CN102325785A - 用于纯化脂肽的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于纯化脂肽的方法。更具体地,本发明提供一种用于纯化达托霉素的改进方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的纯化工艺,用于由化学名N-癸酰基-L-色氨酰-D-天冬酰胺酰-L-天冬氨酰-L-苏氨酰甘氨酰-L-鸟氨酰-L-天冬氨酰-D-丙氨酰-L-天冬氨酰甘氨酰-D-丝氨酰-异边(threo)-3-甲基-L-谷氨酰-3-氨茴酰-L-丙氨酸εl-内酯表示的达托霉素的纯化。达托霉素可以由式I表示:
背景技术
达托霉素是一种脂肽抗生素,具有对抗革兰氏阳性有机体的活性。达托霉素由玫瑰孢链霉素(Strepromyces roseosporus)的发酵以及然后的发酵液(fermentation broth)纯化而产生。达托霉素的作用机理为:其键合到细菌膜并且导致潜在膜的快速去极化。潜在膜的失去使得蛋白质、DNA和RNA合成受到抑制,结果使得细菌细胞死亡。达托霉素被认为可使得皮肤和皮肤结构感染(cSSSI)以及金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)血流感染(菌血症)复杂化。达托霉素的代表为Cubist Pharmaceuticals的注册商标
达托霉素是在20世纪80年代中期的几个专利和期刊中被第一次描述的:US 4,537,717以及Debono M.et al,Journal of Antibiotics,1986,Vol.XL,No 6,761-777。此后产生了几种关于改进的发酵工艺和纯化工艺的出版物。
US 4,885,243中描述了一种用于制备达托霉素的改进发酵工艺。该方法描述癸酸脂肪酸或其酯或其盐的进料(培养)以形成玫瑰孢链霉素的发酵液。发酵过程中,癸酸脂肪酸将嵌入分子内以形成达托霉素的癸酸侧链。
现有技术中描述了用于纯化达托霉素的几种纯化工艺。US 4,874,843描述一种用于纯化达托霉素的方法,其中过滤发酵液并添加至含有HP-20树脂的色谱柱中。洗脱后,半纯化的达托霉素通过含有HP-20ss树脂的柱子,然后加到另一个含有HP-20树脂的柱子。除了这些步骤,还描述了试图通过几个额外的色谱步骤来提高纯度,没有成功。所述‘843专利进一步教导,通过使用一种非功能性的树脂和水溶液,并包括物理法除水步骤和然后用极性有机溶剂再润湿树脂步骤,产品的纯度从80%提高到93%。这种工艺耗时并且不太适于工业化生产。
US RE 39071专利描述了生产达托霉素中建立的两种主要杂质,即脱水-达托霉素和达托霉素的β-异构体。US RE 39071进一步说明通过使用实施例1-3中描述的方法,你将会得到达托霉素产物,其含有少于6%的两种提到的杂质。实施例3描述的方法里中等质量的达托霉素进一步纯化使用的方法包括四个色谱步骤和另外的脱盐、浓缩以及冷冻干燥步骤。色谱步骤中,使用乙腈用于冲洗和洗脱,另外你必须利用冷冻方案并在冷冻室中实施该方法。
US 6,696,412专利公开了一种用于纯化达托霉素的方法,其中通过使用用于洗脱的改性缓冲剂的阴离子交换色谱步骤,并通过使用达托霉素形成胶束的微滤步骤。本专利中描述的几种方法是结合上述两种步骤与本领域技术人员熟知的其他纯化步骤的组合。本专利中定义的高度纯化达托霉素产品是具有95-97%纯度水平的达托霉素。
发明内容
本发明提供一种用于纯化达托霉素的改进纯化方法,所得产品的纯度至少为95%。所述方法比现有技术中描述的那些方法简单,如下所述,它使得改性缓冲剂的使用是多余的(superfluous)并且避免使用乙腈,从而有益于环境。
根据本发明的方法使用阴离子交换色谱和反相色谱步骤。另外,对最终产物可采取通常的过滤步骤和冷冻干燥。
根据一种实施方案,在阴离子交换色谱步骤中用作洗脱缓冲液的单价盐溶液是氯化钠的水溶液。
本发明的反相色谱步骤b)中的洗脱缓冲液是醇的水溶液(水溶性醇,aqueous alcohol)。优选地,醇的水溶液是乙醇水溶液。根据本发明的一种实施方案,使用含有40%-70%乙醇的水溶液的洗脱缓冲液将托达霉素从反相色谱步骤中洗脱。
本发明可利用反应方案1给出的步骤进行说明。
反应方案1
本发明获得的托达霉素产品的总纯度为95%或更多。脱水托达霉素的量在0.5-1.5%之间变化,且该β-异构体的量少于0.5%。
根据本发明的方法提供的纯化方法其使用的缓冲液及其步骤比现有技术中已知的方法更为简单,避免了使用对环境有毒的溶剂。另外,使得两种最重要杂质(脱水达托霉素和达托霉素的β-异构体)能很好地分离且含量低。根据本发明的方法纯化工艺简单,同时提供的产品其纯度至少与现有技术中描述的产品一样纯。
具体实施方式
根据本发明的方法中的起始材料可以根据US 4,885,243中描述的方法制备,其中要进料(培养)的脂肪酸是癸酸。
根据本发明,通过利用第一阴离子色谱步骤,以及随后的第二反相色谱步骤进行托达霉素的纯化。
本发明中用作起始材料的发酵液,可在所述色谱步骤前进行预处理来除去大颗粒和生物质(biomass)。作为预处理方法,本发明中用作起始材料的发酵液可通过一个或多个净化步骤。各种有用的净化步骤为本领域技术人员所熟知。根据本发明,对于发酵液的预处理有用的净化步骤的非限制性的实例为反渗透、离心、超滤、微滤、纳滤和渗滤。甚至使用高度多孔树脂的阴离子交换步骤也可用于净化。
可以理解,根据本发明,在通过阴离子交换色谱和反相色谱来进一步纯化托达霉素之前,可使用本领域技术人员熟知的净化方法的各种结合以预处理该发酵液。
将净化的发酵液加入到阴离子交换柱中。强的阴离子交换树脂如Capto Q、Q Sepharose XL、Q Sepharose FF、Source 15Q、Source 30Q或Macroprep High Q,或等价物;以及弱的阴离子交换树脂,如可商购的树脂DEAE Sepharose FF、ANX Sepharose FF、Source 15Q可用于本发明。优选的树脂是类似于可商购树脂Capto Q的具有右旋糖酐表面延伸剂的高度交联琼脂糖树脂。装入净化的溶液后,用水淋洗柱子。
本发明方法中的阴离子交换色谱步骤a)的洗脱缓冲液是单价盐溶液。所述单价盐可能是例如氯化物盐如NaCl或KCl。也可能使用其他单价盐如醋酸单价盐,如醋酸钠。
根据一种实施方案,利用在水里呈梯度的NaCl从柱子上洗脱托达霉素,该梯度范围为从0.1M NaCl到1.5M NaCl,优选范围为从0.2M NaCl到1.0MNaCl。
随后,将半纯化的达托霉素加到反相柱子中。优选反相树脂是由聚苯乙烯和二乙烯基苯制成的单一粒径的多孔树脂,如可商购树脂Source PRC30、SP20ss、HP20ss或等价的聚苯乙烯基树脂类型。在将达托霉素溶液应用至柱子后,用含有15%醇(如15%乙醇)的水来淋洗柱子。
达托霉素可以用醇的水溶液来洗脱,例如:C1-C3烷基醇,如甲醇、乙醇或异丙醇。根据本发明的一种实施方案,用乙醇作为洗脱溶剂将达托霉素从反相柱子上洗脱。
根据一种实施方案,用在水里呈梯度的乙醇将达托霉素从反相柱子上洗脱。所述梯度为5-80%的乙醇并且优选为40%-70%的乙醇。
在本发明一种优选实施方案中,包括额外的反相色谱步骤。本发明的优选实施方案是在不同pH下操作这两个反相柱子来提高产品的纯度。在一优选实施方案中,在中性pH下操作第一个柱子,而在酸性pH下操作第二个柱子。对于pH值,两个反相柱子的操作顺序不重要。可以在酸性pH下操作第一个柱子而在中性pH下操作第二个柱子,反之亦然。
根据本发明的一种实施方案,第一个反相色谱柱在pH 6.5-8.5下洗脱,优选是在pH 7.5-8.0。根据本发明的另一种实施方案,第二个反相色谱柱在pH 2.5-3.5下洗脱,优选是在pH 3.0-3.1。
在根据本发明方法的反相色谱步骤中使用的柱子可以是苯乙烯基树脂如可商购树脂Source 30RPC。也可使用其他等价反相色谱树脂,如SP20ss、HP20ss或等价的本领域技术人员熟知的聚苯乙烯基树脂类型。
然后在标准条件下过滤和冻干纯化的达托霉素。最终纯化的达托霉素的纯度至少为95%。
实验数据
实施例1
净化后将部分纯化的达托霉素溶液装入阴离子交换柱中。通过渗滤净化起始材料。
离子交换色谱上的纯化:
将渗滤后的达托霉素装入阴离子交换柱中,Capto Q树脂。
在独立的槽中制备缓冲液,其组成如下:
缓冲液1:去离子水(DI-水)
缓冲液2:0.2M NaCl
缓冲液3:0.4M NaCl
缓冲液4:1.0M NaCl
装入前使用稀释的NaOH调节起始溶液至pH为6-8。达托霉素结合到树脂上的最大容量为20g/L树脂。结合到树脂上后,先用缓冲液1然后接着用缓冲液2淋洗发酵相关的杂质。
采用缓冲液3来等度地(isocratic)实施达托霉素的洗脱和回收。洗脱后,用缓冲液4来处理柱子以除去残留的达托霉素或强结合的杂质。
基于体积约5-10BV收集达托霉素。
反相色谱I(RPC I)
通过HPLC法用苯乙烯基Source 30RPC树脂来纯化达托霉素。
此步骤的缓冲液在独立的槽中制备:
缓冲液1:DI-水
缓冲液2:12-16%乙醇
缓冲液3:55-65%乙醇
在中性pH(pH 7.5-8.0)下纯化达托霉素。首先,使用缓冲液1平衡柱子。在用缓冲液2洗掉疏水性较低的杂质(主要为分解产物)之前,将达托霉素装入柱子(最大装载度<30g/L树脂)。
然后用超过12-16BV的梯度洗脱液即15-60%乙醇(梯度混合的缓冲液1到2)来回收达托霉素。基于UV信号收集达托霉素。
反相色谱II:
在纯度基础上,从第一个反相色谱步骤(RPC I)收集和汇集组分,并在快速搅拌下用乙酸调节pH为pH=3.0-3.1以防止达托霉素在槽中沉淀。
在独立的槽中制备此步骤的缓冲液:
缓冲液1:DI-水,用乙酸调节pH为3.0-3.1
缓冲液2:30-35%乙醇,用乙酸调节pH为3.0-3.1
缓冲液3:65-75%乙醇,用乙酸调节pH为3.0-3.1
将调节pH后的达托霉素溶液装入柱子(最大装载度<30g/L树脂)中并且用缓冲液1洗掉疏水性较低的杂质。用超过8-12BV的介于35-70%之间的梯度乙醇(混合缓冲液2和3)来回收达托霉素。
基于UV信号收集达托霉素。
实施例2
采用了几种净化方法来净化发酵液。首先,离心发酵液以除去大颗粒和生物质。发酵液pH为6.4并且干燥材料(DM)约为6-7%。离心后的上清液只含有3%DM。然后通过25-100μm的过滤器来进一步预过滤上清液以除去大于25-100μm的颗粒。
然后将离心和预过滤的溶液通过Pellicon 2,500kD(Millipore)的过滤器进行超滤来除去大分子。超滤后通过纳滤将溶液向上浓缩。使用的过滤器为DL-系列,350D(GE Osmonics)。截留物中含有达托霉素为5g/l且pH为6。
根据本发明,使用阴离子交换色谱柱来进一步纯化截留物。使用的树脂为来自GE Healthcare的Capto Q(90μm)。装入柱之前,如果需要,可采用NaOH调节截留物的pH为6。将截留物装入柱之后,用水洗涤柱子并且利用NaCl的分级梯度来洗脱达托霉素。洗脱溶液在水中含有0.2M、0.4M和1.0MNaCl。从阴离子交换柱中汇集的组分含有达托霉素约为2.5g/l。
然后将从阴离子交换柱中汇集的组分加入到第一个反相色谱(RPC I)中。使用的树脂为来自GE Healthcare的Source 30RPC(30μm)。装柱后,用水淋洗柱子,并且用20-50%的梯度乙醇在pH 7-8下洗脱柱子。此步骤得到的分级汇集物(分离汇集物,fractionation pool)含有达托霉素约为6g/l。
进一步将分级汇集物装入采用相同树脂的第二个反相柱。将从先前的反相柱得到的达托霉素溶液装入柱后,用水淋洗柱子,并用20-50%的梯度乙醇在pH 3.0洗脱达托霉素。此步骤得到的分级汇集物含有达托霉素约为8g/l。
然后通过纳滤步骤处理达托霉素溶液,采用来自GE Osmonics的DL-系列、350D膜。
纳滤后将达托霉素溶液在标准条件下冻干。
最终产品的纯度范围为95-97%。
Claims (20)
1.一种用于纯化达托霉素的方法,包括步骤:
a)将含有部分纯化的达托霉素的溶液装入到阴离子交换色谱柱中;
b)将步骤a)的溶液装入到反相色谱柱中;
c)可选地,将步骤b)的溶液再装入到反相色谱柱中至少一次;
其中,在a)中的洗脱缓冲液是单价盐溶液且b)中的洗脱缓冲液是醇的水溶液。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,一个或多个净化步骤在阴离子交换色谱步骤a)之前进行。
3.根据权利要求1-2所述的方法,其中,如果进一步纯化,所述反相色谱步骤b)的产物通过一个或多个过滤步骤进一步纯化。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述反相的产物接下来进一步进行冻干步骤。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,a)中的洗脱液是NaCl。
6.根据权利要求2所述的方法,其中,所述洗脱缓冲液是0.1-1.5M的NaCl。
7.根据权利要求1所述的方法,其中,b)中的洗脱缓冲液是乙醇的水溶液。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述洗脱缓冲液是5-80%的乙醇。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述阴离子交换色谱步骤采用具有右旋糖酐表面延伸剂的高度交联琼脂糖树脂实施。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述反相色谱步骤是采用苯乙烯基树脂柱实施。
11.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤b)重复一次。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,所述第一个反相色谱柱在pH6.5-8.5下洗脱。
13.根据权利要求11所述的方法,其中,所述第二个反相色谱柱在pH2.5-3.5下洗脱。
14.一种用于纯化达托霉素的方法,包括步骤:
a)将含有达托霉素的发酵液经受一个或多个净化步骤;
b)将步骤a)的溶液装入到阴离子交换色谱柱中;
c)将步骤b)的溶液装入到反相色谱柱中;
d)可选地,将步骤c)的溶液再装入反相色谱柱中至少一次;
d)将步骤d)的所得溶液经受一个或多个过滤步骤;
e)使d)的滤液冻干;得到达托霉素的纯化粉体。
15.根据权利要求14所述的方法,其中,a)中的净化步骤是以下技术中的一种或结合:反渗透、离心、过滤、超滤、纳滤、和阴离子交换色谱。
16.根据权利要求14所述的方法,其中,b)中的洗脱溶液是NaCl。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,所述洗脱缓冲液是0.1-1.5M的NaCl。
18.根据权利要求14所述的方法,其中,c)中的洗脱缓冲液是乙醇的水溶液。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,所述洗脱缓冲液是5-80%的乙醇。
20.根据权利要求14所述的方法,其中,步骤c)重复一次。
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