DD272663A1 - METHOD FOR PRODUCING HYDROXAMATE SIDEROPHORS - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING HYDROXAMATE SIDEROPHORS Download PDF

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DD272663A1
DD272663A1 DD31619788A DD31619788A DD272663A1 DD 272663 A1 DD272663 A1 DD 272663A1 DD 31619788 A DD31619788 A DD 31619788A DD 31619788 A DD31619788 A DD 31619788A DD 272663 A1 DD272663 A1 DD 272663A1
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siderophores
hydroxamate
microorganisms
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phenolate
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Inventor
Rolf Reissbrodt
Wolfgang Rabsch
Ilse Rienaecker
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Inst Experimentelle Epidemiolo
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxamat-Siderophoren. Hydroxamat-Siderophore sind von Mikroorganismen unter Eisenmangelbedingungen produzierte und in das Naehrmedium abgegebene niedermolekulare Verbindungen. Sie werden von Mikroorganismen mit dem fuer das Wachstum notwendigen Eisen gebraucht. Hydroxamat-Siderophore stellen nicht nur fuer den Produktionsstamm sondern auch fuer andere Mikroorganismen Wachstumsfaktoren dar. Damit koennen sie in biotechnologischen und gentechnischen Prozessen, zur Reduktion der lag-Phase beim Wachstum und fuer diagnostische sowie epidemiologische Untersuchungsmethoden verwendet werden. Die Erfindung beinhaltet ein Herstellungsverfahren fuer Hydroxamat-Siderophore durch Abtrennung weiterer bei der Anzuechtung unter definierten Eisenmangelbedingungen in das Naehrmedium abgegebener Verbindungen ueber einen Anionenaustauscher, Konzentration des so erhaltenen Filtrats zur Trockene und Auslaugung mit organischen Loesungsmitteln. Phenolat-Siderophore wie z. B. Enterobactin koennen zusaetzlich nach bekannten Verfahren selektiv vom Anionenaustauscher eluiert und gewonnen werden.The invention relates to a process for the preparation of hydroxamate siderophores. Hydroxamate siderophores are low molecular weight compounds produced by microorganisms under iron deficiency conditions and released into the nutrient medium. They are used by microorganisms with the iron necessary for growth. Hydroxamate siderophores are growth factors not only for the production strain but also for other microorganisms. Thus, they can be used in biotechnological and genetic engineering processes, for the reduction of the lag phase during growth and for diagnostic as well as epidemiological investigation methods. The invention includes a preparation process for hydroxamate siderophores by separation of further in the cultivation under defined iron deficiency conditions in the nutrient medium discharged compounds via an anion exchanger, concentration of the resulting filtrate to dryness and leaching with organic solvents. Phenolate siderophores such. B. enterobactin can be additionally eluted and recovered by known methods selectively from the anion exchanger.

Description

AuafuhrungibelspleleAuafuhrungibelsplele

Ausfuhrungsbelspfel 1Exporting furniture 1

150ml supplementiertesM9-Nährmedium folgender Zusammensetzung (g/l aqua bidest): Na2HPO4 2H3OVC; KH2PO4S1O; NaCI 0,5; NH4C11,0; Eiweißhydrolysat für Nährmedien, ca-arm, VEB Berlin-Chemie 5,0; Bacto Pepton (Difco, USA) 1,0; Glucose 4,0; MgSO4 · 7H2O 0,25; CaCI2 · 6H2O 0,002; Thiarninpyrophosphai0,002; NAD0,005; Nicotinsäuresmid 0,001; Thiamin · HCL 0,0025; pH 7,2-7,4 wird je 75uM α, α'-Dipyridyl und Nitrilotriessigsäure eisenverarmt. In diesem Eisenmangelmedium wird der Stamm Hafnia alvei 7473 22 h bei 370C unter kräftigem Schütteln angezüchtet. Die Bakterien werden durch 30min Zentrifugieren bei 5000 min"1 abgetrennt, der auf pH 7,0 eingestellte Überstand über eine mit 0,1 m Na2HPO4-Puffer pH 7,0 äquilibrierte DEAE-Säule (20ml) filtriert. Das Filtrat wird im Vakuumrotationsverdampfer bis zur Trockene eingeengt, im Vakuum über P2Og nachgetrocknet und anschließend mit Methanol ausgelaugt. Nach Filtration enthält die Hydroxamat-Siderophores Hafnin aus Hafnia alvei. Hafnin fördert u.a. das Wachstum im Nanogramm-Bereich.150 ml of supplemented M9 nutrient medium of the following composition (g / l aqua bidest): Na 2 HPO 4 2H 3 OVC; KH 2 PO 4 S 1 O; NaCl 0.5; NH 4 C 11.0; Protein hydrolyzate for culture media, ca-arm, VEB Berlin-Chemie 5,0; Bacto peptone (Difco, USA) 1.0; Glucose 4.0; MgSO 4 .7H 2 O 0.25; CaCl 2 · 6H 2 O 0.002; Thiarninpyrophosphai0,002; NAD0,005; Nicotinic acidmid 0,001; Thiamine · HCL 0.0025; pH 7.2-7.4 is iron-depleted per 75 μM α, α'-dipyridyl and nitrilotriacetic acid. In this iron deficiency medium, the strain Hafnia alvei is 7473 22 h grown with vigorous shaking at 37 0 C. The bacteria are separated by centrifugation at 5000 min -1 for 30 min, and the supernatant adjusted to pH 7.0 is filtered through a DEAE column (20 ml) equilibrated with 0.1 M Na 2 HPO 4 buffer pH 7.0 Concentrated to dryness in a vacuum rotary evaporator, subsequently dried in vacuo over P 2 Og and subsequently leached with methanol After filtration, the hydroxamate siderophore contains hafnin from Hafnia alvei Hafnin, inter alia, promotes growth in the nanogram range.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

4GOmI supplementiertes M9-Nährmedium (s. Ausführungsbeispiel 1) werden durch Zugabe von je 240μΜ α, α'-Dipyridyl mit Nitrilotriessigsäure eisenverarmt. In diesem Eicenmangelmedium wird der Stamm E. coli T3 über 17 h unter kräftigem Schütteln bei 370C angezüchtet. Aufarbeitung wie unter Ausführungsbeispiel 1, zur Stabilisierung der produzierten Siderophore werden dises durch Zugabe von 100mg Fe(lll)-ammoniumsulfat zum Überstand im Ferri-Siderophore überführt. Fiiteration über 50ml DEAE-Cellulose, die Aufarbeitung des Fiitrats erbrachte eine Hydroxamat-Siderophore-Lösung (Colibactin) von 5mg Hydroxylamin-N. Das auf der DEAE-Cellulose festgehaltene Ferri-Enterobaction wurde mit 2 m NH4-CI-Lösung nach bekannten Verfahren eluiert, das Eluat mit verdünnter Schwefelsäure auf pH 1,0 gebracht. Enterobactin konnte durch Extraktion mit Essigester gewonnen werden.4GOmI supplemented M9 nutrient medium (see Example 1) are iron-depleted by addition of 240μΜ α, α'-dipyridyl with nitrilotriacetic acid. In this Eicenmangelmedium the strain E. coli T3 is grown for 17 h with vigorous shaking at 37 0 C. Work-up as in Example 1, to stabilize the siderophores produced are dises converted by the addition of 100 mg of Fe (III) -ammonium sulfate to the supernatant in the Ferri siderophores. Fiiteration over 50 ml of DEAE-cellulose, the work-up of the filtrate yielded a hydroxamate-siderophore solution (colibactin) of 5 mg hydroxylamine-N. The ferric enterobaction retained on the DEAE-cellulose was eluted with 2 M NH 4 Cl solution by known methods, the eluate was brought to pH 1.0 with dilute sulfuric acid. Enterobactin was obtained by extraction with ethyl acetate.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Hydroxamat-Siderophoren, dadurch gekennzeichnet, daß Mikroorganismen unter definierten Eisenmangelbedingungen angezüchtet werden, die sich nach Abtrennen der Mikroorganismen in der verbleibenden Lösung befindlichen Hydroxamat-Siderophore durch Filtration der Lösung über Anionenaustauscher von weiter ausgeschiedenen Substanzen einschließlich mitgebildeter Phenolat-Siderophore gereinigt und nach Konzentrieren des Filtrats zur Trockene die Hydroxamat-Siderophore in organischen Lösungsmitteln gelöst erhalten werden.1. A process for the preparation of hydroxamate siderophores, characterized in that microorganisms are grown under defined iron deficiency conditions, which after removal of the microorganisms in the remaining solution hydroxamate siderophores by filtration of the solution via anion exchanger of further excreted substances including mitgebildeter phenolate siderophores and after concentrating the filtrate to dryness, the hydroxamate siderophores are dissolved in organic solvents. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der Anzüchtung von Bakterien unter Eisenmangelbedingungen zusätzlich gebildeten Phenolat-Siderophore — wie das Enterobactin — mit einem Salzgradienten vom Anionenaustauscher eluieren und nachfolgend isolieren kann.2. The method according to claim 1, characterized in that one elutes in the cultivation of bacteria under iron deficiency conditions additionally formed phenolate siderophores - such as enterobactin - with a salt gradient from the anion exchanger and can subsequently isolate. Anwendungsgebiet dur ErfindungField of application by invention Siderophore sind von Mikroorganismen erzeugte mikrobielle Eisenchelatoren vom Hydroxamat- oder Phenolat-Typ. Sie versorgen die Mikroorganismen unter Eisenmangelbedingungen, wie sie z. B. in Körperflüssigkeiten oder bei aeroben Umweltbedingungen bsi pH-Werten ä 7,0 aufgrund des Löslichkeitsprodukts der Fe(lll)-oxidhydrate oder der Eisentransportproteine vorliegen, mit dem zum Wachstum notwendigen Eisen. Unter den genannter Bedingungen können Mikroorganismen nur wachsen, wenn sie entweder Siderophore als Wachstumsfaktoren selbst herstellen oder ihnen geeignete Siderophore zugefügt werden. Anwendungsgebiete der Siderophore sind biotechnologische Prozesse unter Eisenmangelbedingungen, Wachstumsbeschleunigung in mikrobiologischen Nährmedien durch Reduktion der lag-Phase, Untersuchung von Stoffwechselleistungen mit Hilfe der Siderophore, diagnostische und epidemiologische Untersuchungsmethoden; weiterhin dienen sie als Ausgangssubstanzen für die Herstellung von M Jtanten einschließlich gentechnischer Methoden.Siderophores are microbial hydroxamate or phenolate type iron chelators produced by microorganisms. They supply the microorganisms under iron deficiency conditions, as z. In bodily fluids or in aerobic environmental conditions of pH 7.0, due to the solubility product of the Fe (III) oxide hydrates or iron transport proteins, with the iron necessary for growth. Under the conditions mentioned, microorganisms can only grow if they themselves either produce siderophores as growth factors themselves or if suitable siderophores are added to them. Fields of application of siderophores are biotechnological processes under iron deficiency conditions, acceleration of growth in microbiological nutrient media by reduction of the lag phase, investigation of metabolic performances with the aid of siderophores, diagnostic and epidemiological investigation methods; furthermore, they serve as starting materials for the production of maltides, including genetic engineering methods. Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Die bekannten Hydroxamat-Siderophore werden bisher nach aufwendigen Verfahren unter Verwendung von komplizierten Reinigungsoperationen hergestellt. Die Präparate sind nach bisherigen Verfahren nur in Größenordnungen zu gewinnen, die eine allgemeine oder technische Anwendung weitgehend ausschließen. Die neuen Hydroxamat-Siderophore Colibactin aus E.coli und Hafnin aus Hafnia alvei, sind bisher noch nicht beschrieben.The known hydroxamate siderophores have hitherto been prepared by complex processes using complicated purification operations. The preparations are to win according to previous methods only in orders of magnitude, which exclude a general or technical application largely. The new hydroxamate siderophore colibactin from E. coli and hafnin from Hafnia alvei have not yet been described. Ziel der ErfindungObject of the invention Eine allgemeine oder technische Anwendung der Siderophore im unter Punkt 2. Anwendungsgebiet der Erfindung genannten Sinne war bisher nicht möglich, da der Aufwand zur Herstellung dieser Substanzen dies nicht zuließ. Ziel der Erfindung ist ein ökonomiscii günstiges Verfahren zur Herstellung von Hydroxamat-Siderophoren. Zusätzlich kann nach bekannten Verfahren das bei einigen Enterobacteriaceae gleichzeitig gebildete Phenolat-Siderophore Enterobactin abgetrennt und zusätzlich gewonnen werden.A general or technical application of the siderophore in the sense mentioned in point 2. Field of the invention was previously not possible because the effort to produce these substances did not allow. The aim of the invention is an economical process for the preparation of hydroxamate siderophores. In addition, according to known methods, the phenolate siderophore enterobactin which is formed simultaneously in some Enterobacteriaceae can be separated off and additionally recovered. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Erfindiingsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem die Eisenrnangelbedingungen in mikrowellen Nährmedien bestimmt und festgelegt werden, bei denen die höchsten Ausbeuten an Hydroxamat-Siderophoren erhalten werden. Aus nach der Anzüchtung unter diesen Bedingungen erhaltenen Bakteriensuspensionen warden mit geeigneten Methoden (z. B. Zentrifugieren, Filterieren) die Mikroorganismen abgetrennt. Der die Hydroxamat-Siderophore enthaltende Überstand wird bei pH 7,0 über einen geeigneten Anionenaustauscher (z.B. DF.AE-Cellulose, Dowex 1-8) filtriert. Dabei werden die meisten der bei der Anzüchtung zusätzlich ausgeschiedenen Begleitsubstanzen sowie bei einigen Bakterien die mit entstehenden Phenolat-Siderophre (z.B. Enterobactin) am Anionenaustausch zurückgehalten. Das die Hydroxamat-Siderophore enthaltende Filtrat wird zur Trockene gebracht, der Rückstand mit organischen Lösungsmitteln wie z. B. Methanol, Methanol-Chloroform, Benzylalkohol ο. ä. ausgelaugt. Nach Abtrennung der hier unlöslichen Begleitsubstanzen (z. B. Salze, Proteine, Nukleinsäuren) erhält man eine Hydroxamat-Siderophore-Lösung. Hieraus können die Hydroxamat-Siderophore mit einfachen Mitteln gewonnen werden. Sie sind sehr effektive, schon im Nanogramni-Bereich wirksame Wachstumsfaktoren. Nach bekannten Verfahren kann zusätzlich das bei einigen Enterobacteriaceas rnitgebildete Enterobactin mit einem Salzgradienten, z. B. 2 m NH4CI vom Anionenaustauscher eluiert und durch Essigester-Extraktion bei pH 1,0-2,0 gewonnen werden. Bei der Aufarbeitung von Enterobacteriaceae können t'amit sowohl Hydroxamat- als auch Fhenolat-Siderophore ökonomisch günstig gewonnen werden.According to the invention, the object is achieved by determining and determining the iron manganese conditions in microwave nutrient media in which the highest yields of hydroxamate siderophores are obtained. From bacterial suspensions obtained after cultivation under these conditions, the microorganisms are separated by suitable methods (eg centrifuging, filtering). The supernatant containing the hydroxamate siderophores is filtered at pH 7.0 over a suitable anion exchanger (eg DF.AE-cellulose, Dowex 1-8). In the process, most of the accompanying substances which have additionally been eliminated during cultivation are retained in the anion exchange with the resulting phenolate siderophages (eg enterobactin) in the case of some bacteria. The filtrate containing the hydroxamate siderophores is brought to dryness, the residue with organic solvents such. As methanol, methanol-chloroform, benzyl alcohol o. Ä. Leached. After separation of the insoluble accompanying substances (eg salts, proteins, nucleic acids), a hydroxamate-siderophore solution is obtained. From this, the hydroxamate siderophores can be obtained by simple means. They are very effective growth factors that are already effective in the nanogram range. In addition, by known methods enterobactin formed with some Enterobacteriaceas may be treated with a salt gradient, e.g. B. 2 m NH 4 Cl are eluted from the anion exchanger and recovered by ethyl acetate extraction at pH 1.0-2.0. In the workup of Enterobacteriaceae t'amit both hydroxamate and fhenolate siderophores can be obtained economically favorable.
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