Die physikalischen Eigenschaften dieser Kristalle -Schmelzpunkt 48 bis 50°C, Ultraviolettspektrum:
l'äano1 275 nm; und Massenspektrum: m/e, M+862, Hydro-chinonform 864, Pyryliumionenpeak 235, Benzyliumionen-peak 197 - zeigten, dass das ölige Produkt mit Ubichinon-10 identisch war.
Beispiel 2
Nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurde Sporidiobolus johnsonii IFO-6903 gezüchtet, um eine lebende Zellpaste zu erhalten (45 Teile auf Trockenbasis). Die Zellen enthielten 520 ug Ubichinon-10 pro g trockene Zellen. Die Zellen wurden wie in Beispiel 1 behandelt, wobei 13,6x 10"3 Teile gelbe Kristalle von Ubichinon-10 erhalten wurden. Die Identifizierung des Produktes wurde nach ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 1 ausgeführt.
Beispiel 3
Portionen von je 30 Vol.-Teilen eines Nährbodens mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 wurden in 200 Vol.-Teile-Kolben verteilt und sterilisiert. Jeder Kolben wurde mit einer Öse voll Oosporidium margaritiferum CBS-2531 geimpft und 1 Woche lang bei 24°C bebrütet. 1620 Vol.-Teile der bebrüteten Kulturbrühe wurden gesammelt. Die Zellen wurden aus der Brühe geerntet. Das obige Verfahren ergab 169 Teile feuchte Zellen (entsprechend 41 Teilen trok-kenen Zellen), die 450 ug Ubichinon-10 pro g trockene Zellen enthielten. Die Zellen wurden wie in Beispiel 1 behandelt und ergaben 4,47 Teile eines gelben öligen Produktes. Dieses Produkt wurde wie in Beispiel 1 weiter behandelt, wobei 11 x 10~3 Teile gelbe Kristalle von Ubichinon-10 erhalten wurden. Die Identifizierung des Produktes erfolgte wie in Beispiel 1.
Beispiel 4
Nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 3 wurde Oosporidium margaritiferum CBS-6177 gezüchtet, wobei 1020 Vol.-Teile bebrütete Kulturbrühe erhalten wurden. Die Zellen wurden aus der Brühe geerntet. Das obige Verfahren ergab 120 Teile feuchte Zellen (entsprechend 25 Teilen trok-kenen Zellen), die 550 (ig Ubichinon-10 pro g trockene Zellen enthielten. Die Zellen wurden wie in Beispiel 1 weiter behandelt, wobei 5,6x 10~3 Teile gelbe Kristalle von Ubichinon-10 erhalten wurden. Die Identifizierung dieses Produktes mit Ubichinon-10 wurde ähnlich wie in Beispiel 1 ausgeführt.
Beispiel 5
Ein Fermentierungsgefäss mit 200 Vol.-Teilen Fassungsvermögen wurde mit 30 Vol.-Teilen eines Nährbodens (pH=6,0) beschickt, der 3% Glucose, 1% Polypepton, 0,5% Hefeextrakt und 0,5% Malzextrakt enthielt. Der Nährboden wurde durch Erhitzen in herkömmlicher Weise sterilisiert und abgekühlt. Dieser Nährboden wurde mit Sporidiobolus johnsonii IFO 6903 geimpft. Der geimpfte Nährboden wurde unter Rühren 48 Stunden lang bei 28°C bebrütet, um eine Impfkultur herzustellen.
Ein Fermentationsbehälter (5000 Vol.-Teile Fassungsvermögen) wurde mit 3000 Vol.-Teilen eines Nährbodens beschickt, der 6% Glucose, 0,3% Trockenhefe, 0,12% KCl, 0,1% MgS04,0,02% FeS04,0,2% (NH4)2S04,0,5% Harnstoff, 0,015% CaCk, 0,25% H3PO4,0,002% ZnS04,0,001% MnS04, 0,0005% CuS04,5xl0-5% Vitamin Bi und 5 x 10-4% p-Hydroxybenzoesäure enthielt. Der Nährboden wurde durch Erhitzen in herkömmlicher Weise sterilisiert und abgekühlt.
Dieser Nährboden wurde mit 150 Vol.-Teilen der Impfkultur geimpft, und der geimpfte Nährboden wurde unter Rühren mit 800 Umdrehungen pro Minute und Durchblasen in einer Menge von 3000 Vol.-Teilen pro Minute 21 Stunden lang bei 28°C bebrütet. Während dieser Fermentierungszeit wurde der Nährboden mit Ammoniak und Schwefelsäure auf pH=6,0 gehalten.
Die resultierende Fermentierungsbrühe wurde filtriert, um die Mikrobenzellen zu ernten.
Das obige Verfahren ergab 380 Teile feuchte Zellen (entsprechend 84 Teilen trockenen Zellen), die 740 jig Ubichinon-10 pro g trockene Zellen enthielten.
Die Zellen wurden wie in Beispiel 1 behandelt und ergaben 0,038 Teile Kristalle von Ubichinon-10.
Beispiel 6
Ein Fermentierungsgefäss (200 Vol.-Teile Fassungsvermögen) wurde mit 30 Vol.-Teilen eines Nährbodens (pH=6,0) beschickt, der 6% Glucose, 0,5% Hefeextrakt, 0,12% KCl, 0,1% MgS04,0,02% FeS04,0,3% (NH4)2S04, 0,3% Harnstoff, 0,15% H3PO4, 0,002% ZnS04,0,001% MnS04,0,0005% CuS04,5x 10"5% Vitamin Bi, 5x 10"4% p-Hydroxybenzoesäure und 0,3% CaC03 enthielt. Der Nährboden wurde durch Erhitzen in herkömmlicher Weise sterilisiert und abgekühlt. Dieser Nährboden wurde mit Oosporidium margaritiferum CBS-2531 geimpft. Der geimpfte Nährboden wurde 144 Stunden lang bei 24°C bebrütet.
2010 Teile der resultierenden Fermentierungsbrühe wurden filtriert, um die Mikrobenzellen zu ernten.
Das obige Verfahren ergab 250 Teile feuchte Zellen (entsprechend 40 Teilen trockenen Zellen), die 760 jig Ubichinon* 10 pro g trockene Zellen enthielten.
Die Zellen wurden wie in Beispiel 1 behandelt und ergaben 0,022 Teile gelbe Kristalle von Ubichinon-10.
Beispiel 7
Nach einem ähnlichen Verfahren wie in Beispiel 6 wurde Oosporidium margaritiferum CBS-6177 gezüchtet, wobei 210 Teile feuchte Zellen (entsprechend 43 Teilen trockenen Zellen), die 750 jig Ubichinon-10 pro g trockene Zellen enthielten, erhalten wurden.
Die Zellen wurden wie in Beispiel 1 behandelt und ergaben 0,02 Teile gelbe Kristalle von Ubichinon-10.
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Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von Ubichinon-10, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Mikroorganismus, der zur Gattung Sporidiobolus oder zur Gattung Oosporidium gehört und Ubichinon-10 zu erzeugen vermag, in einem Nährboden, der eine Quelle von assimilierbarem Kohlenstoff und eine Quelle von assimilierbarem Stickstoff enthält, züchtet, bis Ubichinon-10 wesentlich angereichert worden ist, und das Ubichinon-10 gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Mikroorganismus verwendet, der zur Gattung Sporidiobolus gehört.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Mikroorganismus verwendet, der zur Gattung Oosporidium gehört.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Nährboden verwendet, der p-Hydroxyben-zoesäure enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Mikroorganismus Sporidiobolus john-sonii oder Sporidiobolus ruinenii verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Mikroorganismus Oosporidium mar-garitiferum verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Mikroorganismus Sporidiobolus johnsonii IFO-6903 verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Mikroorganismus Sporidiobolus ruinenii CBS-5001 verwendet.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Mikroorganismus Oosporidium margaritiferum CBS-2531 verwendet.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man als Mikroorganismus Oosporidium margaritiferum CBS-6177 verwendet.
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