DE1767846C3 - Verfahren zur Gewinnung des Antibiotikums NK-1003 bestehend aus 4-O-(6-Amino-6-deoxy-ct-D-glucosyl)- deoxystreptamin - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung des Antibiotikums NK-1003 bestehend aus 4-O-(6-Amino-6-deoxy-ct-D-glucosyl)- deoxystreptamin

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DE1767846C3 DE19681767846 DE1767846A DE1767846C3 DE 1767846 C3 DE1767846 C3 DE 1767846C3 DE 19681767846 DE19681767846 DE 19681767846 DE 1767846 A DE1767846 A DE 1767846A DE 1767846 C3 DE1767846 C3 DE 1767846C3
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anschließend die gewünschte Verbindung auf übliche Weise aus der filtrierten oder nichtfiltrierten Gärmaische entweder mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert und aus dem Extrakt ausfällt oder an einem Ionenaustauscher adsorbiert, dann eluiert und von Kanamycin A trennt.
25
Aus der US-PS 29 31 798 ist es bekannt, die Kanamycine A, B und C durch Kultivierung von Streptomyces kanamyceticus in einem üblichen Nährmedium zu erzeugen.
Bei der Untersuchung der durch geregelte Hydrolyse von Kanamycin A anfallenden Produkte konnte u. a. in relativ geringer Ausbeute von etwa 3 °/o eine Verbindung isoliert werden, welche aufgrund ihrer Analysendaten, des IR-Spektrums und der Molekularrotation als 4- oder 6-O-(6-Amino-6-deoxy-a-D-glucosyl)-deoxystreptamin identifiziert werden konnte. Diese Verbindung zeigte antibiotische Aktivität.
Das Antibiotikum NK-1003, das das Wachstum grampositiver, gramnegativer und säurefester Bakterien hemmt, ist basisch, bildet farblose, nadelähnliche Kristalle vom Zersetzungspunkt 202 bis 2050C, ist löslich in Wasser, wäßrigem Methanol, wäßrigem Äthanol, aber unlöslich in wasserfreiem Methanol, wasserfreiem Äthanol, Äthylacetat, Butylacetat und Benzol, reagiert positiv auf Ninhydrin-, Elson-Morgan- und Molisch-Reagens, aber negativ auf Sakaguchi-, Tollens-, Fehling-, Millon- und Benedict-Reagens;, hat die empirische Formel C12H25N3O7, weist in I prozentiger wäßriger Lösung eine spezifische Drehung von [-\]!<o = +95° auf, zeigt im Ultraviolett zwischen 220 und 340 ιτιμ keine Absorption (vgl. Fig. 1) und im Infrarot-Nujolspektrum (vgl. Fig. 2) bei folgenden Wellenlängen charakteristische Adsorptionsbanden: 3360, 3450, 1590, 1150 und 1055 cm-'.
Wird das Antibiotikum NK-1003 40 Minuten lang bei 100° C mit 6 N-Salzsäure behandelt, so geht seine antibakterielle Wirksamkeit verloren. Die entstehende Lösung wird als Fleck auf ein Blatt Toyo-Filterpapier Nr. 50 (40 cm X 2 cm) aufgetragen und mit Butanol-Pyridin-Essigsäure-Wasser (6:4:1:3) abwärts entwickelt. Das so erhaltene Papierchromatogramm zeigt die Bildung von zwei Flecken mit positiver Ninhydrinreaktion, wobei einer davon auch mit ammoniakalischer Silbernitratlösung reagiert. Durch Vergleich mit bekannten Proben ergab sich, daß diese zwei Flekken Desoxystreptamin und 6-D-Glucosamin entsprechen. Das Vorliegen einer Glucosidbindung in 4-Steliung des Deoxy-streptamins kann mittels der Kupferkomplexierungsmethode festgestellt werden. Das Antibiotikum NK-1003 hat eine DL50 für Mäuse bei intravenöser Injektion von 1550 mg/kg.
In den Zeichnungen bedeutet
Fig. 1 das UV-Absorptionsspektrum des Antibiotikums NK-1003 in wäßriger Lösung bei einer Konzentration von 1 mg/ml,
Fig. 2 das 1R-Absorptionsspektrum des Antibiotikums NK-1003 in Nujol.
Später wurde bestätigt, daß es sich dabei um die 4-O-Verbindung handelt. Sie konnte aus 6-Aminoglucose und Deoxystreptamin auf chemischem Wege synthetisiert werden. Beide Verfahrensweisen eignen sich jedoch nicht für die Übertragung in den technischen Maßstab, zumal im ersteren Fall das ein wertvolles Arzneimittel darstellende Kanamycin A als Ausgangsmaterial eingesetzt werden muß.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß es auf mikrobiologischem Wege unter Verwendung spezieller Vertreter der Species Streptomyces kanamyceticus möglich ist, das Antibiotikum NK-1003 in guter Ausbeute zu gewinnen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 4-O-(6-Amino - 6 - deoxy - λ - D - glucosy 1) - d eoxystreptamin, welches ursprünglich als Antibiotikum NK-1003 bezeichnet wurde, ist dadurch gekennzeichnet, daß man
a) Streptomyces kanamyceticus ATCC 21252 unter aeroben Bedingungen in einem üblichen Nährmedium mit Kohlehydraten und Stickstoffquellen sowie in Gegenwart des Antibiotikums NK-1001 züchtet oder
b) Streptomyces kanamyceticus ATCC 21258 unter aeroben Bedingungen in einem üblichen Nährmedium mit Kohlehydraten und Stickstoffquellen züchtet und
anschließend die gewünschte Verbindung auf übliche Weise aus der filtrierten oder nichtfiltrierten Gärmaische entweder mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert und aus dem Extrakt ausfällt oder an einem Ionenaustauscher adsorbiert, dann eluiert und von Kanamycin A trennt.
Das Verfahren kann in ähnlicher Weise wie die Herstellung von Kanamycinen unter Verwendung ähnlicher Kohlenstoff- und Stickstoffquellen durchgeführt werden. Vorzugsweise verwendet man ein aerobes Submersverfahren. Die Züchtungstemperatui liegt zwischen 25 und 30° C und beträgt vorzugsweise 28° C. Die dem Nährmedium wahlweise zugesetzte Menge an Antibiotikum NK-1001 ist nicht entscheidend; sie beträgt zwischen 0,05 und 1,0, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 Gewichtsprozent des Nähr mediums. Das Antibiotikum NK-1001 wird entwede zu Beginn oder während der Züchtung zugesetzt. E ist erwünscht, das Antibiotikum NK-1001 dem Nähr medium in einem relativ frühen Züchtungsabschnit zuzusetzen. Bei diesem Antibiotikum NK-1001 han deli es sieh um eine Verbindung» bestehend aus j 1 Molekül o-Amino-o-deoxy-D-glucose, Deoxystrepl amin und D-Glucose.
Es wird durch Züchtung von Streptomyces kar amyceticus ATCC 21 252 in einem streptidinhaltige Nährmedium hergestellt. Am besten gibt man es ir
halb von 24 Stunden nach Züchtungsbeginn zu. Es ner de gefunden, daß die Menge der sich in der Gär-Wnischc anreichernden Verbindung 4-O-(6-Amino- f _ y.A.D-glucosyl)-deoxystreptamin 4 bis 8 Tage
h ZüchtungsbegJnn ihr Maximum erreicht. j
na Eine künstliche Mutante von Streptomycs kanvreticus wurde durch Behandeln von Streptomyces hnamyccticus ATCC 21252 nach einer üblichen xintationsmethode erhalten. Ihr wurde die Hinterwungsbezeichnung ATCC 21 258 zugeteilt, überraschenderweise wurde festgestellt, daß die geünschte Verbindung auch hergestellt werden kann, wenn diese Mutante ATCC 21 258 unter aeroben Bedingungen, jedoch ohne Zusatz des Antibiotikums NK-1001 gezüchtet wird.
' Beide Kulturen können von der American Type Culture Collection Rockville, Maryland, gegen Zahlune der üblichen Gebühr bezogen werden. Das antibakterielle Spektrum von 4-O-(6-Amino-6-deoxy-vD-glucosyl)-deoxystreptamin ist in folgender Tabelle I aufgeführt.
Tabelle I
Un^h^likr^organismus femSon-
zentration, y/ml schiede zwischen Streptomyces kanamyceticus ATCC 21252 und der sich davon ableitenden Mutante ATCC 21 258 unter Berücksichtigung der Verwertung von Kohlenstoffquellen und ihrer physiologischen Wirkung in Tabelle V aufgeführt.
Tabelle II
Wachstumbedingungen von Streptomyces kanamyceticus ATCC 21258 auf verschiedenen Nährböden (nach 14 Tagen Inkubation beobachtet; Inkubationstemperatur 28° C):
Nährboden
Beobachtungen
S. kanamyceticus ATCC 21 258
Aerobacter aerogenes IAM 1102 Alcaligenes faecalis
Bacillus agri
Bacillus subtilis ATCC 6633
Candida albicans
Diplococcus pneumoniae Typ 311 D
Escherichia coli IAM 1253
Klebsieila pneumoniae 607
Lactobacillus fenmenti ATCC 9338 Staphylococcus albus PCI 1200 A Staphylococcus aureus 209 P
Staphylococcus aureus Terashima Mycobacterium phlei MS
Mycobacterium 607
Salmonella paratyphi A
Sarcina lutea PCI 1001
Saccharomyces cerevisiae IAM 4626 Shigella flexneri EW 10 2 a
Streptococcus haemolyticus D-90
15,6 3,9 2,0 3,125 >500 250 125 31,2 3,9 7,8 62,5 3,125 25 50 62,5 250 >500
3,125 500
Saccharose- Wachstum glattes Wachstum,
Czapek-Agar tiefgelb
Luftmyzel keines
lösliches Pigment gelb
Rückseite —
Glycerin- Wachstum glattes Wachstum,
Czapek-Agar gelblichgrau
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines Rückseite blaßgräulichgelb
Wachstum glänzend, tiefgelb
30 Glucose-
Asparagin-Agar
(Krainsky)
35
Luftmyzel spärlich, blaßgelb
lösliches Pigment keines Rückseite —
Glucose-
Asparagin-Agar
(Uschinsky)
Wachstum
tiefgelb
45 Calciummalat-A gar
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines Rückseite —
Wachstum weiß bis sehr
schwachgelb
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines Rückseite weiß
Im Vergleich hierzu weist Kanamycin A z. B. gegenüber Lactobacillus fermenti ATCC 9338 nur eine Mindesthemmkonzentration von 12,5 j'/ml auf.
Der Mikroorganismus Streptomyces kanamyceticus ATCC 21 258 hat die folgenden Merkmale:
Die Luftmyzelien sind nicht fein verzweigt und bilden keine Spiralen und Wirbel. Die Sporen bilden sich an den Spitzen der Luftmyzelien, haben normalerweise eine ovale oder zylindrische Form von 1,0 bis 1,5 Mikron Breite und eine glaite Spoienoberflächc.
Die Wachstumsbedingungen, die physiologischen Wirkungen und die Verwertung von Kohlenstoffquellen des Stammes Streptomyces kanamyceticus ATCC 21258 sind in den nachstehenden Tabellen II, III und IV zusammengefaßt. Weiterhin sind die Unter-Glycerin-
Calciummalat-
Wachstum
gutes Wachstum, gelb
Nähragar
Glucose-Nähragar
Luftmyzel keines
lösliches Pigment gelb Rückseite —
Wachstum farblos bis
gräulichgelb
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines
Wachstum feines faltiges
Wachstum, weiß bis blaßgelb
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines
Tabelle II (Fortsetzung)
Nährboden
Stärke-
Ammonium-
sulfat-Agar
Kartoffelscheiben
Karottenscheiben
Beobachtungen
S. kanamyceticus ATCC 21
Tabelle IV
Verwertung von Kohlenstoffqucllen von Streptomyces kanamyceticus ATCC 21 258 (nach 14Tas;en Inkubation bei 28° C):
Wachstum
blaßgelb bis gelb Verwertung von
Kohlenstoffquellen
S. kanamycclicus ATCC 21 258
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines Rückseite blaßgelb
Wachstum faltiges Wachs
tum, gekörnte Oberfläche, blaßgelblichbraun
Luftmyzel spärlich, weiß
lösliches Pigment keines
Wachstum faltiges
Wachstum, geringer als auf KartofTelscheiben, gekörnte Oberfläche
Luftmyzel schwachweiß
lösliches Pigment keines
Verwertete Arabinose,
ίο Kohlenstoffquellen
Dextrin, Fructose, Galaktose, Glucose, Glycerin, Maltose, Mannit, Mannose, Raffinose, Stärke, Saccharose, SaIicin, Natriumacetat, Natriumcitrat und Natriumsuccinat
•5 Wenig verwertete Inosit, Inulin, Lactose, Rham-Kohlenstoffquellcn nose, Xylose
Nicht verwertete Dulcit und Sorbit
Kohlenstoffquellen
20
Tabelle V
Unterschiede zwischen Streptomyces kanamyceticus ATCC 21 252 und Streptomyces kanamyceticus ,, ATCC 21 25S:
Verwertung von
KohlenstofTquellen
S. kanamyceticus
ATCC 21 252
S. kanamyceticus ATCC 21 258
Löfflers Wachstum grau bis
Blutserum cremefarben
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines
Wachstum ähnlich wie bei
bei 37° C 28° C
Ei Wachstum faltiges Wachs
tum, gelb
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines
Magermilch Wachstum Ringwachstum
Luftmyzel keines
lösliches Pigment keines
Tabelle III
Physiologische Wirkung von Streptomyces kanamycctius ATCC 21 258 (nach 14Tat»en Inkubation bei 28° C beobachtet):
Sorbit
Dulcit
Xylose
Physiologische Wirkungen S. kanamyceticus
ATCC 21 258
Reduktion von Nitrat positiv
Hydrolyse von Stärke positiv
Bildung von Schwefel negativ
wasserstoff
Bildung von Tyrosinasc negativ
(bei 28° C)
Verflüssigung von Gelatin verflüssigt
Auflösen von nicht beobachtet
Löfflers Blutserum
Magcrmilchnährbodcn keine Koagulation,
langsame Pcptoni-
sation
Alle zur Züchtung von Actinomyceten verwendeten Stoffe, wie die in der US-PS 29 31 798 beschriebenen, sind im Rahmen der Erfindung brauchbar. So enthält das Nährmedium Kohlenstoffquellen, wie Stärke, Saccharose, Maltose, Glucose und Glycerin, und Stick-
stoffquellcn, wie Sojabohnenmehl, lösliche pflanzliche Proteine, Maisquellwasser, Peptone, Fleischextrakt. Nitrate und Ammoniumsalze. Das Nährmedium enthält, wenn notwendig, auch anorganische Salze, wie NaCl und MgSO4.
Nach der Anreicherung in der Gärmaische wird die gewünschte Verbindung nach üblichen Methoder durch Verwendung von Ionenaustauschern, durcr Extraktion mit organischen Lösungsmitteln unddurcl· Ausfällung daraus gewonnen. Für die kommerziellt
Herstellung bevorzugt man die Gewinnung durch Ad sorption und Elution an einem Ionenaustauscher, vor zugsweise einem Kationenaustauscher vom Carbon säuretyp, oder die Extraktionsmethode mit einen organischen Lösungsmittel, das einen geeigneten Car Her, wie z. B. Toluolsulfonsäure oder Laurinsäurc enthält.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1 erläutert die Herstellung des Antibioti kums NK-1001, das gemäß einer erfindungsgcmäßct
Verfahrensweise zugesetzt wird, und die Beispiele'. bis 4 schildern die Herstellung der Verbindung 4-O (ö-Amino-o-dcoxy-rt-D-glucosylJ-dcoxystrcptamin.
Beispiel 1
Ein flüssiges Nährmedium (15 Liter), enthaltene 2,0«/0 Stärke, 3,0% Maltose, 3,0% Sojabohnenmehl 1,0n/(i Natriumnitrat und 0,5 n/o Natriumchlorid wurde mit Streptomyces kanamyceticus ATCC 21 25^
angeimpft und unter Luftzufuhr und Rühren bei 28' C inkubiert. Nach 80 Stunden Inkubation wurden dem Medium 30 g Streptidin zugesetzt, und die Inkubation wurde weitere KO Stunden fortgesetzt. Die Menge des sich im Medium anreichernden Anlibiolikums NK-1001 erreichte am linde dieser Inkubationszeit ihr Maximum.
Die Gürmaisehe wurde filtriert, 14 Liter Pillrat wurden mit 4 Liter eines schwach sauren Kationenaustausehers (Methaerylsäure-Divinylben/.ol-Copolymerisat mit Carboxylgruppen als fimktioncllen Gruppen) in der Animoniumform behandelt, um das Antibiotikum daran zu adsorbieren. Der Austauscher, der nachstehend als Austauscher A bezeichnet wird, wurde mit 0.5 N-wäßrigem Ammoniak eluiert, und die aktiven Fraktionen ties Finals wurden vereinigt und konzentriert. Das Konzentrat wurde in 100 ml Wasser gelöst und 30 Minuten lang mit I g Aktivkohle gerührt. Nach dem Filtrieren wurde eine farblose Lösung erhalten, die dann mit 2 Liter eines schwach sauren Katioucnaustauschcrs der vorstehend angegebenen Zusammensetzung in der Animoniumform behandelt wurde. Dieser Auslauscher, der nachstehend als Auslauscher B bezeichnet wird, ist mechanisch modifiziert und eignet sich insbesondere für die Chromatographie. Die am Harz adsorbierten Antibiotika wurden mit 0,3 N-wäßrigcm Ammoniak eluiert. Eine Fraktion des Antibiotikums NK-H)Ol wurde zuerst vor der Abtrennung des Kanamycins A isoliert. Die Fraktion mit dem Antibiotikum NK-1001 wurde konzentriert und lyophilisiert. Es wurden 28,5 g weißes Pulver des Antibiotikums NK-1001 ;ls Rohprodukt erhalten.
Das Pulver wurde in 12 ml Wasser gelöst und portionsweise mit 50 ml Methanol versetzt, bis sich Kristalle abscheiden. Nach dem Filtrieren und Trocknen wurden 17,4 g des Antibiotikums NK-1001 in Form weißer, nadelähnlichcr Kristalle erhalten, Fp. -- 238 bis 242 C (unter Zersetzung).
Beispiel 2
F.in llüssiges Nährmedium (15 Liter), enthaltend 2.0",'(i Stärke, 3,0"Ai Maltose, 3,0"Ai Sojabohnenmehl, LO11Ai Natriumnitrat und 0,5"Ai Natriumchlorid, wurde mit Streptomyces kanamyceticus ATCC 21 252 angeimpft und unier Luftzufuhr und Rühren bei 2N C inkubiert. Nach 20 Stunden Inkubation wurden 25 g des im Beispiel 1 gewonnenen Antibiotikums NK-1001 der Kultur zugesetzt, und die Inkubation wurde unter Luftzufuhr und Rühren fortgesetzt. Nach 140 Stunden Inkubation erreichte die Menge der sich in der Kultur anreichernden gewünschten Verbindung ihr Maximum.
Die Gärmaische wurde dann ablillriert, und 14 Liter !•'iltrat wurden anschließend zur Adsorption des Antibiotikums mit 4 Liier Austauscher A in der Ammo- ll
35 niumform behandelt. Der Austauscher Λ wurde dann mit 0,5 Ν-wäßrigem Ammoniak cluiert, und die aktiven Fraktionen des Eluats wurden vereinigt und konzentriert. Das Konzentrat wurde in 100 ml Wasser gelöst und mit 1 g Aktivkohle gerührt. Die erhaltene farblose Lösung wurde filtriert und mit 2 Liter Austauscher B in der Ammoniumform behandelt. Der Auslauseher B mit den daran adsorbierten Antibiotika wurde dann mit 0,3 N-wäßrigem Ammoniak eluiert. Die ersten Fraktionen enthielten Kanamycin A, und darauf wurde eine Einzelfraktion mit der gewünschten Verbindung isoliert. Diese Einzelfraktion wurde konzentriert und lyophilisiert. Fs wurden 11,3 g eines Pulvers erhallen. Urnkristallisation dieses Pulvers aus wäßrigem Methanol und anschließendes Trocknen ergaben 7,5 g der Verbindung 4-O-(6-Amino-6-dcoxy- \-D-glucosyl)-deoxystreptaniin in Form nadelähnlicher, weißer Kristalle. Fp. -= 150 C (unter Verfärbung der Probe).
Fine Flementaranalysc dieses Produktes er^ab 44,42"/0 Kohlenstoff, 7,81 "A1 Wasserstoff und 13,11 "A1 Stickstoff. Die Molekulargewichtsbestimmung nach der Dampfdruckmethode ergab ein Molekulargewicht von 305, wobei das Produkt pro Mol 1 Mol Methanol aus der Kristallisation enthielt.
Beispiel 3
Hin llüssiges Nährmedium (15 Liter) mit der gleichen Zusammensetzung wie das im Beispiel 2 verwendete Nährmedium wurde sterilisiert, gekühlt und mit einer sterilisierten und gekühlten Lösung von 25 g Antibiotikum NK-1001 in Wasser vormischt. Die Mischung wurde mit Slreptomyces kanamyceticus ATCC 21252 angeimpft und 140 Stunden unter Luftzufuhr und Rühren bei 28:1 C inkubiert. Die Menge des sich in der Kultur anreichernden Antibiotikums erreichte nach dieser Inkubationszeit ihr Maximum.
Die Ciärmaische wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 weiterverarbeitet, und das erhaltene rohe Pulver wurde gereinigt. Es wurden 5,8 g der gewünschten Verbindung in kristalliner Form erhalten, Fp. -- 150 ' C (unter Verfärbung der Probe).
Beispiel 4
Ein llüssiges Nährmedium (15 Liter), enthaltend 3.O1Vo Stärke, 2,5 "Ai hydrolysiert Stärke (eine Mischung von Maltose und Dextrin), 3,0°/o Sojabohnenmehl, LO1Vo Natriumnitrat und 0,5"/« Natriumchlorid, wurde mit Slreptomyces kanamycetieus ATCC 21 258 angeimpft und bei 28 ' C 140 Stunden lang unter Luftzufuhr und Rühren inkubiert.
Die Ciärmaische wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 weiterverarbeitet, und das erhaltene ruhe Pulver wurde gereinigt. Hs wurden 1,6 g der ge wünschten Verbindung in kristalliner Form erhalten Fp. 200" C (unter Zersetzung).
Hierzu 2 Blatt Zeichmingen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Gewinnung des Antibiotikums NK-1003, bestehend aus 4-O-(6-Amino-6-deoxyi\-D-glucosyl)-deoxystreptamin, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) Streptomyces kanamyceticus ATCC 21252 unter aeroben Bedingungen in einem üblichen Nährmedium mit Kohlehydraten und Stickstoffquellen sowie in Gegenwart des Antibiotikums NK-1001 züchtet oder
    b) Streptomyces kanamyceticus ATCC 21258 unter aeroben Bedingungen in einem üblichen Nährmedium mit Kohlehydraten und Stickstoffquellen züchtet und
DE19681767846 1967-06-24 1968-06-24 Verfahren zur Gewinnung des Antibiotikums NK-1003 bestehend aus 4-O-(6-Amino-6-deoxy-ct-D-glucosyl)- deoxystreptamin Expired DE1767846C3 (de)

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JP4014667 1967-06-24
JP4014667 1967-06-24

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DE1767846A1 DE1767846A1 (de) 1971-05-27
DE1767846B2 DE1767846B2 (de) 1977-02-17
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