DE69209465T2 - Verfahren zur Herstellung von Streptovaricin durch Fermentation - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Streptovaricin durch FermentationInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Streptovaricinen (Makrolid-Antibiotika) durch Fermentation von zur Gattung Streptomyces gehörenden Strahlenpilzen.
- Es sind fünf mit A, B, C, D und E bezeichnete Streptovaricin-Typen bekannt. Zunächst erlangten sie wegen ihrer Brauchbarkeit als Antibiotika gegen Tuberkulose Aufmerksamkeit. In jüngster Zeit hat es sich gezeigt, daß sich durch chemisches Modifizieren der Streptovaricine, und insbesondere von Streptovaricin C, erhaltene Derivate als Mittel gegen Retroviren, gegen Krebs und dergl. eignen (beispielsweise offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 110.000/1979).
- Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung der Streptovaricine besteht in einer Fermentation einer Tauchkultur von Streptomyces spectabilis (japanische Patentveröffentlichung Nr. 3647/1961).
- Zur Verbesserung der Herstellbarkeit durch Fermentation gibt es ferner ein Verfahren, bei welchem einem Kulturmedium für die Streptovaricinherstellung durch Fermentation ein nichtionisches Adsorptionsmittel zugesetzt wird (japanische Patentanmeldung Nr. 14285/1990) sowie ein in "Journal of Industrial Microbiology", 5, Seiten 283-288 (1990) beschriebenes Fermentationsherstellungsverfahren, bei welchem ein Adsorptionsmittel verwendet wird.
- Bei den üblichen Herstellungsverfahren für Streptovaricine durch Fermentation sind jedoch der Konzentration eines im Kulturmedium angesammelten Antibiotikums Grenzen gesetzt. Selbst wenn - wie bei der japanischen Patentanmeldung Nr. 14285/1990 - ein nichtionisches Adsorptionsmittel, wie Polystyrol, zugesetzt wird, erreicht man keine akzeptable Konzentration von angesammeltem Antibiotikum.
- Es ist bekannt, beispielsweise aus BProck (1984) "Biology of Microorganisms", Prentice-Hall, daß eine Änderung in der Ernährung von Streptomyces zu einer Änderung in der Natur des produzierten Antibiotikums führen kann.
- Im Hinblick auf die geschilderten Gegebenheiten wurde die vorliegende Erfindung entwickelt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Streptovaricinen durch Fermentation, bei welchem einem Kulturmedium ein nichtionisches Adsorptionsmittel zugesetzt wird, um diese Streptovaricine positiv zu adsorbieren und eine stabile Gewinnung (derselben) zu ermöglichen, und anschließend die Züchtung erfolgt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Streptovaricine im Kulturmedium sich ohne weiteres bewegen gelassen werden und das Adsorptionsmittel erreichen und schließlich adsorbiert und gewonnen werden. Auf diese Weise läßt sich der Fermentationsproduktionsgrad der Streptovaricine weiter verbessern.
- Dies bedeutet, daß durch die vorliegende Erfindung die Probleme der geschilderten üblichen Verfahren gelöst werden sollen. Ihr wesentliches Merkmal besteht darin, daß bei einem Verfahren zur Herstellung von Streptovaricinen durch Fermentation zur Gattung Streptomyces gehörende Strahlenpilze in Gegenwart eines nichtionischen Adsorptionsmittels und eines Pflanzenöls zur Bildung der Streptovaricine gezüchtet werden.
- Erfindungsgemäß können produzierte Streptovaricine umgehend von den Bakterienoberflächen auf ein in einem Kulturmedium befindliches Adsorptionsmittel übergehen. Auf diese Weise vermögen die in wäßriger Lösung instabilen Streptovaricine das Adsorptionsmittel in stabilem Zustand zu erreichen. Weiterhin gestattet der Zusatz eines Emulgators, eines Emulsions/Suspensions-Stabilisators und eines organischen Lösungsmittels eine (weitere) Verbesserung dieser Wirkungen. In dieser Hinsicht hat sich die vorliegende Erfindung als hervorragend erwiesen.
- Ein zur Gattung Streptomyces gehörender und im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbarer Actinomyces bzw. Strahlenpilz (ein Streptovaricin-produzierender Stamm) umfaßt beispielsweise Streptomyces spectabilis (von der ATCC unter der Hinterlegungs-Nr. ATCC27465 erhältlich) und seine Varianten. Ein Beispiel für diese Varianten ist unter der Hinterlegungs-Nr. FERM BP-3598 beim Fermentation Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology in Japan hinterlegt.
- Zur Verwendung als nichtionische Adsorptionsmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung eignen sich poröse feine Teilchen mit großer spezifischer Oberfläche aus den verschiedensten Kunstharzen, z.B. Polymere einer oder mehrerer Chemikalie(n) aus der Gruppe aromatische Monomere, wie Styrol und Divinylbenzol, sowie Acrylester. Spezielle Beispiele sind Adsorptionsmittel in Form von Kunstharzen vom Styrol/Divinylbenzol-Typ, beispielsweise HP-10, HP-20, HP-30, HP-40 und HP-50 (Handelsbezeichnung der MITSUBISHI KASEI CORPORATION), Amberlite XAD-2 und XAD-4 (Handelsbezeichnung von Rohm und Haas Co.), Adsorptionsmittel in Form von Harzen vom Acrylestertyp, beispielsweise Amberlite XAD-7 (Handelsbezeichnung von Rohm und Haas Co.) und dergl.. Von diesen nichtionischen Adsorptionsmitteln werden besonders solche einer Teilchengröße von 50 bis 1000 µm, einer spezifischen Oberfläche von 50 bis 1000 m²/g und eines Porenvolumens von 0,2 bis 1,5 ml/g bevorzugt. Beispiele aus den genannten Handelsprodukten, die diesen Erfordernissen genügen, sind HP-20, HP-21 und XAD-4. Diese Beispiele sind jedoch nicht auf die genannten beschränkt.
- Die Menge an dem Kulturmedium zugesetztem, nichtionischem Adsorptionsmittel beträgt zweckmäßigerweise etwa 0,1 bis 20, vorzugsweise 1,0 bis 10 Gew.-%. In einem System, in dem die Menge an dem nichtionischen Adsorptionsmittel zu groß ist, werden die Bakterien beim Rühren zerrieben, so daß die Bakterienzellen nicht mehr gut wachsen können.
- Erfindungsgemäß sollten solche Pflanzenöle und solche Pflanzenölmengen gewählt werden, daß die Bakterienkultur und die Produktion der Streptovaricine nicht beeinträchtigt werden. Spezielle Beispiele für das Pflanzenöl sind Sojabohnenöl, Maisöl, Rapssaatöl, Sesamöl, Olivenöl, Palmöl, Teesamenöl, Ölsäure-Saffloröl, Ölsäure-Sonnenblumenöl, Leinsaatöl, Tungöl und sonstige pflanzliche Öle mit Fettsäureestern. Beispiele für die in diesen pflanzlichen Ölen enthaltenen Fettsäuren sind Linolensäure, Linolsäure und Eicosapentansäure.
- Von diesen Ölen werden Sojabohnenöl, Maisöl, Rapssaatöl, Sesamöl und Olivenöl besonders bevorzugt. Bezogen auf das Gesamtgewicht des Kulturmediums beträgt die Menge an pflanzlichem Öl 0,1 bis 10, vorzugsweise 0,2 bis 7 Gew.%. Wenn die Menge an pflanzlichem Öl 10 Gew.-% übersteigt, trennt sich dieses pflanzliche Öl leicht vom Kulturmedium ab und bedeckt dieses, so daß der Sauerstoffbedarf der Bakterien nicht befriedigt wird und gute Ergebnisse nicht erhältlich sind. Wird kein pflanzliches Öl zugesetzt, ist der Produktivitätsgrad der Streptovaricine niedriger als bei Zusatz eines pflanzlichen Öls. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß das pflanzliche Öl in Form von Sojabohnenmehl, Erdnußmehl (welches nicht entfettet wurde) und dergl. zugesetzt werden kann.
- Im Falle, daß das genannte pflanzliche Öl verwendet wird, können ein das pflanzliche Öl gleichmäßig emulgierender Emulgator und ein wärmestabiles, wasserlösliches Polymer (ein Emulsions/Suspensions-Stabilisator; ein Dickungsmittel), das eine Trennung des pflanzlichen Öls vom Kulturmedium zu verhindern vermag, zugesetzt werden. Beispiele für solche Emulgatoren sind Glycerinfettsäureester, Sorbitanfettsäureester, Propylenglykolfettsäureester, Saccharosefettsäureester und Lecithin. Beispiele für das wärmestabile, wasserlösliche Polymer sind wasserlösliche polymere Polysaccharide, wie Welangummi und Rhamsangummi. Im Falle des Zusatzes des wasserlöslichen Polymers besteht dieses vorzugsweise aus einem wasserlöslichen Polymer, bei dem die suspensionsstabilisierende Wirkung bei der Wärmesterilisation des Kulturmediums kaum beeinträchtigt wird.
- Erfindungsgemäß kann zusammen mit dem genannten pflanzlichen Öl, Emulgator und wasserlöslichen Polymer zusätzlich ein organisches Lösungsmittel mit verwendet werden, um eine einfache Übertragung der Streptovaricine von den Bakterien auf das Adsorptionsmittel zu ermöglichen und dabei deren Produktivität zu verbessern. Beispiele für organische Lösungsmittel sind kurzkettige Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Octanol und Isopropanol, höhere Alkohole, höhere cyclische Alkohole und niedrigere Ketone, wie Aceton. Bezogen auf das Gewicht des Kulturmediums beträgt die Menge an zuzusetzendem organischem Lösungsmittel 0,1 bis 2,0, vorzugsweise 0,2 bis 1,0 Gew.-%.
- Für das Kulturmedium und die sonstigen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingehaltenen Bedingungen gibt es keine besonderen Beschränkungen. Vielmehr kann man sich der üblicherweise bei der Herstellung von Antibiotika durch Züchten von Mikroorganismen eingehaltenen Bedingungen bedienen. Dies bedeutet, daß in einem wäßrigen Medium mit einer Stickstoffquelle, einer assimilierbaren Kohlenstoffquelle und einem anorganischen Salz unter aeroben Bedingungen eine Tauchkultur durchgeführt wird.
- Als Stickstoffquelle eignen sich sämtliche anorganischen und organischen Stickstoffquellen. Beispiele für die Stickstoffquelle sind organische Stickstoffquellen, wie Rindfleischextrakt, pflanzliche Proteine (beispielsweise Pepton), Casein, Malzextrakt, Fischmehl, Baumwollmehl, Kay Soy (entfettetes Sojabohnenmehl), Brauereihefe, Maisglutenmehl und Maiseinweichflüssigkeit, sowie anorganische Stickstoffquellen, wie Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat und Kaliumnitrat.
- Beispiele für die assimilierbaren Kohlenstoffquellen sind Glucose, Dextrin, Melasse, Stärke, Maltose, Galactose, Mannit, Saccharose und Lactose.
- Beispiele für anorganische Nährsalze sind Salze, die Natrium-, Calcium-, Phosphat- und Sulfationen bilden. Spezielle Beispiele hierfür sind Calciumcarbonat, Kaliumphosphat, Magnesiumsulfat, Kaliumchlorid, Natriumchlorid, Zinksulfat, Eisen(II)sulfat, Mangansulfat, Kobaltchlorid und Ammoniummolybdat.
- Während des Züchtungsvorgangs liegen der pH-Wert des Mediums im Bereich von etwa 5,5 bis etwa 7,5 und die Temperatur im Bereich von etwa 23 bis 37, vorzugsweise 25 bis 30ºC. Die maximale Ausbeute läßt sich bei etwa 14- bis 17-tägiger Züchtung erreichen.
- Bei der Ausführungsform der Erfindung, bei der die durch die Fermentation erhaltenen Streptovaricine an dem nichtionischen Adsorptionsmittel adsorbiert werden, ist es erforderlich, die Streptovaricine nach Abtrennung des nichtionischen Adsorptionsmittels aus dem Medium von dem nichtionischen Adsorptionsmittel abzutrennen.
- Die Abtrennung des nichtionischen Adsorptionsmittels von dem Kulturmedium läßt sich beispielsweise durch Filtrieren des Kulturmediums durch ein Netz und dergl. oder Ausnutzung des Unterschieds im spezifischen Gewicht zwischen dem nichtionischen Adsorptionsmittel und dem Kulturmedium (im konkreten Fall beispielsweise durch Eintragen des Kulturmediums nach der Fermentation in eine Natriumchloridlösung konstanter Konzentration mit Hilfe eines Zentrifugenscheiders und dergl.) bewerkstelligen.
- Die Streptovaricine können von dem nichtionischen Adsorptionsmittel durch Waschen des abgetrennten Adsorptionsmittels mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel oder Mischlösungsmittel aus einem organischen Lösungsmittel und Wasser zum Eluieren der adsorbierten Streptovaricine abgetrennt werden. Beispiele für geeignete organische Lösungsmittel sind Methanol, Ethanol, Aceton, Acetonitril, Ethylacetat, Dichlorethan, Chloroform und Mischungen derselben, sowie Mischlösungsmittel aus einem oder mehreren der genannten organischen Lösungsmittel mit Wasser. Zum wirksamen Eluieren der Streptovaricine sollte vorzugsweise das Adsorptionsmittel, auf dem die Streptovaricine adsorbiert sind, zunächst mit einer wäßrigen Lösung mit niedriger Konzentration an organischem Lösungsmittel und dann mit einer wäßrigen Lösung mit hoher Konzentration an organischem Lösungsmittel gewaschen werden.
- Von den durch die Fermentation erhaltenen Streptovaricinen ist das Streptovaricin C das wertvollste. Folglich sollte zweckmäßigerweise während der Abtrennung vom Adsorptionsmittel das Streptovaricin C selektiv abgetrennt werden. Zu diesem Zweck eignet sich besonders gut ein Acetonitril/Wasser- Mischlösungsmittel.
- Die hierbei erhaltenen Streptovaricine lassen sich beispielsweise durch wiederholtes Umkristallisieren, Silikagel-Säulenchromatographie und dergl. weiter reinigen.
- Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Beispiele näher erläutert. In der folgenden Beschreibung bedeutet die Angabe "%" "Gew.-%".
- In diesem Beispiel wurde eine Variante von Streptomyces spectabilis ATCC27465, nämlich FERM BP-3598, gezüchtet und gepflegt. Die Variante diente zur Herstellung von Streptovaricin C.
- Diese Variante wuchs in einem Standardagarkulturmedium bei einer Temperatur von 27ºC gut. Diese Art von Mikroorganismen konnte einen Anthocyaninfarbstoff produzieren. Auf einem Agarkulturmedium (einem Standard-Glucoseagarkulturmedium der später genannten Zusammensetzung), das durch Zusatz von 0,65% Glucose zu dem Standard-Kulturmedium hergestellt worden war, waren die Kolonien klein (1 bis 2 mm), konvex und am zweiten oder dritten Tag weiß. Die Züchtung wurde fortgesetzt. Die Kolonien änderten ihre Farbe von Zitronenfarben (am dritten bis zum fünften Tag) nach Rot (am sechsten bis achten Tag) (4 bis 5 mm). Der Oberflächenzustand dieser Kolonien besaß das Aussehen glatter und glänzender Chrysanthemenblätter. Eine Sporenbildung war nicht feststellbar.
- Standard-Glucoseagarkulturmedium:
- Glucose 0,65%
- Pepton 1,00%
- Rindfleischextrakt 0,30%
- NaCl 0,50%
- Hefeextrakt 2,00%
- Agar 1,50%
- In einen 500 ml fassenden und mit einem Prallblech ausgestatteten Erlenmeyerkolben wurden 100 ml eines Saatmediums der später angegebenen Zusammensetzung zubereitet. Danach wurde das Kulturmedium mit gezüchteten Mikroorganismen der zuvor angegebenen Variante beimpft. Die Mikroorganismen wurden 72 h bei 130 Umin&supmin;¹ und 27ºC gezüchtet, um eine Kolbensaat (eine Saatkultur) herzustellen. In diesem Kulturmedium wuchsen die Mikroorganismen in Form feiner Pellets. Nach einer 72-stündigen Passage nahmen die Pellets infolge der Produktion von Streptovaricine C eine gelbe Färbung an. Der pH-Wert des Kulturmediums lag über 8,0. Das Kohlehydrat war vollständig verbraucht.
- Saatmedium:
- Glucose 0,625%
- N-Z Amin A (hydrolysiertes Casein) 1,250%
- Soytone 0,625%
- K&sub2;HPO&sub4; 0,156%
- KH&sub2;PO&sub4; 0,156%
- Danach wurden in einem 5 l fassenden Fermenter 3 l eines Vorproduktionsmediums der später angegebenen Zusammensetzung zubereitet. Anschließend wurde dieses Kulturmedium mit 50 ml der zuvor genannten Saatkultur beimpft. Die Mikroorganismen wurden zur Herstellung einer Vorproduktionskultur 72 h bei 27ºC und einer Luftzufuhrrate von 1,7 vvm bei 300 Umin&supmin;¹ gezüchtet. In der Vorproduktionskultur, in der das gute Wachstum der Mikroorganismen bestätigt wurde, war keine Rotfärbung der Bakterien feststellbar.
- Vorproduktionsmedium:
- Maisstärke 2,00%
- Entfettetes Sojabohnenmehl 1,00%
- Maiseinweichflüssigkeit 1,00%
- Bierhefe 0,25%
- KCl 0,30%
- CaCO&sub3; 0,40%
- Antischaummittel (KM72) 0,10%
- In einem 30 l fassenden Fermenter wurden durch Zusatz von 5,0% Sojabohnenöl zu dem Medium der später angegebenen Zusammensetzung 18 l Hauptmedium zubereitet. Das erhaltene Hauptkulturmedium wurde dann mit 900 ml der zuvor erwähntes Vorproduktionskultur beimpft. Anschließend erfolgte eine 14- bis 17-tägige Fermentation bei 27ºC und 150 Umin&supmin;¹. Die Produktion von Streptovaricin C lag über 2000 µg/ml. Es wurden akzeptable Ergebnisse erhalten.
- Hauptmedium (pH-Wert: 7,0 ± 0,2):
- Glucose 12,00%
- Entfettetes Sojabohnenmehl 2,00%
- Bierhefe 1,00%
- NaCl 0,60%
- CaCO&sub3; 0,05%
- K&sub2;HPO&sub4; 0,25%
- Antischaummittel (KM72) 0,20%
- Adsorptionsmittel (HP20) 10,00%
- Nach Einstellen des pH-Werts auf 5 bis 6 wurde die Kulturbrühe augenblicklich bei niedriger Temperatur durch einen großen Buchner-Trichter filtriert, um das Adsorptionsmittel aus der viskosen Kulturbrühe zu gewinnen.
- Streptovaricin C wurde aus 1700 g des erhaltenen Gemischs aus dem Adsorptionsmittel und den restlichen Bakterien mehrmals mit Hilfe von insgesamt 20 l Methylenchlorid extrahiert.
- Das extrahierte Lösungsmittel wurde bei 30ºC unter verminder tem Druck auf 0,2 l eingeengt. Zu diesem Zeitpunkt wurde dann das 10-fache Volumen Hexan zugegeben, wobei orange Kristalle erhalten wurden. Nach dem Abfiltrieren wurden die Kristalle erneut mit Hexan gewaschen und dann einen vollen Tag und eine Nacht unter vermindertem Druck getrocknet. Hierbei wurden 68 g rohes Streptovaricin C-Pulver erhalten. Die Reinheit dieses rohen Streptovaricins C war (bereits) hoch und lag über 50%.
- Die Züchtung erfolgt entsprechend Beispiel 1 in einem System ohne Sojabohnenöl der Hauptkultur (der zuvor angegebenen Hauptkulturmediumzusammensetzung). Hierbei wurden trotz Einhaltung derselben Bedingungen (mit Ausnahme der einen) nur 703 µg/ml Streptovaricin C produziert.
- Die Maßnahmen des Beispiels 1 wurden bis zur Vorproduktionskulturstufe mit Ausnahme der Nicht-Verwendung des Sojabohnenöls wiederholt (Beispiele 2 bis 12). Die Züchtung erfolgte während 16 Tagen bei 27ºC in einem 500 ml fassenden Erlenmeyer-Kolben mit Hilfe eines Drehrüttlers.
- In den Beispielen 3 bis 6 wurden die Mengen an Sojabohnenöl (gemäß Beispiel 1) geändert. In den Beispielen 7 bis 10 wurden andere pflanzliche Öle als das Sojabohnenöl verwendet.
- In Beispiel 11 wurden neben dem pflanzlichen Öl (Sojabohnenöl) Lecithin als Emulgator und Welangummi als wasserlösliches Polymer mit verwendet.
- In Beispiel 12 wurde das pflanzliche Öl durch Sojabohnenmehl (mit 18% Sojabohnenöl, entsprechend der Verwendung von 0,9% Sojabohnenöl) ersetzt. Als organisches Lösungsmittel wurde Ethanol zugesetzt. Ferner wurden Lecithin und Welangummi zugesetzt.
- In Beispiel 13 wurden dieselben Maßnahmen wie in den Beispielen 2 bis 12 durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß das in dem angegebenen Hauptkulturmedium zur Durchführung der Hauptkultur verwendete entfettete Sojabohnenmehl durch Sojabohnenmehl (mit 18% Sojabohnenöl, entsprechend der Verwendung von 0,9% Sojabohnenöl) ersetzt wurde.
- Die Ergebnisse der Beispiele 3 bis 13 finden sich zusammen mit den Ergebnissen des Beispiels 1 und Vergleichsbeispiels 1 in der Tabelle 1. Tabelle 1 Beziehung zwischen zugesetztem pflanzlichem Öl und der Produktion von Streptovaricin C durch Fermentation Beispiel Pflanzliches Öl Menge Produktion von SVC durch Fermentation (500 ml fassender Erlenmeyer-Kolben mit einer Prallfläche) Sojabohnenöl Maisöl Rapssaatöl Sesamöl Olivenöl Lecithin Welangummi Sojabohnenmehl Ethanol
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Streptovaricinen durch
Fermentation, umfassend die Züchtung von zur Gattung
Streptomyces gehörigen Strahlenpilzen in Gegenwart eines
nicht-ionischen Adsorptionsmittels und eines Pflanzenöls zur
Herstellung der Streptovaricine, wobei das Öl, wenn es sich
ausschließlich um Sojabohnenöl handelt, in einer Menge von
mindestens 0,5% vorhanden ist.
2. Verfahren zur Herstellung von Streptovaricinen durch
Fermentation, umfassend die Züchtung von zur Gattung
Streptomyces gehörigen Strahlenpilzen in Gegenwart eines
nicht-ionischen Adsorptionsmittels und eines Pflanzenöls zur
Herstellung der Streptovaricine, wobei der Streptomyces zusätzlich
in Gegenwart einer oder mehrerer der folgenden Komponenten:
Emulgator, wärmestabiles, wasserlösliches Polymer und
organisches Lösungsmittel gezüchtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Streptomyces
zusätzlich in Gegenwart eines Emulgators gezüchtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Streptomyces
zusätzlich in Gegenwart eines wärmestabilen, wasserlöslichen
Polymers gezüchtet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der
Streptomyces zusätzlich in Gegenwart eines organischen
Lösungsmittels gezüchtet wird.
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