СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИБИОТИКА А204 Советский патент 1971 года по МПК C12P1/02 

Изобретение относится к биологическим способам получения и очистки физиологически активных веществ, в особенности к способам получения.антибиотиков на основе культуры гриба-продуцента.

Известны способы получения антибиотиков, при которых гриб-продуцент выращивают ча питательной среде, содержащей источники усвояемого углерода, азота и минеральных солей, в аэробных условиях в глубинной культуре при температуре 25-37°С до тех пор, пока в ,культуральной среде не образуется достаточное количество антибиотика, а в качестве гриба-продуцента берут представителя Streptomyces. Антибиотик выделяют путем перевода его в соль с последующей адсорбцией этой соли на ионообменной смоле и элюированием ее из последней.

Предлагается аналогичный способ получэния антибиотика А204, лри котором в качесгве гриба-продуцента используют Streptomyces albus N:RRL 3384.

Соединение А204 представляет собой кристаллическое вещество белого цвета, которое, будучи перекрисгаллизовано из этилового эфира, плавится при 96-98 С, растворимо в сложных эфирах, бензоле, галоидированных углеводородах, диметилсульфоксиде, эфире- и кетонах. Оно слабо растворимо в спиртах и очень слабо растворимо в воде. Это вещество

имеет кйслотнЫЙхарактер; соДёржйТ бдну TMtруемую группу ,1, имеет молекулярный вес около 900 при определении по данным титрования. Примерный состав этого вещества, %: С 61,74, Н 9,37, О 28,38; удельное вращение плоскости поляризации (а)о25° -|-f68,12° (. %/о:бъем в метаноле). Раствор в хлороформе дает полосы инфракрасного спектра поглощения в интервале от 2,0 до 15,0 мкм, 2,95; 3,43; 5,95; 6,87; 7,26; 7,80; 8,52; 8,95; 9,17; 9,34; 9,59; 9,82; 10,07; 10,24; 10,51; 10,77; 11,40; и 11,80 мкм и не имеет характерного ультрафиолетового спектра поглощения. Инфракрасный спектр поглощения антибиотика А204 в хлороформе показан на фиг. 1.

Антибиотик А204 получают путем выращивания S. albus в аэробных условиях в среде, содержащей усвояемый источник углерода, азота и минеральных солей.

Впервые S. albus был выделен оиз образцов почвы, взятых в Перри (шт. Флорида, США), путем суспендирования образцов почвы в стерильной дистиллированной воде и нанесения суспензии на пластннки питательной среды. Последние выдерл ивали в течение нескольких дней при температуре около 30°С. В конце инкубационного периода колонии организмов, образующих А204, были перенесены с помощью стерильной платиновой петли на косой агар. Инокулированный косой агар затем выдерживали с целью образования больших количеств инокулиума для получения антибиотика А204. Этот организм, способный образовывать антибиотик А204, был депонирован в коллекции Северного научно-исследовательского отдела Сельскохозяйственного департамента США в Пеория, Иллинойс и известен под номером NRRL 3384. Ниже дана подробная характеристика штамма NRRL 3384. Полученная спиральная плаМорфологияцента содержит от 3 до 50 спор в цепи, обычно от 10 до 50; споры удлиненные, яйцевидные 1,9X1,3; под электронным микроскопом поверхность спор гладкая. Характеристики культуры на различных средах Малат кальция Образования обильные, обратная сторона бледная, желто-зеленая, обильное спорообразование, воздушный мицелий, бледно-желтый; растворимый пигмент отсутствует; среда слегка осветленная. Обильный рост; обратная Томатная паста овсяной мукой сторонасеровато-желтая; обильное спорообразование, воздушный мицелий белый; растворимый пигмент отсутствует. Обильный рост; обратная 1СР № 2 (дрожже-солодовый сторонасеровато-желтая; обильное спорообразование, агар) мицелий светло-желтый; растворимый пигмент отсутствует. Рост значительный; обратная 1СР № 3 сторона белая; значительное (овсяная мука 4спорообразование, воздушный агар) мицелий белого цвета; растворимый пигмент отсутствует. 1СР № 4 Рост обильный; обратная (неорганические состоронасеровато-желтая;обильное спорообразование, ли + крахмальный агар) воздушный мицелий бледиожелтого цвета; растворимый пигмент отсутствует. 1СР № 5 Рост обильный; обратная сторона бледного желто-зеле(глицерин + аспарагиновый агар) ного цвета; обильное спорообразование, воздушный мицелий белого цвета; растворимый пигмент отсутствует. Агар Чапека Рост хороший; обратная сторона белая; хорошее спорообразование, воздушный мицелий белого цвета; растворимый пигмент отсутствует. Рост очень незначительный, Тирозиновый агар окраска не обнаружена. Рост значительный; обратГлюкоза + аспараная сторона желтая; значигин. тельное спорообразование, воздушный мицелий бледно-желтого цвета; растворимый пигмент отсутствует., Рост обильный; обратнай рсона сторонасеровато-желтая; обильное спорообразоваиие, воздушный мицелий желтовато-серого цвета; растворимый пигмент отсутствует. Рост очень незначительный, нета окраска не обнаружена. Рост значительный, обратный агар ная сторона серовато-желтая; значительное спорообразование, воздушный мицелий белого цвета; растворимый пигмент отсутствует. Через 14 дней изменений на молоко нет. Нитраты восстанавливает. ление Образует. ние мелаРоста нет. железо + Роста нет. рожжевой В течение 14 дней не происе желатиходит. Рост и спорообразование урные трезначительные при , хорошие при 30°С; вегетативный рост при 37°С; следы образования только вегетативного роста при 43-49°С. При 55°С роста нет. Для всех сред, кроме 1СР изменения. № 4, влияние отсутствует. В елий оснослучае 1СР № 4 при обработке 0,05 н. НС1 или 0,5 н. NaOH происходит изменение цвета от коричневого до белого или обесцвечивание. Растворимый пигмент отсутизменениятворимый ствует. е различных источников углерода; рабиноза-jахароза{-) силоза,(-н) руктоза(4-) люкоза4амнозаЧафиноза4НОЗИТ+аннит-}реда без углерода контроль)- словные обозначения: усваивает усвоение возмол ;но усвоение мало вероятно не усваивает. идно из приведенного, описанный ожет использовать различные источргии, и следовательно могут быть ы различные среды. Однако с целью получения максимального выхода продукта и более легкого выделения о, -предпочтительно применять некоторые относительно .простые среды. Например, к числу сред, пригодных для получения антибиотика, относятся усвояемые источники углерода, такие, .как глюкоза, фруктоза, крахмал, глицерин, мелясса, декстрин, сахар-сырец и т. д. Лучшим источником углерода является глюкоза. Кроме того, применяемые среды включают источники усвояемого азота, например соевую муку, замоченную кукурузу, дрожжи, размолотые семена хлопчатника, мясной экстракт, пептоны (мяса или сои), казеин, смеси аминокислот и т. п. Лучшими источниками азота являются пептоны, соевая мука, смеси аминокислот и т. п. Из неорганических питательных солей, которые могут быть включены в среду, обычно применяются соли, способные образовывать ионы натрия, калия, аммония, кальция, фосфат-ион, сульфат-ион, хлорид-ион, карбонат-ион и т. д.

Для оптимального роста и развития штамма в среду необходимо также включать микроэлементы. Такие элементы обычно присугствуют в малых количествах в других компонентах среды, причем количество их достаточно для роста используемого штамма.

Первоначально значение рН среды может быть различным. Однако наиболее предпочтительно от 6,5 до 7,5. При изучении других актиномицетов наблюдалось постепенное повышение рН среды в процессе роста организма по мере образования антибиотика до 7,0-7,6 и выше, причем конечное значение рН, хотя и частично, зависит от первоначального значения рП среды, присутствуюших в среде буферных компонентов и продолжительности роста организма.

Для получения антибиотика А204 выбраны аэробные условия выращивания в глубинной культуре. При получении сравнительно небольших количеств можно нрименять встряхивание колбы и поверхностное выращивание в. бутылях. Но для получения больших количеств лучше применять аэробное выраш;ивание в глубинной культуре в стерильных условиях. Среда в стерильной емкости может быть инокулирована спорообразующей суспензией. Но ввиду замедления роста, наблюдаемого при применении спорообразующей суспензии, предпочтительной является вегетативный инокулиум, при этом оборудование для ферментации используется более эффективно.

Желательно сначала получить вегетативный инокулиум путем инокуляции сравнительно небольшого количества среды спорами организма, а после того, как будет получен молодой активный вегетативный инокулиум, перенести его в асептических условиях в большую емкость. Среда, в которой получается вегетативный инокулиум, может быть либо той же, какая применяется для промышленного производства антибиотика А204, либо другой.

Рост организма, дающего антибиотик А204, происходит в широком интервале температур от 25 до 37°С. Оптимальной является температура 25-30°С. Обычно максимальное образование антибиотика происходит в течение 48-72 час после инокуляции среды.

Ввиду того, что процесс выращивания проводят в глубинной культуре в аэробных услоВИЯХ, через среду продувают стерильный воздух. Для эффективного роста организма и производства антибиотика А204 расход воздуха, подаваемого в емкости, составляет от 0,2 до 0,4 объема в 1 мин на 1 объем культуры.

Предпочтительно применять 0,35 объема воздуха в 1 мин на 1 объем среды.

Концентрацию антибиотика в среде в процессе ферментации можно легко проверять путем анализа образцов среды на активность

замедления роста тест-организмов. Установлено, что для этой цели можно применять Staphylococcus aureus, Sarcina lutea, Mycobacterium avium и Bacillus subtilis. Испытание образцов можно проводить хорошо известными

методами нефелометрии или методом колпачка и пластинки.

Как правило, максимальное образование А204 пронсходит в течение двух-трех дней после инокуляции среды в .процессе глубинного аэробного выращивания или во встряхиваемой колбе.

Активный антибиотик, получаемый в процессе ферментации, может находиться в бульоне или в мицелии, либо и там и там.

Соответственно, методика выделения, применяе.мая при получении А204, рассчитана на максимальное извлечение антибиотика из любого или обоих источников. Так, нанример, полученный бульон можно профильтровать, и

фильтрат экстрагировать соответствующим растворителем с целью извлечения антибиотика, не задержавшегося в лепешке мицелия. Кроме того, антибиотик, находящийся в лепешке мицелия, извлекается путем тщательной экстракции соответствующим растворителем. Во всех случаях антибиотик можно выделить из экстрагирующего растворителя известными методами.

Химический и физический анализ кристаллического А204 свидетельствует о присутствии четырех-пяти метоксигрупп.

Хроматография антибиотика А204 на бумаге Ватман N° 1 дает следующие значения: Rf 0,14 при применении в качестве растворителя воды, метанола, ацетона и бензола при объемном соотношении 72:24,5:3;0,5; Rf 0,87 при применении в качестве растворителя 10%-ного водного раствора н-пропанола Rf 0,33 в растворителе, содержащем воду,

метанол и уксусную кислоту в соотношении 12:3:1 (раствор был доведен до рН 10,4 добавлением NH.iOH, а затем до рН 7,3 добавлением HsPO-i). При определении указанных выше данных антибиотик наносили на бумагу

в виде метанольного раствора. Биоавтографы

получали, помещая бумажные хроматограммы на пластинки агара с посевом Bacillus

subtilis в качестве тест-организма.

Если А204 подвергнуть хроматографии в

створителе этилацетате с применением ванилина или серной кислоты в качестве индикатора, то значения Rf составят около 0,8.

Натриевая соль антибиотика А204 представляет собой кристаллическое твердое вещество белого цвета с т. пл. 144-145°С и имеет молекулярный вес около 960 при определении с помощью рентгеновского анализа.

Натриевая соль растворима в сложных эфирах, бензоле, галоидированных углеводородах, диметилформа.миде, диметильсульфоксиде, простом эфире и кетонах; слабо растворима в спиртах. Установлено, что удельное вращение плоскости поляризации (ос)в25° кристаллической натриевой соли антибиотика А204, высущенной при комнатной температуре в вакууме над безводным хлористым кальцием в течение 15 час, составляет4-54,95° (С 2 вес. % объем в метаноле).

Инфракрасный спектр поглощения натриевой соли антибиотика A2G4 в хлороформе поKiaaaH на фиг. 2. Ниже приводятся различимые полосы инфракрасного спектра в интервале от 2,0 до 15,0 мкм 3,1-3,2 (расплывчатые); 3,44; 6,26; 6,87; 7,29; 7,67; 7,79; 8,45; 8,96; 9,11; 9,18; 9,36; 9,56; 9,82; 10,05; 10,26; 10,54; 10,95; и 11,77 мкм.

Молекулярный вес кристаллогидрата серебряной соли антибиотика А204, определенный по данным рентгенографии, составляет 1099. Кристаллы серебряной соли бесцветны, но чувствительны к действию света и рентгеновых лучей и становятся темно-коричневыми после двух дней облучения на воздухе. Плотность серебряной соли, определенная флотацией в водном ZnCla, равна 1,293 г/см.

Единственным правилом затухания является hkl: Zn, что указывает на нецентральную моноклинную пространственную группу Cz. Имеется четыре асимметричных моноклинных единицы и одна молекула на асимметричную единицу в ячейке, имеющей

размеры, А-.а 25,977; b 14,517; С 14,418; В 91,94.

Как и многие антибиотики, А204 иногда включает несколько тесно связанных компонентов. Второй компонент не найден во всех процессах ферментаци-и, а если он присутствует, то количество его обычно составляет меньще 5% от общего выхода. Этот второй, редко обнаруживаемый микрокомпонент, был условно обозначен как А20411. До сих пор он был получен только в виде смещанной натриево-калиевой соли. Установлено, что смещанная натриево-калиевая соль А20411 обладает активностью, сопоставимой с антибиотиком А204.

Средний ИЗ нескольких элементарных анализов кристаллической смещанной натриевокалиевой соли А204, высущенной в вакууме при 80°С над пятиокисью фосфора, дал следующие результаты, %: С 60,66, Н 8,76 и О 27,09.

Несколько анализов на атомарную абсорбцию показали, что соединение является смещанной натриево-калиевой солью с различными соотнощениями, содержащей 1 моль смещанного катиона на 1 моль А204.

Смещаннная натриево-калиевая соль А20411 не имеет характерного ультрафиолетового спектра поглощения. Хроматография этой соли (II фактора) в тонком слое на силикагелевых пластинках дает ,75 в этилацетате с применением серной кислоты в качестве индикатора.

Антибиотик А204 проявляет инсектицидную, анадиицидную, микробицидную и фунгицидную активность, в том числе против организмов, вредных для сельскохозяйственных животных и растений.

Ниже даны примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1. Получение антибиотика А204 во встряхиваемой колбе.

Споры S. albus .NRRL 3384 наносили на пластинки питательного агара, изготовленного из

10 г декстрина, 2 г ферментационного переваренного казеина, 1 г мясного экстракта, 1 г дрожжевого экстракта, 20 г агара и воды, в количестве, достаточном для доведения объема до 1 л и выдерживали их в течение 4-

5 дней при 30°С. Пластинки были залиты стерильной дистиллированной водой, и их слегка поскоблили с целью удаления организмов и создания их водной,суспензии. Для инокуляции 100 мл вегетативной смеси брали 1 мл

суспензии спор.

Вегетативную культуральную среду готовили путем смещения 15 г глюкозы, 15 г соевой муки, 5 г твердых частиц замоченной кукурузы, 5 г хлористого натрия, 2 г карбоната кальция в водопроводной воде из расчета доведения объема до 1 л. Вегетативный инокулиум встряхивали на порщневой качалке, имеющей ход 2 дюйма (4,8 см) при 108 об/мин. Полученный таким образом инокулиум затем применяли для получения антибиотика А204 следующим образом.

Была приготовленасреда следующего состава, г/л:

Соевая мука15,0

Казеин1,0

NaNOs3,0

Сироп глюкозы20,0

СаСОз2,5

Водопроводнаявода до 1 л

Порции по 100 мл этой среды поместили в колбы Эрленмейера на 500 мл стерилизовали при 120°С в течение 30 мин. После охлаждения каждую колбу инокулировали 5%-ным вегетативным инокулиумом, полученным, как описано выше.

Колбы встряхивали в течение 48 час при

30°С на ротационной качалке, работающей со

среды был в пределах от 6,5 до 7,5. К концу ферментационного цикла значение рН новысилось до 7,0-7,6. Активный антибиотик был обнаружен и в бульоне и в мицелии. Его активность определяли путем проверки действия бульона И мицелия на В. subtilis с применением известного дискового метода или метода колпачка и пластинки.

Весь бульон (25 л), полученный описанным выше способом, профильтровали в вакууме через диатомовую землю. Лепешку мицелия три раза (подвергали экстракции половиной объема 50%-ного водного метанола. Три полученных экстракта соединили и концентрировали в вакууме с целью удаления метанола. Профильтрованный бульон и водный концентрат растворов экстрактов мицелия соединили, рН смеси довели до 3 добавлением соляной кислоты и экстрагировали раствор два раза половиной объема этилацетата. Этилацетатные экстракты объединили и концентрировали до сухого состояния; затем растворили в хлороформе (0 мл на 1 г твердого вещества). Раствор в хлороформе пропустили через колонку размером 12X40 дюймов (29X96 см), наполненную Питтсбургским углем, содержащим 2 г углерода на 1 г твердого вещества. Затем колонку промыли пяти - десятикратным объемом хлороформа (по отнощению к первоначальному о-бъему).

Промывочные фракции хлороформа соединили, концентрировали в вакууме до сухого состояния, растворили в небольшом количестве теплого метанола, охладили и полученные кристаллы отфильтровали. После перекристаллизации было получено 8,9 г кристаллов антибиотика А204, содержащих от 1200 до 1400 микробиологических единиц на 1 мг. Кристаллы были идентифицированы как антибиотик А204 с помощью NMR, инфракрасного спектра, хроматографии в тонком слое и хроматографии на бумаге; т. пл. кристаллов 96- 98°С.

Пример 2. Получение антибиотика А204. Антибиотик А204 получили по методике,

описанной в примере 1, но применяли среду

следующего состава, г:

Глюкоза15

Соевая мука15

Замоченная кукуруза5

NaCl5

СаСОз2

Водопроводная водадо 1 л

Полученный антибиотик был идентифицирован, как А204 и имел т. пл. 96-98°С.

Пример 3. Получение антибиотика А204. Антибиотик А204 получали способом, опи:анным в примере 1, но применяли среду следующего состава, г:

Глюкоза20

10

КС14

КН2РО40,4

Соевая мука5

Водопроводная водадо 1 л

Полученный антибиотик был идентифицирован, как А204 и имел т. пл. 96-98°С.

Пример 4. Получение антибиотика А204. Антибиотик А204 получили способом, описанным в примере 1, но применяли среду следующего состава, г:

Глюкоза10

Усвояемая мелясса20

Пептон5

СаСОз2

Водопроводная водадо 1 л

Полученный антибиотик был идентифицирован, как А204 и имел т. пл. 96-98°С.

Пример 5. Получение антибиотика А204 на пилотной установке. В колбу на 250 мл поместили 50 мл вегетативной среды, включающей 10 г/л декстрозы, 25 г/л растворимого крахмала, 15 г/л обрушепных соевых бобов, 10 г/л жидкости после замочки кукурузы и 2 г/л СаСОз в водопроводной воде; рН довели до 6,5 (NaOH).

Содержимое колбы инокулировали 5%-ной суспензией, полученной способом, описанным в примере 1, из питательной среды, содержащей 10 г ГЛЮ.КОЗЫ, 10 г дрожжевого экстракта, 5 г NaCl, 0,01 г FeSO4-7H20, 0,25 г MgSO.,X

Х7Н2О и 20 г агара Меера (промытого три раза) в 1 л деионизированной воды.

Инокулированную вегетативную среду выдерживали при 30°С в течение 48 час н ротационной качалке с дугой диаметром 2 дюйма

(4,8 с/,«), работающей со скоростью 250 об/лшн. Порция полученной таким образом вегетативной культуры в 16 мл применялась для инокуляции колбы емкостью 1 л, содержащей 200 мл вегетативной среды. Инокулированную

вегетативную среду выдерживали при 30°С в течение 30 час на ротационной качалке, имеющей дугу, диаметром 2 дюйма и работающей со скоростью 250 об/лшн. Порцию 200 Л1Л полученной вегетативной культуры применяли

для инокуляции бродильного чана на 40 л, содержащего 25 л стерилизованной ферментационной среды, включающей 0,2 г/л пеногасителя, 25 г/л декстрозы, 15 г/л обрушенных соевых бобов, 3 г/л темной меляссы, 1 г/л казеина и 2,5 г/л СаСОз в водопроводной воде. Ферментацию проводили при температуре 80°С в течение 30 час после инокуляции.

В процессе ферментации проводили перемешивание со скоростью 420 об/мин. Аэрацию

во время ферментации производили со скоростью 0,4 куб. фута воздуха на 1 куб. фут среды в 1 мин. Выделение антибиотика осуществляли способом, описанным в примере 1. Полученный антибиотик был идентифицирован, Пример 6. Получение солей антибиотика А204 из бульона и мицелия. Соли, образованные антибиотиком А204 и щелочным металлом, аммонием и амином, получали из бульона и мицелия способом, описанным в примере 1, путем доведения рН смеси профильтрованного бульона с водными концентратами экстракта мицелия по меньшей мере до 8,5 путем добавления соответствующей гидроокиси щелочного металла, аммония или амина, двухкратного экстрагирования половины объема этилацетата и дальнейшей обработки по описанной выще методике. Кислоты и ее соли могут быть перекристаллизованы также ИЗ различных кетонов, сложных эфиров, спиртов и бензол-углеводородных смесей, ИЛИ могут быть очищены другими известными методами, например в хроматографической колонке и др. Пример 7. Получение натриевой соли антибиотика А204. К 100 жг антибиотика А204, полученного в примере 1, растворенного в 1 мл ацетона, добавилц одну каплю 5 н. NaOH и 1 м:л воды. Смесь осветлили путем легкого нагревания и оставили стоять при 15°С до тех пор, пока не произошла кристаллизация. Кристаллы были отфильтрованы и перекристаллизованы из водного раствора спирта. Было получено 72 мг натриевой соли антибиотика А204 с т. пл. 144-145°С. Пример 8. Получение калиевой соли антибиотика А204. - Для получения калиевой соли в описанном выще способе каплю 5 н. NaOH заменили одной каплей 5 н. КОП. Пример 9. Получение серебряной соли а)нтибиотика А204. 670 мг натриевой соли антибиотика А204 растворили в 40 мл метанола, смешали с раствором 270 мл нитрата серебра н 2 мл воды и оставили стоять при комнатной температура в темноте в течение 3 час. Раствор выпарили насухо и промыли водой с целью удаления избытка нитрата серебра. Остаток растворили в 10 мл метанола при цагревании, профильтровали в нагретом состоянии через воронку из пористого стекла и оставили стоять на 16 час при 50°С. Были получены крупные белые прямоугольные кристаллы серебряной соли антибиотика А204. После перекристаллизации из водного ацетона получили 450 мл серебряной соли антибиотика А204. Молекулярный вес по данным рентгеновского анализа составил около 1099. Предмет изобретения 1. Способ получения антибиотика А204, включающий выращивание гриба-продуцента из группы Streptomyces на питательной среде, содержащей источники усвояемого углерода, азота и минеральных солей, при температуре предпочтительно 25-37°С в глубинной культуре в аэробных условиях до тех пор, пока в культуральной среде не образуется достаточное количество антибиотика, а также включающий выделение последнего, отличающийся тем, что в качестве гриба-продуцента берут Streptomyces albus NRRL 3384. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выделение антибиотика А204 проводят путем его перевода в соль с последующей адсорбцией этой соли на смоле и элюироваиием ее из смолы.

5СШ Ш) УХЮ 2500 2000 1500 J400 JXO КОО то . ЮОО 950 т 850 800 150 100 7 8 9 Ю

ocmoma (см )

100 650 Длина 5олны (мкм) П ШЮ 5т 2500 2000 1500 то 1200 1200 то ЮОО 950 900 850 Частота (см ) 9 10 лина Волны (мкм) Фиг,.2 800 750 100 650