DE2508396A1 - Verfahren zur gewinnung von virusproteinen, die dabei erhaltenen proteine und diese proteine als wirkstoffe enthaltende arzneimittel - Google Patents
Verfahren zur gewinnung von virusproteinen, die dabei erhaltenen proteine und diese proteine als wirkstoffe enthaltende arzneimittelInfo
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Description
Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN
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SCIENCE UNION ET Cie, SOCIETE FRANCAISE DE RECHERCHE MEDICALE
14, rue du' VaI d'Or, 92150 Suresnes / Frankreich
Verfahren zur Gewinnung von Virusproteinen, die dabei erhaltenen Proteine und diese Proteine als Wirkstoffe enthaltende
Arzneimittel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Virusproteinen,
insbesondere ausgehend von Grippeviren, die dabei erhaltenen Virusproteine und pharmazeutische Zubereitungen
oder Arzneimittel, die diese Virusproteine als Wirkstoffe enthalten.
Es ist bekannt, daß die Hülle des Myxovirus Influenzae mindestens zwei spezifische Glycoproteine enthält, die entweder
durch die Einwirkung von Detergenzien oder durch die Einwirkung von Proteasen oder durch die Behandlung mit einer Kombination
aus diesen beiden Reagenzien isoliert werden können.
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Andererseits hat eine jüngere Veröffentlichung von Skehel
(Nature-New Biology 238 (1972), Seite 145) gezeigt, daß die Behandlung mit einer Protease, die zwar eine Trennung dieser beiden
Bestandteile der Virushülle sicherstellt, einen vollständigen Abbau der Virusneuraminidase zur Folge hat. Das andere GIykoprotein
oder Hämagglutinin, das unter diesen Bedingungen erhalten
wird, ist teilweise denaturiert, obwohl es in kristalliner Form vorliegt, und verliert aufgrund dieser Tatsache seine Hämagglutinationseigenschaften.
Es besteht daher ein sehr großes Interesse dafür, diese beiden gereinigten Glykoproteinfraktionen zu isolieren und zur Verfügung
zu haben, da sie wertvolle Antigenmaterialien darstellen, die eine Grippeimpfung ermöglichen, indem man entweder Virushämagglutinin
oder Virusneuraminidase als solche verabreicht oder diese beiden Glykoproteinfraktionen zur Bildung eines Impfstoffs
kombiniert, der stärkere Antigeneigenschaften besitzt.
Es besteht auch ein Bedürfnis zur Gewinnung einer aus Grippeviren gewonnenen Neuraminidase in reiner und aktiver Form, da
die Neuraminidase die stabilste genetische Fraktion des Grippevirus darstellt. Andererseits besitzen die unter diesen Bedingungen
gebildeten Anti-Virusneuraminidase-Antikörper, ohne in der Lage zu sein, den Grippevirus zu inaktivieren, die Eigenschaft,
die Heftigkeit oder die Schwere der Grippeerkrankung zu vermindern oder die Verbreitung des Virus einzuschränken
(Kilbourne, J. of Virology 2 (1968), Seiten 281 und 778).
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren zur Herstellung dieser beiden Glykoproteinfraktionen viralen
Ursprungs anzugeben, mit dem man diese in reinem Zustand gewinnen und ohne sie zu denaturieren trennen kann.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Gewinnung
von Virusproteinen aus Grippeviren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das zuvor gereinigte Grippevirus, das aus infi-
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zierten bebrüteten Eiern oder infizierten Trägerzellen stammt, der Einwirkung eines proteolytischen Enzyms oder einer Mischung
aus proteolytischen Enzymen, das bzw. die man aus Kulturen von Streptomyces fradiae gewonnen hat, unterwirft, die Neuraminidase
und Hämagglutinin enthaltenden Fraktionen durch Diafiltration in
wäßriger Lösung über eine Membran mit selektiver Permeabilität und vernetzter Sturktur konzentriert, die von der Membran der
Diafiltrationszelle zurückgehaltene Fraktion gewinnt und sie mit physikalischen Methoden einer Fraktionierung unterzieht, um
nacheinander eine im wesentlichen Virushämagglutinin enthaltende Fraktion und dann eine im wesentlichen Virusneuraminidase enthaltende
Fraktion zu gewinnen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter durch die folgenden Ausführungsformen definiert werden.
1. Das verwendete proteolytische Enzym oder die verwendete Mischung
aus proteolytischen Enzymen besteht im wesentlichen aus einer aus Kulturen von Streptomyces fradiae isolierten
Protease, die eine Aktivität von mindestens 5000 Anson-Einheiten pro mg aufweist.
2. Als proteolytisches Enzym oder Mischung aus proteolytischen Enzymen verwendet man ein Material, das im wesentlichen aus
einer Protease besteht, die aus Kulturen von Stämmen von Streptomyces fradiae isoliert ist, die unter den Bezeichnungen
Wr. 1998 und Wr. 2019 bei dem Museum Wational d'Histoire Naturelle in Paris hinterlegt sind.
3. Die Behandlung der Viruskultur mit dem Enzym oder der Enzymmischung
erfolgt bei einer Temperatur von 25 bis 45°C.
4. Man behandelt die Viruskultur bei einem pH-Wert von 5 bis 8
mit dem Enzym oder der Enzymmischung.
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5. Die Einwirkung des Enzyms oder der Enzymmischung erfolgt
während einer Zeitdauer von 1 bis 7 Stunden.
6. Das Enzym oder die Enzymmischung wird mit einer Konzentration
zwischen 1 und 30 % verwendet.
7. Die Trennung der Proteinfraktionen nach der Diafiltration
erfolgt durch Zentrifugieren unter Anwendung eines diskontinuierlichen
Dichtegradienten.
8. Der diskontinuierliche Dichtegradient wird mit Hilfe von Natriumglutamatlösungen aufgebaut, deren Konzentrationen von
1 bis 40 % variieren.
9. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
bewirkt die Verlängerung der enzymatischen Behandlung der Viruskulturen einen Abbau des Hämagglutinins und ermöglicht
die Gewinnung einer einzigen Glykoproteinfraktion, die Virusneurarainidase
enthält.
10. Der zum Animpfen verwendete Grippevirusstamm ist vorzugsweise der Hongkong-Virusstamm Ao/68 (Hr1N.,) , der NWS-Stamm
des Virus AQ, die Mutante des Stammes RI/5 des Virus A2
oder der Stamm A~-XL des Virus A2.
Das Verfahren ist auch auf andere Grippevirusstämme anwendbar, beispielsweise das Humanvirus A2/Singapur/l/57, das Virus A2/
England/52/64, das Virus A2/England/76/66 oder das rekombinierte
Virus X-7 (F-I).
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Neuraminidase viralen Ursprungs, die mit dem oben erhaltenen Verfahren erhalten
werden kann. Die Erfindung erstreckt sich insbesondere auf die Neuraminidase des Virus A2/Hongkong/6 8 (H-JSI2) , die mit dem
oben beschriebenen Verfahren erhältlich ist.
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— ο —
Die Erfindung erstreckt sich auch auf das Hämagglutinin viralen
Ursprungs, das mit Hilfe des oben erhaltenen Verfahrens erhalten wird und insbesondere auf das Hämagglutinin des Virus A„/
Hongkong/68 (H3N2), das mit dem oben beschriebenen Verfahren,
erhältlich ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die pharmazeutische Anwendung der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen
Neuraminidase viralen Ursprungs, die als heilendes oder vorbeugendes Arzneimittel zur Bekämpfung der Grippe geeignet ist.
Die Erfindung erstreckt sich somit auch auf pharmazeutische Zubereitung oder Arzneimittel, die die mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens erhaltene Neuraminidase als Wirkstoff enthalten und in Form von festen oder flüssigen Präparaten oder
gasförmigen Aerosolpräparaten vorliegen.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Man inokuliert 200 während 11 Tagen bebrütete Hühnereier pro Ei mit 0,2 ml einer Suspension des Grippevirus A~/Hongkong/68
(H3N2) in gepufferter physiologischer Flüssigkeit, wobei die
Suspension eine Konzentration von 1:1000 aufweist.
Nach einer Inkubationszeit von 48 Stunden gewinnt man etwa 900 ml infizierte Allantoisflüssigkeit, die pro ml etwa 2050
Einheiten Hämagglutinin und etwa 130 Einheiten Neuraminidase enthält. Man bewirkt eine erste Trennung durch ein halbstündiges
Zentrifugieren bei 5000 g, um die Zellbruchstücke und die Mucoproteine abzutrennen. Die überstehende Flüssigkeit
wird anschließend während zwei Stunden bei 105 000 g zentrifugiert, wobei man die Temperatur bei etwa 4°C hält. Die
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abzentrifugierten Feststoffe werden vereinigt und in physiologischem
Serum suspendiert. Die in dieser Weise erhaltene Suspension wird während drei Minuten mit Ultraschall behandelt
(12k Hz). Man erhält eine Suspension,die pro ml 12000 Einheiten Hämagglutinin und 190 Einheiten Neuraminidase enthält.
Man entnimmt dann 20 ml dieser Virussuspension und versetzt sie pro ml mit einem Milligramm aus Streptomyces fradiae gewonnener
Protease. Man läßt während zwei Stunden bei 37°C einwirken. Dann wird die Mischung durch Diafiltration mit Hilfe einer, Diafiltrationszelle
(Diaflo), die Moleküle mit einem Molekulargewicht oberhalb 10 000 zurückhält, gegen destilliertes Wasser konzentriert.
In dieser Weise gewinnt man in der Zelle 9 ml einer konzentrierten
Lösung, die pro ml 280 Einheiten Neuraminidase enthält.
Man entnimmt drei Proben dieser Lösung, die insgesamt 7,5 ml ausmachen, und trägt sie auf drei diskontinuierliche Dichtegradienten
auf, die 28 ml Natriumglutamatlösungen umfassen, deren
Konzentrationen von 5 bis 40 % variieren. Man zentrifugiert während 30 Stunden bei 24 000 UpM, wobei man die Temperatur bei
100C hält. Nach dem Zentrifugieren gewinnt man 1,2 ml-Fraktionen,
die man mit Hilfe eines Fraktionsanalysators (Modell 640 der Firma ISCO) behandelt.
In dieser Weise gewinnt man pro Gruppe drei aufeinanderfolgende
Gradienten, d.h. 3 χ 3 ml der Lösung, die ausschließlich Neuraminidase enthält. Diese 9 ml enthalten etwa 750 Einheiten
Neuraminidase und entsprechen 20 ml der mit dem proteolytischen Enzym behandelten Virussuspension. Durch Sammeln der anderen
Banden der Fraktionen gewinnt man Hämagglutinin.
Die in Einheiten ausgedrückte Neuraminidaseaktivität wird dadurch bestimmt, daß man die Menge der freigesetzten Neuraminsäure
nach der von C. Bottex, G. Chatot und R. Fontanges modifizierten Warren-Methode bestimmt,indem man als Substrat
Fohlenserum verwendet. Der Hämagglutiningehalt wird mit Hilfe
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von Hämagglutinationsmethoden bestimmt, indem man Hühnererythrocyten
und Humanerythrocyten O-Rh+ verwendet.
Die verwendete Protease des Streptomyces fradiae entspricht «
den folgenden analytischen Normen:
den folgenden analytischen Normen:
Gesamte proteolytische Aktivität 7000 Anson-Einheiten/mg
Durch Iniprol nicht inhibierte
proteolytische Aktivität 5610 Anson-Einheiten/mg
Durch den aus Soja extrahierten
Trypsininhibitor nicht inhibierte
proteolytische Aktivität 5570 Anson-Einheiten/mg
Proteingehalt (nach der Methode
von Lowry) 45,7 %, bezogen auf die
Trockensubstanz
Enzymelektrophorese: überwiegende Anwesenheit des Bestandteils 2.
Man erhält die Protease nach dem Züchten von Streptomyces
fradiae und dem Eintrocknen der Kulturbrühe durch Absorption
an einem Ionenaustauscherharz und fraktionierte Elution.
fradiae und dem Eintrocknen der Kulturbrühe durch Absorption
an einem Ionenaustauscherharz und fraktionierte Elution.
Einfluß der Enzymkonzentration auf die Kinetik der Freisetzung von Hämagglutinin und Neuraminidase viralen Ursprungs.
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Zeit zur Bildung Zeit des zur BiI- Optimale eines optimalen dung eines opti- Enzym-Hämagglutinin-
malen Neuramini- konzengehalts dasegehalts tration
Bromelain 1 mg/ml (+ 4°C) |
3 Std. | 30 Min. | 1 % |
Bromelain 1 mg/ml (37°C) |
30 Min. | 30 Min. | *1 Q. I "Q |
Trypsin 1 mg/ml (+ 37°C) |
30 Min. | 30 Min. | 1 % |
"X-Chymotryps in 1 mg/ml (+ 37°C) |
30 Min. | 60 Min. | 5 % |
Aus Streptomyces
fradiae gewonnene Enzyme 1 mg/ml (+ 37°C)
60 Min.
60 Min.
10 %
Das aus den Kulturen von Streptomyces fradiae gewonnene Enzym ist das Enzym, das bei der geringsten Enzymkonzentration in
einer sehr kurzen Zeit die maximale Freisetzung der beiden Virusproteine ermöglicht.
Einfluß der Zeitdauer des Kontakts des proteolytischen Enzyms auf die Möglichkeit der Trennung der Virusneuraminidase und
des Virushämagglutinins nach dem Zentrifugieren in Gegenwart eines diskontinuierlichen Dichtegradienten.
Zur Bildung des Dichtegradienten werden Kaliunitartratlösungen mit Konzentrationen von 1 bis 40 % verwendet. Das Zentrifugieren
erfolgt während 20 Std. bei 10°C. Es werden 2,5 ml der behandelten Virussuspension eingesetzt.
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Virus-Protease- Kontaktzeit |
1 Std. | 3 Std. | 5 Std. 20 Std. |
Bromelain 1 mg/ml (+ 4OC) |
nur nur Neurainini- Heuramini- dase dase |
||
Bromelain 1 mg/ml ' (+ 37°C) |
+ | ++ | |
Trypsin 1 mg/ml 10 % (+ 37°C) |
nur Heurami- nidase |
+++ |
Aus Kulturen von Streptomyces fradiae gev/onnene Enzyme 1 mg/ml 5 % bei 37°C
bei 10°C
(während 30 Std. Zentrifugierzeit)
+++ sehr gute Trennung von Neuraminidase und Hämagglutinin ++ mittel gute Trennung
+ teilweise Trennung
Aktivität der proteolytischen Enzyme für die Freisetzung von Neuraminidase und Hämagglutinin aus dem Virus A2 Hongkong.
Die folgenden Ergebnisse stehen für die Mengen an freigesetztem
Hämagglutinin und freigesetzter Neuraminidase, bezogen auf den Titer des Ausgangsvirus, und sind bei einer optimalen Virus-Protease-Kontaktzeit
ermittelt worden.
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freigesetztes freigesetztes Hämagglutinin Neuraminid^se
ßromelain 4°C
Bromelain 37°C
Trypsin 375C
<*-Chymotrypsin
37°C
Rohe Enzyme aus Streptomyces fradiae 37°C
Gereinigte Enzyme aus Streptomyces fradiae 37°C
χ 12 χ 2 χ 8 χ 3 χ 5 χ 10
Aus der obigen Tabelle geht hervor, daß die aus Kulturen von Streptomyces fradiae gewonnenen Enzyme eine höhere Ausbeute
an Virusneuraminidase und Virushämagglutinin ermöglichen.
Man wiederholt in schwach abgewandelter Form das Verfahren des Beispiels 1. Man inokuliert unter ähnlichen Bedingungen
200 Hühnereier mit einer Suspension des Grippevirus A2/Hongkong/
68 (H3W2). Nach einer Inkubationszeit von zwei Tagen gewinnt
man 1500 ml infizierte Allantoxsflüssigkext, die pro ml 400 Einheiten
Hämagglutinin und 350 Einheiten Neuraminidase enthält
(was der Freisetzung von 0,107 g Sialsäure pro ml entspricht). Man zentrifugiert zweimal und suspendiert die abzentrifugierten
Feststoffe in einem Phosphatpuffer. Man erhält in dieser Weise 500 ml einer Suspension von gereinigten Viren, die pro ml
12 000 Einheiten Hämagglutinin und 520 Einheiten Neuramini-
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dase enthält (was der Freisetzung von 0,157 g Sialsäure pro ml entspricht). Man entnimmt dieser Suspension aliquote Anteile
und behandelt sie während zwei Stunden bei 37°C mit aus Streptomyces
fradiae gewonnener Protease. Die Fraktionen werden danri vereinigt und durch Diafiltration auf 60 ml eingeengt. Diese
60 ml werden in sechs Fraktionen von 10 ml aufgeteilt, die dann auf sechs aufeinanderfolgende Dichtegradienten aufgetragen werden,
die durch Natriumglutaminatlösungen in Konzentrationen von 5 bis 40 %, die 1 % Natriumdodecylsulfat enthalten, gebildet
werden. Nach der Diafiltration erhält man eine behandelte, konzentrierte und gereinigte Virussuspension, die pro ml 48 000
Einheiten Hämagglutinin und 710 Einheiten Neuraminidase enthält (was der Freisetzung von 0,212 mg Sialsäure pro ml entspricht).
Nach dem Zentrifugieren bei 60 000 g während 30 Std. bei 15°C
gewinnt man in sechs Ansätzen 144 ml einer Suspension, die pro ml 1600 Einheiten Hämagglutinin, d. h. insgesamt 228 000 Einheiten
Hämagglutinin, enthält und 2 8 ml einer Suspension, die pro ml 310 Einheiten Neuraminidase, d. h. insgesamt 13800 Einheiten
Neuraminidase, enthält.
Die Suspensionen werden dann über eine mit einem chemisch vernetzten Dextran (Sephadex G 15) gefüllte Kolonne geführt
und fraktioniert, um die Verunreinigungen, wie Natriumglutamat
und Natriumdodecylsulfat zu beseitigen. Die nach dem Eluieren
erhaltenen Fraktionen besitzen Aktivitäten, die im wesentlichen identisch sind mit den oben erwähnten Aktivitäten.
Schließlich ist es ausgehend von 1500 ml der infizierten Allantoisflüssigkeit möglich, mit erhöhten Ausbeuten eine
Fraktion von gereinigtem Hämagglutinin und eine Fraktion von gereinigter Neuraminidase zu erhalten.
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Die Anwesenheit von Natriumdodecylsulfat in einer Konzentration
von 1 % in dem Natriumglutamat-Dichtegradienten ermöglicht eine
sehr scharfe Trennung der Untereinheiten Hämagglutinin und Neuraminidase. Die Hämagglutininfraktion wird in den ersten EIu-*
tionsfraktionen aus der mit dem chemisch vernetzten Dextran (Sephadex G 15) gefüllten Säule eluiert, während die Neuraminidase
in den sich daran anschließenden Fraktionen erhalten wird, was eine sehr saubere Trennung sicherstellt.
Die auf Polyacrylamidgel durchgeführte Elektrophorese zeigt nach dem Anfärben 0,25 % Coomassieblau, daß die Neuraminidase
in Form einer einzigen Bande auftritt, die einem einzigen PoIypeptidtyp
entspricht, v/ährend das Hämagglutinin in Form von zwei Polypeptidketten vorhanden ist.
Das Infrarotspektrum der Neuraminidase (KBr) ist gekennzeichnet durch eine starke Absorptionsbande bei 3333 cm (-NH--
und monosubstituierte NH-Gruppe), die auf die Anwesenheit von Polypeptidketten hinweist; eine schwache Bande bei 2849 cm ,
die -CH -Valenzschwingungen entspricht; eine breite Bande mit
-1
einem Maximum bei 1613 cm , die wahrscheinlich die Folge der Absorption von Carbonylgruppen, primären Amid.gruppen und sekundären
Amidgruppen ist; eine schwächere Bande bei 1379 cm (-CHt); und eine breite Bande mit einem Absorptionsmaximum
— 1
bei 1050 cm , die den C-OH-Valenzschwingungen der Polysaccharide
zugeordnet werden kann.
Das Infrarotspektrum des Hämagglutinins unterscheidet sich nur wenig von dem der Neuraminidase. Dennoch ist die Bande bei
2849 cm wesentlich stärker als im Spektrum der Neuraminidase. Andererseits weist das Auftreten einer Schulter bei 2778 cm
auf die Anwesenheit von Valenzschwingungen der gebundenen 0-H-Bindungen
hin.
509843/0897
Claims (7)
- PATENTANSPRÜCHEQA Verfahren zur Gewinnung von Virusproteinen aus Grippeviren, dadurch gekennzeichnet, daß man Grippeviruskulturen der Einwirkung eines proteolytischen Enzyms oder einer Mischung aus proteolytischen Enzymen, das bzw. die man aus Kulturen von Streptomyces fradiae gewonnen hat, unterwirft, die Neuraminidase und Hämagglutinin enthaltenden Fraktionen durch die Diafiltration in wäßriger Lösung über eine Membran mit selektiver Permeabilität und vernetzter Struktur konzentriert, die von der Membran der Diafiltrationszelle zurückgehaltene Fraktion gewinnt und sie mit physikalischen Methoden einer Fraktionierung unterzieht, um nacheinander eine im wesentlichen Virushämagglutinin enthaltende Fraktion und dann eine im wesentlichen Virusneuraminidase enthaltende Fraktion zu gewinnen.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mana) als proteolytisches Enzym oder als Mischung aus proteolytischen Enzymen ein Material verwendet, das überwiegend aus einer aus Kulturen von Streptomyces fradiae gewonnenen Protease besteht und eine Aktivität von mindestens 5000 Anson-Einheiten pro mg aufweist,b) als Kulturen von Streptomyces fradiae jene Stämme verwendet, die in dem Museum National d'Histoire Naturelle de Paris unter den Bezeichnungen Nr. 1998 und Nr. 2019 hinterlegt sind,c) die Behandlung der Viruskultur mit dem Enzym oder den Enzymen bei einer Temperatur von 25 bis 45°C durchführt,d) das Enzym oder die Enzyme bei einem pH-wert von 5 bis 8 auf die Viruskultur einv/irken läßt,509843/0897e) das Enzym oder die Enzyme während einer Zeitdauer von 1 bis 7 Std. auf die Viruskultur einwirken läßt,f) das aus Streptomyces fradiae gewonnene Enzym oder die aus Streptomyces fradiae gewonnenen Enzyme mit einer Konzentration von 1 bis 30 % einsetzt,g) die Trennung der Proteinfraktionen nach der Diafiltration durch Zentrifugieren in einem diskontinuierlichen Dichtegradienten bewirkt,h) den diskontinuierlichen Dichtegradienten mit Hilfe von Natriumglutamatlösungen mit Konzentrationen von 1 bis 40 %bildet,
i) einen diskontinuierlichen Dichtegradienten anwendet, derzusätzlich ein oberflächenaktives Mittel enthält, j) als oberflächenaktives Mittel Natriumdodecylsulfat miteiner Konzentration zwischen 0,5 und 2 % verwendet und/oder k) als Grippevirusstamm den Hongkong-Virusstamm A2/68 (HoN-) verwendet. - 3. Neuraminidase viralen Ursprungs, erhältlich nach dem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2.
- 4. Neuraminidase des Virus A2/Hongkong/68 (H3N2), erhältlich nach dem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2.
- 5. Hämagglutinin viralen Ursprungs, erhältlich nach einem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2.
- 6. Ilämagglutinin des Virus A2/Hongkong/68 (H3N2) , erhältlich nach dem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2.
- 7. Pharmazeutische Zubereitungen, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus einer Verbindung der Ansprüche 3 bis 6 als Wirkstoff und einem pharmazeutischen inerten Bindemittel oder Trägermaterial bestehen.509843/0897
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