CN116083407A - 用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明属于酶制剂技术领域,尤其涉及一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,包括热稳定头孢菌素酶、甘露醇、海藻糖、还原剂、甘油、表面活性剂、缓冲盐和金属离子。本发明的热稳定头孢菌素酶组合物可耐受平皿培养基生产过程中的较高温度,具有较好的热稳定性,可用于相关产品中添加。

Description

用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物
技术领域
本发明属于酶制剂技术领域,尤其涉及一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物。
背景技术
抗感染药物在人体发挥抗菌作用的同时本身不能带有潜在的感染,因此对这类药物如果是注射剂型,要求无菌检测是阴性,如果是口服制剂,则对微生物有限度要求。无菌的抗生素药品是指法定药品标准中列有无菌检查项目的制剂和原料药,包括注射剂、眼用制剂、无菌软膏剂、无菌混悬剂等。这些药品需要在生产过程中对可能引起微粒、微生物和内毒素的潜在的污染进行严格的控制,此过程包括生产的原材料、设备设施、包装材料以及生产环境和过程等多方面,因此药品的生产过程中须对各个环节进行严格的检测和把控。
预制培养皿是一种含有固体琼脂培养基的能够进行微生物培养的玻璃或塑料的圆形器皿,预灌装培养平皿,适用于洁净环境的沉降菌、浮游菌及表面菌的检测。广泛应用于制药行业环境微生物检测,但是对于抗生素药品的无菌检测,由于生产环境本身残留的抗生素对微生物具有抑制作用,采集生产环境样品的培养皿在正常培养条件下无法生长,因此无法真实反应生产环境的微生物污染情况或者微生物负载。头孢类抗生素药物的特殊性使生产环境及设备设施上可能会有的药物残留导致在进行环境和设备设施无菌检测时出现假阴性的结果。为了克服抗生素的抑菌作用,培养基中通常加入抗生素的中和剂或者灭火剂以消除抗生素的抑菌作用,常用的是抗生素的水解酶,对于头孢类抗生素的生产环境检测适用的平皿培养基中应该添加头孢菌素酶。
青霉素类抗生素耐药菌不断增加使头孢菌素类抗生素的开发迅速发展,目前已经成为临床上常用的一大类抗菌药物,发展至目前为止,一共有五代。第一代头孢菌素对革兰氏阳性菌作用十分强大,但对革兰氏阴性菌作用较差,而且有一定的肾毒性,代表品种有头孢拉定、头孢唑林、头孢氨苄和头孢羟氨苄。第二代头孢菌素对革兰氏阳性菌作用与第一代相似,对革兰氏阴性菌作用有所加强,肾毒性也减轻,代表药物有头孢呋辛、头孢孟多、头孢克洛、头孢丙烯等。第三代头孢菌素主要特点是对革兰氏阴性菌作用十分强大,但是对革兰氏阳性球菌作用不如第一代和第二代,基本没有肾毒性,代表药物有头孢噻肟、头孢克肟、头孢泊肟、头孢他啶、头孢哌酮、头孢曲松。第四代和第五代头孢菌素都没有肾毒性,对革兰氏阴性菌和革兰氏阴性菌作用均十分明显。第四代头孢菌素代表药物有头孢吡肟、头孢匹罗,第五代头孢菌素代表药为头孢唑啉、头孢托罗。
头孢菌素酶(Cephalosporinase,EC 3.5.2.6),是青霉素酶的一种。该酶能有效的水解头孢菌素β-内酰胺的酰胺键,使其失去抗菌活性,达到中和抗生素抑菌作用的效果。可水解的头孢菌素类包括:头孢羟氨苄、头孢拉定、头孢克洛、头孢呋辛、头孢克肟、头孢哌酮、头孢噻肟、头孢曲松等。不同的微生物产生不同的头孢菌素酶,这些酶水解不同的头孢类抗生素,选择水解谱广的头孢菌素酶更适合用于检测和平皿培养基添加。采用重组表达技术经过发酵和色谱层析技术分离纯化可大量制备头孢菌素酶以满足工业化需求。
酶的催化作用受温度的影响很大,一方面与一般化学反应一样,提高温度可以增加酶促反应的速度。通常温度每升高10℃,反应速度加快一倍左右,最后反应速度达到最大值。另一方面酶的化学本质是蛋白质,温度过高可引起蛋白质变性,导致酶的失活。因此,酶反应速度在最适反应温度达到最大以后,随着温度的升高,反应速度反而逐渐下降,以至完全失活。反应速度达到最大值时的温度称为某种酶作用的最适温度。高于或低于最适温度时,反应速度逐渐降低。大多数动物酶的最适温度为37℃~40℃,植物酶的最适温度为50℃~60℃。但是,一种酶的最适温度不是完全固定的,它与作用的时间长短有关,反应时间增长时,最适温度向数值较低的方向移动。通常测定酶的活性时,在酶反应的最适温度下进行。为了维持反应过程中温度的恒定,一般利用恒温水浴等恒温装置。
酶能够发挥自己的作用主要是因为酶本身有自己的催化活性基团,这些基团有着自己的特定空间结构,能够将底物嵌合到这些空穴里面。当酶遇到高温环境时,酶的空间结构被破坏,酶的三维空间结构是酶发挥功能所必须的,所以此时,底物不能与酶结合在一起,于是酶的活性降低或者丧失。
在制备预制培养皿时,液体培养基中加入了琼脂,当培养液温度降低时发生凝固。为了在生产中保持培养基的流动性,灌装阶段必须将琼脂培养基维持在一个较高的温度保持流动性。在制备头孢菌素酶预制培养皿时,需要将头孢菌素酶加入到培养液中,与其混合均匀再进行灌装倒板,在此过程中头孢菌素酶也一直处于高温环境,导致其活力受到影响。目前在制备头孢菌素酶预制培养皿时,加入的头孢菌素酶在完成灌装后的平皿培养基中酶活性损失较大,导致很大的浪费,无法满足使用的需求。本领域迫切需要一种适合在平皿培养基添加热稳定头孢菌素酶。
发明内容
本发明为了解决目前平板培养基添加头孢菌素酶后酶活性容易损失的问题,提供了用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,本发明的热稳定头孢菌素酶组合物,可以耐受平皿培养基生产过程中的高温,有效保持酶活性。
本发明由如下技术方案实现:
一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,包括:热稳定头孢菌素酶、甘露醇、海藻糖、还原剂、甘油、表面活性剂、缓冲盐和金属离子。
所述的一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,由以下组分组成:
Figure BSA0000292533180000031
所述的头孢菌素酶是热稳定头孢菌素酶,酶活性500~1000万单位/ml。
所述的甘露醇含量是10~100mg/ml,其中优选的是30mg/ml。
所述的海藻糖含量是10~200mg/ml,其中优选的是30mg/ml。
所述的还原剂是DTT、β-巯基乙醇、还原性谷胱甘肽,浓度是0.05~5mg/ml,其中优选的是DTT,浓度是0.15mg/ml。
所述的甘油含量是5~500mg/ml,其中优选的是120mg/ml。
所述的表面活性剂是吐温-80,吐温-20,含量是0.05~20mg/ml,其中优选的是吐温-80,含量10mg/ml。
所述的缓冲盐是磷酸盐缓冲液、TRIS缓冲液、柠檬酸盐、乙酸钠缓冲盐,浓度是1~10mg/ml,其中优选的浓度是5mg/ml。
所述的金属离子是钙离子、镁离子和锌离子,含量是0.1~2.5mg/ml,其中优选的是0.5mg/ml。
所述的组合物pH范围为5.0~9.0,其中优选的pH范围为6.0~7.0。
本发明中制备的用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,可以防止平皿培养基生产过程中高温引起的酶活性降低,这不仅避免了普通头孢菌素酶加入平皿培养基酶活性的大量损失,并且可以为企业生产节约成本,平皿培养基产品质量更稳定。综上所述,本发明的用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物具有较好的热稳定性,可用于相关产品中添加。
具体实施例
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一 37℃缓冲液中酶活性检测
称取青霉素钠适量,用磷酸盐缓冲液(pH7.0)溶解成每1ml中含青霉素10,000单位的溶液。
取头孢菌素酶和热稳定头孢菌素酶冻干粉各一支,加入1ml溶解制备成酶溶液,按估计单位用磷酸盐缓冲液(pH7.0)稀释成每1ml中酶活性8000~12000单位,在37℃预热。
精密量取青霉素溶液50ml,置100ml量瓶中,预热至37℃后,精密加入已预热的酶稀释液25ml,迅速混匀,在37℃准确放置1小时,精密量取3ml,立即加至已精密量取的碘滴定液(0.01mol/L)25ml中,在室温暗处放置15分钟,用硫代硫酸钠滴定液(0.01mol/L)滴定,至近终点时,加淀粉指示液,继续滴定至蓝色消失。
取已预热的青霉素溶液2ml,在37℃放置1小时,精密加入上述碘滴定液(0.01mol/L)25ml,然后精密加酶稀释液1ml,在室温暗处放置15分钟,用硫代硫酸钠滴定液(0.01mol/L)滴定。
按下式计算酶活性:
E=(B-A)×M×F×D×100
式中:E为酶活力,单位/(ml·小时);
B为空白滴定所消耗的上述硫代硫酸钠滴定液的容量,ml;
A为样品滴定所消耗的上述硫代硫酸钠滴定液的容量,ml;
M为硫代硫酸钠滴定液的浓度,mol/L;
F为相同条件下,每1ml碘滴定液(0.01mol/L)相当于青霉素的单位数;
D为青霉素酶溶液的稀释倍数。
结果头孢菌素酶活性为540万单位/支,热稳定头孢菌素酶的活性为882万单位/支。
实施例二 50℃缓冲液中酶活性检测
称取青霉素钠适量,用磷酸盐缓冲液(pH7.0)溶解成每1ml中含青霉素10,000单位的溶液。
纯化头孢菌素酶和热稳定头孢菌素酶测定活性后补加离子使终浓度为20mMTRIS,pH7.5,10mM ZnCL2,酶溶液出现大量白色浑浊,离心后取上清按初始活性单位用磷酸盐缓冲液(pH7.0)稀释成每1ml中酶活性8000~12000单位,在37℃预热。
精密量取青霉素溶液50ml,置100ml量瓶中,预热至50℃后,精密加入已预热的酶稀释液25ml,迅速混匀,在50℃准确放置1小时,精密量取3ml,立即加至已精密量取的碘滴定液(0.01mol/L)25ml中,在室温暗处放置15分钟,用硫代硫酸钠滴定液(0.01mol/L)滴定,至近终点时,加淀粉指示液,继续滴定至蓝色消失。
取已预热的青霉素溶液2ml,在50℃放置1小时,精密加入上述碘滴定液(0.01mol/L)25ml,然后精密加酶稀释液1ml,在室温暗处放置15分钟,用硫代硫酸钠滴定液(0.01mol/L)滴定。
结果头孢菌素酶活性为2352单位/ml,热稳定头孢菌素酶的活性为3075单位/ml,出现沉淀后对酶活性测定结果影响较大。
实施例三 酶的热稳定性
取头孢菌素酶和热稳定头孢菌素酶冻干粉各一支,用1ml实验用水溶解,置50℃恒温水浴放置4小时,每小时取样进行酶活性测定,结果见表1。
表1、50℃酶稳定性测定结果
Figure BSA0000292533180000051
Figure BSA0000292533180000061
头孢菌素酶在50℃活性不稳定,1小时降低44.9%,4小时降低90%以上,而热稳定头孢菌素酶基本稳定,4小时酶活性保留90%以上。
实施例四 50℃琼脂培养基中酶活性检测
称取青霉素钠适量,用磷酸盐缓冲液(pH7.0)溶解成每1ml中含青霉素10,000单位的溶液。
TSA培养基按说明书配制,取4g培养基加入100ml实验用水,微波驴煮沸5分钟,50℃水浴保温备用,防护培养基凝固。
取纯化的头孢菌素酶和热稳定头孢菌素酶,缓冲液为20mM TRIS,pH7.5,按估计单位用预热的TSA溶液稀释成每1ml中酶活性8000~12000单位,在50℃保温。
精密量取青霉素溶液50ml,置100ml量瓶中,预热至50℃后,精密加入已预热的酶稀释液25ml,迅速混匀,在50℃准确放置1小时,精密量取3ml,立即加至已精密量取的碘滴定液(0.01mol/L)25ml中,在室温暗处放置15分钟,用硫代硫酸钠滴定液(0.01mol/L)滴定,至近终点时,加淀粉指示液,继续滴定至蓝色消失。
取已预热的青霉素溶液2ml,在50℃放置1小时,精密加入上述碘滴定液(0.01mol/L)25ml,然后精密加酶稀释液1ml,在室温暗处放置15分钟,用硫代硫酸钠滴定液(0.01mol/L)滴定。
结果头孢菌素酶活性为727单位/支,热稳定头孢菌素酶的活性为2813单位/支,实际测到的酶活性远远低于配制的酶浓度,热稳定头孢酶的酶活性基本丧失。
实施例五 热稳定头孢酶组合物I
按以下配方配制热稳定头孢酶组合物1:
Figure BSA0000292533180000062
Figure BSA0000292533180000071
酶溶液用预热的TSA溶液稀释成每1ml中酶活性10,000单位,在50℃保温,按实施例四方法在50℃琼脂培养基TSA溶液中测定酶活性,结果测定的酶活性为13800单位/ml。
取热稳定头孢酶和热稳定头孢菌素酶组合物1,按测定的酶活性在无菌条件下加入到已灭菌在50℃保温的TSA培养基中,使酶的终浓度活性为5万单位/ml。无菌操作下分装于灭菌的培养皿中,每个平皿25ml。待培养基凝固后,每个皿加已经计数的大肠杆菌菌液1ml,其中头孢羟氨苄的浓度为10ug/ml,用无菌玻璃棒涂布均匀,置37℃恒温培养箱培养,以不加抗生素的菌液做为对照。结果热稳定头孢酶平板菌落回收率33%,而热稳定头孢酶组合物1的菌落回收率91%,符合阳性菌回收率不低于70%的要求。
实施例六 热稳定头孢酶组合物2
按以下配方配制热稳定头孢酶组合物2:
Figure BSA0000292533180000072
酶溶液用预热的TSA溶液稀释成每1ml中酶活性10,000单位,在50℃保温,按实施例四方法在50℃琼脂培养基TSA溶液中测定酶活性,结果测定的酶活性为11706单位/ml。
实施例七 热稳定头孢酶组合物3
按以下配方配制热稳定头孢酶组合物3;
Figure BSA0000292533180000081
酶溶液用预热的TSA溶液稀释成每1ml中酶活性10,000单位,在50℃保温,按实施例四方法在50℃琼脂培养基TSA溶液中测定酶活性,结果测定的酶活性为15002单位/ml。
实施例八 热稳定头孢酶组合物4
按以下配方配制热稳定头孢酶组合物4:
Figure BSA0000292533180000082
酶溶液用预热的TSA溶液稀释成每1ml中酶活性10,000单位,在50℃保温,按实施例四方法在50℃琼脂培养基TSA溶液中测定酶活性,结果测定的酶活性为12276单位/ml。
实施例九 热稳定头孢酶组合物5
按以下配方配制热稳定头孢酶组合物5:
Figure BSA0000292533180000091
酶溶液用预热的TSA溶液稀释成每1ml中酶活性10,000单位,在50℃保温,按实施例四方法在50℃琼脂培养基TSA溶液中测定酶活性,结果测定的酶活性为10073单位/ml。

Claims (8)

1.一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,其特征在于包括:热稳定头孢菌素酶、甘露醇、海藻糖、还原剂、甘油、表面活性剂、缓冲盐和金属离子。
2.根据权利要求1所述的一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,其特征在于该组合物由以下组分组成:
3.根据权利要求1所述的一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,其特征在于头孢菌素酶是热稳定头孢菌素酶,酶活性800万单位/ml。
4.根据权利要求1所述的一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,其特征在于还原剂是DTT、β-巯基乙醇、还原性谷胱甘肽,其中优选的是DTT,浓度是0.15mg/ml。
5.根据权利要求1所述的一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,其特征在于表面活性剂是吐温-80,含量10mg/ml。
6.根据权利要求1所述的一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,其特征在于缓冲盐是磷酸盐缓冲液、TRIS缓冲液、柠檬酸盐缓冲盐,乙酸钠缓冲盐,浓度5mg/ml。
7.根据权利要求1所述的一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,其特征在于金属离子是钙离子、镁离子和锌离子,含量是0.5mg/ml。
8.根据权利要求1所述的一种用于平板培养基添加的热稳定头孢菌素酶组合物,其特征在于优选pH范围为6.0~9.0。
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