DE2126181A1 - Verfahren zur Gewinnung von 1-Arginase - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von 1-Arginase

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DE2126181A1 DE19712126181 DE2126181A DE2126181A1 DE 2126181 A1 DE2126181 A1 DE 2126181A1 DE 19712126181 DE19712126181 DE 19712126181 DE 2126181 A DE2126181 A DE 2126181A DE 2126181 A1 DE2126181 A1 DE 2126181A1
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Description

Verfahren zur Gewinnung von 1-Arginase
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines 1-Arginase-Enzym-Präparates mit starker Aktivität durch Züchten unter Schütteln und/oder Belüften und Rühren eines Stammes, der zum Genus Bacillus gehört und imstande ist, 1-Arginase zu produzieren.
l'Arginase, d.h. 1-Arginineureohydrolase (E. CO. 5.3.1) ist ein Enzym, welches 1'Arginin zu I1Ornithin und Harnstoff hydrolysiert, und relativ weit sowohl im Tier- wie auch im Pflanzenbereich verbreitet ist.
Viele Prägen, wie über die Eigenschaften dieses Enzyms sind
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nicht völlig klar, während jedoch eine spezielle Aufmerksamkeit dieses Enzyms hervorgerufen hat, seitdem gefunden worden ist, daß es verschiedene physiologische Aktivitäten hat, wie z. B. die Behinderung der Biosynthese von DNA. Jedoch infolge der großen Schwierigkeit bei der Produktion der l'Arginase im kommerziellen Maßstab und der hohen Produktionskosten infolge der geringen Ausbeute ist l'Arginase wirtschaftlich nicht zu praktischem Gebrauch gekommen. Demzufolge ist es erwünscht, ein Verfahren zur Produktion eines 1-Arginase-Enzym-Präparates aus 1-Arginase durch Mikroorganismen zu finden, um so imstande zu
ι v
sein,1-Arginase wirtschaftlich im kommerziellen Maßstab zu produzieren. Es ist auch wünschenswert gewesen, eine Methode zur Erlangung mikrober Körper zu entwickeln, welche hohe 1-Arginase-Aktivitäten haben.
Es ist jetzt gefunden worden, daß gewisse Stämme, die zum Genus Bacillus gehören, starke l-Arginase-Ativitäten haben.
Die Stämme, die von den Erfindern als brauchbar gefunden wurden, sind in vielen Arten, einschließlich neuer Unterarten, welche durch die Erfinder ursprünglich identifiziert worden sind, weit verbreitet.
Da die 1-Arginase zu den intracellularen Enzymen gehört, erfordern sie eine Rohextraktion, wie die Zertrümmerung der Mikrobenzellen in der Anfangsstufe der Reinigung. Verschiedene Hefen und Pilze, die 1-Arginase-Aktivitäten haben, sind bereits bekannt. Jedoch sind im letzteren Falle eine komplizierte Operation und viele Roh-Extraktionen erforderlich, außerdem ist es schwie-
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rig, die Rohextraktion ohne einen großen Produktverlust durchzuführen. Im Gegenteil dazu ist es -in Hinsicht auf die vorliegenden Mikroorganismen, die zum Genus Bacillus gehören, -möglich, die Rohextraktion mit Leichtigkeit, z. B. mit Hilfe einer Ultraschallbehandlung oder Druck-Zertrümmerung, auszuführen. Außerdem ist es auch möglich, die restlichen Substanzen der zertrümmerten Zellen leicht zu entfernen.
Zufolge der Studien, die in der Entwicklung der vorliegenden Entdeckung durchgeführt sind, ist gefunden worden, daß es -im Falle eines 1-Arginase produzierenden Stammes, der zum Genus Bacillus gehört und in einem natürlichen Medium, das organischen Stickstoff, ein halbsynthetisches Medium oder vollsynthetisches Medium enthält, unter aeroben Bedingungen, z. B. unter Belüften und Rühren gezüchtet ist - möglich ist, eine große Menge an Produkt zu erhalten, das eine extrem hohe 1-Arginase-Aktivität hat, indem man die Züchtung in einer kurzen Zeitperiode, z. B. in 10 - 20 Stunden ausführt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in der folgenden Beschreibung vollständig und deutlich beschrieben werden.
Ein Stamm, der noch später näher erläutert wird und zum Genus Bacillus gehört, wird auf ein organisches Np-haltiges Medium, wie z. B. ein einfaches oder gemischtes Medium, geimpft, welches Fleischextrakt, Pepton, Maiswasser, NZ-Amin, Sojabohnenmehlxiasser, Caseinhydrolysat, geeignete Aminosäuren, v.'ie Glutaminsäure, usxv., enthält. Es ist auch möglich ein flüssiges Medium zu verwenden, welches durch Zusatz geeigneter Vitamine und anorgani-■ scher Salze zu dem Medium hergestellt wird. Der Stamm wird 6 -
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Stunden ( die vorteilhafteste Zeit ist oa. 20 Stunden ) bei cm pH von 5 - 9 bei
und 3elüften gezüchtet.
einem pH von 5-9 bei 20 - '1I-O C unter Schütteln odor Rühren
Unter solchen Bedingungen werden in den Medium 8-20 g/1 Naß-Zellen gezüchtet. Die Ferrnentbrühe X'jird nach Vollendung der Züchtung zentrifugiert oder filtriert, um die Zellen zu isolieren, v/elche dann in üblicher Weise zertrümmert v/erden, um eine E;:traktlösung zu ergeben, die 1-Arginase-Aktivität aufweist. Für die Reinigung der 1-Arginase enthaltenden Lösung können geeignete Methoden, Vielehe konventionell für die Reinigung eines Enzyms verwendet werden ( wie z.B. Ausfüllung mit Ammoniumsulfat, Ausfällung durch ein Lösungsmittel, Chromatographie mit verschiedenen Ionenaustauschern und Adsorbentien und dergleichen), angewendet werden, um ein hochgereinigtes 1-Arginas-Präparat zu ergeben.
Alle in der vorliegenden Beschreibung erwähnten Stämme sind der Öffentlichkeit durch die American Type Culture Collection frei zugängig.
Die für die vorliegende Erfindung zu verwendenden Stämme schliessen z. B. ein: Bacillus pumilus subsp. ncnpentoscfermentus Nr. (ATCC 21 398), Bacillus subtilis (ATCC 6633), Bacillus cereus (ATCC 9139)j Bacillus circulans (ATCC 4513), Bacillus firrnus (ATCC 8247), Bacillus fructosus (ATCC I5 4:31), Bacillus megaterium (ATCC 19 380), Bacillus stearothermophilus (ATCC 7954), Bacillus pumilus (ATCC I9 182, Bacillus thuringiensis (ATCC 10 792).
Die Identifizierung des oben neu isolierten Stammes ist hauptsächlich nach "Manual of Microbiological Methodes", I957 herausgegeben von der"Americc-n Bacteriology Association", durchgeführt werden."
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BAD ORIGINAL
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Bacillus pumilus sibsp. nonpentosofermentus Nr. 4 (ATCC 21 398) nimmt nach der Beschreibung von Bacillus pumilus in der 7. Ausgabe ( 1957) von Bergey's Manual of Determinative Bacteriology das Folgende aus:
1. Es v/ird aus Arabinose und Xylose keine Säure produziert.
2. B1Ur das Wachstum ist Biotin nicht we sent lieh.
Es ist jedoch bezüglich des Stammes Nr. 4 (ATCC 21 398) das Folgende neu beobachtet worden:
1. Es wird kein Indol gebildet.
2. Lackmus-Milch wird peptonisiert und entfärbt.
~j. Aus Fruktose und Glyzerin wird Säure gebildet und aus Galaktose, Mannose, Maltose, Dextrin und Sorbit wird keine Säure gebildet.
4. Es wird 1-Arginase produziert.
Nach den obengenannten Beobachtungen ist der Stamm Nr. 4 durch die Erfinder als neue Unterart von Bacillus pumilus identifiziert worden und wurde Bacillus pumilus subsp. nonpentosofermentus benannt.
Die nachfolgenden, jedoch nicht begrenzenden Beispiele erläutern die Erfindung.
In der vorliegenden Beschreibung 1st die 1-Arginase-Aktivität
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in I.U. (Internationalen Einheiten) ausgedrückt. Eine Aktivität von 1 I.U./ml ist definiert als die Aktivität einer Brühe, in der 1 ml der Brühe in 1 Hinute 1 -Mol 1-Arginin zu zersetzen vermag. Die bevorzugten Stämme der vorliegenden Erfindung produzieren ein Präparat, das eine spezifische Aktivität von wenigstens 35 I.U./mg Protein nach dem Reinigen hat. Der Ausdruck "KL" wird für 1 000 Liter gebraucht.
Beispiel 1
Bacillus pumilus subsp. nonpentosofermentus Nr. 4 (ATCC 21 398) wurde innerhalb von 20 Stunden bei 28°C unter Belüften und Rühren in ein Medium gezüchtet, welches 5 Maiswasser enthielt, und die Permentbrühe wurde als Keimkultur verwendet. Die Keimkultur wurde auf 1 KL eines Mediums geimpft, welches auf ein PH von 7*2 eingestellt war und aus 2 >"i Bouillonpulver, 0,5 $ Hefeextrakt, 0,25 % NaCl und 0,01 % MgSO1^.7 HgO in einem 2 KL-Fermenter bei einem Vol.-Verhältnis von 1 : 10 bestand. Das Keimgut wurde 18 Stunden bei j50°C unter Rühren (110 r.p.m.) und Belüften ( 200 l/Min.) gezüchtet und ergab eine Fermentbrühe, die eine Enzym-Aktivität von 2,0 I.U.,'ml hatte. Durch Zentrifugieren wurden 15^8 kg Naßzellen erhalten.
Die Naßzellen wurden in eine 0,01 mol. Phosphat-Pufferlösung (pH 8) suspendiert und mit Hilfe eines Manton-Gaulin-Hotnogenisierers zertrümmert. Der Zellrückstand wurde zentrifugiert und ergab eine Rohextraktlösung mit einer 1-Arginase-Aktivität von 1,3 I.U./mg Protein. Die Extraktlösung wurde zur Entfernung der Nucleinsäuren einer Behandlung durch Mn +, Teilfällung durch Ammoniumsulfat, Chromatographie durch DEA-Cellulose, CM Cephadex und Biogel und dergleichen unterworfen, um das Enzym-Protein zu
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reinigen. Hui erhielt ein 1-Arginase-Präparat, das eine spezifische Aktivität voii <V5 I.U./r.ij Protein hatte und eine Ausbeute von or.. 2 J )j aufwies.
Das erhaltene Produkt wurde aufgrund seiner analytischen Daten als 1-Arginase-Präparat identifiziert.
Beispiel 2
Bacillus subtilis (ATCC oG^o) wurde zwecks Erhalt einer Keimkultur auf ähnliche, im Beispiel 1 beschriebene Weise gezüchtet. Diese Keimkultur wurde verwendet, um ein Medium ( y 1 ) damit zu beimpfen, das auf ein pH von 1J,2 eingestellt v;ar und 2 -j Glutaminsäure, 0,5 /J "cas"-aminosäure, 0,^5 / NaCl, 0,5 ',j IiIL1POi,, 0,05 ;j' K. JIPO,, 0,05 c/o MgSO,, .7 H0O, <Vf nig/1 MnCl,. K H0O, 0,3 mg/ 1 GaCl^, 5,0 ms/1 ZnSo,., 6,0 hiq 1 PeCl und h,^ mg Ί CuSO1,. 5 H^O in einer.: 3 1-Feri.ieiiter bei einem VoI. -Verhältnis von 1 : 10 enthielt. Die Züchtung wurde in 12 Stunden bei JO°C unter Rühren von -V50 r.p.m. und Belüften von J l/Minute ausgeführt und ergab eine EnzjTn-Aktivität von 1.8 I.U./n;l (Zuchtbrühe).
Die Zellen wurden abzentrifugiert und ergaben ca. 50 g Kaßzellen. Diese ^oirden in eine Phosphat-Pufferlösung (pH : 6,0) suspendiert und 10 Minuten mit einer 10 KC Schall-Oszillation behandelt, um die Zellen zu zertrümmern. Dann wurde der Ze 11-Rück st arid abzentrifugiert und ergab eine Rohextraktlösung mit einer 1-Arginase-Aktivität von 1,2 I.U./mg Protein.
Der Extrakt wurde auf die gleiche, im Beispiel 1 beschriebene V/eise behandelt, um das Enzym zu reinigen, wonach man ein 1-Arginase-Präparat von 35 I.U./mg Protein in einer Ausbeute vor. ca. 20 c/j erhielt.
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BAD ORIGiNA.
Andrejewski, Honke & Gesfhuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, Theaterplafz 3 Beispiel 3
Es wurde in gleicher, im Beispiel 1 beschriebener Weise ein Me-• diurn bereitet und in Fraktionen ( je 30 ml ) unterteilt. Jede _J?-rak-tlon wurde in einen 250 ml Erlenmayer-Kolben gebracht und sterilisiert. -Es vjurde jeweils getrennt ( die Zellen sind aus Tabelle 1 zu ersehen ) in 24 Stunden unter Verwendung eines Agar-Agar-Mediums, das eine wie oben beschriebene Zusammensetzung hatte, gezüchtet.
Die Keimkultur wurde jeweils auf je eine Kultur-Medium-Fraktion geimpft zum 20-stund!gen Züchten bei 30 C unter Schütteln mit -_Hilfe_ e_ines Dreh-Schüttelapparates. ""Sie gezüchteten Zellen wurden jeweils auf die gleiche, im Beispiel 2 beschriebene Weise einer Ultraschall-BeJiandlung ausgesetzt und dann zentrifugiert. Unter Verwendug jewelleries anfallenden 'überstehenden als Enzym-Präparates wurden die 1-Arginin-Aktivitäten -wie aus Tabelle 1 zu ersehen- bei einem pH von 9,2 bestimmt. _,.. !
Tabelle 1
S t ainh 1 -Arginas c-Aktivi t ät
(I.U./mg Protein)
Bacillus pumilus subsp. nonpentoso-
fermentus Nr. 4 ATCC 21 598 4,1
Bacillus'pumilus ATCC I9 182 5,1
Bacillus subtilis ATCC 6633 ■' 3,6
Bacillus cereus ATCC 91^9 1,8
Bacillus circulans ATCC 4-513 · 2,3
Bacillus firmus ATCC 8247 1,7
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Tabelle 1 (Fortsetzung)
Bacillus fructosus ATCC Ij l\-j>l 2,2
Bacillus megateriutn ATCC 19 iioG 1,4
Bacillus stearothcrmophilus ATCC 79i>4 3,0
Bacillus thuringionsis ATCC 10 792 1,1
Denen, die auf dem Gebiet sachkundig sind, werden sich gleich
verschiedene Modifikationen aufdrängen. Z. B. können verschiedene bekannte Nährstoffe und Zusatzstoffe zur Förderung der Züchtung zugesetzt werden,- -_.__
Was in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist und ein Schutz begehrt wird, soll in den nachfolgenden Patentansprüchen dargetan werden.
Ansprüche:
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Claims (6)

Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, Theaterplatz 3 - 10 - Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines 1-Arginase-Enzym-Präparates, -d—a—d—-u- rch gelcen'nz ei c h η e t, daß man einen
1-Arginase_produzierenden Stamm, v/elcher zum Genus Bacillus gehört und ausgewählt ist aus Bacillus pumilus, Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus circulans, Bacillus firmus, Bacillus
fructosus, Bacillus megaterium, Bacillus stearothermophxlus und Bacillus thuringiensis in einem wässrigen Medium züchtet, um
Mikrobenzellen, die eine 1-Arginase-Aktivität besitzen, wachsen zu lassen, sie zu isolieren und aufzuarbeiten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
1-Arginase produzierende Stamm ausgewählt ist aus Bacillus pumilus ATCC 19 182, Bacillus subtilis ATCC 6633, Bacillus cereus ATCC
9139, Bacillus circulans ATCC 4515, Bacillus firmus ATCC 824-7,
Bacillus fructosus ATCC 15 451, Bacillus megaterium ATCC I9 580, Bacillus stearothermophllus ATCC 7954 und Bacillus thuringiensis ATCC 10 792.
3>. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
1-Arginase produzierende Stamm Bacillus pumilus subsp.nonpentosofermentus Nr. 4- ATCC 21 398 ist. ;r
4. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß das
wässrige Medium; eine natürliche organische Stickstoff quelle;, enthält.
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- 11 -
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Züchtung in 6 - 30 Stunden bei einem pH von :j - 9 und bei 20 40 C aerob durchgeführt wird..
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobenzellen eine spezifische Aktivität von wenigstens JS^^^ mg Protein nach dem Reinigen aufweisen. " r-==-
7· Verfahren zur Herstellung eines 1-Arginase-Enzym-Präparates, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stamm Bacillus pumilus subsp. nonpentosofermentus Ur. 4 ATGC 21 398 in einem wässrigen Medium züchtet, um Mikrobenzellen, die eine 1-Arginase-Aktivität haben, wachsen zu lassen, zu isolieren und aufzuarbeiten.
3. 1-Arginase-Enzym-Prä.parat nach dem Verfahren des Anspruchs 1 hergestellt.
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Cited By (3)

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