KR100190412B1 - 히드록시 비타민 d화합물의 생물학적 제조방법 - Google Patents

히드록시 비타민 d화합물의 생물학적 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비타임 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는 미생물 또는 이 미생물로부터 생성된 효소를 함유하는 반응 혼합물을 사용하여 시클로덱스트린 화합물 존재하에 비타민 D 화합물의 1α- 및(또는) 25-위치에 히드록실기를 도입시키는 방법을 개시하고 있다.

Description

히드록시비타민 D 화합물의 생물학적 제조방법
본 발명은 비타임 D 화합물로부터의 25-히드록시비타민 D 화합물과 1a, 25-디히드록시비티민 D 화합물의 생물학적 제조 방법에 관한 것이다.
비타민 D 화합물은 신체내 칼슘의 흡수 및 뼈의 칼슘 대사의 촉진에 관여하는 중요한 비타민이며, 간에서 25-위치, 신장에서는 1a-위치에서 히드록실화됨으로써 활성화되는 것으로 공지되어 있다[H. F. Deluca 및 H. K. Johns, in Ann, Rev. Biochem., 제52권, 제411페이지 (1983년)]. 그러나, 간 기능 장애를 가진 환자는 신체내에서 25-히드록시비타민 D3의 생산량이 충분하다. 따라서 간 기능 장애 환자에 대한 25-히드록시비타민 D3의 투여는 신체내 부족분의 공급이라는 관점에서 효과적이다. 또한, 1a,25-디히드록시비타민 DZ는 특히 강한 활성을 가지며, 상기 간 기능장애 환자의 경우와 동일한 관점에ㅐ서 신부전등 환자에 현저한 효과를 나타낸다. 1a, 25-디히드록시비타민 D3는 재료로서 25-히드록시비타민 D3로부터 생물학 및 효소 화학적 전환에 의해 얻을 수 있다(일본국 특허출원 공개공보 제2-469호 및 동 제2-231089호). 따라서, 25-히드록시비타민 D3및 1a 및 1a, 25-디히드록시비타민 D3를 저렴하게 제조하는 것은 산업상 유리하다.
유기 합성에 의해 히드록실기를 비타민 D3화합물의 1a- 및(또는) 25-위치에 직접 도입하는 방법은 공지되어 있지 않다. 이러한 도입을 동물의 기관을 사용하여 수행하는 방법이 공지되어 있으나[Biochem. Biophys. Res. Commun., 제36권, 제251페이지 (1969년)], 이 방법은 산업상 실용적이지 못하다. 최근, 미생물을 사용하여 효소 화학적으로 비타민 D3의 1a- 및(또는) 25-위치를 히드록실화시키는 방법이 공표되었다(일본국 특허출원 공개공보 제2-469호 및 동 제2-231089호).
일본국 특허출원 공개공보 제2-469호 및 동 제2-231089호에 게재된, 미생물을 사용하여 효소 화학적으로 25-히드록시비타민 D 화합물 및 1a, 25-디히드록시비타민 화합물을 제조하는 방법에 의하면, 기질인 비타민 D3및 1a, 25-히드록시비타민 D3의 25-히드록시비타민 D3및 1a, 25-디히드록시비타민 D3으로의 각각의 전환 비율이 만족스럽지 못하다. 또한, 상기 종래의 방법들은 공업적인 제조에 사용하기 위해서는 해결해야 할 문제점을 갖고 있으며, 그 예로서 사용된 기질의 농도가 너무 낮기 때문에 상기 종래의 방법들은 대규모 용량의 제조 설비가 필요하다.
따라서, 본 발명은 종래의 미생물 또는 효소를 사용하여 비타민 D 화합물 및 25-히드록시비타민 D 화합물로부터 현저히 증가된 전환 비율로 25-히드록시비타민 D 화합물 및 1a, 25-디히드록시비타민 D 화합물을 각각 제조하는 개선된 생물학적 제조 방법을 제공하는 것이다.
미생물의 사용에 의해서 비타민 D 화합물 및 25-히드록시비타민 D 화합물로부터 25-히드록시비타민 D 화합물 및 1a, 25-디히드록시 비타민 D 화합물로의 각각의전환 비율을 증가시키기 위한 진지한 연구의 결과, 본 발명자들은 시클로덱스트린 화합물을 반응 혼합물에 첨가함으로써 상기 전환 비율이 현저히 증가됨을 발견하였다고, 본 발명을 성취하게 되었다.
본 발명의 목적은 25-위치에 수소 원자를 갖는 비타민 D 화합물과 시클로덱스트린 화합물을, 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는 미생물을 함유하는 반응 혼합물 또는 이 미생물로부터 생성된 효소를 함유하는 반응 혼합물에 첨가함으로써 25-위치의 수소 원자를 히드록실기로 전환시키는 것으로 이루어진 25-히드록시비타민 D 화합물의 생물학적 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 1a-위치 및 25-위치에 수소 원자를 갖는 비타민 D 화합물과 시클로덱스트린 화합물을, 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는 미생물을 함유하는 반응 혼합물 또는 이 미생물로부터 생성된 효소를 함유하는 반응 혼합물에 첨가하여, 1a- 및 25-위치의 수소 원자를 히드록실기로 전환시키는 것으로 이루어진 1a, 25-디히드록시비타민 D 화합물의 생물학적 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 1a-위치 및 25-위치에 수소 원자를 갖는 비타민 D 화합물과 시클로덱스트린 화합물을, 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는 미생물을 함유하는 반응 혼합물 또는 이 미생물로부터 생성된 효소를 함유하는 반응 혼합물에 첨가하여, 1a- 및 25-위치의 수소 원자를 히드록실기로 전환시키는 것으로 이루어진 1a, 25-디히드록시비타민 D 화합물의 생물학적 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이하 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에서 사용된 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는 미생물은 노카르디아 아우토트로피카(Nocardia autotrophica) N-102(FERM BP-1573), 스트렙토마이세스 로세오스포루스(Streptomyces roseosporus) a-5797(FERM BP-1574), 스트렙토마이세스 스클레로티알루스(Streptomyces sclerotialus) T-JSI(FERM BP-1370) 및 아미콜라타 사투르네아(Amycolata saturnea) FERM BP-2307과 같은 방선균들이 있으며, 이들은 모두 일본국 특허출원 공개공보 제2-469호 및 동 제2-231089호에 기재되어 있다. 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는 미생물의 추가 예로는 아미콜라타 사투르네아(Amycolata satirnea) IFO 14499, 아미콜라타 아우토트로피카(Amycolata autotrophica) ATTC 19727, 아미콜라타 아우토트로피카(Amycolata autotrophica) ATCC 13181, 아미콜라타 아우토트로피카(Amycolata autotrophica) ATTC 33794, 아미콜라타 아우토트로피카(Amycolata autotrophica) ATCC 33795, 아미콜라타 아우토트로피카(Amycolataautotrophica) ATCC 33796, 아미콜라타 아우토트로피카(Amycolata autotrophica) ATCC 33797, 아미콜라타 아우토트로피카(Amycolata autotrophica) JCM 4010, 및 아미콜라타 히드로카본옥시단스(Amycolata hydrocarbonoxidance) IFO 14498과 같은 아미콜라타에 속하는 방선균속이 있으며, 이들은 모두 일본국 특허출원 공개공보 제2-231089호에 기재되어 있다.
본원 발명에 사용된 상기의 미생물들은 모두 실험 목적을 위해 기탁 기관에 요청하는 경우 한국 거주인에게 자유로이 분양 가능한 상태에 있는 미생물들이다. 특히 FERM·BP의 번호가 부여된 미생물들은 일본국 FRI로부터, IFO 및 JCM의 번호가 부여된 미생물들은 각각 일본국 IFO 및 JCM으로부터 입수 가능하며, 이들 기탁 기관의 명칭 및 주소는 다음과 같다.
FRI(Fermentation Research Institute, Agency of Industrial Science and Technology, Ministry of International Trade and Industry) :
일본국 이바라끼껭 305 쓰꾸바시 히가시 1쪼메 1-3
JCM(The Institute of Physical and Chemical Research) :
일본국 사이따마껭 351 와꼬시 히로사와 2-1
IFO(Institute for Fermentation Osaka) :
일본국 오오사까 532 요도가와꾸 주소혼마찌 2쪼메 17-85
본 발명에서 사용된 시클로덱스트린 화합물의 예로는 α-시클로덱스트린, β-시클로덱스트린, γ-시클로덱스트린, β-디메틸 시클로덱스트린, β-트리메틸시클로덱스트린, 부분적으로 메틸화된 시클로덱스트린(일본국 특허출원 공개공보 제63-41505호 참고, 이하 종종 PMCD로 약칭함) 및 분지쇄형 시클로덱스트린이 있다. 이들 시클로덱스트린 화합물은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면 세정제를 시클로덱스트린 화합물과 함께 첨가하는 것이 효과적인 방법이다. 상기 세정제로는 폴리옥시에틸렌·소르비탄 지방산 에스테르[에, Tween 80(Sigma Co.사 제조)], 소르비탄 지방산 에스테르[에, Span 85(Sigma Co.사 제조)], 폴리옥시 에틸렌 에테르[예, Brij 96(Sigma Co.사 제조) 및 Triton X-100(Sigma Co.사 제조)], 노닐페놀[예, Nonipol 45(Sanyo Chemical Industries사 제조)] 및 산화에틸렌-산화프로필렌 블럭 공중합체[예, Pluronic L-62(Asahi Denka Kogyo)]와 같은 비이온성 세정제 및 Dilex (Nippon Oil and Fats Co.사 제조) 및 Trax(Nippon Oil and Fats Co.사 제조)와 같은 음이온성 세정제가 있다.
25-위치 또는 1α- 및 25- 위치에, 생물학적으로 히드록실화될 수 있는 수소기를 가진 비타민 D 화합물로는 비타민 D2유도체, 비타민 D3유도체, 비타민 D4유도체, 비타민 D5유도체, 비타민 D6유도체 및 비타민 D7유도체가 있다. 상기 화합물의 17-위치의 측쇄내 수소 원자 또는 히드록실기는 할로겐 원자(예, 불소 원자), 히드록실기 및 저급 알킬기에 의해 치환될 수 있다.
기질 화합물의 예로는 비타민 D2, 비타민 D3, 비타민 D4, 비타민 D5, 비타민 D6, 비타민 D7, 24-옥소비타민 D3, 1α-히드록시비타민 D2, 1α-히드록시비타민 D3, 1α-히드록시비타민 D4, 1α-히드록시비타민 D5, 1α-히드록시비타민 D6, 1α-히드록시비타민 D7, 1α-히드록시-24-옥시비타민 D3, 1α,24-디히드록시비타민 D3, 24-히드록시비타민 D3, 23-히드록시비타민 D3, 23-히드록시비타민 D4, 1α,23-디히드록시비타민 D3,1α,23-디히드록시비타민 D4, 26-히드록시비타민 D2, 26 히드록시비타민 D3, 26-히드록시비타민 D4, 1α,26-디히드록시비타민 D2,1α,26-디히드록시비타민 D3,1α,26-디히드록시비타민 D4,23,24-디히드록시비타민 D3, 23,26-디히드록시비타민 D3, 23,26-디히드록시비타민 D4,비타민, D3-26,23-락톤, 1α-히드록시비타민 D3-26,23-락톤, 24,24-디플루오로비타민 D3, 24,24-디클로로비타민 D3, 26,26,26,27,27,27-헥사플루오로비타민 D2, 25-히드록시비타민 D3, 25-히드록시비타민 D4, 25-히드록시비타민 D5, 25-디히드폭시비타민 D6, 25-히드록시비타민 D7, 24-옥소-25-히드록스비타민 D3, 24,25-디히드록시비타민 D3, 23,25-디히드록시비타민 D3, 23,25-디히드록시 비타민 D4, 25,26-디히드록시비타민 D2, 25,26-디히드록시비타민 D3, 25,26-디히드록시비타민 D4및 25-히드록시비타민 D3-26,23-락톤이 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 반응 속도 및 반응 효율은 세정제의 부재 또는 존재하에 시클로덱스트린 화합물을, 미생물 또는 미생물로부터 생성된 효소를 함유한 반응 혼합물에 첨가함으로써 증가된다. 상기 능력을 갖는 미생물의 배양을 위한 배지는 주로 액체 배지이고, 탄소원으로는 글루코스, 말토스, 슈크로스, 덱스트린, 전분, 아라비노스, 크실로스, 글리세리드, 식물성 지방 및 오일, 동물성 지방 및 오일이 있고, 이들은 단독 또는 혼합하여 사용한다. 질소원으로는 대두분, 면실분, 글루텐분, 카제인, 펩톤, 카사미노산, 효모 추출물, 육 추출물 및 옥수수 담근액이 있으며, 이들은 단독 또는 혼합하여 사용한다. 이외에 필요에 따라서, 균주의 성장을 돕고, 비타민 D 화합물의 25-및 1α-위치를 히드록실화시킬 수 있는 효소의 생성을 촉진하기 위해서는 유기 또는 무기염을 첨가할 수 있다.
바람직한 배양은 20°내지 30℃, 바람직하기로는 25°내지 30℃에서 진탕 배양 및 통기 교반 배양과 같은 호기성 조건에서 수행된다. 12-96시간, 바람직하기로는 24-48시간 동안 배양한 후, 기질인 비타민 D 화합물 및 시클로덱스트린을 첨가한다. 필요에 따라서 세정제를 첨가할 수 있다. 비타민 D 화합물의 양은 배지 중 10-1000㎍/㎖, 바람직하기로는 50-500㎍/㎖이다. 시클로덱스트린 화합물의 양은 0.1-15중량%(비타민 D 화합물 1몰당 1-1000몰의 비), 바람직하기로는 0.1-2 중량%(비타민 D의 화합물 1몰당 5-140몰의 비)이다. 이 배양은 pH 5-9, 바람직하기로는 pH 6-8에서 수행된다.
세정제의 양은 배지 중 0.01-5 중량%, 바람직하기로는 0.05-0.5 중량%이다.
본 발명의 방법에 의하면 배양 배지, 또는 배양 균사체 또는 효소를 함유한 용액은 진탕 또는 호기성 교반시키는 것이 바람직하다. 호기성 교반은 기질인 비타민 D 화합물 및 시클로덱스트린 화합물을 첨가하고, 필요에 따라 세정제를 추가로 첨가한 후 1 내지 130시간 동안 수행된다. 호기성 조건을 얻기 위해 배양은 대기압하에 산소 기류 중에서 수행하는 것이 효과적이다.
시클로덱스트린 화합물 및 세정제는, 기질인 비타민 D 화합물을 반응 혼합물에 첨가하기 전 또는 후에 기질인 비타민 D 화합물과 함께 첨가될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 방법으로 얻은 비타민 D 화합물의 단리는 유기 용매를 사용한 추출 및 컬럼 크로마토그라피 등에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 반응 완료 후 반응 혼합물을 염화메틸렌으로 추출시키고, 농축 건조시킨다. 잔류물을 2-프로판올 및 n-헥산의 혼합물과 같은 적당한 용매 중에 용해시키고, 여과 또는 원심분리에 의해 불용해물을 제거한 후 용액을 Zorbax SIL(미합중국 소재 Du Pont사 제조), Shimpac ODS(Shimadzu corporation사 제조)와 같은 실리카겔 칼럼상에서 고성능 액체 크로마토그라피(HPLC)를 수행하여 25-히드록시비타민 D 화합물 및 (또는) 1α,25-디히드록시비타민 D 화합물을 단리시킨다.
본 발명에 의하면 활성 비타민 D 화합물, 즉 25-히드록시비타민 D 화합물 및 1α,25-디히드록시비타민 D 화합물은 미생물 균사체 또는 이 균사체로부터 얻은 효소를 사용하여 높은 효율로 제조될 수 있다.
본 발명은 이하 실시예에 의해 예시되며, 결코 제한되지는 않는다. 이하 실시예에 있어서 모든 %는 달리 기재하지 않는한 중량%이다.
(실시예 1)
500㎖ 엘렌메이어 플라스크 내의 박토-소이톤(Difco Co.사 제조) 1.5%, 옥수수 담근액 0.5%, 글루코스 1.5%, NaCL 0.5% 및 CaCO30.2%를 함유하는 배지(BG 배지)(pH 7.2) 100㎖를 가압하여 120℃에서 20분 동안 압열 멸균시켜 무균화하고, 노카르디아 아우토트로피카(Nocardia autotrophica) N-102(FERM BP-1573) 일백금이(白金耳)로 접종시키고, 28℃에서 230rpm으로 진탕 배양을 수행하였다. 한편으로 비타민 D325㎎을 부분적으로 메틸화된 시클로덱스트린(PMCD; Mercian Co.사 제조) 0.15%(비타민 D 1몰당 PMCD 17몰의 양)를 함유하는 0.01M 인산염 완충액(pH 7.0)50㎖에 첨가하였다. 충분히 교반한 후, 불용해물을 여과에 의해 제거하고, 여액 10㎖를 상기 배양액(48시간 동안 배양함)에 첨가하고, 추가로 48시간 배양을 계속하였다. 원심 분리 침전을 위한 공전관(共銓管)내 배양 배지 1㎖에 메탄올 2㎖ 및 클로로포름 1㎖를 첨가하고, 10분간 교반을 계속하였다. 또한, 클로로포름 1㎖ 및 증류수 1㎖를 첨가하고, 혼합물을 교반시키고, 3,000rpm에서 5분 동안 원심 분리시키고, 아랫층을 분리시켰다. 윗층에 클로로포름 1.5㎖를 첨가하고, 혼합물을 다시 추출시켰다. 클로로포름층을 합하고, 에탄올 0.1㎖를 첨가하고, 혼합물을 감압하에서 농축 건조시켰다. 잔류물을 n-헥산:2-프로판올(86:14)의 200μl 중에 용해시키고, 이동상으로서 n-헥산:2-프로판올(86:14)를 사용하여 1.5㎖/분의 유속으로 Zorbax SIL 칼럼(4.6㎜× 25㎝)상에서 HPLC에 의해 분석하였다.
검출 결과, 265nm에서의 흡수대는 25-히드록시비타민 D325.7㎍/㎖의 형성 (물질의 전환비는 514.%이었다)을 나타냈다.
(실시예 2)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 배지(100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)중에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102를 호기성 조건하에 28℃에서 48시간 동안 배양시켰다. 배양 배지에 5% PMCD (Mercian Co.사 제조) 용액(0.01M 인산염 완충액, pH 7.0) 10㎖ 및 에탄올 1㎖ 중의 2% 비타민 D3의 용액을 첨가하였다(비타민 D31몰당 PMCD 7몰의 양). 추가로 배양을 계속하고, 각각 24, 48, 72, 96 및 120시간 동안 배양한 후, 실시예 1과 동일한 검출에 의해 나타난 25-히드록시비타민 D3의 양은 21.5㎍/㎖, 57.6㎍/㎖, 79.2㎍/㎖, 92.0㎍/㎖ 및 125㎍/㎖ (물질의 전환 비율은 62.5%)이었다. 이와 반대로, PMCD가 없는 것을 제외하고 상기와 동일한 방법을 행하고, 96시간 동안 배양한 후 얻은 25-히드록시비타민 D3의 양은 단지 1.69㎍/㎖(물질 전환 비율 : 6.8%)이었다.
(실시예 3)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 배지(100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)중에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102를 호기성 조건하에 28℃에서 48시간 동안 배양시켰다. 배양 배지에 5% PMCD (Mercian Co.사 제조) 용액(0.01M 인산염 완충액, pH 7.0) 10㎖ 및 에탄올 1㎖ 중의 2% 비타민 D3의 용액을 첨가하고(비타민 D31몰당 PMCD 7몰의 양). 96시간 동안 배양을 계속하였다. 배양이 완료된 후, 플라스크에 염화메틸렌 200㎖를 첨가한 후, 혼합물을 추출하였다. 염화메틸렌층을 감압하에서 농축 건조시키고, 잔류물을 2-프로판올: n-헥산(1:0) 3㎖ 중에 용해시킨 직후, -20℃에서 지시간 동안 방치시켰다. 생성된 불용해물을 원심분리로 제거시켰다. 상청액을 감압하에서 농축시키고, 이동상으로 n-헥산:2-프로판올 (86:14)를 사용하여 1.5㎖/분의 유속으로 Zorbax SIL 칼럼 (4.6㎜ × 25㎝)상에서 HPLC를 수행하였다. 3.8분 체류후에 최대 분획물을 수집하였고, 질소 가스로 대체시켜 감압하에 40℃이하에서 농축 건조시켜 25-히드록시비타민 D3를 얻었으며, 이는 HPLC의 체류시간, UV 흡수 스펙트럼 및 질량 스펙트럼 분열 패턴의 관점에서 볼때 시판 중인 25-히드록시비타민 D3중 신빙성있는 시료 (네덜란드 소재 Duphar Co.사 제조)와 정확히 일치하였다.
최대 UV 흡수 : λmax = 265nm(에탄올)
질량 스펙트럼 : 400(M+), 382(M+-H2O), 271, 253, 136, 118, 59.
(실시예 4)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 배지(100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)중에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102를 호기성 조건하에 28℃에서 48시간 동안 배양시켰다. 이 배양 배지에 5% PMCD (Mercian Co.사 제조) 용액(0.01M 인산염 완충액, pH 7.0) 10㎖ 및 에탄올 1㎖ 중의 2% 비타민 D2의 용액을 첨가하였다(비타민 D21몰당 PMCD 7몰의 양). 추가로 배양을 계속하였으며, 각각 24, 48, 72, 96 및 120시간 동안 배양한 후 실시예 1과 동일한 검출에 의해 나타난 25-히드록시비타민 D2의 양은 각각 0.5㎍/㎖, 55.6㎍/㎖, 81.2㎍/㎖, 93.0㎍/㎖ 및 128.5㎍/㎖ (물질의 전환 비율은 64%)이었다. 한편으로, PMCD가 없는 것을 제외하고 상기와 동일한 방법을 행하고, 96시간 동안 배양한 후 얻은 25-히드록시비타민 D2의 양은 단지 1.8㎍/㎖(물질 전환 비율 0.9%)이었다. 25-히드록시비타민 D2의 HPLC 체류 시간은 3.7분이었다.
(실시예 5)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 배지(100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)중에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102를 호기성 조건하에 28℃에서 48시간 동안 배양시켰다. 이 배양 배지에 5% PMCD 용액(0.01M 인산염 완충액, pH 7.0) 10㎖ 및 에탄올 1㎖ 중의 0.1% 1a-히드록시 비타민 D3의 용액을 첨가하였다(1α-히드록시비타민 D31몰당 PMCD 140몰의 양). 추가로 2시간 동안 배양한 후, 이 플라스크에 염화메틸렌을 첨가하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 분석을 수행하였다. 체류 시간 12분에서 최대 분획물을 수집하였고, 감압하에 40℃ 이하의 온도에서 농축시키고, 이 동상으로서 물:메탄우러(1:9)를 사용하여 1.0㎖/분의 유속으로 Zorbax ODS 칼럼 (4.6㎜ × 25㎝, 미합중국 소재 Du Pont Co.사 제조)상에서 HPLC를 수행하였다. 용출시킨 후, 체류시간 5.6분에서 최대 분획물을 수집하였고, 질소 가스로 대체시켜 감압하에 40℃이하에서 농축 건조시켜 1α,25-히드록시비타민 D3650㎍(물질 전환비율 65%)을 얻었다. 한편으로, PMCD기 없는 것을 제외하고, 상기와 동일한 방법을 행하여 얻은 25-히드록시비타민 D3의 양은 350㎍/㎖ (물질 전환 비율 35%)이었다.
(실시예 6)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 배지(100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)중에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102를 호기성 조건하에 28℃에서 진탕하면서 72시간 동안 배양시켰다. 이 배양 배지를 원심 분리시키고, 균사체를 모으고, 0.01M트리스-아세테이트 완충액(pH 7.4) (2mM 아세트산 마그네슘, 7mM 2-메르캅토 에탄올 및 20% 극리세린을 함유함)으로 1회 세척하고, 동일한 완충액 100㎖ 중에 현탁시켰다. 이 현탁액을 초음파 분쇄 (20kHz, 50W, 2분 동안)시키고, 원심 분리 (10,000 × g, 15분 동안)시켜 상청액을 얻었다. 최종 농도가 25%로 될 때까지 상청액에 폴리에틸렌 글리콜 6000을 서서히 적가하고, 이어서 생성된 용액을 4℃에서 10분 동안 방치시켰다. 조(粗) 효소 침전물을 얻은 후, 이 침전물 1g(습윤 중량)을 트리스-아세테이트 완충액(pH 7.4) (70mM 니코틴 아미드, 2mM 마그네슘 아세테이트, 100mM NADP, 5mM ATP 및 6mM 글루코스-6-포스페이트를 함유함) 10㎖ 중에 현탁시켰다. 이 현탁액에 글로코스-6-포스페이트 탈수소효소 5단위, 에탄올 0.1㎖ 중의 비타민 D320㎎/㎖의 용액 및 5% PMCD 용액 1㎖(비타민 D31몰당 PMCD 7몰의 양)를 첨가하고, 교반시키면서 20℃에서 1시간 동안 효소 반응을 수행하였다. PMCD가 없는 것을 제외하고, 상기와 동일한 방법을 수행하여 대조용으로서 사용하였다. 반응 완료 후, 메탄올 20㎖ 및 클로로포름 10㎖를 첨가하고, 실시예 1에 기재한 것과 동일한 측정 결과 PMCD를 사용한 방법과 PMCD를 사용하지 않은 방법에 의해 각각 21.0㎍/㎖ (물질 전환 비율 10.5%) 및 7.6㎍/㎖ (물질 전환 비율 3.8%)의 25-히드록시비타민 D3가 형성된 것으로 나타났다.
(실시예 7)
500㎖ 엘렌메이어 플라스크 내에서 박토-소이톤(Difco Co.사 제조) 1.5%, 옥수수 담근액 0.5%, 글루코스 1.5%, NaCl 0.5% 및 CaCO30.2%를 함유한 배지(BG 배지) (pH 7.2) 100㎖를 120℃에서 20분 동안 압열 멸균시켜 무균화하고, 노카르디아 아우토트로피카 N-102(FERM BP-1573) 일백금이로 접종시키고, 28℃, 230rpm에서 진탕 배양을 행하였다. 48시간 배양한 후, 5% 수용성 β-시클로덱스트린 용액 10㎖ 및, 비타민 D32%를 함유한 에탄올 중의 20% Tween 80의 용액을 첨가한 후, 추가로 48시간 동안 배양을 계속하였다. 공전관 내의 상기 배양 배지 1㎖에 메탄올 2㎖ 및 클로로포름 1㎖를 첨가하고, 혼합물을 10분 동안 교반시켰다. 이어서, 클로로포름 1㎖ 및 증류수 1㎖를 첨가하고, 혼합물을 교반시키고, 3,000rpm에서 5분 동안 원심분리시켰다. 아랫쪽의 상을 제거한 후, 윗쪽의 상을 클로로포름 1.5㎖로 추출시켰다. 클로로포름층들을 합하고, 에탄올 0.1㎖를 첨가시켰다. 혼합물을 감압하에서 농축 건조시키고, 잔류물을 n-헥산:2-프로판올(86:14) 200μl 중에 용해시키고, 이동상으로서 n-헥산:2-프로판올(86:14)를 사용하여 1.5㎖/분의 유속으로 Zorbax SIL 칼럼(4.6㎜ × 25㎝) 상에서 HPLC를 수행하였다.
검출 결과, 265nm에서의 흡수대는 25-히드록시비타민 D3(물질 전환 비율 약 27%)가 54.8㎍/㎖ 형성되었음을 나타냈다.
배양 배지 100㎖ 에 염화메틸렌 200㎖를 첨가하고, 혼합물을 추출하였다. 염화메틸렌층을 감압하에서 농축 건조시킨 직후, 잔류물을 2-프로판올:n-헥산(1:9) 3㎖ 중에 용해시텼다. 용액을 -20℃에서 2시간 동안 방치시키고, 생성된 불용해물을 원심분리에 의해 제거하였다. 상청액을 감압하에서 농축시키고, 이동상으로서 n-헥산:2-프로판올(86:14)을 사용하여 1.5㎖/분의 유속으로 Zorbax SIL 칼럼(4.6㎜ × 25㎝)상에서 HPLC를 수행하였다. 3.8분에서 최대 분획물을 수집하고, 질소 가스로 대체시켜 감압하에 40℃ 이하의 온도에서 농축 건조함으로써 25-히드록시비타민 D3를 얻었으며, 이는 HPLC의 체류시간, 자외선 흡수 스펙트럼 및 질량 스펙트럼의 분열 패턴의 관점에서 볼 때 시판 중인 25-히드록시비타민 D3(네델란드 소재 Duphar Co.사 제조)의 신빙성 있는 시료와 정확히 일치하였다.
최대 UV 흡수 : λmax = 265nm(에탄올)
질량 스펙트럼 : 400(M+), 382(M+-H2O), 271, 253, 136, 118, 59.
(실시예 8)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 배지를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 노카르디아 아우토트로피카 N-102(FERM BP-1573)을 48시간 동안 배양시키고, 5% α-시클로덱스트린 수용액 10㎖ 및 2% 비타민 D3를 함유하는 에탄올 1 ㎖중의 20% Tween 80의 용액을 첨가하였다. 혼합물을 추가로 48시간 동안 배양시켰다. 공전관 내에서 배양 배지 1㎖를 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 측정한 결과 25-히드록시비타민 D3가 515㎍/㎖ (물질 전환 비율 25.8%) 형성된 것으로 나타났다.
(실시예 9)
0.2 중량%의 Tween 80을 함유하는 배지에서, 실시예 1에서의 β-시클로덱스트린 대신에 β-디메틸시클로덱스트린 (Toshin Chemical Co.사 제조), β-트리메틸시클로덱스트린(Toshin Chemical Co.사 제조), 분지쇄형 β-시클로덱스트린 (Nikken Chemical Co.사 제조), 부분적으로 메틸화된 시클로덱스트린(Mercian Co.사 제조) 및γ-시클로덱스트린(Wako Chemical Co.사 제조)을 각각 사용하여 비타민 D3를 25-히드록시비타민 D3를 25-히드록시비타민 D3로 전환시켜 아래 표1에 기재한 바와 같은 결과를 얻었다.
[표 1]
(실시예 10)
Tween 80 대신에 Pluronic L-62 (Asahi Denka Co.사 제조)를 사용하는 것을 제외하고 실시예 7과 동일한 방법으로 비타민 D3에서 25-히드록시비타민 D3로의 전환을 수행하고 25-히드록시비타민 D351.5㎍/㎖(전환 비율 25.8%)을 얻었다.
(실시예 11)
Tween 80 대신에 Dilex (Nippon Oil and Fats Co.사 제조)를 사용하는 것을 제외하고 실시예 7과 동일한 방법으로 비타민 D3로부터 25-히드록시비타민 D3로의 전환을 수행하고 25-히드록시비타민 D342.5㎍/㎖(전환 비율 21.2%)을 얻었다.
(실시예 12)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 비지 (100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102를 호기성 조건하에 28℃에서 48시간 동안 배양시켰다. 이 배양액에 5% β-시클로덱스트린 수용액 10㎖ 및, 2% 비타민 D3를 함유하는 에탄올 1㎖ 중의 20% Tween 80의 용액을 첨가하고, 추가로 48시간 동안 배양을 계속하였다. 이 배양을 완료한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 추출 및 분석하여 25-히드록시비타민 (D255,8㎍/ml(전환 비율 : 27.9%)을 얻었다. β-시클로텍스트린 및 Tween 80을 사용하지 않는 것을 제외하고, 동일한 방법을 수행하여 25-히드록시비타민) D21.8㎍/㎖(물질 전환 비율 : 0.9%)을 얻었다. 25-히드록시비타민 D2의 체류 시간은 3.7분이었다.
(실시예 13)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 비지 (100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102를 호기성 조건하에 28℃에서 48시간 동안 배양시켰다. 이 배양액에 5% β-시클로덱스트린 수용액(0.01M 인산염 완충액, pH 7.0) 10㎖, 에탄올 1㎖ 중의 1% 1-히드록시비타민 D3의 용액 (1α-히드록시비타민 D31몰당 β-시클로덱스트린 140몰의 양) 및 에탄올 1㎖ 중의 20% Tween 80의 용액을 첨가하였다. 추가로 2시간 동안 배양한 후, 염화메틸렌을 플라스크에 첨가하고 실시예 1에서와 같이 측정을 행하였다. 체류시간 3.8분에서 최대 분획물을 수집하고, 감압하에 40℃ 이하의 온도에서 농축 건조시키고, 이동상으로서 물-메탄올(1:9)를 사용하여 1.0㎖/분의 유속으로 Zorbax ODS(Du Pont Co.사 제조) 상에 HPLC를 수행하였다. 용출시킨 후, 5.6분의 체류시간에서 최대 분획물을 수집하고, 질소 가스로 대체시켜 가압하에 40℃ 이하에서 농축 건조시켜 1α,25-디히드록시비타민 D3645㎍(물질 전환 비율 64.5%)을 얻었다. β-시클로덱스트린이 없는 것을 제외하고 상기와 동일한 방법을 수해아ㅎ여 25-히드록시비타민 D3350㎍을 얻었다.(물질 전환 비율 35%).
(실시예 14)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 배지(100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102를 호기성 조건하에 28℃에서 72시간 동안 진탕배양 시켰다. 배양 배지를 원심분리시키고, 균사체를 수집하고, 0.01M 트리스-아세테이트 완충액(pH 7.4)(2mM 마그네슘 아세테이트, 7mM 2-메르캅토 에탄올 및 20% 글리세린을 함유함)으로 1회 세척하고, 동일한 완충액 100㎖에서 현탁시켰다. 균사체를 초음파 분쇄시키고(20kHz, 50W, 2분), 원심 분리시켜 (10,000 × g, 15분 동안) 상청액을 얻었다. 이 상청액에 폴리에틸렌 글리콜 6000을 25%의 최종 농도가 될 때까지 적가하고, 이어서, 생성된 용액을 4℃에서 10분 동안 방치시켰다. 원심분리시켜 조(粗) 효소 침전물을 얻고, 이어서 이 침전물 1g(습윤 중량)을 트리스-아세테이트 완충액(pH 7.0)(70mM 니코틴 아미드, 2mM 마그네슘 아세테이트, 100mM NADP, 5mM ATP 및 6mM 글루코스-6-인산을 함유함) 10㎖중에 현탁시켰다. 이 현탁액에 글루코스-6-인산염 탈수소효소 5 단위, 에탄올 0.1㎖ 중의 비타민 D320㎎/㎖의 용액, 5% PMCD(Mercian Co.사 제조)용액 1㎖(비타민 D31몰당 PMCD 7몰의 양) 및 에탄올 1㎖ 중의 20% Tween 80의 용액을 첨가하고, 28℃에서 1시간 동안 교반하면서 효소 반응을 수행하였다. 5% 시클로 덱스트린 용액이 없는 것을 제외하고 상기한 바와 동일한 방법을 수행하여 대조용으로서 이용하였다. 반응이 완료된 후, 메탄올 20㎖ 및 클로로포름 10㎖를 첨가하고, 실시예 1에서 기재한 바와 동일한 측정 결과 PMCD를 사용한 방법과 PMCD를 사용하지 않은 방법은 각각 21.0㎍/㎖(물질 전환 비율 : 10.5%) 및 7.6㎍/㎖(물질 전환 비율 : 3.8%)의 양으로 25-히드록시비타민 D3을 형성하였음을 나타내었다.
(실시예 15)
실시예 1에서 사용된 것과 동일한 BG 배지(100㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)에서 노카르디아 아우토트로피카 N-102(FERM BP-1573)을 생육시키고, 이 배양균 1㎖를 250㎖ 엘렌메이어 플라스크에서 TM-1 배지 25㎖ (2% 글루코스, 0.2% 효모 추출물, 0.5% 펩톤(Kyokuto Pharmaceutical Industries Co.), 0.5% 옥수수 담근액(분말), 1.0% 탈지 대부분, 0.04% K2HPO4및 0.4% NaCl를 함유함, pH 7.0) 중에서 배양시키고, 28℃에서 48시간 동안 배양시켰다. 이 플라스크에 에탄올 0.25㎖ 중의 2% 비타민 D3의 용액, 세정제 Pluronic L-62 및 시클로덱스트린 화합물 0.5-1.0㎖를 첨가하고, 추가로 90시간 동안 진탕 배양을 수행하였다. 실시예 5에 기재한 것과 동일한 방법에 따라 상기내 배양 배지내 1α,25-디히드록시비타민 D3의 형성을 분석하였으며, 이 결과를 다음 표 2에 기재하였다.
[표 2]
(실시예 16)
아미콜라타 아우트로피카 ATCC 19727, ATCC 13181, ATCC 33974, ATCC 33795, ATCC 33796, ATCC 33797, JCM 4010, 아미콜라타 히드로카본옥시단스 IFO 14498, 아미콜라타 사투르네아 FERM BP-2307 및 IFO 14499를 각각 실시예 15에서 사용된 것과 동일한 TM-1 배지(50㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)에서 28℃로 48시간 동안 배양시켰다. 이 플라스크에 에탄올 0.5㎖ 중의 2% 비타민 D3용액, 세정제 Pluronic L-62 0.1g 및 5% β-시클로덱스트린 1.0㎖를 첨가하고, 72시간 동안 진탕 배양시켰다. 배양 배지내 25-히드록시비타민 D3및 1α,25-디히드록시비타민 D3의 형성을 실시예 1과 5에 기재한 바와 동일한 방법에 따라서 분석하고, 결과를 아래 표3에 나타내었다. 대조군(시클로덱스트린이 없음)의 결과는 아래 표4에 기재하였다.
[표 3]
시클로덱스트린 화합물을 사용한 군
[표 4]
시클로덱스트린 화합물을 사용하지 않는 군
(실시예 17)
실시예 15에서 사용된 것과 동일한 TM-1 배지(50㎖/500㎖-엘렌메이어 플라스크)에서 아미콜라타 아우토트로피카 ATCC 33797을 28℃에서 48시간 동안 배양시켰다. 이 플라스크에 에탄올 0.5㎖ 중의 2% 비타민 D3의 용액, 세정제 Pluronic L-62 및 5% 시클로덱스트린 화합물 (또는, 상이한 시클로덱스트린 화합물의 혼합물) 1.0㎖-2.0㎖를 각각 첨가하고, 추가로 96시간 동안 진탕 배양을 수행하였다. 배양 배지내 25-히드록시비타민 D3및 1α,25-디히드록시비타민 D3의 형성을 실시예 1 및 5에서 기재한 방법에 따라서 분석하고 결과를 아래 표 5에 기재하였다.
[표 5]
β-CD : β-시클로덱스트린 (첨가량 : 0.2%)
γ-CD : γ-시클로덱스트린 (첨가량 : 0.2%)
β-DCD : β-디메틸시클로덱스트린 (첨가량 : 0.2%)
β-CD + γ-CD : β-시클로덱스트린 및 γ-시클로덱스트린의 혼합물
(첨가량 각 0.2%)
β-CD + β-DCD : β-시클로덱스트린 및 β-디메틸시클로덱스트린의 혼합물
(첨가량 각 0.2%)

Claims (15)

  1. 25-위치에 수소 원자를 갖는 비타민 D 화합물 및 시클로덱스트린 화합물을, 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는노카르디아 (Nocardia) 속, 스트렙토마이세스 (Streptomyces) 속 및 아미콜라타 (Amycolata) 속으로 부터 선택되는 미생물을 함유하는 반응 혼합물 또는 이 미생물로부터 생성된 효소를 함유하는 반응 혼합물에 첨가하여, 25-위치의 수소 원자를 히드록실기로 전환시키는 것으로 이루어진 25-히드록시비타민 D 화합물의 생물학적 제조 방법.
  2. 1α- 및 25-위치에 수소 원자를 갖는 비타민 D 화합물 및 시클로텍스트린 화합물을, 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는노카르디아 (Nocardia) 속, 스트렙토마이세스 (Streptomyces) 속 및 아미콜라타 (Amycolata) 속으로 부터 선택되는미생물을 함유하는 반응 혼합물 또는 이 미생물로부터 샌성된 효소를 함유하는 반응 혼합물에 첨가하여, 1α- 및 25-위치의 수소 원자를 히드록실기로 전환 시키는 것으로 이루어진 1α, 25-디히드록시비타민 D 화합물의 생물학적 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 시클로덱스트린 화합물 및 기질로서 비타민 D 화합물의 용액 혼합물을, 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는노카르디아 (Nocardia) 속, 스트렙토마이세스 (Streptomyces) 속 및 아미콜라타 (Amycolata) 속으로 부터 선택되는 미생물을 함유하는 반응 혼합물 또는 이 미생물로부터 생성된 효소를 함유하는 반응 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 시클로덱스트린 화합물 및 기질로서 비타민 D 화합물의 용액 혼합물을, 비타민 D 화합물을 히드록실화시킬 수 있는노카르디아 (Nocardia) 속, 스트렙토마이세스 (Streptomyces) 속 및 아미콜라타 (Amycolata) 속으로 부터 선택되는 미생물을 함유하는 반응 혼합물 또는 이 미생물로부터 생성된 효소를 함유하는 반응 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 시클로덱스트린 화합물을 비타민 D 화합물의 생물학적 전환의 개시 이전, 동안 또는 이후에 첨가하는 것을 틀징으로 하는 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 시클로덱스트린 화합물을 비타민 D 화합물의 생물학적 전환의 개시 이전, 동안 또는 이후에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 시클로덱스트린 화합물이 상이한 시클로덱스트린 화합물의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 2항에 있어서, 시클로덱스트린 화합물이 상이한 시클로덱스트린 화합물의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 세정제를 반응 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 2항에 있어서, 세정제를 반응 혼합물에 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 반응 혼합물에 첨가되는 시클로덱스트린 화합물의 양이 25-위치에 수소 원자를 갖는 비타민 D 화합물 1몰당 1 내지 1000몰인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 2항에 있어서, 반응 혼합물에 첨가되는 시클로덱스트린 화합물의 양이 1α- ALC 25-위치 수소 원자를 갖는 비타민 D 화합물 1몰당 1 내지 1000몰인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 25-히드록시비타민 D 화합물이 25-히드록시비타민 D3이고, 비타민 D 화합물이 비타민 D3인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 25-히드록시비타민 D 화합물이 25-히드록시비타민 D2이고, 비타민 D 화합물이 비타민 D2인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 2항에 있어서, 1α,25-디히드록시비타민 D 화합물이 1α,25-히드록시비타민 D3이고, 비타민 D 화합물이 비타민 D3인 것을 특징으로 하는 방법.
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