ES2220938T3 - Proceso para producir antraciclinas y sus intermedios. - Google Patents

Proceso para producir antraciclinas y sus intermedios.

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Abstract

LA PRESENTE INVENCION PERTENECE A UN PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR ANTRACICLINAS E INTERMEDIARIOS DE LAS MISMAS MEDIANTE LA EXPRESION EN UN HUESPED DE STREPTOMYCES EXTRAÑO DE UN FRAGMENTO DE ADN QUE SE REFIERA A LA TRAYECTORIA BIOSINTETICA DE ANTRACICLINAS Y, SI SE DESEA, LOS INTERMEDIARIOS OBTENIDOS SON CONVERTIDOS A ANTRACICLINAS O AGLICONAS DE LAS MISMAS MEDIANTE P.E., CEPAS MUTANTES DE STREPTOMYCES NO PRODUCTORAS.

Description

Proceso para producir antraciclinas y sus intermedios.
La presente invención se refiere a un proceso para producir antraciclinas e intermedios de las mismas mediante la expresión en un hospedador extraño de un fragmento de ADN relacionado con la ruta biosintética de las antraciclinas y, si se desea, los intermedios obtenidos se convierten en antraciclinas o agliconas de las mismas utilizando cepas mutantes no productoras.
Los antibióticos policeturo son un grupo amplio y variable de compuestos que están compuestos por una cadena poli-\beta-cetometileno [CHRO]_{4-20}. Un rasgo común de los policeturos es su ruta biosintética, que es similar a la biosíntesis de ácidos grasos. Katz, L. y Donadio, S. (1993) han publicado recientemente un artículo de revisión referente a policeturos. En cuanto a su estructura, los antibióticos del grupo de la antraciclina son policeturos aromáticos, cuyo cuerpo estructural común es 7,8,9,10-tetrahidro-5,12-naftacenoquinona de fórmula general (A)
1
A este cuerpo estructural se unen uno o más azúcares y otros sustituyentes. El cuerpo estructural de la molécula a la que se unen los azúcares se denomina una aglicona. Las antraciclinas se discuten más específicamente, por ejemplo, en el artículo de A. Fujiwara y T. Hoshino (1986). Varias antraciclinas son citostáticamente activas y por tanto son continuamente de interés.
Para encontrar nuevas antraciclinas se utilizan el examen de bacterias Streptomyces del suelo y la mutación de las mismas. Para modificar antraciclinas conocidas se han utilizado métodos sintéticos mediante los cuales se añaden o se retiran grupos químicos de la aglicona o del resto azúcar. De forma similar, se utiliza la biotransformación, en la que se modifican moléculas en células vivas que se han producido mediante otras cepas de producción o mediante métodos sintéticos. Algunas antraciclinas se han producido también mediante métodos sintéticos.
La tecnología de antibiótico híbrido se ha dado a conocer como una nueva tecnología en la preparación de nuevos antibióticos. Se ha establecido que comprende la producción mediante ingeniería genética de moléculas que tienen rasgos estructurales de productos naturales de dos cepas. El proceso se describe en la publicación de H.G. Floss: "Hybrid antibiotics - the contribution of the new gene combinations" (1987). La tecnología de anticuerpo híbrido proporciona una oportunidad de producción controlada de nuevos compuestos.
La clonación de genes de actinorodina de Streptomyces coelicolor (Hopwood et al., 1985) puede considerarse como el trabajo pionero en el estudio de biología molecular de antibióticos policeturo y al mismo tiempo de estreptomicetos. En 1987, Malpartida et al. reseñaron la hibridación de diferentes productores de policeturo con los fragmentos de ADN actI y actIII, y después de ello se han identificado genes del dominio policeturo sintasa (PKS) en muchas especies de Streptomyces explotando la homología. La secuenciación de estos genes ha mostrado que los genes están fuertemente conservados e incluyen tres marcos de lectura abiertos, ORF 1, 2 y 3. Los productos de estos tres genes son necesarios para la formación del policeturo lineal unido al complejo enzimático. Para una formación óptima del producto correcto codificado por los genes de PKS son necesarios cinco ORF en la tetracenomicina (Shen y Hutchinson, 1993). Las PKS aromáticas secuenciadas se dan en la Tabla 1.
TABLA 1 Dominios génicos clonados y secuenciados que codifican la síntesis de policeturo de antibióticos policeturo aromáticos
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La policeturo sintasa (PKS) es un complejo multienzimático que recuerda funcionalmente a la sintasa de ácidos grasos de cadena larga. Los componentes separados de la PKS actinorodina se denominan cetoacil sintasa actORF1 (KS); actORF2 homóloga de KS que puede afectar a la longitud de la cadena de policeturo (McDaniel, R. et al., 1993); proteína portadora de acilo actORF3 (ACP); cetoreductasa actORF5 (KR) y ciclasa/deshidrasa actORF4, que puede ser responsable de la aromatización del primer anillo.
La mayor parte de las antraciclinas biosintéticas se forma mediante la fase intermedia aclavinona, después de lo cual el compuesto se glicosila o se modifica añadiendo por ejemplo grupos hidroxilo o metilo. Pueden ocurrir también modificaciones después de la glicosilación. Se describen la biosíntesis de aclavinona y antraciclinas que se forman adicionalmente a partir de ella por ejemplo en "Advances in bioconversion of anthracycline antibiotics" (1989) de U. Gräfe et al., y en las referencias citadas en el mismo. La ruta biosintética de la aglicona nogalamicina que está formada por diez acetatos es evidentemente análoga a la biosíntesis de aclavinona (Figuras 1A y 1B).
Descripción de la invención
Puede utilizarse un fragmento de ADN clonado de Streptomyces nogalater según esta invención para combinar diferentes fases de la ruta biosintética de antraciclinas, mediante las que pueden producirse antraciclinas híbridas y precursores de antraciclinas. Esto ocurre transfiriendo el fragmento de ADN clonado a una cepa Streptomyces que produce antraciclinas o, como alternativa, a un no productor de antraciclinas.
El fragmento de ADN de Streptomyces nogalater que se incluye en la biosíntesis de antraciclina y que se clona según esta invención causó la sorprendente producción de precursores de antraciclina en S. lividans, un hospedador que no produce antraciclinas. Basándose en las estructuras de los compuestos obtenidos, se supuso que el fragmento de ADN incluía la mayoría de los genes necesarios para la biosíntesis de agliconas de antraciclina. Mediante la complementación de cepas mutantes, analizando los productos híbridos y secuenciando los fragmentos de ADN, los inventores han podido mostrar que el fragmento de ADN comprende:
-
la actividad responsable de la elección de la unidad de inicio que define la cadena lateral de la posición 9 (productos híbridos de S. galilaeus),
-
los genes de policeturo sintasa,
-
el gen de la enzima que es necesaria para retirar el hidroxilo en posición 2 (cetoreductasa),
-
el gen de metiltransferasa necesario para la esterificación de ácido carboxílico,
-
el gen de monooxigenasa.
Este fragmento de ADN y los precursores de antraciclina producidos por él se han utilizado adicionalmente para producir antraciclinas híbridas.
La presente invención posibilita producir algunas antraciclinas citostáticamente activas conocidas (auramicinas) así como compuestos desconocidos anteriormente. El uso de la policeturo sintasa de antraciclinas en la producción de antraciclinas híbridas no se ha descrito anteriormente, ni el cambio de la unidad de inicio de la síntesis de policeturo mediante la transferencia de genes a un hospedador extraño. Además, no existe una descripción anterior de la clonación de genes de la ruta biosintética de la nogalamicina producida por S. nogalater, o del uso de los mismos.
La similitud de los genes biosintéticos de antibióticos policeturo dados a conocer por Malpartida et al. (1987) fue el punto de partida para el descubrimiento de los genes biosintéticos de nogalamicina. El ADN total de S. nogalater escindido por enzimas de restricción adecuadas se hibridó mediante técnicas Southern a la sonda actI, y se obtuvieron así dos fragmentos de ADN de hibridación. En el caso óptimo, una sonda adecuada muestra un fragmento de ADN. Sin embargo, el uso de hibridación cruzada se consideró posible como estrategia para identificar los genes biosintéticos, debido a que las señales eran fuertes.
La estrategia mediante la que se encontró el fragmento de ADN según la invención fue la siguiente: se aisló un fragmento homólogo del fragmento actI descrito por Malpartida et al. (1987) de S. nogalater. Dicho fragmento homólogo y los fragmentos de ADN flanqueantes se transfirieron a S. lividans cepa TK24. Al mismo tiempo, se transfirieron aproximadamente 20 kb (=kilobase, 1000 bases) en cinco fragmentos a un hospedador extraño. De estos, un fragmento de ADN de aproximadamente 12 kb, pSY15, causa la producción de intermedios de nogalamicina en S. lividans. La cepa recombinante obtenida se cultivó en un medio nutriente utilizado para productores de antraciclina y el producto se extrajo mediante disolventes orgánicos adecuados.
Se transfirieron fragmentos de ADN según la invención a cepas de Streptomyces descritas en adelante en la presente memoria así como a los mutantes H028, JH003, H061, H036 y H039 de S. galilaeus dados en la Tabla 2, y se expresaron en ellos. Dichos fragmentos de ADN pueden transferirse correspondientemente a otros mutantes citados en la tabla, dependiendo de qué tipo de productos se deseen.
Streptomyces lividans 66, cepa TK24, cepa exenta de restricción-modificación.
Streptomyces galilaeus ATCC 31615, produce aclacinomicina.
Mutantes de Streptomyces galilaeus ATCC 31615 (véase la Tabla 2) (Ylihonko et al., 1994)
TABLA 2 Productos de mutantes de Streptomyces galilaeus; abreviaturas utilizadas: Akn= aclavinona, resto aglicona de aclacinomicinas; Rhn= rodosamina; dF= desoxifucosa, CinA= cinerulosa A; Rho= rodinosa
3
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Cuando se produce el producto de partida para biotransformación, el hospedador utilizado es preferiblemente S. lividans porque no produce por sí mismo compuestos coloreados o extraíbles en las condiciones de crecimiento utilizadas.
Cuando se produce una aglicona para biotransformación, se utilizan preferiblemente cepas bacterianas productoras de antraciclinas o mutantes no productores de las mismas, lo más preferiblemente mutantes no productores de S. galilaeus transformados con plásmido pSY15 (Fig. 3), que porta el fragmento de ADN de 12 kb anteriormente citado.
Cuando se convierten los precursores de antraciclina obtenidos utilizando el plásmido pSY15 en antraciclinas o sus agliconas, se utilizan preferiblemente mutantes de S. galilaeus, por ejemplo las cepas JH003 o H028, que no producen aclarubicina.
Las construcciones de ADN según la presente invención pueden construirse ligando fragmentos de ADN adecuados del dominio como se describe a un vector adecuado. Dicho vector es preferiblemente el plásmido pIJ486 de alto número de copias capaz de amplificarse en diversas cepas del género Streptomyces (Ward et al., 1986).
Para producir antraciclinas y sus precursores, las cepas portadoras del plásmido pSY15 se hacen crecer preferiblemente en medios de crecimiento para bacterias Streptomyces, preferiblemente en medio E1 al que se ha añadido tioestreptón para mantener las cepas portadoras de plásmido. Las cepas se hacen crecer en condiciones que son ventajosas para la cepa productora, por ejemplo en un agitador en frascos, o en un fermentador que se agita y airea. Después de un tiempo de cultivo adecuado, preferiblemente después de 2-7 días, se aíslan los productos según los métodos descritos para metabolitos bacterianos, preferiblemente por ejemplo extrayendo con un disolvente adecuado, por ejemplo tolueno o cloroformo. Los compuestos extraídos se purifican con métodos adecuados, por ejemplo utilizando cromatografía en columna.
Los precursores de antraciclina se convierten en antraciclinas en cepas productoras naturales de antraciclinas o mutantes de las mismas. Se obtienen así compuestos similares a los producidos naturalmente por la cepa, que tienen metilo en su posición 9 e hidrógeno en su posición 2. En las biotransformaciones, se utiliza lo más adecuadamente auramicinona producida por una cepa de S. galilaeus portadora del plásmido pSY15 como compuesto de partida, o éster metílico del ácido nogalónico producido por una cepa portadora del mismo plásmido que no produce naturalmente antraciclinas. En las biotransformaciones, se utilizan lo más preferiblemente mutantes no productores de cepas de producción de antraciclina, por ejemplo mutantes H028 o JH003. La biotransformación se efectúa lo más preferiblemente cultivando una cepa en un medio de producción líquido adecuado, por ejemplo en medio E1, y añadiendo precursores de antraciclina en cantidades adecuadas. Después de un tiempo adecuado, por ejemplo 6 a 48 horas, lo más preferiblemente 16 a 32 horas, las antraciclinas así formadas se extraen.
Las cepas utilizadas para transformación (véase también la Tabla 2) se describen a continuación.
TK24 es una cepa de S. lividans que en las condiciones de crecimiento utilizadas no produce metabolitos secundarios coloreados. En otras condiciones de crecimiento, produce actinorodina, que es un antibiótico muy diferente de las antraciclinas. La cepa no produce ni antraciclinas ni sus precursores. Cuando se caracterizaron los productos de TK24/pSY15 basándose en el espectro de RMN, se obtuvo el compuesto I como producto primario, que es posiblemente un intermedio de la biosíntesis de antraciclina (véase el esquema I).
H028 es un mutante de Streptomyces galilaeus que no produce como tal antraciclinas o sus precursores. Sin embargo, esta cepa puede utilizarse en biotransformaciones para convertir precursores de antraciclina en productos similares a la aclarubicina. Cuando se caracterizaron los productos de H028/pSY15, se encontró que esta cepa produce auramicinona (compuesto II), que es una aglicona de antraciclina similar a la aclavinona, así como auramicinas que son glicósidos de auramicinona, por ejemplo el compuesto III. Cuando se hidrolizan auramicinas se obtiene auramicinona, lo que muestra también que los compuestos producidos son glicósidos de auramicinona. La auramicinona es un precursor útil de antraciclinas, cuando se producen nuevas antraciclinas mediante biotransformación. Se ha descrito que las auromicinas son antraciclinas citostáticas que tienen un posible uso en quimioterapia del cáncer. El uso de H028/pSY15 para la producción de éstas es nuevo.
H061 es un mutante de Streptomyces galilaeus que produce ácido 2-OH-aclanónico. Esto es debido evidentemente a una mutación que evita la retirada del hidroxilo en posición 2. H061/pSY15 produce aclavinona, auramicinona y sus glicósidos similares a la aclarubicina. Según el resultado, pSY15 complementa la mutación de H061 y comprende por tanto el gen que codifica la deshidroxilasa en posición 2. Esto es útil en la producción de nuevos compuestos híbridos cuando se transforman a una cepa cuyos productos tienen naturalmente un grupo hidroxilo o metoxi en posición 2.
Basándose en los resultados, pSY15 es útil en la producción de precursores de antraciclinas en cepas que no producen naturalmente antraciclinas, o cuando se producen antraciclinas híbridas en cepas que producen antraciclinas, o en mutantes de las mismas. Con ello, la formación de la cadena lateral de la posición 9 puede afectarse de modo que las cepas que proporcionan una cadena lateral de dos carbonos en esta posición producen compuestos que tienen una cadena lateral de un carbono en dicha posición. Las posibles cepas que producen antraciclinas que pueden modificarse de este modo son por ejemplo S. galilaeus, S. peucetius y S. purpurascens. Los precursores de antraciclina producidos de este modo son útiles para producir nuevas antraciclinas mediante biotransformaciones. pSY15 puede transferirse también a una cepa que produce normalmente compuestos que tienen un grupo hidroxilo o metoxi en la posición 2. Así, se obtienen compuestos que tienen hidrógeno en esta posición. pSY15 posibilita también producir la auramicinona previamente descrita y sus glicósidos mediante el nuevo método.
A continuación se describen las realizaciones detalladas de la invención en forma de ejemplos de aislamiento del fragmento de ADN de S. nogalater cepa ATCC 27451, producción de precursores de nogalamicina en S. lividans cepa TK24, producción de auramicinona en el mutante H028 y su modificación a antraciclinas en el mutante JH003. Además, se describe la expresión de los fragmentos de ADN según la invención en los mutantes de la cepa de S. galilaeus, así como los compuestos producidos por estas cepas.
Se caracterizaron los productos principales de las cepas TK24/pSY15, JH003/pSY15, H028/pSY15 y H061/pSY15.
Breve descripción de las figuras
Fig. 1A Antraciclinas producidas por cepas de Streptomyces y precursores identificados de las mismas (molécula de partida: propionato). Los números de las cepas mutantes de S. galilaeus productoras de los intermedios se dan entre paréntesis.
Fig. 1B Antraciclinas producidas por cepas de Streptomyces que tienen acetato como molécula de partida.
Fig. 2 Mapa de restricción del fragmento de ADN continuo de 12 kb clonado del genoma de S. nogalater. La figura da a conocer también los insertos contenidos en los plásmidos pSY obtenidos. Se ha utilizado el plásmido pIJ486 en la preparación de los vectores pSY. Basándose en las comparaciones de secuencia, se han obtenido las siguientes funciones para los marcos de lectura abiertos mostrados en la figura: 1= cetoacilsintasa-aciltransferasa, 2= factor controlador de la longitud de cadena, 3= proteína de transferencia de acilo; A y B= genes regulatorios, C= monooxigenasa; D= metiltransferasa, E= cetoreductasa.
Fig. 3 Estructura del plásmido pSY15.
Fig. 4 Espectro de RMN del compuesto I.
Fig. 5 Espectro de RMN de auramicinona.
Fig. 6 Espectro de RMN de auramicinona-rodosamina-desoxifucosa.
Fig. 7 Espectro de RMN de auramicinona-rodinosa-desoxifucosa
Materiales utilizados Cepas bacterianas y plásmidos
Se utilizó la cepa Streptomyces nogalater ATCC 27451 como donante de genes. Las cepas bacterianas de Streptomyces utilizadas en este trabajo como hospedadores se enumeran anteriormente. Los tratamientos de ADN de S. nogalater se efectuaron en E. coli cepa XL1-Blue (recA1, endA1, gyrA96, thi-1, hsdR17, supE44, relA1, lac, [FproAB, lacIZ\DeltaM15, TnIO (tet^{2})] (Stratagene Cloning Systems, California). Las cepas E. coli GM2163 (E. coli Genetic Stock Center, Departamento de Biología, 255 OML, Universidad de Yale, New Haven, EE.UU.) y LE392 (Promega) se utilizaron preparando el banco de genes y amplificando el ADN de fago.
En E. coli, se utilizaron los plásmidos pUC18/pUC19 (Pharmacia Biotech), y en cepas de Streptomyces se utilizó el plásmido pIJ486 (Ward et al., 1987; obtenido del Prof. Hopwood, John Innes Centre, RU).
Medios y soluciones nutrientes utilizadas Caldo de triptona-soja (TSB)
Por litro: caldo de triptona-soja Oxoid en polvo, 30 g.
YEME Hopwood et al., 1985, pág. 239)
Por litro: extracto de levadura (Difco), 3 g; bacto-peptona (Difco), 5 g; extracto de malta (Oxoid), 3 g; glucosa, 10 g y sacarosa, 340 g. Después de someter a autoclave, se añaden 2 ml de solución estéril de MgCl_{2} 2 M y 25 ml de glicina al 20%.
SGYEME como YEME, pero la cantidad de sacarosa fue de 110 g por litro. Para preparar protoplastos, la cantidad de glicina al 20% varía de 12 ml a 50 ml por litro dependiendo de la cepa utilizada.
YM-agar agar de extracto de malta levadura Bacto, medio ISP 2, Difco, 38 g/litro.
ISP4 medio Bacto ISP 4, Difco, 37 g/l.
R2YE Hopwood et al. (1985, pág. 236)
LB Sambrook et al. (1989, 3: A.1)
E1 Por litro: glucosa, 20 g; almidón 20 g; Farmamedia, 5 g; extracto de levadura, 2,5 g; K_{2}HPO4\cdot3 H_{2}O, 1,3 g; MgSO_{4}\cdot7 H_{2}O, 1 g; NaCl, 3 g, CaCO_{3}, 3 g. Se añade agua corriente hasta 1 litro y se ajusta el pH a 7,4.
TE tampón Tris-HCl, pH 8: 10 mM, EDTA, pH 8: 10 mM
20 x SSC Por litro: NaCl, 175,3 g; citrato de sodio, 88,2 g. El pH se ajusta a 7 con NaOH.
Solución de DENHARDT (Sambrook et al., 1989, 3: B1)
Se prepara una solución básica 50 x que contiene 5 g de Ficoll; poli(vinilpirrolidona), 5 g; BSA (seroalbúmina bovina), 5 g. Se añade agua destilada hasta 500 ml y se esteriliza mediante filtración.
Ejemplo 1 Clonación y caracterización de los genes incluidos en la biosíntesis de antraciclina de Streptomyces nogalater 1.1 Preparación del banco de genes y clonación de genes de antraciclina de S. nogalater Aislamiento del ADN total de Streptomyces nogalater
Se cultivaron micelios de S. nogalater (ATCC 27451) durante aproximadamente 3 días en 50 ml de medio TSB, al que se había añadido glicina al 0,5% a 28ºC agitando vigorosamente. Se sedimentaron los micelios y se desechó el sobrenadante. Se suspendió el sedimento en 10 ml de tampón de lisis (15% de sacarosa, Tris 25 mM, pH 8,0, EDTA 25 mM y 5 mg/ml de lisozima) y se incubó durante 15 minutos a 37ºC. Se añadieron 1 mg de proteinasa K y 1 ml de SDS al 10% con agitación. Se incubó la mezcla de una vez durante 15 min a 70ºC. Se enfrió posteriormente el sedimento lisado en hielo, se añadió 1 ml de acetato de sodio 3 M (pH 6,0) y se mantuvo durante unos pocos minutos en baño de hielo. Se añadieron 5 ml de fenol equilibrado con Tris 0,1 M y se agitó volteando el tubo. Se centrifugaron las fases separándolas y la fase acuosa se extrajo adicionalmente con 5 ml de cloroformo. Posteriormente, se precipitó el ADN añadiendo 10 ml de isopropanol. Se enrolló cuidadosamente el ADN alrededor de una pipeta Pasteur cerrada a la llama, se lavó sumergiéndolo en etanol al 70% y se liberó el ADN sobre la pared del tubo. Se disolvió el ADN en 5 ml de tampón TE y se trató con ARNasa (25 \mul de ARNasa 10 mg/ml exenta de ADNasa) durante aproximadamente 30 minutos a 37ºC. Se repitieron las extracciones de fenol y cloroformo. Se volvió a precipitar posteriormente el ADN con isopropanol y se lavó como anteriormente. Finalmente, se disolvió el ADN en 1 ml de tampón TE y se utilizó para etapas posteriores.
Hibridación Southern
La sonda actI fue el fragmento BglII de 0,8 kb obtenido del plásmido pIJ2345, y la sonda acm el fragmento BamHI de 3 kb obtenido del plásmido pACM5 (Niemi et al., 1994). Los plásmidos se aislaron a escala mini (serie de reactivos Magic Minipreps de Promega) y se aislaron los fragmentos de sonda mediante electroforesis preparativa en gel de agarosa después de digerirlos primero con BglII y con BamHI, respectivamente. Las sondas se marcaron después con 50 \muCi de [\alpha^{32}-P]CTP mediante translación de muesca (serie de reactivos de translación de muesca de Boehringer Mannheim).
Las preparaciones de ADN total aisladas como se describe anteriormente se digirieron con enzima EcoRI y se fraccionaron con electroforesis en gel de agarosa. El ADN fraccionado se transfirió del gel a membrana Hybond N (Amersham) utilizando el aparato Vacugene (LKB 2016, Pharmacia LKB Biotechnology) según las instrucciones de uso. El ADN se fijó a la membrana incubando durante 3 minutos con luz UV.
Las membranas de hibridaron en 10 ml de solución de hibridación (1% de SDS, NaCl 1 M, solución de Denhardt 5 x, ADN portador desnaturalizado 100 \mug/ml (ADN de timo de ternero, Boehringer Mannheim) a 65ºC en una estufa de hibridación (HB-1D Hybridiser, Techne) durante aproximadamente 6 horas, después de lo cual se añadieron al menos 100 ng de ADN de sonda marcado al tubo de hibridación y la incubación se continuó adicionalmente aproximadamente 12 h. Después de esto, las membranas se lavaron a 65ºC durante 2 \times 30 min en una solución de lavado (2 x SSC, 1% de SDS o 0,2 x SSC, 0,1% de SDS). Se efectuó la autorradiografía mediante la superposición de la membrana recubierta con una película plástica y la película de autorradiografía. La exposición duró de aproximadamente 1 a 3 días.
Preparación del banco de genes de ADN de S. nogalater
Se incubaron 40 \mug de ADN en tampón de digestión (10 x A, Boehringer Mannheim) en presencia de 2,4 unidades de Sau3A (Boehringer Mannheim) durante 5 min a 37ºC, y la reacción se detuvo añadiendo fenol. Después del tratamiento con fenol, se purificó el ADN por precipitación con etanol. Los fragmentos de ADN así obtenidos se procesaron con electroforesis preparativa en gel de agarosa (0,3% de BTG, baja temperatura de gelificación). El ADN, que era de 20 kb o mayor, se tomó del gel cortando y purificando mediante fenolización de la agarosa. Se trataron fragmentos BamHI de un vector de fago comercial, \lambda EMBL 4, (Amersham International plc, Amersham, RU) con fosfatasa alcalina (FAIT, fosfatasa alcalina intestinal de ternero, Promega) según las instrucciones del fabricante. El inserto de ADN (fracción Sau3A) y el vector así obtenido se ligaron mediante incubación durante 2 h a temperatura ambiente y durante 2 h a 14ºC en presencia de ADN ligasa T4 (Promega) según la recomendación del fabricante. La mezcla de ligamiento se empaquetó en partículas \lambda utilizando la serie de reactivos Packagene (Promega Biotech) según las instrucciones del fabricante. Se utilizó la cepa GM2163 de Escherichia coli como hospedador. Las células se prepararon para infección según las instrucciones de empaquetado y las células infectadas con la mezcla de empaquetado se extendieron sobre placas de cultivo según las instrucciones de Promega.
Aislamiento y cartografía de clones de hibridación
Se transfirió ADN de fago de placas de cultivo con aproximadamente 4000 placas/placa de cultivo a una membrana (Colony/Plaque Screen, New England Nuclear) según las instrucciones del fabricante. Las membranas se hibridaron como se describe anteriormente. Se recogieron las placas que proporcionaron una señal en autorradiografía y los fagos se eluyeron de ellas mediante la incubación de una placa con 0,5 ml de tampón SM durante 2 horas. Debido a que las placas de cultivo de placa eran densas, las placas se purificaron infectándolas en la cepa hospedadora LE392 (Promega) e hibridando como anteriormente.
De los clones purificados se preparó ADN de fago a escala de 20 ml infectando las células LE392 según las instrucciones de empaquetado de Promega. El ADN así obtenido se digirió con diversas endonucleasas de restricción para cartografiar los clones (Sambrook et al., 1989) y mediante hibridación con diferentes sondas. El mapa de restricción así obtenido se da en la Fig. 2.
Transferencia de fragmentos de ADN a S. lividans y detección de nuevos compuestos
Se transfirió el fragmento mostrado en el mapa de restricción (Fig. 2) a S. lividans en forma de fragmentos EcoRI (pSY1 y pSY6) o de un fragmento BglII (pSY15). Los clones \lambda se digirieron con enzima de restricción EcoRI o BglII y se ligaron a un plásmido linealizado con la misma enzima, y se transformaron mediante electroporación en E. coli o mediante transformación de protoplasto en S. lividans. La mayoría de los insertos se clonaron primero en el plásmido pUC19 amplificando en E. coli, con lo que se utilizó como hospedador E. coli cepa XL1-Blue. Se clonó pSY15 directamente en S. lividans cepa TK24. Se utilizó E. coli porque de esa manera podían utilizarse cantidades menores de ADN de fago. La eficacia de la transformación de E. coli fue de 2 \times 10^{8} transformantes/\mug de ADN cuando se utilizó el dispositivo de electroporación Pulser Apparatus (Bio-Rad) con E. coli con los siguientes ajustes (200 ohmios, 25 \muF, 1,4 kV). Para la electroporación, las células se trataron como se describe en Dower, W.J. et al. (1988) y se utilizaron cubetas de 0,1 cm de Bio-Rad en la transformación, el volumen de celda fue de 20 \mul.
Se utilizó S. lividans cepa TK24 como hospedador intermedio ya que se creyó que la expresión era sólo exitosa en cepas de S. galilaeus. S. galilaeus no es en absoluto transformable con ADN propagado en E. coli. Sólo el plásmido pSY15 causó la modificación de la cepa TK24, que se observó como un color marrón en la placa de cultivo ISP4, cuando TK24 es normalmente bastante incoloro o azul. Sólo la cepa TK24 portadora del plásmido pSY15 causó la formación de productos coloreados en el medio E1 bien adecuado para la producción de antraciclinas. Basándose en cromatografía en capa fina, los productos de la cepa recombinante TK24/pSY15 parecieron ser similares pero no idénticos a los producidos por el mutante H036 (Ylihonko et al., 1994) que produce el éster metílico del ácido aclanónico. Con el eluyente tolueno: acetato de etilo: metanol: ácido fórmico (50:50:15:3) se obtuvieron los siguientes valores de R_{f} para estos productos:
TK24/pSY15: 0,66; 0,60; 0,50
H036: 0,67; 0,62; 0,51
Se confirmó que estas características procedían del plásmido pSY15 mediante la retransformación del plásmido a S. lividans cepa TK24. Los transformantes así obtenidos fueron capaces también de producir precursores de antraciclina. Cuando la cepa recombinante se cultivó en medio E1 sin la presión de selección de la cepa de plásmido causada por tioestreptón, se redujo la producción de nuevos compuestos.
1.2 Localización de los genes PKS Secuenciación del fragmento de hibridación
De la digestión con EcoRI se obtuvo un fragmento de hibridación con actI de 2 kb y se secuenció. Se secuenciaron adicionalmente aproximadamente 2 kb de ADN de la derecha según el mapa (Fig. 2). Se prepararon para secuenciar 31 clones de los sitios de digestión de enzimas de restricción en los vectores pUC18 y pUC19, linealizándolos con las correspondientes enzimas.
Para aislar los plásmidos para las reacciones de secuenciación se utilizó el kit de sistema de purificación de ADN Magic/Wizard™ Minipreps de Promega. Se cultivaron células XL1-Blue de E. coli durante una noche en 3 ml de medio LB que contenía 50 \mug/ml de ampicilina, y los plásmidos se aislaron según las instrucciones del fabricante.
La secuenciación de ADN se realizó utilizando el método de terminación de cadena didesoxi. Para las reacciones de secuenciación, se utilizaron las series de reactivos de secuenciación de mezclas Deaza G/A ^{T7}Sequencing™ (Pharmacia) y los sistemas de secuenciación TaqTrack® Deaza (Promega). La desnaturalización se realizó siempre según las instrucciones del kit de Pharmacia (método C). Cuando se utilizó el kit de Pharmacia, los cebadores se ligaron según el método C dado en las instrucciones (asociación estándar del cebador al molde bicatenario). Cuando se utilizó el kit de Promega, se siguió el punto "Protocolo de secuenciación utilizando incorporación directa" de las instrucciones del fabricante. Desviándose de la temperatura de ligamiento del cebador recomendada por el fabricante (37ºC), se utilizó una temperatura de 45ºC para evitar las estructuras secundarias causadas por el alto contenido de G-C. La temperatura se mantuvo después de ello a 45ºC hasta el final de la reacción. Como marcaje radiactivo se utilizó [\alpha^{35}S]dATP (NEN Products, Boston, MA). La mayoría del dominio PKS se secuenció con un cebador universal (5'-d(GTTTTCCCAGTCACGAC)-3') y con un cebador inverso (5'-d(CAGGAAACAGCTATGAC)-3' (cebadores de 17 unidades de pUC/M13, Promega). Cuando se secuencian los fragmentos más largos (500-600 pb) del dominio, y para definir las secuencias de aquellos sitios de restricción que no podrían "pasarse", se utilizaron seis cebadores específicos. Los cebadores se prepararon en el Departamento de Química Bioorgánica de la Universidad de
Turku.
Los geles de secuenciación se procesaron por el sistema Macrophor de Pharmacia, utilizando un gel en gradiente de 4% de grosor. Condiciones de proceso: corriente 20 mA, voltaje 2500 V.
Análisis de secuencia
Se secuenció del dominio PKS un fragmento de ADN con aproximadamente 4134 bases (como se da en el listado de secuencias), cuyo análisis se realizó mediante software GCG (Genetics Computer Group, GCG Package, Wisconsin, EE.UU.). Con el subprograma CODONPREFERENCE, se buscaron los marcos de lectura abiertos de la secuencia. Los marcos de lectura obtenidos se tradujeron a la secuencia aminoacídica y se buscaron las homologías con secuencias conocidas con el subprograma TFASTA.
Según el programa CODONPREFERENCE, el fragmento de ADN de 4134 bases secuenciado tenía en total tres marcos de lectura abiertos (ORF1, ORF2, ORF3) (ORF1 es el fragmento 359-1651 en la SEC ID Nº 1 del listado de secuencias, ORF2 es el fragmento 1648-2877 en la SEC ID Nº 4 y ORF3 es el fragmento 2937-3197 en la SEC ID Nº 1). Al inicio de cada marco de lectura abierto se encontró un posible sitio de unión a ribosoma (SUR). Las funciones de los genes se dedujeron comparando las secuencias aminoacídicas traducidas de sus secuencias de bases con secuencias conocidas. Así, se obtuvieron las siguientes similitudes con los marcos de lectura abiertos de los dominios PKS de actinorodina y tetracenomicina: ORF1 (80%, 81%), ORF2 (74%, 77%), ORF3 (62%, 62%) y, basándose en esto, los inventores presentan las siguientes funciones de dichos genes: ORF1 es cetoacilsintasa, ORF2 es el factor que afecta a la longitud de la cadena; ORF3 es una proteína portadora de acilo. Estos tres marcos de lectura abiertos son necesarios para una policeturo sintasa funcional.
Cadena arriba del dominio PKS se secuenció un fragmento de ADN de aproximadamente 6 kb (kb= 1000 bases). En este dominio, se han reconocido las siguientes actividades génicas basándose en la secuencia (Fig. 2): genes regulatorios, monooxigenasa, metiltransferasa y cetoreductasa.
Ejemplo 2 Transferencia de los genes a la cepa ATCC 31615 de S. galilaeus y mutantes de la misma
Se aisló el plásmido pSY15 de S. lividans cepa TK24 y se transformó en el mutante H039 de S. galilaeus, y el ADN aislado del mismo adicionalmente en otros mutantes de S. galilaeus. Se ha descrito anteriormente el método utilizado en la transformación de la cepa de S. galilaeus que se está modificando en el método de transformación utilizado en la transformación de S. lividans (Ylihonko, K., tesis de graduación, Universidad de Turku, 1986). Para preparar protoplastos, las células se hicieron crecer en SGYEME al que se había añadido sacarosa al 0,8%. Los plásmidos se transformaron exitosamente primero en el mutante H039, mediante el que se obtuvieron con 2 \mug de ADN de plásmido aproximadamente 10 transformantes. Debido a una fuerte barrera de restricción, S. galilaeus es débilmente transformable con ADN extraño, pero la eficacia de transformación aumenta muchas veces si el plásmido se ha aislado de una cepa de S. galilaeus.
Se cultivaron primero transformantes H039 durante aproximadamente 5 días en una placa de cultivo ISP4, a la que se había añadido tioestreptón. Se inoculó el micelio en 50 ml de caldo nutriente TSB (tioestreptón 5 \mug/ml añadida) y se hizo crecer en un agitador durante 5 días. Se aisló el plásmido como se describe anteriormente y se transformó en otros mutantes. Habitualmente se utilizaron 200 a 500 ng de plásmido para cada transformación, de los que se obtuvieron 10 a 100 transformantes.
Después de la regeneración, las cepas mutantes transformadas se extendieron en placas de cultivo ISP4, de las que se transfirió adicionalmente el micelio a medio nutriente E1. Para retener el plásmido, se añadió tioestreptón a todos los medios nutrientes. Se incubó el micelio E1 en un agitador (330 rpm, 30ºC) y se siguió la producción tomando después de 3 días una muestra de 0,5 ml del micelio diariamente durante 3 a 5 días. La muestra se tamponó a pH 7 con tampón fosfato y se extrajo con una mezcla metanol-tolueno (1:1). Además, se acidificaron parte de las muestras con HCl 1 M y se extrajeron con tolueno-metanol. En los cultivos EI, tanto los mutantes como la cepa silvestre de S. galilaeus se utilizaron como controles. Al comparar los productos por TLC, se observaron los efectos del plásmido sobre la producción.
Los mutantes de S. galilaeus utilizados en las transformaciones se enumeran anteriormente. El plásmido pSY15 complementó, concretamente restauró la capacidad de producción de antraciclinas o precursores de las mismas en los siguientes mutantes: H028, H061 y JH003. No afectó al perfil de producción de los mutantes H036 y H039 en ninguna extensión apreciable. JH003, que no produce compuestos coloreados en las condiciones utilizadas, se ha mutado de la cepa H054 y el transformante JH003/pSY15 se comparó con la cepa H054. H028 es también un mutante no productor, que se obtuvo mutando la cepa silvestre S. galilaeus ATCC 31615. Así, la cepa silvestre se utilizó como control del transformante H028/pSY15. Utilizando el eluyente tolueno:acetato de etilo:metanol:ácido fórmico (50:50:15:3), se obtuvieron los siguientes valores de R_{f} para los transformantes y las cepas hospedadoras utilizadas como controles.
H028/pSY15: (0,69); 0,61; 0,58; 0,01
JH003/pSY15: 0,59; 0,50; 0,46; 0,35
H061/pSY15: (0,69); 0,61; 0,58; 0,06; 0,01
S. galilaeus ATCC 31615: 0,23; 0,14; 0,11
H054: 0,65; 0,60; 0,53; 0,48
H061: 0,50 (ácido).
El producto aislado a pequeña escala se hidrolizó calentando en ácido clorhídrico 1 M a 80ºC durante 0,5 h. Después de la hidrólisis, se obtuvieron los siguientes valores de R_{f} para la agliconas o precursores de las mismas:
H028/pSY15: 0,61
JH003/pSY15: 0,61
H061/pSY15: 0,61
Debido a que todos estos mutantes utilizados se han producido originalmente a partir de una cepa silvestre de S. galilaeus, se utilizó la aclavinona como comparación, al ser la aglicona de las aclacinomicinas producidas por S. galilaeus. En el eluyente utilizado, se obtuvo para la aclavinona un valor de R_{f} de 0,69. En los productos de los transformantes, se detectaron también pequeñas cantidades de aclavinona.
Ejemplo 3 Producción de precursores de antraciclina 3.1 Producción de productos de TK24/pSY15
Se inocularon diez matraces erlenmeyer de 250 ml que contenían cada uno 60 ml de medio E1 con alícuotas de 1 ml de la cepa TK24/pSY15. Los matraces se incubaron en un agitador a 330 rpm a una temperatura de 30ºC durante aproximadamente 3 días. Se confirmó la producción de los micelios terminados extrayendo muestras de 0,5 ml con una mezcla de etanol y tolueno (1:1). Los productos se compararon con el patrón mediante cromatografía en capa
fina.
Se vaciaron los matraces en dos tubos de centrífuga de 400 ml y se centrifugaron durante 10 min a 3000 rpm. Se recuperó el sobrenadante. Se suspendió el precipitado añadiendo a cada tubo 50 ml de metanol. Los tubos se volvieron a centrifugar durante 10 min a 3000 rpm. La solución de metanol se añadió al sobrenadante. Se desechó el precipitado. La solución se extrajo con 2 \times 100 ml de cloroformo, con lo que se obtuvo una solución de cloroformo fuertemente amarilla anaranjada. Se desechó la fase acuosa. Se evaporó el cloroformo en baño de agua en un rotavapor. Se disolvió el producto seco amarillo anaranjado en 2 ml de cloroformo.
Se pipetearon las soluciones de cloroformo a una columna de vidrio de cromatografía equipada con sinterizado de vidrio que tenía un diámetro de 2 cm y contenía aproximadamente 5 cm de sílice suspendida en cloroformo (gel de sílice 60, Merck). La columna se eluyó con alícuotas de 2,5 ml de cloroformo. Se recogió cada fracción en un tubo de ensayo separado. Se añadieron gota a gota muestras de cada fracción en una capa fina y se compararon con los patrones. Las fracciones que contenían compuestos individuales se combinaron y evaporaron hasta sequedad.
Se determinaron los espectros de RMN de los compuestos puros y se identificaron los compuestos comparando los espectros con compuestos análogos. En la Fig. 4, se da el espectro de H-RMN del compuesto I.
3.2 Producción de una aglicona en la cepa H028/pSY15
Se inocularon diez matraces erlenmeyer de 250 ml que contenían cada uno 60 ml de medio E1 con alícuotas de 1 ml de la cepa H028/pSY15. Los matraces se incubaron en un agitador a 330 rpm a una temperatura de 30ºC durante aproximadamente 4 días. Se confirmó la producción de los micelios terminados extrayendo muestras de 0,5 ml con una mezcla de metanol y tolueno (1:1). Los productos se compararon con los patrones mediante cromatografía en capa fina.
Se vaciaron los matraces en dos tubos de centrífuga de 400 ml y se centrifugaron durante 10 min a 3000 rpm. Se recuperó el sobrenadante. Se suspendió el precipitado añadiendo a cada tubo 50 ml de metanol. Se volvieron a centrifugar los tubos durante 10 min a 3000 rpm. Se añadió la solución de metanol al sobrenadante. Se desechó el precipitado. Se extrajo la solución con 2 \times 100 ml de cloroformo, con lo que se obtuvo una solución de cloroformo fuertemente amarilla. Se desechó la fase acuosa.
Se evaporó el cloroformo en baño de agua en un rotavapor. Se disolvió el producto seco amarillo en 2 ml de cloroformo.
Se pipetearon las soluciones de cloroformo en una columna de vidrio de cromatografía equipada con sinterizado de vidrio que tenía un diámetro de 2 cm y contenía aproximadamente 5 cm de sílice suspendida en cloroformo (gel de sílice 60, Merck). Se eluyó la columna con alícuotas de 2,5 ml de cloroformo. Se recogió cada fracción en un tubo de ensayo separado. Se añadieron gota a gota muestras de cada fracción en una capa fina y se compararon con los patrones. Las fracciones que contenían compuestos individuales se combinaron y evaporaron hasta sequedad.
Se determinaron los espectros de RMN de los compuestos puros y se identificaron los compuestos comparando los espectros con compuestos análogos. En la Fig. 5, se da el espectro de H-RMN de la auramicinona (compuesto II).
Ejemplo 4 Biotransformación de productos híbridos 4.1 Biotransformación de auramicinona en la cepa JH003
Se inoculó un matraz erlenmeyer de 250 ml que contenía 60 ml de medio E1 con 1 ml de cepa JH003. Se incubó el matraz en un agitador a 330 rpm a una temperatura de 30ºC durante aproximadamente 3 días. Después de un cultivo de dos días, se añadieron aproximadamente 2 mg de auramicinona al matraz. A las 24 horas de esto, se confirmó la producción extrayendo una muestra de 0,5 ml con una mezcla de metanol y tolueno (1:1). Los productos se compararon con el patrón por cromatografía en capa fina.
Se vació el matraz en dos tubos de centrífuga de 60 ml y se centrifugaron durante 10 min a 3000 rpm. Se recuperó el sobrenadante. Se suspendió el precipitado añadiendo a cada tubo 10 ml de metanol. Se volvieron a centrifugar los tubos durante 10 min a 3000 rpm. Se añadió la solución de metanol al sobrenadante. Se desechó el precipitado. La solución combinada se extrajo con 2 \times 20 ml de cloroformo, con lo que se obtuvo una solución de cloroformo fuertemente amarilla. Se desechó la fase acuosa.
Se evaporó el cloroformo en baño de agua en un rotavapor. Se disolvió el producto seco amarillo en cloroformo. Basándose en la TLC, se encontró que el producto correspondía a los productos de la cepa JH003/pSY15 (véase el ejemplo 5.2).
Ejemplo 5 Producción de antraciclinas híbridas 5.1 Producción de auramicinona-rodosamina-desoxifucosa en la cepa H028/pSY15
Se inocularon diez matraces erlenmeyer de 250 ml que contenían cada uno 60 ml de medio E1 con alícuotas de 1 ml de la cepa H028/pSY15. Se incubaron los matraces en un agitador a 330 rpm a una temperatura de 30ºC durante aproximadamente 4 días. Se confirmó la producción de los micelios terminados extrayendo muestras de 0,5 ml con una mezcla de metanol y tolueno (1:1). Los productos se compararon con el patrón por cromatografía en capa fina.
Se vaciaron los matraces en dos tubos de centrífuga de 400 ml y se centrifugaron durante 10 min a 3000 rpm. Se recuperó el sobrenadante. Se suspendió el precipitado añadiendo a cada tubo 50 ml de metanol. Los tubos se volvieron a centrifugar durante 10 min a 3000 rpm. La solución de metanol se añadió al sobrenadante. Se desechó el precipitado. La solución se extrajo con 2 \times 100 ml de cloroformo, con lo que se obtuvo una solución de cloroformo fuertemente amarilla anaranjada. Se desechó la fase acuosa.
Se evaporó el cloroformo en baño de agua en un rotavapor. Se disolvió el producto seco amarillo anaranjado en 2 ml de cloroformo.
Se pipetearon las soluciones de cloroformo a una columna de vidrio de cromatografía equipada con sinterizado de vidrio que tenía un diámetro de 2 cm y contenía aproximadamente 5 cm de sílice suspendida en cloroformo (gel de sílice 60, Merck). La columna se eluyó con alícuotas de 2,5 ml de cloroformo. Se recogió cada fracción en un tubo de ensayo separado. Se añadieron gota a gota muestras de cada fracción a una capa fina y se compararon con los patrones. Las fracciones que contenían compuestos individuales se combinaron.
Se determinaron los espectros de RMN de los compuestos puros y se identificaron los compuestos comparando los espectros con compuestos análogos. En la Fig. 6, se da el espectro de H-RMN de auramicinona-rodosamina-desoxifucosa (compuesto III).
5.2 Producción de auramicinona-rodinosa-desoxifucosa en la cepa JH003/pSY15
Se inocularon diez matraces erlenmeyer de 250 ml que contenían cada uno 60 ml de medio E1 con 1 ml de cepa JH003/pSY15. Se incubaron los matraces en un agitador a 330 rpm a una temperatura de 30ºC durante aproximadamente 4 días. Se confirmó la producción de los micelios terminados extrayendo muestras de 0,5 ml con una mezcla de metanol y tolueno (1:1). Los productos se compararon con el patrón por cromatografía en capa fina.
Se vaciaron los matraces en dos tubos de centrífuga de 400 ml y se centrifugaron durante 10 min a 3000 rpm. Se recuperó el sobrenadante. Se suspendió el precipitado añadiendo a cada tubo 50 ml de metanol. Se volvieron a centrifugar los tubos durante 10 min a 3000 rpm. Se añadió la solución de metanol al sobrenadante. Se desechó el precipitado. La solución combinada se extrajo con 2 \times 100 ml de cloroformo, con lo que se obtuvo una solución de cloroformo fuertemente amarilla. Se desechó la fase acuosa.
Se evaporó el cloroformo en baño de agua en un rotavapor. Se disolvió el producto seco amarillo en 2 ml de cloroformo.
Se pipetearon las soluciones de cloroformo a una columna de vidrio de cromatografía equipada con sinterizado de vidrio que tenía un diámetro de 2 cm y contenía aproximadamente 5 cm de sílice suspendida en cloroformo (gel de sílice 60, Merck). La columna se eluyó con alícuotas de 2,5 ml de cloroformo: metanol 100:10. Se recogió cada fracción en un tubo de ensayo separado. Se añadieron gota a gota muestras de cada fracción a una capa fina y se compararon con los patrones. Las fracciones que contenían compuestos individuales se combinaron y evaporaron hasta sequedad.
Se determinaron los espectros de RMN de los compuestos puros y se identificaron los compuestos comparando los espectros con compuestos análogos. En la Fig. 7, se da el espectro de H-RMN de auramicinona-rodinosa-desoxifucosa.
Ejemplo 6 Caracterización de los productos 6.1 Procesamientos por HPLC
Se determinaron los tiempos de retención de los compuestos en una columna RP-18 con un eluyente acetonitrilo:metanol:tampón dihidrogenofosfato de potasio (8,00 g/l, pH 3,0) 5:2:3. Los tiempos de retención de los compuestos son: I: 4,63; II: 3,52; III: 4,09 y IV: 7,26. Las estructuras de los compuestos I-IV se dan en el esquema I.
6.2 Espectros de RMN de los compuestos
Se determinaron los espectros de H-RMN de algunos de los productos de TK24/pSY15, H028/pSY15 y JH003/
pSY15 mediante un espectrómetro de RMN Brücker de 400 MHz en deuteriocloroformo. Los espectros dados por los compuestos se compararon con los espectros de compuestos conocidos, por ejemplo aclarubicina. Los espectros obtenidos se dan en las Fig. 4 a 7.
En todos los compuestos, se encuentran los hidrógenos en posiciones 1, 2 y 3 unidos entre sí y con las mismas transiciones. El singlete correspondiente al hidrógeno en posición 11 se encontró en todos los compuestos con la misma transición. Adicionalmente, pueden observarse los picos dados por los dos hidroxilos aromáticos. Basándose en los picos de estos seis hidrógenos, los restos cromofóricos aromáticos son similares, y corresponden por ejemplo al cromóforo de aclavinona.
En todos los compuestos se encuentra un singlete del tamaño de tres hidrógenos aproximadamente a 3,7 ppm, correspondiente al metilo del éster metílico. Se encuentra otro singlete en todos los compuestos aproximadamente a 3,8 ppm, que corresponde al hidrógeno en posición 10. El conjunto de esto es del tamaño de un hidrógeno en auromicinona y sus glicósidos y del tamaño de dos hidrógenos en el compuesto I. Según esto, el compuesto I se ajusta a un compuesto en el que el cuarto anillo no se ha cerrado.
La región de 4,7 a 6 ppm tiene en antraciclinas y en compuestos relacionados con las mismas hidrógenos en posición 7 y posición 1 de los azúcares. La auramicinona tiene en esta región un pico, los compuestos III y IV tienen tres picos, pero en el compuesto I no hay picos en esta región. Según esto, la auramicinona no tiene azúcares y los compuestos III y IV tienen dos azúcares, mientras que el compuesto I no tiene hidrógeno en esta región, lo que se ajusta a la forma ceto en posición 7.
La auramicinona y sus glicósidos tienen un singlete de tres hidrógenos entre 1,39 y 1,47 ppm. Esto se ajusta al grupo metilo en posición 13, que no está unido a los demás hidrógenos. Este punto distingue a estos compuestos de la aclavinona y sus glicósidos, en los que la cadena lateral es etilo.
Los hidrógenos CH_{2} en posición 8 de la auramicinona y sus glicósidos proporcionan un doblete a 2,2 ppm y un doble doblete a 2,6 ppm. Además, en los espectros de los compuestos III y IV se encuentran picos correspondientes a sus azúcares.
Los resultados de H-RMN coinciden bien con las estructuras dadas en las Figuras.
Microorganismos depositados
Se depositó el siguiente microorganismo en la "Deutsche Sammlung von Mikroorganismen and Kulturen" (DSM), Mascheroder Weg 1b, D-38124 Braunschweig, Alemania.
Microorganismo Número de depósito Fecha de depósito
Streptomyces lividans TK24/pSY15 DSM 9436 15 de septiembre de 1994
Esquema I
Fórmulas estructurales de los compuestos obtenidos
4
5
6
7
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(1) INFORMACIÓN GENERAL
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
SOLICITANTE:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
NOMBRE: Galilaeus Oy
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
CALLE: Elinantie 2 A 9
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
CIUDAD: Turku
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
PAÍS: Finlandia
\vskip0.500000\baselineskip
(F)
CÓDIGO POSTAL (ZIP): FIN-20510
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TÍTULO DE LA INVENCIÓN: Proceso para producir antraciclinas e intermedios de las mismas
\vskip0.800000\baselineskip
(iii)
NÚMERO DE SECUENCIAS: 5
\vskip0.800000\baselineskip
(iv)
FORMA DE LECTURA INFORMÁTICA:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
TIPO DE MEDIO: disquete
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
ORDENADOR: Compatible con PC de IBM
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
SISTEMA OPERATIVO: PC-DOS/MS-DOS
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
SOFTWARE: PatentIn Release nº 1.0, versión nº 1.25 (OEP)
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº 1:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 3252 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
TIPO DE CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
(iii)
HIPOTÉTICA: NO
\vskip0.800000\baselineskip
(iii)
SIN SENTIDO: NO
\vskip0.800000\baselineskip
(iv)
FUENTE ORIGINAL:
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
CEPA: Streptomyces nogalater ATCC 27451
\vskip0.800000\baselineskip
(ix)
RASGO:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
NOMBRE/CLAVE: CDS
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
LOCALIZACIÓN: 359...1651
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
OTRA INFORMACIÓN: /note= "ORF1"
\vskip0.800000\baselineskip
(ix)
RASGO:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
NOMBRE/CLAVE: CDS
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
LOCALIZACIÓN: 2937...3197
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
OTRA INFORMACIÓN: /note= "ORF2"
\vskip0.800000\baselineskip
(ix)
RASGO:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
NOMBRE/CLAVE: misc_feature
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
LOCALIZACIÓN: 1648...1651
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
OTRA INFORMACIÓN: /note= "secuencia superpuesta a ORF1 y ORF2"
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº 1:
8
9
10
11
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº 2:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 430 aminoácidos
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: aminoácido
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: proteína
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº 2:
12
13
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº 3:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 86 aminoácidos
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: aminoácido
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: proteína
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº 3:
\vskip1.000000\baselineskip
14
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº 4:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 3252 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
TIPO DE CADENA: sencilla
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: ADN (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
(iii)
HIPOTÉTICA: NO
\vskip0.800000\baselineskip
(iii)
SIN SENTIDO: NO
\vskip0.800000\baselineskip
(iv)
FUENTE ORIGINAL:
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
CEPA: Streptomyces nogalater ATCC 27451
\vskip0.800000\baselineskip
(ix)
RASGO:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
NOMBRE/CLAVE: CDS
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
LOCALIZACIÓN: 1648...2877
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
OTRA INFORMACIÓN: /note= "ORF2"
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº 4:
\vskip1.000000\baselineskip
15
16
17
18
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEC ID Nº 5:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE LA SECUENCIA
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 409 aminoácidos
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: aminoácido
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: proteína
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE LA SECUENCIA: SEC ID Nº 5:
\vskip1.000000\baselineskip
19
20

Claims (8)

1. Fragmento de ADN aislado y purificado, que es el fragmento BglII-BglII de 12 kb de hibridación con actI de la ruta biosintética de la antraciclina de la bacteria Streptomyces nogalater.
2. Fragmento de ADN según la reivindicación 1, que comprende la secuencia nucleotídica dada en la SEC ID Nº 1, o un fragmento de la misma, que tiene al menos una de las funciones enzimáticas mostradas para los marcos de lectura abiertos en la Fig. 2.
3. Construcción de ADN recombinante que comprende el fragmento de ADN según la reivindicación 1 ó 2, incluida en un plásmido que puede transferirse a una bacteria Streptomyces y se copia en la misma.
4. Construcción de ADN recombinante según la reivindicación 3 que es el plásmido pSY15, cuya estructura se da en la Fig. 3, y que se depositó en S. lividans cepa TK24/pSY15 con el número de depósito DSM 9436.
5. Proceso para la producción de antraciclinas, que comprende transferir el fragmento de ADN según la reivindicación 1 ó 2 a un hospedador Streptomyces galilaeus o un mutante del mismo, que no produce antraciclinas, cultivar la cepa recombinante obtenida y aislar los productos formados.
6. Proceso para la producción de precursores de antraciclinas, que comprende transferir el fragmento de ADN según la reivindicación 1 ó 2 a un hospedador Streptomyces lividans, cultivar la cepa recombinante obtenida y aislar los productos formados.
7. Proceso según la reivindicación 5 para producir auramicinona o glicósidos de la misma, que comprende transferir el fragmento de ADN según la reivindicación 2 a una cepa mutante de Streptomyces galilaeus no productora, cultivar la cepa recombinante así obtenida y aislar la auramicinona o un glicósido de la misma según se forme.
8. Un precursor de antraciclina que es obtenible según la reivindicación 6 y tiene la siguiente fórmula I:
21
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AU3610395A (en) 1996-04-26
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