Штамм streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini вкпм ас-1083 - продуцент тобрамицина и способ получения тобрамицина
Владельцы патента RU 2433169:
Учреждение Российской академии медицинских наук Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков им. Г.Ф. Гаузе Российской академии медицинских наук (НИИНА РАМН) (RU)
Изобретение относится к биотехнологии, в частности к производству антибиотика, эффективного при лечении инфекционных заболеваний, вызываемых грамотрицательными и грамположительными микроорганизмами. Штамм Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini 8150 ВКПМ Ac-1083 получен в результате индуцированного мутагенеза с последующим отбором вариантов на селективных средах, содержащих стрептомицин, рифамицин и тобрамицин. Способ получения тобрамицина из культуральной жидкости нового штамма с использованием колоночной хроматографии на карбоксильных катионитах при ступенчатой элюции растворами аммиака, гидролизом при 100°С в (0,1-0,3) н. растворе едкого натра, повторной хроматографической очисткой, концентрацией в вакууме, подкислением раствором серной кислоты до pH 4,5 и осаждением метанолом в форме сульфата обеспечивает 30%-ный выход целевого продукта от содержания тобрамицина в культуральной жидкости. Изобретение позволяет повысить эффективность получения антибиотика. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение касается нового штамма-продуцента противобактериального антибиотика тобрамицина из группы аминогликозидов.
Аминогликозидные антибиотики, обладая высокой антибактериальной активностью и широким спектром антибактериального действия, являются необходимыми препаратами для лечения тяжелых опасных для жизни инфекционных заболеваний. Благодаря высокой активности в отношении грамотрицательных патогенов и особенно синегнойной палочки тобрамицин, как лидер среди аминогликозидных антибиотиков, широко используется в медицинской практике.
Известен штамм Streptoalloteichus cremeus var. tobramycini var. nov. 2242 - продуцент аминогликозидных антибиотиков небрамицинового комплекса [1]. Недостатком данного штамма является низкий уровень содержания тобрамицина в культуральной жидкости (не более 1,0 г тобрамицина в 1 л культуральной жидкости).
Сущность изобретения состоит в том, что получен новый штамм-продуцент тобрамицина в результате многоступенчатого мутагенного воздействия ультрафиолетовых и гамма (60Со) лучей и N-нитрозоэтилмочевины на исходный штамм с последующим отбором мутантов на средах, содержащих стрептомицин, рифамицин и тобрамицин в качестве селективных агентов.
Полученный новый штамм депонирован в коллекции культур ФГУП ГосНИИгенетика под номером ВКПМ Ас-1083.
Штамм Ас-1083 обладает повышенной продуктивностью тобрамицина - (4,0 г в 1,0 л культуральной жидкости) и характеризуется следующими культурально-морфологическими и физиологическими признаками.
Культурально-морфологические и физиологические признаки штамма 1083. Температура (28-37)°С; длительность выращивания (7-21) сутки. Споровый посевной материал десятидневной культуры штамма, выращенной на глицериннитратной агаровой среде Линденбайна. Цвет определен по таблице Бондарцева и Праузера (таблица 1).
Морфологические признаки. Цепочки спор спиральные, спирали растянутые, с 2-6 оборотами, поверхность спор гладкая.
Физиолого-биохимические свойства. Аэроб. Растет при (24-37)°С; оптимум роста 28°С и в диапазонах значений pH (5,0-10,0) с оптимумом роста при pH 7,0; желатину разжижает. Молоко пептонизирует. Сахарозу инвертирует. Крахмал гидролизует. На клетчатке не растет. Восстанавливает нитраты до нитритов. Меланоидные пигменты не образует при росте на среде Треснера с пептоном и лимонно-кислым железом. Отношение к углеводам: хорошо использует фруктозу и глюкозу, умеренно сахарозу, маннит, лактозу, слабо использует инозит, рамнозу, рафинозу, не использует арабинозу, ксилозу и целлюлозу.
Хранение. Штамм хранится в виде спор на стерильной почве с кварцевым песком или на зернах пшена, а также в виде зрелой культуры на агаровых средах под вазелиновым маслом.
Антагонистические свойства. При испытании методом штриха на глюкозо-нитратном агаре №2 Гаузе штамм подавляет рост грамположительных и грамотрицательных бактерий и дрожжеподобных грибов. Штамм фагоустойчив. Фаг в культуре отсутствует.
Штамм ВКПМ Ас-1083 поясняется следующим примером.
Пример. Для получения спорового материала культуру Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini 1083 выращивают в течение 8 дней при 37°С на глицериннитратной агаровой среде Линденбайна следующего состава, %:
| Глицерин | 3,0 |
| K2HPO4 | 0,1 |
| MgSO4 | 0,05 |
| KCl | 0,05 |
| FeSO4 | 0,001 |
| NaNO3 | 0,2 |
| Агар | 2,0 |
| Вода | Водопроводная |
| pH до стерилизации | 7,0-7,2 |
Среду стерилизуют в течение 30 мин при давлении 1,0 атм и 120°С.
Для получения посевного мицелия споры культуры засевают на среду следующего состава, %:
| Соевая мука | 3,0 |
| Глюкоза | 3,0 |
| NaCl | 0,5 |
| CaCO3 | 0,5 |
| Вода | Водопроводная |
| pH до стерилизации | 7,0-7,2 |
Посевной материал выращивают при 37°С в течение 48 ч в колбах Эрленмейера емкостью 750 мл, количество среды в колбах 150 мл. Скорость вращения качалки (200-240) об/мин. Количество посевного материала для инокуляции - (5-7)%.
Ферментация проводится на качалке при 37°С на среде (100 мл в колбах Эрленмейера объемом 750 мл) следующего состава, %:
| Глицерин | 2,0 |
| Соевая мука | 2,0 |
| NH4Cl | 0,3 |
| NH4NO3 | 0,1 |
| MgSO4 | 0,5 |
| CaCO3 | 0,3 |
| ZnSO4 | 0,01 |
| pH до стерилизации | 6,9 |
| Вода | Водопроводная |
Антибиотик накапливается в культуральной жидкости штамма-продуцента.
Антибиотическую активность культуральной жидкости определяют методом диффузии в агар с использованием тест-микроорганизма Bacillus subtilis 6633.
Содержание тобрамицина в культуральной жидкости продуцента к концу ферментации (через 144 ч) составляет 4000 мкг/мл.
Преимуществом заявленного штамма по сравнению с прототипом является в 4 раза повышенная продуктивность антибиотика, а именно содержание тобрамицина в культуральной жидкости штамма-прототипа тобрамицина 1000 мкг/мл, а в заявленном штамме - 4000 мкг/мл.
С целью выделения тобрамицина проводят его сорбцию из нативного раствора (обработанной щавелевой кислотой и отфильтрованной от мицелия культуральной жидкости) с pH=(6,7-6,9) на карбоксильном катионите КБ-2 в солевой форме с последующей хроматографической очисткой двухколоночным методом. Десорбцию тобрамицина проводят путем ступенчатой элюции растворами (0,19-0,22) н. аммиака. Элюат концентрируют в вакууме до концентрации (100-150) мг/мл и проводят гидролиз антибиотика при 100°С в (0,1-0,3) н. раствора едкого натра, при этом карбамоилтобрамицин превращается в тобрамицин. Тобрамицин отделяют из реакционной смеси сорбцией на карбоксильном катионите КБ-2 с последующей десорбцией разбавленным раствором аммиака. Полученный раствор тобрамицина концентрируют в вакууме, добавляют (24,0-24,2) 5-й раствор серной кислоты до pH 4,5 и тобрамицина сульфат осаждают добавлением избытка метанола.
Тобрамицина сульфат, полученный на основе биосинтеза нового мутантного штамма Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini 1083, представляет собой белый порошок, хорошо растворимый в воде и нерастворимый в органических растворителях. По своим физико-химическим свойствам (данные 13С-ЯМР, значения Rf при тонкослойной хроматографии и электрофоретическая подвижность при электрофорезе на бумаге в электролитах в области pH=(1,7-2,5), антибактериальной активности и токсичности (LD50 составляет 80 мг/кг при внутривенном введении мышам)) полученный тобрамицина сульфат полностью соответствует тобрамицину, описанному в литературе. Брутто-формула: C18H37N5O9 H2SO4. Мол. масса=565,5 а.е.м. Мол. масса основания (метод MALDI-TOF-MS)=468,5 а.е.м. (МН)+. [α]20 D+128° (с 1,0, H2O).
Выход целевого продукта 30,0% от его содержания в культуральной жидкости.
Таким образом, создан новый мутантный штамм Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini ВКПМ Ac-1083 продуцент тобрамицина, характеризующийся высокой способностью антибиотикообразования, превосходящий активность штамма-прототипа 2242-ЛБ в 4 раза
Антибиотическая активность нового штамма Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini ВКПМ Ac-1083 составляет 4000 мкг/мл. Использование нового штамма Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini ВКПМ Ac-1083 как продуцента для биосинтеза тобрамицина позволяет увеличить выход целевого продукта при выделении тобрамицина из культуральной жидкости сорбцией на карбоксильных катионитах с последующей хроматографической очисткой двухколоночным методом путем ступенчатой элюции растворами (0,19-0,22) н. аммиака, гидролизом при 100°С в (0,1-0,3) н. растворе едкого натра, повторной хроматографической очисткой, концентрированием в вакууме и осаждением в форме сульфата, что обеспечивает 30%-ный выход целевого продукта от содержания тобрамицина в культуральной жидкости.
ЛИТЕРАТУРА
1. Синягина О.П., Лапчинская О.А., Лаврова-Балашова М.Ф., Нестерова Т.П., Пономаренко В.И. Получение мутантов, образующих тобрамицин, в культуре продуцента комплекса аминогликозидных антибиотиков Streptomyces cremeus var. tobramycini var. nov. 2242. // Антибиотики №12, с.891-894 (1980).
| Таблица 1. | ||||
| Культурально-морфологические признаки штамма Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini ВКПМ Ac-1083 | ||||
| Агаровая среда | Рост воздушного мицелия* | Цвет мицелия | Растворимый пигмент | |
| Воздушного | Субстратного | |||
| №1 Гаузе | ++ | Беловато-кремовый (д-3, б-6) | Буровато-желтый (д-4) | Светло-желтый (д-4) |
| Овсяная | +- | Белый до кремового (б-6) | Бледно-бурый (б-4) | Бледно-бурый (б-4) |
| Чапека | - | - | - | - |
| Глюкозо-аспарагиновая | ++++ | Беловато-кремовый (а-3, б-6) | Бледно-бурый (б-4) | Бледно-бурый (б-4) |
| Линденбайна (глицериннитратная) | ++++ | Беловатый (д-3) | Коричневато-желтоватый (д-2) | Коричневато-желтоватый (д-2) |
| Глюкозо-нитратная №2 Гаузе | +- | Беловато-кремовый (д-3, б-6) | Светло-желтый (д-4) | Коричневатый (б-7) |
| Треснера (с пептоном и лимонно-кислым железом) | Меланоидные пигменты не образует | |||
| */(+++) - хороший; (++) - умеренный; (+) - слабый; (-) - отсутствие роста. |
1. Штамм Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini ВКПМ Ac-1083 - продуцент тобрамицина.
2. Способ получения тобрамицина, предусматривающий культивирование штамма Streptoalloteichus cremeus subsp. tobramycini ВКПМ Ac-1083, выделение тобрамицина из культуральной жидкости сорбцией на карбоксильных катионитах с последующей хроматографической очисткой двухколоночным методом путем ступенчатой элюции растворами (0,19-0,22)н. аммиака, гидролизом при 100°С в (0,1-0,3)н. растворе едкого натра, повторной хроматографической очисткой, концентрацией в вакууме и осаждением в форме сульфата.
