JP5728774B2 - 生物学的に活性な藻類毒素の工業的精製法 - Google Patents
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Description
本発明にて使用するシアノバクテリアは、シリンドロスペルモプシス・エスピー(Cylindrospermopsis sp.)、ミクロシスティス・エスピー(Microcystis sp.)、アナバエナ・エスピー(Anabaena sp.)、ゴンフォスフェリア・エスピー(Gomphosphaeria sp.)、オシラトリア・エスピー(Oscillatoria sp.)、アファニゾメノン・エスピー(Aphanizomenon sp.)(アファニゾメノン・イッサトチェンコイ(Aphanizomenon issatchenkoi)、アファニゾメノン・フロス−アクア(Aphanizomenon flos-aquae)、アファニゾメノン・グラシル(Aphanizomenon gracile))の属に属する。
・特異な組成と単純な毒素プロフィールをもつ藻類毒素を産生し得る選択されたシアノバクテリア菌株からのクローンの利用可能性。
・藻類毒素に対する容易な高収率精製工程。
・今日まで達成されたことのない非常に好都合なコスト−生産−収率関連性。
これらのアルカロイドの適用分野は、筋肉痙攣および限局性筋失調症などの筋肉機能亢進と関連する病態における治療薬としての臨床応用分野を含む。さらにそれらは異なる広範囲のスペクトルの医薬製剤における局所麻酔剤として使用でき、そのことが多様な病態の処置のために非常に有用な製品としてこれらの藻類毒素を位置づけることができ、その多くに大きな市場の需要がある。他方、それらは皺および表情線に対する化粧用製品にも適用可能であり、その適用については明らかに市場の需要がある。しかし、これらの藻類毒素は、現在必要とされるレベルの工業的な量を市場にて入手することはできない。従って、本発明のネオサキシトキシン、サキシトキシンおよびゴニャウラトキシンの精製、分画および生産方法は、これまで未解決のままであった生物工学上の問題を解決するものである。本明細書にて提案される改革は、国内市場および国際市場でのこれらの純粋な藻類毒素の活性本体に対する大きな需要を、治療上と化粧料としての使用および人々の生活の質を向上させる他の製品についても大きな規模で満足させることができる。
例えば、アファニゾメノン・グラシルの培養の場合、シアノバクテリア細胞から放出される主要成分はネオサキシトキシンである(図2および4)。
−シアノバクテリア増殖培地の濾過上清(細胞もフィラメントも含まない)から;
−シアノバクテリア細胞およびフィラメントを含んでなる成長培地の遠心分離によって得られる湿潤ペレットから。
a.シアノバクテリア培養物のペレットおよび/または上清を取得すること;
b.その起源がペレットである場合、細胞溶解の簡便な手段を用いてシアノバクテリアを溶解すること;
c.水相中、有機溶媒の混合物を用いて低温抽出を行うこと;そして前工程の水相と有機相を分離する;これらの藻類毒素は水溶性なので、水相が目標とする相である;
d.工程(c)で得られる水相、または工程(a)の培地を少なくとも10倍の容積に濃縮すること;
e.濃縮した水相を遠心分離すること;
f.珪藻土の固体マトリックスに上清を通すこと、その場合、藻類毒素が保持されるので、溶出液にてそこから溶出しなければならない;
g.藻類毒素を含有する溶出液を活性炭のマトリックスに通すこと、その場合、再び藻類毒素が活性炭カラムに保持されるので、溶出液にてそこから溶出しなければならない;
h.藻類毒素を含有する前工程からの溶出液を再び珪藻土の固体マトリックスに通し、洗浄し、さらにもう一度溶出すること;
i.前工程の溶出液の有機成分を蒸発させて、部分的に精製した藻類毒素抽出液を得ること;
j.前工程で得た一部精製した藻類毒素抽出物を生化学的分離と、使用される物理化学的分画原理に従って、それぞれの工程で、分取用HPLC(HPLC−Prep:分取用高速液体クロマトグラフィー)による分画プロセスに付すこと;この原理は連続するサイズ排除、アニオン交換、カチオン交換および再度のサイズ排除工程を含む
本発明の方法は現在の技術状態において初めて、ネオサキシトキシン、サキシトキシンおよびゴニャウラトキシンなどの藻類毒素類を、これらの藻類毒素類を産生し得るシアノバクテリアから精製する手法を提供する。
本方法は適切な量の藻類毒素源、例えば、シアノバクテリア培養物(培養物とはシアノバクテリアがそこで増殖する培地をいう)またはシアノバクテリア細胞ペレットを提供することを含む。
)を用いる低温抽出に付し、次いで、容量比1:1のクロロホルム:メタノールを含むpH5の有機相を用いて有機相と水相を分離するが、この分離は1回ないし5回繰り返す。水相をすべて収集して単一の水相とし、これにより精製手順を継続する。
この濃縮物を相対遠心力15,000×gないし25,000×gで、10分ないし40分間の範囲で遠心分離する。
遠心分離上清は珪藻土のカラムを通し、カラムをその容量の5倍ないし15倍の適当な溶液、例えば、50mM酢酸で洗う。藻類毒素は適当な溶液、例えば、アルコール性抽出混合物、エタノール:水:5mM酢酸=2:1:1(体積比)の溶液で溶出する。
理解すべきことは、各溶液の成分の比率および割合、成分濃度またはpH値についての記載値は、±5%の範囲で変わり得るものであるが、本発明の結果を変えるものではないことである。
a.適切な量の藻類毒素源は、本出願と同時に提出された同じ出願人によるチリ国特許出願「ネオサキシトキシンおよびサキシトキシンを産生し得るシアノバクテリアの工業的レベルでの培養」(第722-2009号明細書)の開示に従って、純粋なシアノバクテリアの培養物などとして提供される。
・遠心分離による細胞と培地の分離。各反応器から得られた1L容量の培養物を10,000×gで25分間遠心分離して、上清と湿潤シアノバクテリのアペレットの沈殿を得る。
・細胞ペレットを凍結する任意のステップ。細胞ペレットは後に精製するために凍結してもよいし、または直ちに精製を開始してもよい。
・先に得られた有機相の抽出を繰り返す。
・得られた2つの有機相を併合する。
・水相をpH5.0の有機相で2回抽出する。体積比1:1で等容量のクロロホルム:メタノール混合溶液を使用する。
e.濃縮物は、好ましくは20,000×gで30分間遠心分離する。
f.遠心分離段階での上清水相は、上清を珪藻土カラムに通すことからなる工程で、固体珪藻土マトリックスで処理する。このカラムをカラム容積の好ましくは10倍の量の50mM酢酸で洗い、カラムに保持される藻類毒素は抽出アルコール性溶液または溶出バッファー(2:1:1容量比のエタノール/水/5mM酢酸)で抽出する。
A)サイズによる分離(分取用HPLC):この分離のために、高圧ステンレス製カラムにバイオ−ゲルP−2(バイオ−ラッド)ファインで、45〜90um(湿潤)のものを詰めたものを使用する。これらのカラムは直径10cm、長さ85cmを有し、加圧下で乾燥バイオ−ゲルP−2樹脂を詰める。この樹脂の排除サイズは1800ダルトンである。この樹脂はボイド容量(Vo)で、1800ダルトンよりも大きなサイズまたはそれより高い分子量をもつ分子を分離する。この方法において、すべての高分子および少なくとも10個のアミノ酸残基を有するペプチドは最初のフラクション(最初に流出)で通過するが、低分子量の化合物、例えば、藻類毒素類(298ないし445ダルトン)は保持される。このサイズ排除樹脂を用いて、不所望の有機物質の90%を除去するが、そこにはこれらのシアノバクテリアの特徴である大量の色素をも含む。これらの化合物および可溶性高分子のすべてがカラムから最初のフラクションで排出される(最初の5リットルが溶出される)。終盤のフラクションに近い中間位のフラクションは藻類毒素を含むフラクションである。最終フラクションでは、抽出物に存在する大部分の塩が除去される。サイズ排除のために特に本明細書で使用される形態で、この樹脂を使用することは、完全に革新的な着想である。分画カラムは本発明の特別のデザインであり、それらのサイズのみならず、カラムに充填する方法も特別である。この精製段階は卓越して効率的であり、実質的に部分精製活性本体を送達する。高圧下、固体マトリックスをカラムに充填するこの革新的な生物工学的方法を使用することで、ここから使用される分取用液体クロマトグラフィーによる分画化はすべて、そのマトリックスが大量の活性本体の工業的精製方法に完全に適している事実上無制限の接触面を生成する。これらの分取用HPLC法においては、本方法の好ましい敏速さに言及することもまた価値がある。この敏速さは純粋な生物活性化合物を得るための基本的な問題である。図9はこのサイズ排除工程を例証する分取用クロマトグラフィーの溶出プロットを示す。藻類毒素含有フラクションを濃縮し、次いでアニオン交換工程に相当する第二の分離に付す。サイズ排除はこれらの抽出物中に存在する塩の殆どを除去するためにも有用であり、これらの塩は当初この精製工程で実施された相分画化では、完全に除去されなかったものである。この工程は、これらの塩がイオン交換工程を阻害し得るので重要である。従って、高分子と1800ダルトンを超える分子量の分子がこの分離工程で除去されるばかりでなく、低分子量の塩成分(ナトリウム23、塩素35等)の殆どもまた除去される。
制御条件下に連続培養で維持したアファニゾメノン・グラシル(Aphanizomenon gracile)から取得精製した藻類毒素類
すでに示したように、選択した単一クローンを用いるアファニゾメノン・グラシル培養物中では、ネオサキシトキシンが、産生される主要な藻類毒素である。この特別な事例において、このクローンはまた少量のサキシトキシンをも産生する。
b.細胞ペレット10mgについて、重量あたり同じ容量の水相中の有機溶媒混合物10mL(1:1のクロロホルム/メタノール+50mM酢酸;前記混合物と50%の割合)を加えて、弱酸性媒体(pH5.0)中、細胞壁と細胞質膜を破壊する。
工程bからの溶解細胞は低温抽出と相分離に付す(有機/水性)。
e.濃縮物を20,000×gで30分間、遠心分離する。
f.遠心分離による上清2mLを珪藻土のカラムに通す。このカラムをその容量10倍(20ml)の50mM酢酸で洗う。洗浄段階後に、カラムに保持されたネオサキシトキシンを5mlのアルコール性抽出混合物、(エタノール:水:5mM酢酸=2:1:1容積比)で溶出する。
h.溶出液を珪藻土カラムに通し、50mM酢酸で洗う。引き続き、5mlのクロロホルム/メタノール/水が体積比で1:1:1の混合物で毒素をカラムから溶出する。
j.部分精製した抽出物は、サイズ排除分取用HPLC(分取用高速液体クロマトグラフィー)に付す。
制御条件下の連続培養において維持されたシリンドロスペルモプシス・ラシボルスキイ(Cylindrospermopsis raciborskii)から取得精製した藻類毒素
シアノバクテリアであるシリンドロスペルモプシス・ラシボルスキイは、本出願と同時に同じ出願人らが提出したチリ国特許出願明細書に記載された、永続的対数増殖期において制御条件下、連続大量半自動培養法に従う培養物であった。
サイズ排除分取用HPLC工程では、それまでにGTX3とGTX2エピマーが、殆どが排他的に得られる。
Claims (11)
- 生物学的に活性であり、ネオサキシトキシン、サキシトキシンおよびゴニャウラトキシン(ゴニャウラトキシン2およびゴニャウラトキシン3)からなる群より選択される1の藻類毒素の工業的精製方法であって、当該方法が以下の工程を含む方法:
a.シアノバクテリアクローン培養物のような、適当な量の藻類毒素源を提供する工程であって、該培養物は培地とシアノバクテリア細胞ペレットに分けられ;該培地はシアノバクテリアを増殖させるものであり;該ペレットが湿潤シアノバクテリアペレットまたは凍結シアノバクテリアペレットである;
b.該藻類毒素源がペレットである場合、当該ペレットを、均質化、溶媒抽出(有機相/水相)、ビーズ磨砕、凍結/融解サイクル、超音波処理及び酵素溶解からなる群より選択されるいずれか1の方法を用いて溶解する工程;
c.シアノバクテリア細胞溶解からの原料を、pH4ないし5として、活性本体の生物活性を維持するために常に弱酸性媒体として、低温抽出と有機相/水相分離(クロロホルム:メタノール=1:1の混合物50容積%と1mM酢酸50容積%)に付す工程;
d.工程(c)で得られる水相、または工程(a)の培地の濃縮物を得る工程;
e.濃縮物を遠心分離して上清を得る工程;
f.珪藻土カラムに上清を通し、カラムを適当な洗浄液で洗い、次いで、適当な溶出液により藻類毒素溶出物を得る工程;
g.前工程の溶出液を活性炭カラムに通し、当該活性炭カラムを次いで蒸留水で洗い、保持された色素と不純物を除去し、藻類毒素を適当な溶出液で溶出する;
h.前工程の溶出液を再度珪藻土カラムに通し、カラムを適当な溶液(工程f同様)で洗い、藻類毒素を適当な抽出液で溶出する工程;
i.前工程の溶出液は有機溶媒を蒸発させて水相に残し、部分的に精製された藻類毒素抽出液を得る工程;
j.前工程で得た部分的に精製された抽出物をそれぞれの工程で分取用HPLC(HPLC−Prep:分取用高速液体クロマトグラフィー)に付し、純粋な生物活性藻類毒素を得る工程。 - 工程(b)の溶媒抽出において、重量で等容量の水相中の有機溶媒(クロロホルム/メタノール(1:1)+10mM酢酸と50%の前記混合物、pH4ないし6)が、細胞壁と細胞質膜を破壊する請求項1に記載の方法。
- 工程(c)の溶媒抽出を3回繰り返す請求項1に記載の方法。
- 工程(d)の濃縮を、濃度が初期の5倍ないし20倍以上に達するまで、ロータリーエバポレーターを用いて室温で実施する請求項1に記載の方法。
- 工程(e)の遠心分離が15,000×gないし25,000×gの範囲の相対遠心力で10分ないし40分の時間実施する請求項1に記載の方法。
- 工程(f)および(h)における適当な洗浄液が50mM酢酸であり、工程(f)においてカラムはその容量の5倍ないし15倍で洗い、適当な溶出液がアルコール性抽出混合物(2:1:1容量比のエタノール/水/5mM酢酸)である請求項1に記載の方法。
- 工程(g)における溶出液がアルコール性溶出混合物(3:2:1容量比のエタノール/水/1mM酢酸、pH5)である請求項1に記載の方法。
- 工程(h)における溶液が1:1:1容量比のクロロホルム/メタノール/水の混合物である請求項1に記載の方法。
- 工程(i)において、有機溶媒の蒸発を真空遠心分離機にて実施する請求項1に記載の方法。
- 工程(j)において、分取用高速液体クロマトグラフィーが、順次、サイズ排除、アニオン交換、カチオン交換およびサイズ排除である請求項1に記載の方法。
- 藻類毒素を産生し得るシアノバクテリアが、シリンドロスペルモプシス・エスピー、ミクロシスティス・エスピー、アナバエナ・エスピー、ゴンフォスフェリア・エスピー、オシラトリア・エスピー、アファニゾメノン・エスピーおよびリングビヤ・ウォレイに属する請求項1ないし10いずれか1項に記載の方法。
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