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Verfahren zur Gewinnung eines neuen Antibioticums Violamycin sowie
seines Aglycons.
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Die Erfindung betrifft ein -Verfahren zur Gewinnung eines bisher unbekannten
Pigmentantibioticums mit cancerostaticher, virostatischer und insbesondere mit neuartiger
und überraschender Wirksamkeit gegen verschiedepe Erreger von Mycoplasma-Infektionen,
das als Violamycin bezeichnet wird. Gegen Tumorkrankheiten und durch Viren hervorgerufene
Krankheiten bei Mensch und Nutztier gibt es nur wenige bzw unzureichende Mittel.
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Es ist ein Nachteil, daß die gegen Mycoplasmen-Erkrankungen eingesetzten
Chemotherapeutioa keine bakterizide Wirkung auf die Erreger zeigen.
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Zweck der Erfindung ist die Herstellung eines. Heilmittels gegen Tumor-,
Virus- und Mycoplasma-Krankheiten.
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Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Herstellungsterfahren
anzugeben.
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Es wurde gefunden, daß in den Fermentationslösungen des Stammes IMET
JA 6844 ein für die Therapie von neoplastischen, viralen und insbesondere durch
Mycoplasmen -hervorgerufenen Erkrankungen geeignetes neues Antibioticum, das als
Violamycin bezeichnet wurde, in guter Ausbeute gebildet wird und unter den im folgenden
beschriebenen Verfahrensbedingungen isoliert werden kann.
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Der Mikroorganismus zur Gewinnung des Violamycins ist in der Stammsammlung
des Zentralinstitus für Mikrobiologie und experimentelle Therapie, Jena, der Deutschen
Akademie der Wissenschaften zu Berlin unter der Stammsammlungs-Nummer IMET JA 6844
hinterlegt.
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Der Wildtyp des Bildners wurde 1958 aus einer Erdprobe von der Schwellenburg
bei Elxleben (Erfurt) isoliert. Der Stemm gehört zur Gattung Streptomyces und entspricht
der Diagnose von Streptomyces violaceus (Rossi~Doria 1891, Kraszilnikov 1941, Waksman
1953) wie sie nach Untersuchung des Neo-Typ-Stammes ISP 5082 (-IMI-I, RIA 565, ATCC
15888) im Internationalen Streptomyces Project von Shirling und Gottlieb (Int. J.
syst. Bect. 19:497(1969) gegeben wird. Der Stamm hat folgende Merkmale: Das Substratmycel
ist auf den verschiedenen Medien und zu verschiedenen Zeiten rot, violett oder blau
gefärbt, Das Pigment, das auch in die Agar-Medien diffundieren kann, hat Indikatoreigenschaften:
sauer-rot, alkalisch-blau. Das Luftmycel ist blaßrosa, rosa oder graurosa gefärbt.
Die Sporenketten sind in mehr oder weniger regelmäßigen, meist offenen Spiralen
an z.T. langen Haupthyphen angeordnet. Die Sporenoberfläche ist stachelig. Auf Pepton
bzw. Tyrosin-haltigen Medien diffundiert ein braunes bis blauschwarzes Pigment in
den Agar. Der Stamm wächst auf Basalmedium mit Zusatz von D-Glucose, L-Arablnose,
D-Xylose, m-Inosit, D-Mannit, D-Fructose, Rhamnose, Saccharose und Raffinose.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß unter aeroben Kulturbedingungen
in einem flüssigen Nährmedium mit entsprechenden Kohlenstoff- und Stickstoffquellen
sowie Mineralsalzen der Streptomaces violaceus-Stamm IMET JA 6844 oder seine Mutanten
und Varianten gezüchtet werden. Die Züchtung wird in geeigneten N§hrmedien bei einer
Temperatur von 25-37 0C während 2 bis 6 Tagen unter Belüftung und RUhrung durchgeführt.
Nach Abtrennen des Mycels aus der Kulturlösung wird das Antibioticum Violamycin
mit organischen Lösungsmitteln aus dem Kulturfiltrat und Mycel extrahiert. Die Extrakte
werden bis zur wässrigen Phase konzentriert und aus den Rohkonzentraten wird das
Antibioticum erneut in die organische phase überführt und aus den Extraktkonzentraten
durch
Ausfällen mit einer Fraktion niedrigsiedender kohlenwasserstoffe
gewonnen und durch geeignete chromatographische Verfahren gereinigt.
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Die Kultvierung des Stammes BEET JA 6844 sowie- seiner Mutanten und
Varianten erfolgt unter aeroben Bedingungen. An Erde lyophil getrocknetes Sporenmaterial
des Stammes wird in geeignete Agar nährböden und nachfolgend in flüssige, vorher
szerilisierte Nächmedien geimpft und das entstehende Mycel wird in an sich bekannter
Weise bei einer Tanperatur zwischen 25 und 37 oO (vorzugsweise 28 °c) über einen
Zeitraum von 2 bis 6 Tagen (vorzugsweise 4 Tagen) bei einer Acidität, die zu Beginn
des Fermentationsprozesse zwischen pH 6,2 und 7,0 und am Ende zwischen pH 7,5 und
8,3 liegt, kaltiviert. Das Nährmedium besteht aus Kohlenstoff- und Stickstoffquellen,
sowie aus anorganischen Salzen. Als Kohlenstoffquellen-können Stärke, Glucose, Glycerin,
Mannit, Dextrin, Saccharose, Sojaöl und Soaamehl werwendet werden.-Als Stickstoffquellen
können außer den oben erwähnten stickstoffhaltigen Substraten auch Trockenhefe,
Fleischpepton und Casein in Trage kommen, Gute Fermentationsergebnisse können bei
Zusatz von Mineralsalzen erzielt werden. Letztere begünstigen den Verlauf der Fermentation
je nach dem verwendeten Nährmedium. In komplexen Medien, die ver- -schiedene Mehle
enthalten, haben sich Zusätze von Kalziumkarbonat, Na-Phosphat bzw. K-Phosphat als
vorteilhaft erwiesen. Die Permentation des Bildners kann in Steilbrustflaschen und
Rundkolben verschiedenen Inhalts, im Glasfermenter sowie in V2A-Tanks durchgeführt
werden.
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Die Isolierung des Pigment-Antibioticums Violamycin wird in der kreise
durchgeführt, daß das Antibioticum aus dem Kulturfiltrat mit organischen, mit Wasser
nicht oder wenig mischbaren, und aus dem Mycel mit organischen, mit Wasser mischbaren
Lösungsmitteln extrahiert, nach Konzentrieren der Extrakte in die wässrige Phase
überfährt, aus der wässrigen Phase bei pH 3,0 bis pH 9,0 (vorzugsweise bei pll 8,2
)mit organischen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln erneut extrahiert und
aus den Extraktkonzentraten durch Versetzen mit Petroläther oder Benzin unter Ruhen
ausgefällt,
vom Lösungsmittel durch Filtration befreit, in Chloroform
gelöst, vom unlöschlichen Rückstand filtriert, die Lösung mit Wasser gewarohen erneut
konzentriert und durch Versetzen mit Petroläther die Fraktion A gefällt und in niederen
Alkoholen gelöst säulenchromatographisch gereinigt und in den biologisch inaktiven
Chromo.-phor Violamycinon A und den biologisch aktiven Antibioticakomplex Violwnycin
A getrennt wird. Die Fraktion B wird au dem Waschwasser des Chloroformextrakts durch
Extraktion bei pH 6 bis pH 9 mit Butanol reextrahiert, der Reextrakt wird konzentriert
und das Gemisch mit Petroläther gefällt, die Fraktion B in niederen Alkoholen gelöst
und in das Antibioticum Violamycin B und den biologisch inaktiven Chromophorkomplex
Violamyo inon B chromatographisch getrennt.
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Violamycin A und B unterschieden sich durch den Gehalt an Zuckerverbindungen
und können papierchromatographisch in 6 verschiedene Komponenten getrennt werden.
Die Hydrolysate von Violamycin A und B geben das gleiche Chromophorgemisch, jedoch
mit quantitativen Unterschieden der einzelnen Komponenten. Die Ohromophorkomplexe
von Violamyoinon A und B unterschieden sich ebenfalls in der Qualität der Chromophorkomponenten.
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Die aus den Hydrolysaten gewonnenen Chromophorgemisohe werden säulenchromatographisch
getrennt, die Chromophore Violamycinon A1 - A6 bzw. B1-B6 miteinander verglichen
und ihre Zugehörigkeit zur chemischen Strukturklasse der Anthracyclinone bestimmt0
Das Antibioticum Violamycin A ist ein Komplex amorpher rotbrauner Substanzen, der
sich gut in Chloroform, Aceton und Alkoholen, wenig in Benzol und nicht in Äther
und Wasser löst. Das Antibioticum Violamycin A besitzt Indikatoreigenschaften und
ist in sauren Lösungen rot, in alkalischen blau.
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Das Antibioticum Violamycin B ist ein Komplex amorpher rotbrauner
Substanzen, der sich gut in Wasser, niederen Alkoholen, Aceton und Chloroform, dagegen
nicht in Benzol, Petroläther und Äther löst. Das Antibiobicum besitzt Indikatoreigenschaften
und ist in sauren Lösungen rot, in alkalischen blau.
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Violamycinon A1 (B1) und A2 (B2) haben wie das bekannte Rhodomycinon
bzw. Isorhodomycinon in C C10-Stellung eine OH-Gruppe und entsprechen damit dem
Typ des #'-Rhodomycinons bzw. ß-Isorhodomyeines. Violamycinon A3 (B3), A4 (B4),
A5 (B5) und A6 (B6) haben in C10-Stellung eine Carbomethoxygruppe und entsprechen
dem Typ des #'-Rhodomycinons bzw. -Isorhodomycinons, die bisher als Bestandteile
eines Äntibioticums unbekannt sind. A3 (B3) und A5 (B5) sind nach ihrer UV-Absorbtion
die Isorhodomycinon-Verbindngen, A4 (34) und A6 (B6) \ die Rhodomycinon-Verbindungen.
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Violamycinone zeigen folgende Absorptionsmaxima im sichtbaren Bereich
des elektromagnetischen Spektrums: A1 (B1) Absopbtion bei = 564; 551; 524; 495 mµ
A3 (B3) " " = 564; 551; 524; 495 mµ A5 (B5) " " = 564; 551s 524; 495 mu A2 (B2)
" " = 529; 516; 495; A4 (B4) " " = 529; 516; 495; A6 (B6) It = 529; 516; 495; Sowohl
frische Fermentationsbrühen dea Violamycin-Bildners als auch das aus ihnen isolierte
Antibioticum wirken wachstumshemmend auf prampositive Bakterien und mycobakterien,
in geringerem Maße auf Vertreter granmegativer Batterien, dagegen werden Hefen und
Pilze nicht- antibiotisch beeinflußt Gegen Säugerzellen in vitro und gegen tierexperimentelle
Tumoren der Maus entfaltet Violamycin catostatische bzw. cancerostatische Aktivität,
Untersuchung der cancerostatischen Wirkung des Antibioticums Violamycin.
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In der 1. Stufe des Cancerostatica-Tests (Bereich Experimentelle Therapie
des ZIMET Jena) entfaltet das Rohprodukt des Violamycins an Mäusen, denen die experimentellen
Leukämien L 1210 und LAJI bzw. das Sarkom 180 übertragen wurden, Wirksamkeit gegen
das Sar-Icom 180. Bei einmaliger i.p.-Applikation von 5 bzw. 2,5 mcg Violamycin-Rohprodukt
pro 20 g Maus wird das Wachstum des soliden Tumors im Vergleich zu unbehandelten
Kontrollen um 48,9 bzw.
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53,6% gehemmt.
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Bakterielle Viren werden ebenso viie Vertreter animalischer Viren
intrazellulär durch das Antibioticum in ihrer Vermehrung gehemmt, ohne gleichzeitiges
Blockieren aes Wirt szell stoffwechsels. Eine besonders starke Wirksamkeit übt Violamycin
auf die Zellteilung und den Ruhe stoffwechsel von Mycoplasma-Artcn aus, Untersuchung
der bakteriostatischen und bakteriziden Wirkung des Antibioticums Violamycin auf
Mycoplasmen Die Wirkung des Antibioticums wurde an 2 in der Landwirtschaft, inobusondere
in der Viehzucht und Nutztierhaltung bedeutsamen Tierseuchenerregern geprUft. Violamycin
A u. B zeichnen sich durch eine überraschexü starke bakteriostatische und gleichzeitig
auch bakterizide Aktivität gegen Mycoplasma gallispeticum (Stamm S 6) und Mycoplasma
hydrohinis aus. Die vergleichende Untersuchung der biologischen Aktivität der Antibioticakomplexe
Violamycin A u. B ergibt nach Auswertung des Verdünnungstests auf Bouillon-Nährboden
folgende Wirkungsspektrum: Tabelle 1 Testorganismus Minimale Hemmkonzentration bakteriostatisch
(mcg/ml) bakterizid mcg/ml Violamycin: Violamycin: A B A B Mycoplasma gallisepticum
0,03 0,15 0,76 0,76 Stamm S 6 Mycoplasma hyorhinis 0,15 0,15 19,0 0,76 Die in Tabelle
1 aufgeführten Resultate zeigen, daß Violamycin A gegen M.gallisepticum (Stamm S
6) stärker bakteriostatisch wirksam ist als Violamycin B, dafür aber Violaycin B
eine stärkere bakterizide Aktivität gegen M.hyorhinis entfaltet als Violamycin A.
Beide Violamycine unterscheiden sich von den bisher bekannten Naturstoffen mit Wirksamkeit
gegen Mycoplasmen durch ihre mehrhundertfach stärkere bakterizide Wirkung.Eine derartige
biologische Aktivität gegen Vertreter der Mycoplasmen, die bei Nutztieren Krankheitssymptome
hervorrufen können, ist bisher für Anthrycyclin-Antibiotica nicht beschrieben und
überraschend.
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Das neue Antibioticum Violamycin und seine Derivate können als potentielle
chemotherapeutica gegen Mycoplasma-Erkankungen von Mensch und Nutztier, gegen Tumor-
sowie Viruskrankheiten angesetzt werden.
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Die folgenden Beispiele dienen dazu, die Erfindung zu erläutern, ohne
sie hierauf zu beschränken.
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Beispiel 1 Zwei 500 ml-Steilbrustflaschen enthalten je 80 ml des folgenden
Vorzuchtmediums: Glucose 1,5 % sojamehl . 1,5 % Na-Chlorid 0,5 % Ca-Karbonat 0,1
% primäres K-Phosphat 0,03 % in Leitungswasser Sterilisation: 35 Min. bei 110 °C.
Nach Sterilisation liegt die Acidität bei pH 6,3.
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Jede Steilbrustflasche wird mit einer Sporen- und Mycelsuspension
beimpft, welche mit steriler, isotonischer Kochsalzlösung von einer im Reagenzglas
auf folgendem Anzucht-Nährboden gezüchteten, 10 bis 14 Tage alten Kultur des Violamycin-Bildners
hergestellt wird: Hafermehl 1 % Haferflocken, gemahlen 1 % Agar-Agar 2 % in Leitungswasser
Sterilisation: 35 Min. bei 120 OC, natursauer.
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Die beimpften Vorzuchtkulturen werden 48 Stod. bei 28 0C auf einem
Schüttelgerät mit einer Frequenz von 180 U/min. bebrütet. 8 ml einer so bebrüteten
Vorzuchtkultur dienen zur Beimpfung von 500 ml -Steilbrustflaschen, die je 80 ml
des folgenden Produktions-Mediums enthalten: Glucose 2,0 % Sojamehl 2,0 % Na-Chlorid
0,5 % Ca-Karbonat 0,3 fo in Leitungswasser 0,3 %
Sterilisation:
35 Min. bei 115 °C. Die Acidität beträgt nach Sterilisation pH 6,3. Die Temperatur
während der Fermentation liegt bei 28 OC und die Schüttelfrequenz bei 180 U/Minute.
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Nach 72-stündiger Fermentation zird der höchste Gehalt an Violamycin
erreicht (125 mcg/ml). Die Aktivitätsbestimmung erfolgt mit Hilfe einer Reihe bekannter
und neuer mikrobiologischer Agardiffusions-Testverfahren. Bei letzteren dient die
Hemmwirkung des Violamycins auf die Vermehrung bakterieller Viren in ihren Wirtszellen
als Maßstab für die Aktivität des antibioticums (Fl&ck,W.
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1968, Allg.Mikrobiol. 8 (2), 139 ).
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Beispiel 2 Man verfährt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß
das Produktionsmedium folgende Zusammensetzung hat: Glucose 1 % Stärke 1 % Sijamehl
1 % Bäckerhefe 0,5 % Na-Chlorid 0,5 % Ca-Karbonat 0,3 % in Leitungswasser Sterilisation:
40 Min. bei 116 °C. Die ;.ciditAt liegt nach dem Sterilisieren bei pH 6,2. Der höchste
Gehalt an Violemycin wird nach 90 Std. erreicht (100 mcg/ml).
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Beispiel 3 Mit einer Kultur des Violamycin-Bildners von einem festen
Nährboden, wie im Beispiel 1 beschrieben, beimpft man 80 ml des im Beispiel 1 angeführten
flüssigen Vorzucht-mediums, welches in einer 500 ml-Steilbrugtflasche enthalten
ist. Man bebrütet 24 Std.
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bei 280C auf einem Schüttelgerät mit einer Frequenz von 180 U/Min.
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12 ml der so erhaltenen Kulturbrühe dienen zur Beimpfung von 400 ml
des gleichen Vorzucht-Mediums, welches in einem 2 l-Glaskolben enthalten ist. Man
bebrütet weitere 24 Std. bei 28 0 und bei einer Schüttelfrequenz von 180 U/min.,
ehe die so erhaltenen 400 ml
Kulturbrühe zur Beimpfung von 20 1
des im Beispiel 1 beschriebenen Produktions-Mediums dienen. Letzteres ist in einem
32 1-Glasfer;nenter enthalten. Während der Fermentation, die mit einer Rührgeschwindigkeit
von 400 U/Min. und m:it einer Luftzufuhr von 15 1/Min. ausgeführt wurde, wird die
Schaumbildung durch Zusatz kleiner Mengen von Sonnenblumenöl oder anderer, silikonhaltiger
Schumschutzm1ttel kontrolliert. 20 1 Kulturlösung werden mit Salzsäure auf pH 5,0
eingestellt und nach Separieren des Mycels werden 18 1 Kulturfiltrat erhalten. Der
Butanol-Extrakt des Kulturfiltrates wird im Vakuum auf 1:10 des Ausgangsvolumens
eingeangt und mit dem butanolreextrakt des Mycelextraktkonzentrates vereinigt. Zuvor
wird das Mycel mit Methanol-zweimal im Verhältbis 1:6 ausgerührt. Die vereinten
Extrakte werden unter vermindertem Druck bis auf 1/20-des Methanolvolumens eingeengt
und die dabei entstehende wässrige Lösung wird mit Butanol erschöpfend extrahiert.
Die vereinten Butanolextrakte werden zusammen mit dem Butanolestrakt des Kulturfiltrates
auf 1/25 des Kulturlösungs-Volumens gebracht. Aus dem Endkonzentrat werden unter
Zufügen des 3-fachen Volumens an Petroläther 300 g biologisch aktives Rohprodukt
(A 6844) pro m3 Kulturlösung erhalten.
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Beispiel 4 Das Verfahren unterscheidet sich von demjenigen des Beispiels
3 dadurch, daß der Violamycin-Bildner nach Vorzucht in einem 2 1-Glaskolben anstatt
in einem 32 l-Glasfermenter in einem 400 1-V2Ä-Tank überimpft wird, der das im.
Beispiel 1 beschriebene Produktionsmedium enthält. Die Rührgeschwindigkeit beträgt
280 U/Min.
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und die Luftzufuhr wird auf 400 l/Min. eingestellt.
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Aus 300 1 Kulturlösung werden nach dem im Beispiel 3 beschriebenen
Verfahren 300 g Rohprodukt A 6844/m3 gewonnen Das Rohprodukt A 6844 wird für die
Gewinnung der biologisch aktiven Komplexe Violamycin Ä u. B benutzt.
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Beispiel 5 200 g Rohprodukt A 6844 werden in 5 1 Chloroform suspendiert
und nach 1 stündigem Rühren wird die Lösung vom unlöslichen Rückstand abgetrennt,
Die Chloroformlösung wird 5 bis 6 mal mit der hälfte des Volumens Wasser gewaschen
und dadurch von wasserlöshohen
Pigmenten vollständig befreit.
Nach dem Trocknen wird die Chloroformlösung unter vermindertem Druck auf 1/50 des
Ausgangsvolumens konzentriert und mit der lOfachen Menge an Petroläther verrührt.
Dabei fällt die biologisch aktive Violamycin-Fraktion A aus. Die Fraktion A wird
abfiltriert, mit reinem Petroläther gewaschen und unter vermindertem Druck im Exikkator
Uber konz.
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Schwefelsäure getrocknet. Die Ausbeute an Fraktion A betritt 16 g.
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Die Violamycin-Fraktion A wird säulenchromatographisch in das Antibioticum
Violamycin A und den biologisch inaktiven Chromophorkomplex Violamycinon A getrennt.
Aus 10 g Violamycin-Fraktion A werden 5 g Violamycin A erhalten.
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Die Violamycin-Fraktion B ist aus dem Waschwasser des Chloroformextraktes
nach Einstellen der Acidität auf pH 8,5 durch Butanolextraktion zu gewinnen. Nach
Konzentrieren der Butanolextrakte und nach deren Verrühren mit Petrläther wird der
entstehende Niederschlag abfiltriert und getrocknet. Die Ausbeute an Violamycin-Fraktion
B beträgt 25 g pro 200 g Rohprodukt A 6844.
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Die Fraktion B läßt sich analog zu Fraktion A in das Antibioticum
Violamycin B und den biologisch inaktiven Chromophorkomplex Violamycinon B trennen,
Aus 10 g der 'Fraktion B werden 9,5 g des Antibioticums Violamycin B erhalten.