DE3902980A1 - METHOD FOR PRODUCING VINCAMINE AND EPIVINCAMINE BY BREEDING VINCA MINOR CELL CULTURES - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING VINCAMINE AND EPIVINCAMINE BY BREEDING VINCA MINOR CELL CULTURESInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vincamin und Epivincamin.The invention relates to a method for producing Vincamin and Epivincamin.
Die Herstellung von Vinca-Alkaloiden durch ein Fermentations verfahren in einem künstlichen Medium wird seit mehreren Jahren untersucht. In der FR-A-23 00 131 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Gemisches undefinierter Vinca-Alka loide beschrieben. Dort wird die Herstellung eines kom plexen Alkaloidgemisches nach mehr als 20 Tagen Fermen tation von Zellsuspensionskulturen und bevorzugt bei kon tinuierlicher Beleuchtung mit Ausbeuten von etwa 20-45 mg/l beschrieben.The production of vinca alkaloids by fermentation Process in an artificial medium has been around for several Years. FR-A-23 00 131 describes a process for the preparation of a mixture of undefined Vinca-Alka described loide. There the production of a com complex alkaloid mixture after more than 20 days of fermentation tion of cell suspension cultures and preferably with con continuous lighting with yields of around 20-45 mg / l described.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß erfindungsgemäß eine neue Zellkultur, die sich von Vinca minor L. ableitet, Vincamin und sein Isomeres Epivincamin ohne weitere Alka loide in guten Ausbeuten bilden kann. Die vorliegende Er findung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von Vincamin und Epivincamin, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Zellen der Kultur FICE-V3 (DSM 4365) bei aeroben Be dingungen in einem flüssigen Medium, welches eine assimi lierbare Kohlenstoffquelle, eine assimilierbare Stickstoff quelle und Mineralsalze enthält, gezüchtet werden.It has surprisingly been found that according to the invention a new cell culture derived from Vinca minor L. Vincamin and his isomeric epivamin without further Alka can form loide in good yields. The present Er The invention thus relates to a method for producing Vincamine and epivamin, which is characterized by that cells of the culture FICE-V3 (DSM 4365) in aerobic loading conditions in a liquid medium, which is an assimi carbon source, an assimilable nitrogen contains source and mineral salts, are grown.
Es ist somit möglich, Ausbeuten an Vincamin und Epivincamin von etwa 1g/l oder darüber in einer flüssigen Kultur zu er halten unabhängig davon, ob die Kultur beleuchtet bzw. be strahlt wird oder nicht. Die hohe Ausbeute bei der Her stellung, die Einfachheit des Verfahrens, welches in üb lichen Industriefermentationsvorrichtungen durchgeführt werden kann, und die Tatsache, daß nur zwei Isomere, Vin camin und Epivincamin, gebildet werden, sind die wesent lichsten Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung und stellen eine Verbesserung gegenüber dem Extraktionsver fahren von Alkaloiden aus Vinca minor-Pflanzen und dem semisynthetischen Herstellungsverfahren der FR-A-23 00 131 dar.It is thus possible to yield vincamine and epivamine of about 1g / l or above in a liquid culture hold regardless of whether the culture is illuminated or be shines or not. The high yield at the Her position, the simplicity of the procedure, which in ex industrial fermentation devices and the fact that only two isomers, Vin camin and epivamin, which are formed, are the essential ones Lichsten advantages according to the present invention and represent an improvement over the extraction ver drive from alkaloids from Vinca minor plants and the semi-synthetic manufacturing process of FR-A-23 00 131 represents.
Das so gebildete Vincamin und Epivincamin können aus den Zellen und/oder der Kulturbrühe isoliert werden. Sie kön nen voneineinander getrennt werden. Vincamin und Epivin camin unterscheiden sich voneinander in ihrer Stereochemie in der 16-Stellung. Aus der Literatur ist bekannt, daß die Umwandlung von Vincamin in Epivincamin leicht mit hohen Ausbeuten in saurer Lösung erfolgen kann (G. Szantay et al., Tetrahedron Lett. (1973) S. 191). Das erfindungsgemäß her gestellte Vincamin kann daher in Epivincamin umgewandelt werden.The so formed vincamine and epivine can from the Cells and / or the culture broth are isolated. You can be separated from each other. Vincamin and Epivin camin differ from each other in their stereochemistry in the 16 position. It is known from the literature that the Conversion of vincamine to epivamin easily with high levels Yields can take place in acid solution (G. Szantay et al., Tetrahedron Lett. (1973) p. 191). That according to the invention Provided vincamine can therefore be converted into epivamine will.
Die neue Kultur, welche Vincamin und Epivincamin bildet, wird als Stamm FICE-V3 bezeichnet. Sie wurde am 23. Dezem ber 1987 bei der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen (DSM) unter der Hinterlegungsnummer DSM 4365 hinterlegt. Die morphologischen Eigenschaften von FICE-V3-Zellen sind folgende:The new culture that forms vincamine and epivamin, is called strain FICE-V3. It was on December 23 About 1987 at the German Collection for Microorganisms (DSM) under the deposit number DSM 4365. The morphological properties of FICE V3 cells are the following:
Auf einem festen Medium gezüchtete Kulturen (Callus-Kultu ren) sind farblose, leicht zerlegbare Zellmassen. Die Zel len haben eine runde bis elliptische Form mit einem Durch messer von 50-100 µm. Bei den geprüften Kulturbedingungen zeigen die Callus-Kulturen keine Organogenese oder irgend eine Differenzierung. Bei der Einwirkung von Licht mit 2000 Lux verfärben sich die Callus-Kulturen, bedingt durch die Chlorophyllbiosynthese grün. Jedoch beeinflußt die Lichteinwirkung die Alkaloidbiosynthese nicht.Cultures grown on a solid medium (Callus-Kultu ren) are colorless, easily disassembled cell masses. The cell len have a round to elliptical shape with a through knife from 50-100 µm. With the tested cultural conditions the callus cultures show no organogenesis or anything a differentiation. When exposed to light with 2000 lux discolour the callus cultures due to chlorophyll biosynthesis green. However, that affects Exposure to light does not affect alkaloid biosynthesis.
Bei der Züchtung in flüssigen Medien wachsen nicht differenzierte Kulturen als kleine Aggregate von 5 bis 50 Zellen. Die Zellen besitzen die gleiche Form und gleiche Dimensionen wie jene, die auf festen Medien gezüchtet wer den.When growing in liquid media do not grow differentiated cultures as small aggregates from 5 to 50 Cells. The cells have the same shape and the same Dimensions like those grown on solid media the.
Eine andere Eigenschaft ist die Bildung der beiden Alka loide Vincamin und Epivincamin in im wesentlichen reiner Form, die im folgenden einfach als "rohes Vincamin" be zeichnet werden.Another characteristic is the formation of the two alka loide vincamine and epivamin in essentially pure Form, which in the following simply as "raw Vincamin" be be drawn.
Die neue Kultur wurde aus einer Vinca minor-Pflanze, die nahe Lecco (Como, Italien) gefunden wurde, gewonnen. Pflan zenteile (Blätter, Triebe und Wurzeln) wurden durch Waschen mit 70%-igem Ethanol während 5 Minuten, 2%-igem Natrium hyperchlorit während 2 Minuten und 5%-igem Quecksilber- (II)-chlorid während 45 Sekunden sterilisiert. Nach jedem Waschvorgang wurden sie mit sterilem destilliertem Wasser gespült.The new crop was made from a Vinca minor plant that near Lecco (Como, Italy). Pflan parts (leaves, shoots and roots) were washed with 70% ethanol for 5 minutes, 2% sodium hyperchlorite for 2 minutes and 5% mercury (II) chloride sterilized for 45 seconds. After every They were washed with sterile distilled water rinsed.
Die Blätter, Triebe und Wurzeln wurden dann in Stücke ge schnitten und aseptisch in Gamborg-B5-Medium (O. L. Gam borg et al., Exp. Cell Res. 50, S. 151 (1968)), supplemen mentiert mit 1 mg/ml Naphthalin-Essigsäure (NAA) und 7 g/l Agar, fixiert und in der Dunkelheit bei 28°C gehalten. Nach 10 bis 15 Tagen begann ein undifferenziertes Gewebe (Callus) zu wachsen und nach 20 bis 30 Tagen wurde es auf Agarschräg platten mit dem gleichen Medium transferiert. Gewöhnlich dauert es etwa 20 Tage bei 28°C in der Dunkelheit, bis das Kulturwachstum beendet ist. Nach 2 oder 3 Übertragungen wer den stabilisierte Kulturen erhalten und als Inokulum in Schüt telkolben verwendet.The leaves, shoots and roots were then cut into pieces cut and aseptically in Gamborg B5 medium (O. L. Gam borg et al., Exp. Cell Res. 50, p. 151 (1968)), supplemen mented with 1 mg / ml naphthalene acetic acid (NAA) and 7 g / l Agar, fixed and kept in the dark at 28 ° C. To An undifferentiated tissue (callus) started for 10 to 15 days to grow and after 20 to 30 days it became sloping on agar plates transferred with the same medium. Usually it takes about 20 days at 28 ° C in the dark for that Cultural growth has ended. After 2 or 3 transfers who preserved cultures and as an inoculum in Schüt telkolben used.
Etwa 1-2 g Frischgewicht des Callus werden mit einem Glas stab homogenisiert und in einen 300-ml-Erlenmeyer-Kolben ge geben, welcher 50 ml flüssiges Gamborg-Medium, supplemen tiert mit 1 mg/l NAA, enthält. Nach 7tägiger Inkubation bei 28°C in der Dunkelheit an einer Rotationsschüttelvorrich tung mit 120 UpM beträgt das Trockengewicht der Kultur et wa 10 mg/ml, und 5 ml vegetative Kultur werden zum Inoku lieren eines 300-ml-Erlenmeyer-Kolbens verwendet, welcher 45 ml Gamborg-B5-Medium mit 30 g/l Saccharose und 1 mg/l NAA (G30-Medium) enthält. Diese Kulturen werden bei 23°C in der Dunkelheit auf einer Rotationsschüttelvorrichtung bei 120 UpM während 10-14 Tagen gezüchtet.About 1-2 g fresh weight of the Callus are with a glass homogenized and placed in a 300 ml Erlenmeyer flask give which 50 ml of liquid Gamborg medium, supplemen animals with 1 mg / l NAA. After 7 days of incubation at 28 ° C in the dark on a rotary shaker at 120 rpm, the dry weight of the culture is et wa 10 mg / ml, and 5 ml of vegetative culture become inoku a 300 ml Erlenmeyer flask, which 45 ml Gamborg B5 medium with 30 g / l sucrose and 1 mg / l Contains NAA (G30 medium). These cultures are grown at 23 ° C in the dark on a rotary shaker grown at 120 rpm for 10-14 days.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die FICE-V3- Zellen in einem flüssigen Medium gezüchtet. Kolben oder Fermentoren aus Glas oder anderen üblicherweise verwendeten Materialien, wie rostfreiem Stahl, können verwendet werden. Das flüssige Medium kann eine Nährlösung sein, welche eine assimilierbare organische Kohlenstoffquelle, eine assimi lierbare organische oder anorganische Stickstoffquelle, anorganische Salze und gegebenenfalls Pflanzenhormone und/ oder Vitamine enthält. Die assimilierbare organische Kohlen stoffquelle kann aus Kohlehydraten, wie Saccharose, Glucose, Fructose, Stärke, Dextrin, Glycerin, Mannit und Mannose be stehen. Die assimilierbare organische oder anorganische Stickstoffquelle kann aus Aminosäuren oder ihren Gemischen, Peptiden und Proteinen oder ihren Hydrolisaten, Caseinhydro lysat, wasserlöslichen Fraktionen von Getreiden, wie die Rückstände der Maisdestillation oder von Weizen bei der Alkoholproduktion, oder Hefe und auch aus anorganischen Ni traten und anorganischen Ammoniumsalzen bestehen.The FICE-V3- Cells grown in a liquid medium. Piston or Fermentors made of glass or other commonly used Materials such as stainless steel can be used. The liquid medium can be a nutrient solution, which is a assimilable organic carbon source, an assimi adjustable organic or inorganic nitrogen source, inorganic salts and optionally plant hormones and / or contains vitamins. The assimilable organic coals can be from carbohydrates such as sucrose, glucose, Fructose, starch, dextrin, glycerin, mannitol and mannose stand. The assimilable organic or inorganic Nitrogen source can be made from amino acids or their mixtures, Peptides and proteins or their hydrolyzates, casein hydro lysate, water-soluble fractions of cereals like that Residues from corn distillation or wheat from the Alcohol production, or yeast and also from inorganic Ni occurred and inorganic ammonium salts exist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird typischerweise in Sus pensionskultur, beispielsweise in einem Kolben unter Rüh ren oder in einem belüfteten Fermentor bei einem pH im Be reich von 4,4 bis 7,0, vorzugsweise 6,5, und bei einer Tem peratur im Bereich von 18 bis 36°C, vorzugsweise 23°C, durchgeführt. Im allgemeinen sind bevorzugte Kulturbe dingungen Arbeiten in der Dunkelheit bei einem pH-Wert von 5,1 bis 6,8 bei einer Temperatur von 18 bis 30°C und von 8 bis 16 Tagen. Die Produktion des rohen Vincamin beginnt nach 2 bis 3 Tagen des Wachstums und erreicht ihr Maximum nach 10 bis 14 Tagen.The method according to the invention is typically described in Sus board culture, for example in a flask with stirring Ren or in a vented fermentor at a pH in the loading range from 4.4 to 7.0, preferably 6.5, and at a tem temperature in the range from 18 to 36 ° C, preferably 23 ° C, carried out. In general, preferred crops are conditions working in the dark at a pH of 5.1 to 6.8 at a temperature of 18 to 30 ° C and from 8 to 16 days. The production of the raw vincamine begins after 2 to 3 days of growth and reaches its maximum after 10 to 14 days.
Die Extraktion des rohen Vincamin kann sowohl aus den Zel len als auch aus der Kulturbrühe erfolgen. Aus den gefil terten Zellen wird das rohe Vincamin typischerweise mit einem mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel, wie Methanol, Ethanol oder Aceton, extrahiert. Aus der Kultur brühe, die von den Zellen abgetrennt wurde und bis zu einem pH-Wert von 8-9 alkalisch gemacht wurde, wird das rohe Vin camin im allgemeinen mit einem mit Wasser unmischbaren Lö sungsmittel, wie Chloroform, Methylendichlorid oder Ethyl ether, extrahiert.The extraction of the raw vincamine can be done from the cell len as well as from the culture broth. From the gefil The raw vincamine is typically included in the cells a water-miscible organic solvent, such as Methanol, ethanol or acetone extracted. From culture broth that has been separated from the cells and up to one pH of 8-9 has been made alkaline, the raw vin camin generally with a water-immiscible solder solvents such as chloroform, methylene dichloride or ethyl ether, extracted.
Das so gebildete Vincamin oder Epivincamin kann in einem pharmazeutischen Präparat zu einem pharmazeutisch annehm baren Träger oder Verdünnungsmittel verarbeitet werden.The vincamine or epivincamine thus formed can be combined in one pharmaceutical preparation to a pharmaceutical accept bar carrier or diluent can be processed.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.The following examples illustrate the invention.
Das Verfahren wird in 30-ml-Erlenmeyer-Kolben, die 50 ml Nährmedium G30 enthalten und deren pH-Wert auf 6,5 mit verdünntem Ammoniak eingestellt wurde, durchgeführt. Die Kolben werden auf einer Rotationsschüttelvorrichtung (120 UpM; exzentrischer Weg: 8 cm) geschüttelt. Die opti male Inkubationstemperatur beträgt 23°C. Die Kolben wer den mit Zellen inokuliert, welche aus 14 Tage alten FICE- V3-Kulturen in B5-Agar-Medium erhalten wurden.The procedure is carried out in 30 ml Erlenmeyer flasks containing 50 ml Contain nutrient medium G30 and its pH to 6.5 with diluted ammonia was carried out. The Pistons are placed on a rotary shaker (120 rpm; eccentric path: 8 cm) shaken. The opti male incubation temperature is 23 ° C. The pistons who inoculated with cells made from 14 day old FICE- V3 cultures were obtained in B5 agar medium.
Nach 14 Tagen beträgt die Produktion etwa 750 mg/l Vinca min und 340 mg/l Epivircamin, bestimmt durch HPLC. Zehn Liter Zellsuspensionskulturen, erhalten aus 200 Kolben, werden zentrifugiert und die Zellen und der Überstand werden getrennt extrahiert. Der Überstand wird auf pH 9 mit Natriumcarbonat gebracht und zweimal mit 10 Litern Methylenchlorid extrahiert. Die organischen Extrakte wer den ihrerseits mit einer 2%-igen wäßrigen Weinsäurelö sung extrahiert. Die saure Lösung wird auf pH 9-10 eingestellt und mit Methylenchlorid extrahiert.After 14 days the production is about 750 mg / l Vinca min and 340 mg / l epiviramine, determined by HPLC. ten Liters of cell suspension cultures, obtained from 200 flasks, are centrifuged and the cells and the supernatant are extracted separately. The supernatant is brought to pH 9 brought with sodium carbonate and twice with 10 liters Extracted methylene chloride. The organic extracts who which in turn with a 2% aqueous tartaric acid solution solution extracted. The acidic solution is brought to pH 9-10 adjusted and extracted with methylene chloride.
Die zentrifugierten Zellen werden mit einer 50%-igen wäß rigen Acetonlösung, welche 2% Weinsäure enthält, homoge nisiert und filtriert. Das Filtrat wird im Vakuum konzen triert und die entstehende wäßrige Lösung wird alkalisch gemacht, pH-Wert 9-10, und mit Methylenchlorid extrahiert.The centrifuged cells are washed with a 50% aq Rigen acetone solution, which contains 2% tartaric acid, homogeneous nized and filtered. The filtrate is concentrated in vacuo triert and the resulting aqueous solution becomes alkaline made, pH 9-10, and extracted with methylene chloride.
Die organischen Extrakte der Zellen und des Über standes werden vereinigt und zur Trockene eingedampft. 8,8 g rohes Vincamin, welches aus 6,0 g Vincamin und 2,8 g Epivincamin, bestimmt durch HPLC besteht, werden erhalten. Die zwei Alkaloide werden durch Säulenchromatographie an Silicagel in Methylenchlorid mit steigenden Mengen an Etha nol getrennt. Von der Säule werden 5,6 g reines Vincamin und 2,5 g Epivincamin isoliert.The organic extracts of cells and over are combined and evaporated to dryness. 8.8 g of crude vincamine, which consists of 6.0 g of vincamine and 2.8 g Epivincamine, determined by HPLC, are obtained. The two alkaloids are determined by column chromatography Silica gel in methylene chloride with increasing amounts of etha nol separated. 5.6 g of pure vincamine are removed from the column and 2.5 g of epivamine isolated.
Das Verfahren wird in Kolben gemäß einem zweistufigen Fer mentationsverfahren durchgeführt. Zuerst wird das Wachs tum an Murashige-Medium (T. Murashige et al., Physiol. Plant. 15, (1962) S. 473) mit 20 g/l Glucose, 1 mg/l NAA und bei den Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Nach 8 Tagen erreicht das Trockengewicht 10-13 mg/l. Die Kulturen werden aseptisch zentrifugiert und die Zellen in Produktionsmedium G30 resuspendiert. Nach 6-8 Fermenta tionstagen beträgt die Produktion an rohem Vincamin 1050 mg/l. Die HPLC-Analyse entspricht 73% Vincamin und 25% Epivincamin, bezogen auf die gesamten Alkaloide. Durch Verfahrensdurchführung in 100-Erlenmeyer-Kolben, wie in Beispiel 1 beschrieben, werden 3,6 g reines Vincamin und 1,0 g Epivincamin getrennt. Es werden fast die gleichen Ausbeuten erhalten, wenn Glucose oder Maltose im Medium an Stelle von Glucose verwendet werden.The process is carried out in flasks according to a two-stage Fer mentation procedures carried out. First the wax tum on Murashige medium (T. Murashige et al., Physiol. Plans. 15, (1962) p. 473) with 20 g / l glucose, 1 mg / l NAA and carried out under the conditions as in Example 1. After 8 days the dry weight reaches 10-13 mg / l. The Cultures are centrifuged aseptically and the cells in Production medium G30 resuspended. After 6-8 fermenta days of production of crude vincamine is 1050 mg / l. HPLC analysis corresponds to 73% vincamine and 25% Epivaminamine, based on the total alkaloids. By Procedure in 100 Erlenmeyer flasks, as in Example 1 described, 3.6 g of pure vincamine and 1.0 g of epivamine isolated. It will be almost the same Yields obtained when glucose or maltose in the medium can be used instead of glucose.
Das Verfahren wird in 10-Liter-Fermentoren, welche 6 l Nähr medium G30 enthalten, durchgeführt. Eine Kultur von Vinca minor FICE-V3 wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, in einem 30-ml-Erlenmeyer-Kolben mit 50 ml Medium B5 hergestellt. Nach 7 bis 10 Tagen (Trockengewicht 12 mg/ml) wird die Kultur zur Inokulation von einem 2000-ml-Rundkolben, wel cher 450 ml Medium B5 enthält, verwendet. Die Kultur wird auf einer Rotationsschüttelvorrichtung bei 100 UpM in der Dunkelheit bei 28°C inkubiert. Nach 7 bis 10 Tagen wird die vollständig gewachsene Kultur (Trockengewicht 10 mg/ml) als Inokulum für einen 10-Liter-Fermentor, welcher 6 l Medium G30 enthält, verwendet. Die Produktionsphase erfolgte bei 27°C in der Dunkelheit mit einem Anfangsrühren von 100 UpM und einer Belüftungsmenge von 0,5 Vol/Vol/min. Wenn die Konzentration an gelöstem Sauerstoff um 20% abnahm, wurde das Rühren um 20 UpM gesteigert.The process is carried out in 10 liter fermenters which contain 6 l of nutrient medium G30 included. A Vinca culture minor FICE-V3 is, as described in Example 1, in one 30 ml Erlenmeyer flask made with 50 ml medium B5. After 7 to 10 days (dry weight 12 mg / ml) the Culture for inoculating a 2000 ml round bottom flask, wel contains 450 ml of medium B5. The culture will on a rotary shaker at 100 rpm in the Incubate darkness at 28 ° C. After 7 to 10 days the fully grown culture (dry weight 10 mg / ml) as an inoculum for a 10 liter fermentor containing 6 l medium G30 contains used. The production phase took place at 27 ° C in the dark with an initial stirring of 100 rpm and a ventilation volume of 0.5 vol / vol / min. If the Concentration of dissolved oxygen decreased by 20% stirring increased by 20 rpm.
Nach 10 bis 14 Tagen besitzt die Kultur ein Trockengewicht von 20 mg/ml und einen Alkaloidgehalt von 760 mg/l, ausge drückt als rohes Vincamin. Die Alkaloide wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, extrahiert und gereinigt. Die Ausbeute betrug 3,3 g/l Vincamin und 0,9 g/l Epivincamin.After 10 to 14 days, the culture has a dry weight of 20 mg / ml and an alkaloid content of 760 mg / l squeezes as raw vincamine. The alkaloids were, as in Example 1 described, extracted and purified. The Yield was 3.3 g / l vincamine and 0.9 g / l epivamine.
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