KR20050081668A - 테이코플라닌의 분리 및 정제 방법 - Google Patents

테이코플라닌의 분리 및 정제 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다음과 같은 단계를 포함하는 테이코플라닌 생산 미생물을 흡착수지를 첨가한 배지중에서 배양시킨 후 테이코플라닌의 분리 및 정제방법에 관한 것으로,
1) 발효액과 생성균주로부터 테이코플라닌 흡착수지의 분리 단계,
2) 테이코플라닌 흡착수지로부터 테이코플라닌 추출 및 층분리 단계,
3) 소수성 흡착 및 이온교환수지 크로마토그라피 단계,
4) 테이코플라닌의 유기용매를 이용한 층분리 및 초순수 여과 단계로 구성되며, 저비용으로 고수율, 고순도의 테이코플라닌을 얻을 수 있다.

Description

테이코플라닌의 분리 및 정제 방법{Method for the isolation and purification of teicoplanin}
본 발명은 테이코플라닌(teicoplanin)의 분리 및 정제방법에 관한 것이다.
테이코플라닌(teicoplanin)은 액티노플라네스 테이코마이세티쿠스(Actinoplanes teichomyceticus)균주에 의하여 생산되는 글리코펩티드 계열의 항생제로서 그람양성 세균 및 메치실린 내성 포도상구균(MRSA)의 성장을 억제하는 치료제로 사용되어지고 있다. 테이코플라닌은 기존의 반코마이신을 비롯한 항생제에 비하여 약효가 우수하고 부작용이 적어 사용량이 계속 증가하고 있으나 아직까지 국내에서는 균주로부터의 테이코플라닌 발효생산 및 분리 및 정제 기술이 확립되어 있지 않아 대부분 수입에 의존하고 있는 실정이다.
현재의 기술로서 생산되어지고 있는 테이코플라닌은 발효생산 수율이 매우 낮고, 또한 T2-1, T2-2, T2-3, T2-4, T2-5 와 정제과정 중에 생성되는 T3-1 및 관련물질로 이루어진 혼합물로 이루어져 있기 때문에 분리 및 정제 기술도 매우 복잡하여 생산비용이 높아 산업적으로 적용하기가 어려운 실정이다. 이에 따라 약효의 우수성에도 불구하고 소비량의 증가에 따라 국내 수입량이 계속 증가하고 있다.
본 발명은 종래의 테이코플라닌의 분리 및 정제과정에서의 복잡성과 고비용을 해결하기 위하여 합성수지 및 이온수지를 단계적으로 사용하였고 유기용매를 이용한 추출 및 분리과정을 사용하여 정제과정을 단순화하였다. 또한, 극성이 다른 혼합물로 이루어진 테이코플라닌 복합체를 바람직한 유기용매 사용과 크로마토그라피법만을 사용하여 순수 분리 및 정제함으로서 분리 및 정제 수율을 향상하고 그 비용을 절감 하였다
따라서, 본 발명의 목적은 저비용으로 고수율과 고순도의 테이코플라닌을 분리 및 정제하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 테이코플라닌 분리 및 정제방법은 다음과 같이 구성된다.
본 발명은 테이코플라닌 생산 변이주 액티노플라네스 테이코마이세티커스 MSL 1510(2002.3.14, KRIBB 기탁번호: KCTC 10200BP; 대한민국 특허출원번호 : 제 2002-028359호 참조)을 테이코플라닌 흡착수지와 함께 배양한 후에 생성되는 테이코플라닌을 분리 및 정제하는 제조법으로 이루어져 있다. 좀더 구체적으로는 본 발명은 테이코플라닌 생산 미생물 발효시 발효 흡착수지를 첨가하여 배양시킨 배양액 중에서, 1)발효액과 생성균주로부터 테이코플라닌 흡착수지의 분리 후; 2)테이코플라닌의 추출 단계 및 유기용매를 이용한 층분리 단계; 3)소수성 흡착 및 이온교환수지 크로마토그라피 단계; 4)유기용매를 이용한 층분리 및 초순수 여과단계를 포함하는 테이코플라닌 정제방법으로 구성되어 있다.
본 발명의 구성을 다음과 같이 상세히 설명하고자 한다.
테이코플라닌은 생성균주에게 자가독성을 일으키는 문제가 있어서 발효 배양액에 테이코플라닌을 흡착하는 합성수지 또는 이온수지를 첨가하여 문제를 해결하였다. 그러나 첨가된 수지에는 테이코플라닌이 흡착되기도 하지만 방선균과 배지내용물도 함께 흡착되므로 분리 및 정제를 위하여 우선적으로 수지를 방선균으로부터 분리하여야 한다.
테이코플라닌의 자가독성을 감소시키기 위하여 배양단계에 첨가하는 흡착제로서 사용하는 흡착수지로는 테이코플라닌에 흡착하는 성질을 가진 HP20(DIAION, 이온교환수지), XAD-16(Amberlite, 비극성다방향성수지) 등의 이온수지 또는 중성수지를 포함한다. 첨가한 수지는 다양한 범위의 흡착능력을 가지고 있어 테이코플라닌 뿐만아니라 배지성분과 방선균도 흡착되어 균주의 성장을 방해할 수 있으므로 배양조건에 따라 5 %(v/v)에서 10 %(v/v) 중 적당량을 첨가하였다. 수지량을 변화시켜 확인한 결과 5 % v/v 수지를 첨가할 때에 균주성장 및 테이코플라닌 생성에 가장 바람직하였으며, 수지를 첨가하는 시기는 배양초기단계부터 첨가하는 것이 바람직하였다. 수지에 흡착된 테이코플라닌을 분리하기 위하여 수지로부터 배양액과 방선균을 제거하여야 한다. 발효상태에 따라 배양액의 1/2 배 로부터 20 배 이상의 정제수 중 적당량을 첨가하여 약산성조건에서 1 일간 방치한 후에 10 ㎛ - 250 ㎛의 공극을 가진 감압여과장치를 통해 여과한다.
분리된 수지에 메탄올, 부탄올, 아세톤, 에탄올, 이소프로판올로 구성된 유기용매 그룹에서 하나의 유기용매를 선택하여 정제수와 혼합하여 20 - 99 %의 농도로 만든다. 이와 같이 만들어진 유기용매를 수지량의 2 배로부터 20 배 이상의 양에서 선택하여 20 ℃ - 80 ℃의 온도에서 저속으로 혼합하여 테이코플라닌을 추출한다. 상기한 추출액은 미세여과 후에 감압농축하여 유기용매를 제거시키고 용액의 pH는 알칼리 용액을 첨가하여 pH 5 - pH 8로 유지시킨다.
상술한 테이코플라닌 추출액을 디메틸설폭시드, 디메틸포름아미드, 메탄올, 메틸렌클로리드, 부탄올, 벤젠, 아세톤, 에탄올, 에틸아세테이트, 이소푸로판올, 클로로포름, 테트라하이드로푸란, 헥산, 헵탄 중에서 선택한 1종의 유기용매 또는 혼합한 혼합용매 중 나트륨염을 첨가시킨 후에, 방치함으로써 석출 및 층분리를 시킨다.
테이코플라닌이 다량으로 존재하는 용액층을 분리하여 소수성 흡착수지에 흡착시킨 후에 크로마토그라피를 이용하여 용출한다. 용출액은 메탄올, 부탄올, 아세톤, 에탄올, 에틸아세테이트, 이소프로판올, 테트라하이드로푸란, 헥산 중에서 선택된 1종의 유기용매 또는 그들의 혼합용매를 이용하며, 그중 가장 바람직하게는 20 - 80 % 메탄올의 선형 농도구배이다.
용출액을 농축하여 유기용매를 제거한 후에 농축액의 pH를 pH 6 - pH 8 사이로 조절한다. 정제수를 이용하여 2 배 - 20 배로 농축액을 희석하여 양이온교환수지인 SK1B(Diaion, 강산성양이온교환수지) 수지탑에 통과시켜 양이온의 불순물을 제거시키고 바로 HP20 수지탑에 통과시킨 후에 20 - 80 % 메탄올 또는 메탄올과 에탄올, 이소프로판올, 테트라하이드로푸란의 혼합유기용매 선형 농도구배로 용출시킨다.
이 용출액을 염화나트륨 또는 황산나트륨으로 포화시킨 후에 디메틸설폭시드, 디메틸포름아미드, 메탄올, 메틸렌클로리드, 부탄올, 벤젠, 아세톤, 에탄올, 에틸아세테이트, 이소프로판올, 클로로포름, 테트라하이드로푸란, 헥산, 헵탄 등의 유기용매 그룹중에서 선택된 1종 또는 혼합액을 첨가하여 10 ℃ 이하에서 저온 보관하여 불순물을 침전 제거시킨다. 상층액을 농축하여 유기용매를 제거하고 정제수를 이용하여 10 ~ 500 그람/리터로 희석한 후에 MWCO(Melecular Weight Cutoff) 5만, 1만, 5천, 3천 공극을 가진 한외여과 중 특히 10,000의 장치로 단계적으로 여과한 후에 -50 ℃에서 동결건조시킨다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면 테이코플라닌을 저비용으로 고수율과 고순도로 분리 및 정제할 수 있다는 특장점이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 아래와 같다.
실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 실시예에 의하여 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명확하다 하겠다.
실시예 1 :
단계 1: 방선균과 배지내용물로부터 수지의 분리 단계
테이코플라닌 발효조건으로 발효액 100 리터에 HP-20 5 리터를 첨가하고 변이주 액티노플라네스 테이코마이세티쿠스 MSL 1510(특허출원번호 제2002-28359호 참조)을 접종하여 7일간 배양하였다.
배양액 100 리터에 첨가된 5 리터 수지에는 테이코플라닌 뿐만 아니라 방선균 및 배지성분들이 다량으로 흡착되어 있기 때문에 우선적으로 이러한 불순물들을 수지로 부터 제거하여야 하는바,
배양액의 pH를 약산성조건, 가장바람직하게는 pH 6에서 저온(0 - 10 ℃, 가장 바람직하게는 4 ℃)에서 1일간 방치한 후에 부유물을 제거하였다. 침전물에 100 리터의 정제수를 첨가하여 희석·혼합한 후에 pH를 pH 6으로 다시 조절하였다. 이를 저온(0 - 10 ℃, 특히 4 ℃)에서 1일간 방치한 후에 250 ㎛의 공극을 가진 여과기에서 여과시킨후에 200 ㎛, 100 ㎛, 25 ㎛, 10 ㎛의 공극을 가진 여과기에 단계적으로 감압 여과하여 발효액과 방선균을 제거하였다.
단계 2: 수지로부터 테이코플라닌 추출 및 유기용매 층분리 단계
상술한 방법으로 분리된 수지에 5 배량인 250 리터의 10 % 메탄올을 첨가하여 2 일간 방치한 후에 부유물을 제거하고 같은 양의 80 % 메탄올을 첨가하여 40 ℃, 100 rpm의 조건에서 1 시간동안 수지로부터 테이코플라닌을 추출하였다. 추출액은 100 ㎛, 25 ㎛, 5 ㎛ 공극을 가진 여과장치를 통해 단계적으로 가압여과 하였으며 위 추출과정은 3 회 반복되었다. 반복추출 횟수 및 유기용매의 종류 및 농도는 흡착된 테이코플라닌의 양에 따라 약간의 변화가 있으나 80 % 메탄올, 40 ℃, 100 rpm, 3 회반복 추출이 바람직하였다. (표 1과 도 1 및 도 2 참조)
여과된 추출액은 농축과정을 거쳐 유기용매를 제거하였고 염산과 수산화나트륨을 이용하여 pH 7로 조절하였다. 농축액에 염화나트륨을 첨가하여 포화시킨 후에 동일한 양의 이소프로판올과 혼합하여 저온 방치하여 층분리 하였다.
(표 1)
단계 3: 소수성 흡착 및 이온교환수지 크로마토그라피 단계
물층을 분획하여 pH 5 로 조절하고 정제수로 5 배 희석하여 C18 수지를 고정상으로 하는 칼럼에 통과시켰다. 테이코플라닌의 양에 따라 이동상의 농도 및 종류는 변화 할 수 있으며 20 - 80 % 메탄올의 농도구배가 바람직하였다. 용출조건은 이동상은 20 - 80 % 메탄올로 농도구배를 주었으며, 온도는 40 ℃ 였으며, pH는 pH 5로 조절하였고, 40 - 70 % 메탄올 부위의 용출액을 분리하여 분획하였다. 감압농축하여 용출액으로부터 메탄올을 제거한 후에 용액의 pH를 pH 7로 조절하였다.
정제수로 5 배 희석하여 양이온 교환수지인 SK1B (Diaion, 일본) 수지탑을 통과시킨 후에 바로 HP20 수지칼럼에 통과시켰다. HP20 수지칼럼에서 40 ℃에서 80 % 메탄올을 사용하여 테이코플라닌을 용출한 후 농축하여 메탄올을 제거하였다.
단계 4 : 유기용매를 이용한 층분리 및 초순수 여과 단계
농축액을 염화나트륨으로 포화시킨 후에 메탄올과 메틸렌클로리드를 동량으로 혼합한 혼합유기용매를 농축액과 같은 양으로 첨가하여 저온에서 방치시킴으로써 추출, 농축, 칼럼분리 과정 중에 오염될 수 있는 불순물을 제거하고 잔존하는 유기용매를 제거하였다.
분리되어진 테이코플라닌을 포함한 상층액은 100 그람/리터의 농도로 희석한 후에 MWCO 5만, 1만, 5천, 3천의 공극을 갖는 여과장치를 통하여 단계적으로 한외여과를 한 후에 -50 ℃에서 동결건조하였다.
얻어진 테이코플라닌 시료의 HPLC 그래프를 도 3에 나타내었다.
본 발명에 따라 테이코플라닌의 분리 및 정제 비용을 감소시키고 대량생산에 적용이 가능하도록 하여 산업적으로 대량생산할 수 있는 효과를 가져왔다.
도 1은 반복추출에 따른 테이코플라닌 추출량을 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 농도변화에 따른 테이코플라닌 추출량을 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 분리 및 정제후 얻어진 시료의 HPLC 그래프이다

Claims (8)

  1. 다음과 같은 단계를 포함하는 테이코플라닌 생산 미생물을 흡착수지를 첨가한 배지중에서 배양시킨 후 테이코플라닌의 분리 및 정제방법 :
    1) 발효액과 생성균주로부터 테이코플라닌 흡착수지의 분리 단계,
    2) 테이코플라닌 흡착수지로부터 테이코플라닌 추출 및 층분리 단계,
    3) 소수성 흡착 및 이온교환수지 크로마토그라피 단계,
    4) 테이코플라닌의 유기용매를 이용한 층분리 및 초순수 여과 단계로 구성된 테이코플라닌의 분리 및 정제 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 첨가되는 흡착수지는 다공성 합성수지 또는 양이온교환수지이고, 배양액의 5 ~10 v/v%에 해당하는 수지량을 첨가함을 특징으로하는 테이코플라닌의 분리 및 정제 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 테이코플라닌 흡착수지로부터 메탄올, 부탄올, 아세톤, 이소프로판올 중에서 선택한 1종 또는 이들의 혼합 유기용매 및 pH 6 조건에서 감압여과를 통하여 발효액과 방선균을 제거하는 테이코플라닌의 분리 및 정제 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 메탄올을 사용하여 흡착수지로부터 테이코플라닌을 추출하는 테이코플라닌의 분리 및 정제방법.
  5. 제 1항에 있어서, 층분리를 위하여 테이코플라닌 추출액을 농축, 중성조건으로 하여 염화나트륨을 첨가한 후에 이소프로판올을 사용하여 층분리시키는 테이코플라닌의 분리 및 정제 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 양이온 교환수지(SK1B)를 통과시키고 음이온 교환수지(HP20)를 통과시킨 후에 이동상으로 메탄올을 농도구배로 하여 용출하는 테이코플라닌의 분리 및 정제 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 소수성 흡착 크로마토그라피를 통하여 테이코플라닌을 흡착시킨 후에 약산성 조건에서 20 - 80 % 메탄올 농도구배로 하여 용출하는 테이코플라닌의 분리 및 정제방법.
  8. 제 1항에 있어서, 디메틸설폭시드, 디메틸포름아미드, 메탄올, 메틸렌클로리드, 부탄올, 벤젠, 아세톤, 에탄올, 에틸아세테이트, 이소프로판올, 클로로포름, 테트라하이드로푸란, 헥산, 헵탄 중에서 선택한 유기용매를 같은 비율로 혼합하고 염화나트륨 또는 황산나트륨을 첨가한 후에 저온에서 방치시켜 층분리 및 석출시키는 테이코플라닌의 분리 및 정제방법.
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