DE3728506A1 - Process for obtaining alkaloids - Google Patents

Process for obtaining alkaloids

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Abstract

The present invention describes an effective process for obtaining tropane alkaloids, such as atropine and scopolamine, by culturing fibrous roots of plants of the family Solanaceae. The process consists of the following working steps: Transformation of the cells of the plants of the family Solanaceae by an Ri plasmid occurring in Agrobacterium rhizogenes, culturing of the fibrous roots and extraction of the alkaloids which the fibrous roots discharge into the liquid or solid medium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Alkaloidgewinnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine effektive Methode, um Alkaloide, d. h. biogene und medizinale Substanzen, im besonderen Tropan-Alkaloide, die durch Pflanzen der Familie Solanaceae synthetisiert werden, durch Kultivierung von Haarwurzeln dieser Pflanzen der Familie Solanaceae zu gewinnen.The invention relates to a method for producing alkaloid according to the preamble of claim 1. In particular The present invention relates to an effective method for alkaloids, i.e. H. biogenic and medical substances, in particular tropane alkaloids that are caused by Plants of the Solanaceae family are synthesized by cultivating hair roots of these plants Family Solanaceae to win.

Als industrieller Prozeß zur Gewinnung sekundärer pflanzlicher Produkte mit Hilfe pflanzlicher Zell- und Gewebekulturen, ist eine Methode (A) zur Kultivierung undifferenzierter Gewebe, wie z. B. Zellen und Kallusse, und eine Methode (B) zur Kultivierung von Pflanzenorganen wie z. B. Wurzeln und Sproßteile, bekannt. die Methode (A) weist jedoch folgende Schwierigkeiten (I)-(IV) auf:As an industrial process for obtaining secondary herbal products with the help of herbal cell and Tissue cultures is a method (A) for cultivation undifferentiated tissue, such as B. cells and calluses, and a method (B) for cultivating plant organs such as B. roots and shoots known. The method However, (A) has the following difficulties (I) - (IV) on:

  • I. Merkmale von Zell-Linien, die hochproduzierend sind, und die durch Selektion erhalten wurden, können leicht bei Weiterkultivierung verlorengehen.I. Characteristics of cell lines that are highly productive, and which have been obtained by selection easily lost if cultivated further.
  • II. Die Produkte, die durch Anwendung von Methode (A) erhalten werden, unterscheiden sich manchmal leicht von den angestrebten Produkten, die durch Kultivierung der Ursprungspflanze erhalten werden.II. The products obtained by applying method (A) are sometimes slightly different of the targeted products through cultivation of the original plant.
  • III. Die so erhaltenen, verwendbaren Produkte weisen Sicherheitsprobleme auf, da es notwendig ist, Wachstums-Regulatoren, die Sicherheitsprobleme aufweisen, während des Kultivierungs-Prozesses einzusetzen.III. The usable products obtained in this way have safety problems on because there is a need for growth regulators, who have security problems, during the cultivation process.
  • IV. Da die angestrebten Produkte im allgemeinen in der Zelle angehäuft werden, ist es zur Extraktion dieser Produkte notwendig, die Zellen zu zerstören. Die Abtrennung der angestrebten Produkte von den übrigen Komponenten der Zelle steigert die Kosten ihrer Gewinnung.IV. Since the desired products are generally in the Cell are piled up, it is for extracting this Products necessary to destroy the cells. The separation of the targeted products from the rest Components of the cell increase the cost of their extraction.

Auf der anderen Seite schließt das Verfahren (B) ein Verfahren (B-1), das Sproßteile und Wurzeln verwendet, die in vitro durch Proliferation vermehrt wurden und ein Verfahren (B-2) ein, bei dem Agrobacterium rhizogenes in Pflanzen inokuliert wird und die gebildeten Wurzeln anschließend kultiviert werden. Das Verfahren (B) basiert auf folgendem: Sobald A. rhizogenes in Stengel, Blätter und Wurzeln der Pflanzen usw. inokuliert ist, bilden sich an den infizierten Stellen sogenannte Haarwurzeln. Es war bekannt, daß die Wurzeln in den Fällen wachsen, wo ein Teil eines Gens, eines sehr großen Plasmids (Ri-Plasmid), das im A. rhizogenes vorkommt, in ein Gen der Pflanze eingebaut wird, das Wachstum der Wurzeln sehr schnell fortschreitet und daß der Betrag an sekundären Produkten, der auf diese Weise produziert wird, größer als bei gewöhnlichen Wurzeln ist. Demnach ist die (B-2) Methode eine Methode, die das obenerwähnte Wissen anwendet, und die folgenden Schritte umfaßt: Man inokuliert A. rhizogenes in Pflanzen, die nützliche Substanzen in ihren Wurzeln produzieren, sammelt die produzierten Wurzeln unter Abschneiden, kultiviert sie in verschiedenen Vorrichtungen, wie z. B. einem Tank und zerquetscht, um die nützlichen Substanzen zu erhalten, die gewachsenen Wurzeln. Diese Methode hat Aufmerksamkeit erregt als eine Methode zur Gewinnung von natürlichen Produkten, und sie wird für die praktische Anwendung bei einigen Pflanzen als durchführbar betrachtet.On the other hand, the method includes (B) Method (B-1) using shoots and roots which have been proliferated in vitro and a Method (B-2) in which Agrobacterium rhizogenes in Plants are inoculated and the roots formed then be cultivated. The method (B) is based on the following: As soon as A. rhizogenes in stem, leaves and roots of the plants etc. are inoculated so-called hair roots in the infected areas. It was known that the roots grow in cases where a Part of a gene, a very large plasmid (Ri plasmid), that occurs in the rhizogenes artery, in a gene of the plant is incorporated, the growth of the roots very quickly progresses and that the amount of secondary products, produced in this way, larger than ordinary ones Roots is. So that's the (B-2) method  a method using the knowledge mentioned above, and comprises the following steps: A. rhizogenes is inoculated in plants that have useful substances in their Produce roots, collect the roots produced under clipping, cultivated in various devices, such as B. a tank and crushed to the useful substances to preserve the grown roots. This method has attracted attention as one Method of extracting natural products, and them is for practical use on some plants considered feasible.

Obwohl jedoch das Verfahren (B-1) nicht die obigen Probleme (I) und (II), und das Verfahren (B-2) nicht die obigen Probleme (I) bis (III) zeigt, haben beide Verfahren Nachteile. Erstens ist es schwierig, die angestrebten Substanzen von den Zellkomponenten abzutrennen, und die Gesamtkosten werden hoch, da die angestrebten Substanzen, die in den Zellen akkumuliert sind, durch Zellaufbrechen entfernt werden müssen, und zweitens kann dieses Verfahren nur bei dem Batch-Verfahren durchgeführt werden, da es schwierig ist, wachsende Pflanzenorgane kontinuierlich zu entfernen.However, although the method (B-1) does not have the above problems (I) and (II), and the method (B-2) not the Problems (I) through (III) above have both methods Disadvantage. First, it is difficult to achieve the one you are targeting To separate substances from the cell components, and the Total costs become high because the targeted substances, accumulated in the cells by cell disruption must be removed, and secondly, this procedure only be carried out in the batch process, because it is difficult to grow plant organs continuously to remove.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, durch das Alkaloide, die in Haarwurzeln produziert werden, leicht und kontinuierlich extrahiert werden können.It is therefore an object of the present invention Develop processes through which alkaloids are used Hair roots are produced easily and continuously can be extracted.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This problem is solved by the characteristic Features of claim 1.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt ein Verfahren dar, das Zellen, die durch das in A. rhizogenes vorkommende Ri-Plasmid transformiert werden, verwendet, wobei die Haarwurzeln in Zellkultur kultiviert und die Alkaloide, die in das Kulturmedium ausgeschieden, per Extraktion gewonnen werden.A preferred embodiment of the invention Method represents a method that cells that transformed by the Ri plasmid occurring in A. rhizogenes are used, the hair roots in Cell culture is cultivated and the alkaloids in the culture medium  eliminated, won by extraction.

Die vorliegende Erfindung basiert auf Grundlage der Entdeckung, daß bei Pflanzen der Familie Solanaceae die allgemeine Auffassung nicht zutrifft, daß bei Infektion einer Pflanze mit A. rhizogenes an den infizierten Stellen Haarwurzeln gebildet werden, und daß diese Haarwurzeln nicht nur schnell wachsen, sondern daß sie auch Alkaloide produzieren, die in den Zellen der Haarwurzeln angehäuft werden und nicht aus den Zellen der Haarwurzeln ausgeschleust werden; d. h. die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß bei Pflanzen der Familie Solanaceae die auf diese Weise gebildeten Haarwurzeln die produzierten Alkaloide ins Medium ausschleusen.The present invention is based on the discovery that in plants of the Solanaceae family general view does not apply to infection a plant with A. rhizogenes at the infected sites Hair roots are formed, and that these hair roots not only grow quickly, but that they are also alkaloids produce that in the cells of the hair roots accumulated and not removed from the cells of the hair roots will; d. H. the present invention is based on the discovery that in plants of the family Solanaceae the hair roots formed in this way discharge the alkaloids produced into the medium.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die Alkaloidgewinnung mit hoher Produktivität erfolgt.A major advantage of the present invention is that the alkaloid extraction takes place with high productivity.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auf Pflanzen der Familie Solanaceae anwendbar und diese Begrenzung der Pflanzen ist sehr wichtig im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Denn, entgegen allgemeiner Auffassung, können Haarwurzeln von Pflanzen der Familie Solanaceae Alkaloide ins Medium ausschleusen, wobei die Alkaloidgewinnung eine hohe Produktivität hat. Obwohl alle Pflanzen der Familie Solanaceae für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, ist es vorzuziehen, Pflanzen zu verwenden, die von den Gattungen und Atropa spec., Datura spec., Hyoscyamus spec., und Scopolia spec. stammen.The method of the present invention is on plants of the Solanaceae family applicable and this limitation of Planting is very important in the context of the present invention. Because, contrary to popular belief, can Hair roots of plants of the family Solanaceae alkaloids discharge into the medium, the alkaloid extraction a has high productivity. Although all plants in the family Solanaceae can be used for the present invention , it is preferable to use plants that of the genera and Atropa spec., Datura spec., Hyoscyamus spec., And Scopolia spec. come.

Beispiele, wo A. rhizogenes verwendet wird, um die Bildung von Haarwurzeln in den obenaufgeführten Pflanzen zu verstärken, schließen A. rhizogenes ATCC 25818, A. rhizogenes ATCC 15834, A. rhizogenes ATCC 43057 und ähnliche mit ein. Es können auch Bakterien verwendet werden, in welchen das Ri-Plasmid oder T-DNA, die einen Teil des Plasmids bildet und in Escherichia coli oder anderen Bakterien integriert ist.Examples of where A. rhizogenes is used to educate of hair roots in the plants listed above amplify, include A. rhizogenes ATCC 25818, A. rhizogenes  ATCC 15834, A. rhizogenes ATCC 43057 and the like. There can also be bacteria used in which the Ri plasmid or T-DNA, which forms part of the plasmid and in Escherichia coli or other bacteria is integrated.

Nach der vorliegenden Erfindung werden Pflanzen mit A. rhizogenes behandelt, so daß ein Teil (T-DNA) des Ri-Plasmids in das Genom der Pflanzenzelle integriert wird (Transformation).According to the present invention, plants with A. rhizogenes treated so that part (T-DNA) of the Ri plasmids integrated into the genome of the plant cell becomes (transformation).

Beispiele von Verfahren zur Gewinnung von Haarwurzeln, wobei Zellen von Stengeln, Wurzeln, Blättern usw. von Pflanzen der Familie Solanaceae durch Integration der T-DNA des Ri-Plasmids transformiert werden, schließen die folgenden Verfahren 1) bis 5) ein:Examples of methods for obtaining hair roots, with cells from stems, roots, leaves, etc. of Plants of the Solanaceae family by integrating the T-DNA of the Ri plasmid are transformed, the following procedures 1) to 5):

  • 1) Direktes Inokulations-Verfahren bei Pflanzen,1) Direct inoculation procedure in plants,
  • 2) Blattspreiten Transformations-Regenerationsverfahren, das Blattstücke verwendet (R. B. Horsch et al., SCIENCE 227, 1227 (1985)),2) leaf blade transformation regeneration process, that uses leaf pieces (R. B. Horsch et al., SCIENCE 227, 1227 (1985)),
  • 3) Cokultur-Verfahren, das Protoplasten der Pflanzen verwendet (Z. M. Wei et al., Plant Cell Rep., 5: 93-96 (1986)),3) coculture method, the protoplast of the plants used (Z. M. Wei et al., Plant Cell Rep., 5: 93-96 (1986)),
  • 4) Sphäroplasten-Methode, die A. rhizogenes und Protoplasten von Pflanzen verwendet (R. Hain et al., Plant Cell Rep., 3, 60 (1984)),4) spheroplast method, the A. rhizogenes and protoplasts used by plants (R. Hain et al., Plant Cell Rep., 3, 60 (1984)),
  • 5) Verfahren zur direkten Injektion des Ri-Plasmids von A. rhizogenes oder des T-DNA-Teils des Plasmids in die Pflanzenzelle durch eine Mikroinjektion oder ähnlichem.5) Method for direct injection of the Ri plasmid from A. rhizogenes or the T-DNA part of the plasmid in the Plant cell by microinjection or the like.

In dem Fall, in dem das Ri-Plasmid in das Genom der Pflanzenzelle durch eines der Verfahren 1) bis 4) integriert wird, ist es notwendig, A. rhizogenes nach der Integration zu eliminieren. Die Eliminierung von A. rhizogenes kann durch eines der folgenden Verfahren durchgeführt werden:In the case where the Ri plasmid is in the genome of the  Plant cell integrated by one of the methods 1) to 4) it is necessary to add A. rhizogenes after the Eliminate integration. The elimination of A. rhizogenes can be done by one of the following methods will:

  • - Hochtemperaturbehandlung (40°C),- high temperature treatment (40 ° C),
  • - Behandlung mit Antibiotika,- treatment with antibiotics,
  • - Weiterkultivierung der Wurzelspitze und der Haarwurzeln bei kurzen Wachstumszyklen.- Further cultivation of the root tip and the Hair roots with short growth cycles.

Vorzugsweise sollen die Haarwurzeln, die durch das obenerwähnte Verfahren erhalten werden, unter folgenden Bedingungen kultiviert werden:Preferably, the hair roots are said to be caused by the above Procedures can be obtained under the following conditions be cultivated:

  • - Medien: 1. flüssiges Medium; 2. festes Medium, verfestigt mit Agar etc.,- Media: 1. liquid medium; 2. solid medium, solidified with agar etc.,
  • - Kulturhaltung: 1. ruhende Kultur; 2. Schüttelkultur (Rund-, Linearschüttler); 3. Rotationskultur; 4. Kultivierung im großen Maßstab in einem Tank,- Cultivation: 1. culture at rest; 2. Shake culture (Rotary, linear shaker); 3. rotation culture; 4. Cultivation on a large scale Scale in a tank,
  • - Komponenten der Medien: es kann ein Fest- oder Flüssigmedium verwendet werden, das die üblichen Makro- und Mikroelemente, Zucker und Vitamine verwendet.- Components of the media: it can be a fixed or Liquid medium are used, which is the usual Macro and micro elements, sugar and vitamins used.

Beispiele von verwendeten Medien:Examples of media used:

  • 1. Murashige & Skoog Medium,1. Murashige & Skoog Medium,
  • 2. Gamborg B5 Medium,2. Gamborg B5 Medium,
  • 3. Nitsch-Nitsch Medium,3. Nitsch-Nitsch medium,
  • 4. White Medium.4. White Medium.

Wie oben beschrieben, können konventionelle Medien oder Modifikationen davon zur Kultivierung von Pflanzenorganen, Kallusse, Zellen oder ähnlichem verwendet werden. As described above, conventional media or Modifications thereof for the cultivation of plant organs, Calluses, cells or the like can be used.  

In der vorliegenden Erfindung ist es jedoch vorzuziehen, ein Flüssigmedium, das Phosphorsäure in einer Konzentration von 1,5 bis 6,5 mmol/l (mM) insbesondere 1,7 bis 4,5 mmol/l (mM), Fe2+ in einer Konzentration von 1,0 bis 90 µmol/l (µM), insbesondere 5 bis 85 µmol/l (µM), Cu2+ in einer Konzentration von 0,15 bis 1 µmol/l (µM), insbesondere 0,2 bis 0,9 µmol/l (µM), Co2+ in einer Konzentration von 0,3 bis 1,5 µmol/l (µM), insbesondere 0,35 bis 1,2 µmol/l (µM), Gibberellin in einer Konzentration von 2,9×10-3 bis 28,8 µmol/l (µM), insbesondere 0,03 bis 20 µmol/l (µM), Salicylsäure in einer Konzentration von 0,07 bis 3700 µmol/l (µM), insbesondere 0,7 bis 1500 µmol/l (µM), Äpfelsäure in einer Konzentration von 0,07 bis 3800 µmol/l (µM), insbesondere 0,7 bis1500 µmol/l (µM), Bernsteinsäure in einer Konzentration von 0,08 bis 4300 µmol/l (µM), insbesondere 0,8 bis 1700 µmol/l (µM), Indolbuttersäure in einer Konzentration von 0,05 bis 500 µmol/l (µM), insbesondere 0,05 bis 250 µmol/l (µM) und /oder Abscisinsäure in einer Konzentration von 0,04 bis 380 µmol/l (µM), insbesondere 0,04 bis190 µmol/l (µM) verwendet.In the present invention, however, it is preferable to use a liquid medium containing phosphoric acid in a concentration of 1.5 to 6.5 mmol / l (mM), in particular 1.7 to 4.5 mmol / l (mM), Fe 2+ in a concentration of 1.0 to 90 µmol / l (µM), in particular 5 to 85 µmol / l (µM), Cu 2+ in a concentration of 0.15 to 1 µmol / l (µM), in particular 0.2 to 0.9 µmol / l (µM), Co 2+ in a concentration of 0.3 to 1.5 µmol / l (µM), in particular 0.35 to 1.2 µmol / l (µM), gibberellin in a concentration from 2.9 × 10 -3 to 28.8 µmol / l (µM), in particular 0.03 to 20 µmol / l (µM), salicylic acid in a concentration of 0.07 to 3700 µmol / l (µM), in particular 0.7 to 1500 µmol / l (µM), malic acid in a concentration of 0.07 to 3800 µmol / l (µM), in particular 0.7 to 1500 µmol / l (µM), succinic acid in a concentration of 0.08 to 4300 µmol / l (µM), in particular 0.8 to 1700 µmol / l (µM), indole butyric acid in a concentration of 0.05 to 500 µmol / l (µM), in particular 0.05 to 250 µmol / l (µM) and / or abscisic acid in a concentration of 0.04 to 380 µmol / l (µM), in particular 0.04 to 190 µmol / l (µM).

In diesem Flüssigmedium kann Phosphorsäure-, Natriumdihydrogenphosphat, Dinatriumhydrogenphosphat, Trinatriumphosphat oder ähnliches als Phosphatquelle, Eisen(II)sulfat, Eisen(III)sulfat oder ähnliches als Eisenionenquelle, Kupfersulfat oder ähnliches als Kupferionenquelle, und Kobaltchlorid oder ähnliches als Kobaltionenquelle verwendet werden. Als Quelle für das Salicylsäure-Ion, Äpfelsäure-Ion, Bernsteinsäure-Ion, Indolbuttersäure-Ion und Abscisinsäure-Ion können gleichermaßen Verbindungen verwendet werden, die das entsprechende Ion in Wasser abdissoziieren. Beispiele von solchen Verbindungen sind die Säuren selbst und ihre Alkalisalze.In this liquid medium, phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, Disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate or the like as a source of phosphate, iron (II) sulfate, Iron (III) sulfate or the like as a source of iron ions, Copper sulfate or the like as a copper ion source, and cobalt chloride or the like as a source of cobalt ions be used. As a source of the salicylic acid ion, Malic acid ion, succinic acid ion, indole butyric acid ion and abscisic acid ion can be equally Compounds are used that have the corresponding ion dissociate in water. Examples of such connections are the acids themselves and their alkali salts.

Insbesondere ist es vorzuziehen, das obige Flüssigmedium unter Zusatz von speziellen Mengen der obenerwähnten Ionen zu einem konventionellen Medium anzusetzen, welches anorganische Komponenten und eine Kohlenstoffquelle als wesentliche Komponenten enthält, das Wachstumsregulatoren, Vitamine und/oder Aminosäuren, und falls notwendig, noch andere Komponenten enthält.In particular, it is preferable to use the above liquid medium with the addition of special amounts of the above  To form ions to a conventional medium which inorganic components and a carbon source as contains essential components, growth regulators, Vitamins and / or amino acids, and if necessary, contains other components.

Neben Phosphor, Eisen, Kupfer und Kobalt können anorganische Komponenten wie Stickstoff, Kalium, Kalzium, Magnesium, Schwefel, Mangan, Zink, Bor, Molybdän, Chlor, Natrium, Jod und ähnliches dem Medium zugsetzt werden, Beispiele für solche Komponenten sind Kaliumnitrat, Natriumnitrat, Kalziumnitrat, Kaliumchlorid, Kalziumchlorid, Magnesiumsulfat, Natriumsulfat, Magnesiumsulfat, Zinksulfat, Borsäure, Natriummolybdat, Molybdäntrioxid und Kaliumjodid.In addition to phosphorus, iron, copper and cobalt, inorganic Components such as nitrogen, potassium, calcium, magnesium, Sulfur, manganese, zinc, boron, molybdenum, chlorine, Sodium, iodine and the like are added to the medium, Examples of such components are potassium nitrate, sodium nitrate, Calcium nitrate, potassium chloride, calcium chloride, Magnesium sulfate, sodium sulfate, magnesium sulfate, Zinc sulfate, boric acid, sodium molybdate, molybdenum trioxide and potassium iodide.

Beispiele für Kohlenstoffquellen sind Kohlenwasserstoffe wie Zucker und Derivate davon, organische Säuren wie Fettsäuren und primäre Alkohole wie Ethylalkohol.Examples of carbon sources are hydrocarbons like sugar and derivatives thereof, organic acids like Fatty acids and primary alcohols such as ethyl alcohol.

Beispiele für Wachstumsregulatoren sind Auxine wie Indolessigsäure (IAA), Naphthylessigsäure (NAA), p-Chlorphenoxyisbuttersäure, 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure (2,4-D), und Cytokinine wie Kinetin, Zeatin und Dihydrozeatin.Examples of growth regulators are auxins such as indole acetic acid (IAA), naphthylacetic acid (NAA), p-chlorophenoxyisbutyric acid, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D), and cytokinins such as kinetin, zeatin and dihydrozeatin.

Beispiele für Vitamine sind Biotin, Thiamin (Vitamin B1), Pyridoxin (Vitamin B₆), Pantothensäure, Ascorbinsäure (Vitamin C), Inosit und Nikotinsäure.Examples of vitamins are biotin, thiamine (vitamin B1), Pyridoxine (vitamin B₆), pantothenic acid, ascorbic acid (Vitamin C), inositol and nicotinic acid.

Beispiele für Aminosäuren sind Glycin, Alanin, Glutaminsäure und Cystin.Examples of amino acids are glycine, alanine, glutamic acid and cystine.

Die Konzentationen von Komponenten, die außer den obenerwähnten spezifischen Komponenten dem Flüssigmedium zugesetzt werden, können über einen weiten Bereich variieren. Normalerweise enthält das Flüssigmedium anorganische Komponenten in einer Konzentration von ungefähr 0,1 µmol/l (µM) bis 100 mmol/l (mM), Kohlenstoffquellen in einer Konzentration von ungefähr 1 bis 120 g/l, Wachstumsregulatoren in einer Konzentration von 0,01 bis 10 µmol/l (µM), Vitamine in einer Konzentration von ungefähr 0,1 bis 100 mg/l und Aminosäuren in einer Konzentration von ungefähr 0,1 bis 100 mg/l.The concentrations of components other than those mentioned above specific components added to the liquid medium can vary over a wide range. Usually the liquid medium contains inorganic ones  Components in a concentration of approximately 0.1 µmol / l (µM) to 100 mmol / l (mM), carbon sources in a concentration of approximately 1 to 120 g / l, growth regulators in a concentration of 0.01 to 10 µmol / l (µM), vitamins in a concentration of approximately 0.1 to 100 mg / l and amino acids in one concentration from about 0.1 to 100 mg / l.

Nach der vorliegenden Erfindung kann das zu dem Medium zugesetzte Frischgewicht an Haarwurzeln über einen weiten Bereich variieren. Allgemein ist es vorzuziehen, ungefähr 10 mg bis 1 g (Frischgewicht) an Haarwurzeln zu 50 ml des Mediums zuzusetzen.According to the present invention, this can be done to the medium added fresh weight on hair roots over a wide Range vary. Generally, it is preferable, roughly 10 mg to 1 g (fresh weight) of hair roots to 50 ml of the To add medium.

Sollen die Haarwurzeln entsprechend der vorliegenden Erfindung kultiviert werden, ist Licht nicht absolut notwendig, und es ist tatsächlich vorzuziehen, sie zur Produktion von Alkaloiden, wie z. B. Scopolamin an einer abgedunkelten Stelle zu kultivieren. Es ist ebenso vorzuziehen, die Temperatur der Kultur zwischen ungefähr 10°C und 35°C aufrechtzuerhalten, insbesondere zwischen 23°C und 28°C, da die Wachstumsrate der Haarwurzeln unterhalb der Temperatur von 10°C und oberhalb der Temperatur von 35°C abnimmt.Should the hair roots according to the present invention be cultivated, light is not absolutely necessary, and it is actually preferable to produce them of alkaloids such as e.g. B. scopolamine on one cultivate darkened place. It is also preferable the temperature of the culture between about 10 ° C and 35 ° C, especially between 23 ° C and 28 ° C because the growth rate of the hair roots below the temperature of 10 ° C and above the temperature decreases from 35 ° C.

Nach der vorliegenden Erfindung wird das Medium durch ein Verfahren des kontinuierlichen Austausches eines Teiles des Mediums durch frisches Medium während der Kultivierung der Haarwurzeln, oder durch ein Verfahren gesammelt, das das gesamte Medium nach dem ausreichenden Wachstum der Haarwurzeln austauscht. In jedem Fall werden die angestrebten Alkaloide danach durch verschiedene Verfahren vom Medium isoliert.According to the present invention, the medium is covered by a Process of continuous replacement of a part the medium through fresh medium during cultivation the hair roots, or collected by a procedure, that the whole medium after the sufficient growth who exchanges hair roots. In any case, the target Then alkaloids by various methods isolated from the medium.

Die vorliegende Erfindung erlaubt eine leichte Produktion im industriellen Maßstab von Tropanalkaloiden wie Atropin, Scopolamin (Hyoscin) und 1-Hyoscyamin von Solanaceae. Deshalb weist die vorliegende Erfindung folgende Vorteile 1) bis 5) auf:The present invention allows easy production on an industrial scale of tropane alkaloids like atropine, Scopolamine (hyoscin) and 1-hyoscyamine from Solanaceae.  Therefore, the present invention has the following Advantages 1) to 5) on:

  • 1) Eigenschaften von hochproduzierenden Zellinien, die durch Selektion erhalten wurden, gehen bei Weiterkultivierung nicht leicht verloren,1) Properties of high-producing cell lines that obtained through selection go to further cultivation not easily lost
  • 2) Es kann kontinuierlich die gleiche Substanz, die auch die Ursprungspflanze produziert, gewonnen werden,2) It can be the same substance continuously the original plant is also produced, obtained,
  • 3) Es ist nicht notwendig, Wachstumsregulatoren, die Sicherheitsprobleme aufweisen, zu verwenden,3) It is not necessary to have growth regulators Have security issues to use
  • 4) Es ist nicht notwendig, die angestrebten Substanzen von den übrigen Substanzen, die die Zelle enthält, zu separieren, wenn die Haarwurzeln nicht zerstört sind,4) It is not necessary to target substances of the other substances that the cell contains to separate if the hair roots are not destroyed are,
  • 5) Alkaloide können kontinuierlich gewonnen werden, da das Medium kontinuierlich aus der Vorrichtung, das zur Kultivierung der Haarwurzeln dient, entnommen werden kann.5) Alkaloids can be obtained continuously because the medium continuously from the device that is used to cultivate the hair roots can be.

Anhand der folgenden Beispiele soll die vorliegende Erfindung weiter erläutert werden.The present invention is based on the following examples to be explained further.

Beispiel 1Example 1

Das in A. rhizogen enthaltene Ri-Plasmid wurde in Stengel, Blätter, Wurzeln oder anderen Teilen der keimfreien Pflanze inokuliert, die von Meristem-Kulturen und keimfreien Sämlingen erhalten wurden.The Ri plasmid contained in A. rhizogen was in Stengel, Leaves, roots or other parts of the aseptic Plant inoculated by meristem cultures and aseptic Seedlings were obtained.

Zwei bis fünf Wochen später erschienen Haarwurzeln an den infizierten Stellen, die durch Abschneiden gesammelt und auf Murashige & Skoog (abgekürzt MS) Festmedium, das 1 g/l Carbericillin oder 0,5 g/l Claforan enthält, gebracht, und nach ein bis zwei Wochen weiter auf ein frisches MS-Festmedium, das, wie oben beschrieben die gleichen Komponenten enthält, umgesetzt wurden.Two to five weeks later, hair roots appeared on the infected areas collected by clipping and  on Murashige & Skoog (MS for short) solid medium, the 1st contains g / l carbericillin or 0.5 g / l claforan, and after a week or two, go for a fresh one MS solid medium, the same as described above Contains components that have been implemented.

Der obenerwähnte Vorgang wurde zwei- oder dreimal wiederholt, um Bakterien zu entfernen und ein kleiner Teil der so sterilisierten Haarwurzeln wurde aseptisch auf ein MS-Flüssigmedium in einem Erlenmeyer-Kolben umgesetzt und in einem Rundschüttler mit 100 U/min bei 25°C unter Dauerdunkelbedingungen inkubiert.The above process was repeated two or three times, to remove bacteria and a small part of the so sterilized hair roots became aseptic on one MS liquid medium implemented in an Erlenmeyer flask and in a rotary shaker at 100 rpm at 25 ° C below Permanent dark conditions incubated.

Das Medium wurde in Perioden von einer Woche bis 4 Monaten Kultivierungsdauer gesammelt, um die Alkaloide zu extrahieren. Das Festmaterial wurde zuerst vom Medium durch Filtration entfernt und das so erhaltene Medium mit Chloroform bei pH 2, der mit 1 N Schwefelsäure eingestellt wurde, extrahiert und so die wäßrige Phase erhalten. Die wäßrige Phase wurde dann mit Ammoniak auf pH 10 eingestellt, um die Chloroform-Extraktion durchzuführen. Die so erhaltene Chloroformphase wurde unter Verwendung von Natriumsulfatanhydrid dehydriert, und danach bis zur Trockene eingedampft, um die Alkaloidfraktion zu erhalten.The medium was in periods of one week to 4 months Cultivation time collected to the alkaloids extract. The solid material was removed from the medium first removed by filtration and the medium thus obtained with Chloroform at pH 2, adjusted with 1 N sulfuric acid was extracted and thus the aqueous phase obtained. The aqueous phase was then adjusted to pH 10 with ammonia, to perform the chloroform extraction. The chloroform phase thus obtained was obtained using Dehydrated sodium sulfate anhydride, and then until Evaporated to dryness to obtain the alkaloid fraction.

Der Betrag an Alkaloiden wurde mit Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC) bestimmt. Dabei wurde das TSK-Gel ODS-120T (Toyosoda Co.) für die Säulenpackung, eine Mischung aus Methanol und 10 mmol/l (mM) Natrium-1-Heptansulfonat bei pH 4 mit Essigsäure (48 : 52) als Elutionsmittel und eine Wellenlänge von 215 nm zur Detektion verwendet. Die erhaltenen Resultate stehen in Tabelle 1. The amount of alkaloids was determined using high performance liquid chromatography (HPLC) determined. It was TSK-Gel ODS-120T (Toyosoda Co.) for column packing, a mixture of methanol and 10 mmol / l (mM) sodium 1-heptanesulfonate at pH 4 with acetic acid (48:52) as eluent and a wavelength of 215 nm for Detection used. The results obtained are in Table 1.  

Tabelle 1 Table 1

Beispiel 2Example 2

Um Sämlinge zu erhalten, wurden Samen von Datura innoxia Mill. mit einem Sterilisationsmittel wie Natriumhypochlorid-Lösung sterilisiert und anschließend auf ein MS-Festmedium gebracht. Das Ri-Plasmid, isoliert von A. rhizogenes (Stamm Nr. ATCC 15834) wurde in die so erhaltenen Stengel oder Blätter oder anderen Teilen der keimfreien Pflanze inokuliert.To obtain seedlings, seeds of Datura innoxia Mill. With a sterilizing agent such as sodium hypochlorite solution sterilized and then on a MS solid medium brought. The Ri plasmid isolated from A. rhizogenes (strain No. ATCC 15834) was obtained in the thus obtained Stems or leaves or other parts of the aseptic Plant inoculated.

Zwei bis fünf Wochen später erschienen Haarwurzeln an den infizierten Stellen, wurden durch Abschneiden gesammelt, auf ein MS-Festmedium, das 1 g/l Carbenicillin enthielt, umgesetzt, und nach ein bis zwei Wochen nochmalig auf ein frisches MS-Festmedium umgesetzt, das die gleichen Komponenten enthielt. Der Vorgang wurde ein- oder zweimal wiederholt, um sterile Haarwurzeln zu erhalten.Two to five weeks later, hair roots appeared on the infected areas, were collected by clipping, on a solid MS medium containing 1 g / l carbenicillin, implemented, and again after a week or two fresh MS solid medium implemented using the same components contained. The process was done once or twice repeated to obtain sterile hair roots.

Auf der anderen Seite wurden 50 ml des Flüssigmediums, wie es in Tabelle 2 angegeben ist, in einen 100 ml Erlenmeyer-Kolben gegeben und bei einer Temperatur von 120°C für 15 Minuten sterilisiert. Die Haarwurzeln wurden in das Flüssigmedium umgesetzt und in einem Rundschüttler bei 100 U/min und bei 25°C unter Dauerdunkelbedingungen für 30 Tage inkubiert.On the other hand, 50 ml of the liquid medium, into a 100 ml Erlenmeyer flask as indicated in Table 2 given and at a temperature of Sterilized at 120 ° C for 15 minutes. The hair roots were converted into the liquid medium and in a rotary shaker at 100 rpm and at 25 ° C under permanent dark conditions incubated for 30 days.

Nach dieser Kultivierung wurden die Haarwurzeln durch Filtration gesammelt, gewogen und einer Gefriertrocknung unterworfen. Die getrockneten Haarwurzeln wurden auch gewogen und zu Pulver gemahlen. Das Pulver wurde dann mit einer Mischung aus Chloroform, Methanol und Ammoniak (15 : 5 : 1) extrahiert. Dann wurde die Mischung filtriert, um den Extrakt zu erhalten. Der erhaltene Extrakt wurde dann einer Extraktion mit Chloroform bei pH 2 (eingestellt mit 1 N Schwefelsäure) unterworfen, um die wäßrige Phase zu erhalten, die nochmals mit Chloroform bei pH 10 (eingestellt mit Ammoniak) extrahiert wurde. Die so erhaltene Chloroformphase wurde mit Natriumsulfatanhydrid dehydriert und bis zur Trockene eingedampft, um die Alkaloidfraktion zu erhalten.After this cultivation, the hair roots were cut through Filtration collected, weighed and freeze-dried subject. The dried hair roots were too weighed and ground to powder. The powder was then with a mixture of chloroform, methanol and ammonia (15: 5: 1) extracted. Then the mixture was filtered to get the extract. The extract obtained was then an extraction with chloroform at pH 2 (adjusted with 1 N sulfuric acid) to the aqueous Obtain phase, again with chloroform at pH 10 (adjusted with ammonia) was extracted. The so  Chloroform phase obtained was with sodium sulfate anhydride dehydrated and evaporated to dryness to the alkaloid fraction to obtain.

Das Flüssigmedium wurde gewogen und danach der pH auf pH 2 eingestellt, um es dem gleichen Extraktionsverfahren zu unterwerfen.The liquid medium was weighed and then the pH to pH 2 set to do the same extraction process subject.

Der Betrag von Scopolamin, der in der so erhaltenen Alkaloidfraktion enthalten war, wurde mit N,O-Bis- (trymethylsilyl)-acetoamid zu einem Silylderivat umgewandelt und durch Gaschromatographie bestimmt. Als Säule (Temperatur 235°C) wurde eine OV-17 (2 m×3 mm), als Trägergas Stickstoff (Durchflußrate 50 ml/min) und als Detektor ein FID verwendet.The amount of scopolamine in the alkaloid fraction so obtained was included with N, O-bis (trymethylsilyl) acetoamide converted to a silyl derivative and determined by gas chromatography. As a pillar (Temperature 235 ° C) was an OV-17 (2 m × 3 mm), as Carrier gas nitrogen (flow rate 50 ml / min) and as Detector uses an FID.

Der Gesamtgehalt an Scopolamin wurde durch Addition der Gehalte an Scopolamin, die von Haarwurzeln und Flüssigmedium erhalten wurden, bestimmt.The total scopolamine content was determined by adding the Levels of scopolamine from hair roots and liquid medium were obtained.

Die Konzentration der Phosphorsäure im Flüssigmedium und die erhaltenen Resultate zeigt Tabelle 3. The concentration of phosphoric acid in the liquid medium and the results obtained are shown in Table 3.  

Tabelle 2 Table 2

Tabelle 3 Table 3

Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, daß, verglichen mit dem konventionellen MS-Medium (Nr. 1) durch Verwendung der Flüssigmedien (Nr. 2 bis 4) ein hoher Gehalt an Scopolamin gewonnen werden kann.From Table 3 it can be seen that compared to the conventional MS medium (No. 1) by using the Liquid media (No. 2 to 4) a high content of scopolamine can be won.

Beispiel 3Example 3

Kultivierung und Extraktion wurden genauso wie in Beispiel 2 dargestellt ausgeführt, außer daß die Phosphorsäurekonzentration auf 1,25 mmol/l (mM) eingestellt und die Konzentration von Fe2+ variiert wurde. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 4.Cultivation and extraction were carried out in the same manner as shown in Example 2, except that the phosphoric acid concentration was adjusted to 1.25 mmol / l (mM) and the concentration of Fe 2+ was varied. The results are shown in Table 4.

Tabelle 4 Table 4

Beispiel 4Example 4

Kultivierung und Extraktion wurden genauso wie in Beispiel 2 dargestellt ausgeführt, außer daß die Phosphorsäurekonzentration auf 1,25 mmol/l (mM) eingestellt und die Konzentration von Cu2+ variiert wurde. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 5.Cultivation and extraction were carried out in the same manner as shown in Example 2, except that the phosphoric acid concentration was adjusted to 1.25 mmol / l (mM) and the concentration of Cu 2+ was varied. The results are shown in Table 5.

Tabelle 5 Table 5

Beispiel 5Example 5

Kultivierung und Extraktion wurden genauso wie in Beispiel 2 dargestellt ausgeführt, außer daß die Phosphorsäurekonzentration auf 1,25 mmol/l (mM) eingestellt und die Konzentration von Co2+ variiert wurde. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 6. Cultivation and extraction were carried out in the same manner as shown in Example 2, except that the phosphoric acid concentration was adjusted to 1.25 mmol / l (mM) and the concentration of Co 2+ was varied. The results are shown in Table 6.

Tabelle 6 Table 6

Beispiel 6Example 6

Kultivierung und Extraktion wurden genauso wie in Beispiel 2 dargestellt ausgeführt, außer daß die Phosphorsäurekonzentration auf 1,25 mmol/l (mM) eingestellt und weiter Gibberellin zum Flüssigkeitsmedium zugesetzt wurde. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 7.Cultivation and extraction were the same as in example 2 shown, except that the phosphoric acid concentration set to 1.25 mmol / l (mM) and Gibberellin was further added to the liquid medium. The results are shown in Table 7.

Tabelle 7 Table 7

Beispiel 7Example 7

Zur Extraktion von Atropin wurde die Kulturhaltung und Extraktion genauso wie in Beispiel 2 dargestellt ausgeführt, außer daß die Konzentration der Phosphorsäure auf 1,25 mmol/l (mM) eingestellt und weiter die Komponenten dem Flüssigmedium zugesetzt wurden. In diesem Fall wurde der Gehalt an Atropin durch die gleiche Methode wie Scopolamin bestimmt. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 8.For the extraction of atropine, the culture and Extraction carried out exactly as shown in example 2, except that the concentration of phosphoric acid  1.25 mmol / l (mM) and the components were added to the liquid medium. In this case the content of atropine by the same method as scopolamine certainly. The results are shown in Table 8.

Tabelle 8 Table 8

Claims (6)

1. Verfahren zur Gewinnung von Alkaloiden, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Man transformiert Zellen von Pflanzen der Familie Solanaceae durch das im Agrobacterium rhizogenes vorkommende Ri-Plasmid; man kultiviert die Haarwurzeln und extrahiert die Alkaloide, die die Haarwurzeln in ein Medium abgegeben haben.1. A process for the production of alkaloids, characterized by the following process steps: cells of plants of the Solanaceae family are transformed by the Ri plasmid occurring in the Agrobacterium rhizogenes; one cultivates the hair roots and extracts the alkaloids that have given the hair roots into a medium. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanze Atropa spec., Datura spec., Hyoscyamus spec. und/oder Scopolia spec. ist.2. The method according to claim 1, characterized in that that the plant Atropa spec., Datura spec., Hyoscyamus spec. and / or Scopolia spec. is. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Agrobacterium rhizogenes nach Abschluß der Transformation entfernt.3. The method according to claim 1 and / or 2, characterized in that Agrobacterium rhizogenes after Removal of transformation removed. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein festes oder flüssiges Medium ist. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the medium is a solid or is liquid medium.   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein übliches Medium ist.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the medium is a common medium is. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein flüssiges Medium ist und als Ion Phosphorsäure in einer Konzentration von 1,5 bis 6,5 mmol/l (mM), Fe2+ in einer Konzentration von 1,0 bis 90 µmol/l (µM), Cu2+ in einer Konzentration von 0,15 bis 1 µmol/l (µM), Co2+ in einer Konzentration von 0,3 bis 1,5 mmol/l (mM), Gibberellin in einer Konzentration von 2,9×10-3 bis 28,8 µmol/l (µM), Salicylsäure in einer Konzentration von 0,07 bis 3700 µmol/l (µM), Äpfelsäure in einer Konzentration von 0,07 bis 3800 µmol/l (µM), Bernsteinsäure in einer Konzentration von 0,08 bis 4300 µmol/l (µM), Indolbuttersäure in einer Konzentration von 0,05 bis 500 µmol/l (µM) und/oder Abscisinsäure in einer Konzentration von 0,04 bis 380 µmol/l (µM) enthält.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the medium is a liquid medium and as an ion phosphoric acid in a concentration of 1.5 to 6.5 mmol / l (mM), Fe 2+ in a concentration of 1.0 to 90 µmol / l (µM), Cu 2+ in a concentration of 0.15 to 1 µmol / l (µM), Co 2+ in a concentration of 0.3 to 1.5 mmol / l (mM ), Gibberellin in a concentration of 2.9 × 10 -3 to 28.8 µmol / l (µM), salicylic acid in a concentration of 0.07 to 3700 µmol / l (µM), malic acid in a concentration of 0.07 up to 3800 µmol / l (µM), succinic acid in a concentration of 0.08 to 4300 µmol / l (µM), indole butyric acid in a concentration of 0.05 to 500 µmol / l (µM) and / or abscisic acid in a concentration of Contains 0.04 to 380 µmol / l (µM).
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