| Spiramycin | |
| Identifizierung | |
|---|---|
| IUPAC-Name | (4 R , 5 S , 6 R , 7 R , 9 R , 10 R , 11 E , 13 E , 16 R ) -10 - {[(2 R , 5 S , 6 R ) -5- (Dimethylamino) - 6-methyltetrahydro-2 H -pyran-2-yl] oxy} -9,16-Dimethyl-5-methoxy-2-oxo-7- (2-oxoethyl) oxacyclohexadeca-11,13-dien-6-yl - 3, 6-Dideoxy-4 - O - (2,6-Dideoxy-3- C - methyl-α- L - ribo -hexopyranosyl) -3- (dimethylamino) -α- D - glucopyranosid |
| Synonyme | 2 - [(4 R , 5 S , 6 S , 7 R , 9 R , 10 R , 11 E , 13 E , 16 R ) -6 - {[(2 S , 3 R , 4 R , 5 S , 6 R ) -5 - {[(2 S , 5 S , 6 S ) -4,5-Dihydroxy-4,6-dimethyloxan-2-yl] oxy} -4- (dimethylamino) -3-hydroxy-6-methyloxan -2-yl] oxy} -10 - {[(2 R , 5 S , 6 R ) -5- (dimethylamino) -6-methyloxan-2-yl] oxy} -4-hydroxy-5-methoxy-9, 16-Dimethyl-2-oxo-1-oxacyclohexadeca-11,13-dien-7-yl] acetaldehyd |
| N o CAS | |
| N o ECHA | 100,029,476 |
| ATC-Code | J01 |
| PubChem | 5284619 |
| LÄCHELN |
CN (C) [C @ H] 1CC [C @ H] (O [C @ H] 1C) O [C @ H] 4C = CC = CC [C @ H] (C) OC (= O. ) C [C @ H] (O) [C @ H] (OC) [C @ H] (O [C @ H] 3OC (C) [C @ H] (O [C @ H] 2CC (C) (O) [C @ H] (O) [C @ H] (C) O 2) [C @ H] (N (C) C) [C @ H] 3O) [C @ H] (CC = O) C [C @ H] 4C , |
| InChI |
InChI: InChI = 1 / C43H74N2O14 / c1-24-21-29 (19-20-46) 39 (59-42-37 (49) 36 (45 (9) 10) 38 (27 (4) 56- 42) 58-35-23-43 (6,51) 41 (50) 28 (5) 55-35) 40 (52-11) 31 (47) 22-33 (48) 53-25 (2) 15-13- 12-14-16-32 (24) 57-34-18-17-30 (44 (7) 8) 26 (3) 54-34 / h 12-14,16,20,24-32,34-42 47,49-51H, 15,17-19,21-23H2,1-11H3 / b13-12 +, 16-14 + / t24-, 25-, 26-, 27?, 28 +, 29 +, 30 +, 31-, 32 +, 34 +, 35 +, 36-, 37-, 38-, 39-, 40 +, 41 +, 42 +, 43? / M1 / s1 |
| Chemische Eigenschaften | |
| Brute Formel |
C 43 H 74 N 2 O 14 [Isomere] |
| Molmasse | 843,0527 ± 0,0442 g / mol C 61,26%, H 8,85%, N 3,32%, O 26,57%, |
| Einheiten von SI und STP, sofern nicht anders angegeben. | |
Das Spiramycin ist ein Antibiotikum und ein Antibiotikum der Klasse der Makrolide , das aus einem Zentralring mit 16 Atomen besteht. Es wird vom Bakterium Streptomyces ambofaciens ( Actinomyceten ) produziert.
Das Spiramycin wurde 1954 von Pinnert-Sindico, Ninet, Preud'Homme und Cosar beschrieben. Dieses Molekül wurde 1951 aus einem bisher unbekannten Bakterium , Streptomyces ambofaciens , isoliert . Dieses Bakterium stammt aus einer Kultur aus der Region Péronne (Somme, Nord-Pas-De-Calais-Picardie) in Frankreich. Spiramycin hat ein Bakterienspektrum, das dem von Erythromycin , Oleandomycin und Carbomycin ( Makroliden ) nahe kommt.
Zwei Jahre später beschrieben die Schweizer Forscher Corbaz, Ettlinger und ihr Team ein neues Antibiotikum, das sie Foromacidin nannten.
Beim Vergleich der Strukturen von Spiramycin und Foromacidin stellte sich heraus, dass es sich um dasselbe Molekül handelte.
François (1955) und Michel (1958) zeigten, dass Spiramycin die Desaminierung verschiedener Aminosäuren durch die Darmmikrobiota des Schweins hemmt (eine Eigenschaft, die für viele Antibiotika gefunden wurde ). Sie korrelierten die Stimulierung des Wachstums in vivo und die hemmende Wirkung auf den Katabolismus von Arginin in vitro . Nach ihrer Arbeit weist Spiramycin die höchste Hemmrate unter allen Antibiotika auf (114% Hemmrate basierend auf Aureomycin ).
Im Februar 1961Forscher haben die Wirkung von Spiramycin auf das Wachstum von Schweinen gezeigt, was die In-vivo- Ergebnisse von François und Michel bestätigte.
1959 zeigten Conrad, Nelson und Beeson sowie 1960 Hays und Speer die Wirksamkeit von Spiramycin in Schweinefutter in Bezug auf Wachstum und Verbrauchsindex.
Im Jahr 1955 wurde oral verabreichtes Spiramycin von der Firma Rhône-Poulenc Rorer als „ Rovamycin “ bezeichnet . Die Aktivität von Spiramycin gegen den Parasiten Toxoplasma gondii , der ein Erreger der Toxoplasmose ist , wurde 1958 entdeckt. Erst zehn Jahre später begann die Behandlung der Toxoplasmose bei schwangeren Frauen. Die Produktion von Spiramycin für den parenteralen Verabreichungsweg begann 1987.
Olukoshi und Packter stellten 1994 die Hypothese auf, dass Lipidspeicher ( Triglyceride ) eine Quelle für Vorläufer für die Biosynthese von Antibiotika darstellen würden . Anschließend zeigten Schauner und sein Team 1999 die Bedeutung intrazellulärer Lipide für die Produktion von Spiramycin .
Es gibt zwei Stämme von Streptomyces ambofaciens- Bakterien ATCC23877 und DSM40697 , die Spiramycin synthetisieren können.
Plasmide spielen eine wichtige Rolle bei der Biosynthese von Makroliden (Omura et al. 1979).
Spiramycin besteht aus mehreren Gruppen:
Die Biosynthese von Makroliden erfolgt in drei Stufen:
Aglycon Teil:
Zuckersynthese:
Endreaktionen
Es gibt zwei Arten von Biosynthesegenen: pleiotrope regulatorische Gene, deren Funktion die morphologische und physiologische Differenzierung ist, und spezifische regulatorische Gene, deren Funktion darin besteht, biosynthetische Gene spezifisch zu steuern.
Durch Durchführen einer RT-PCR-Analyse aller Spiramycin-Biosynthesegene wurde die Expression der srmR- und smrS-Gene analysiert. Dies ermöglichte zu zeigen, dass das srmR-Gen (spezifisches regulatorisches Gen) für die Expression von srmS notwendig ist. Das srmS-Gen steuert die Expression der meisten Biosynthesegene.
In S. ambofaciens befinden sich die Biosynthesegene (srmG), das Resistenzgen (srmB) und das spezifische regulatorische Gen (srmR) in derselben chromosomalen Region. Die Gene smS und srmR sind auf einem Chromosom in Form von "Clustern" oder Gruppen von Genen zusammengefasst.
Die Inaktivierung dieser Gene führt zur Produktion von Spiramycin, der Überdruck seinerseits erhöht die Produktion von Spiramycin um das Dreifache.
Die Gene für die Biosynthese der Enzyme des Primärstoffwechsels können durch die Zusammensetzung des Mediums gehemmt oder unterdrückt werden. Die für die Synthese von Spiramycin verwendeten Vorläufer sind Substrate, die aus dem Primärstoffwechsel stammen.
Die Zusammensetzung des KulturmediumsSpiramycin besteht aus drei Bestandteilen mit sehr ähnlichen Eigenschaften, Spiramycin I, II und III, die aus einer Kultur von Streptomyces ambofaciens hergestellt werden. Wachstum und Produktion werden durch das Fehlen oder Vorhandensein bestimmter Elemente sowie deren Variationen im Kulturmedium bestimmt, um die Ausbeute zu erhöhen. Die ersten Kulturen von Spiramycin von S. ambofaciens wurden auf einem komplexen Medium durchgeführt, das Quellen von assimilierbarem Kohlenstoff und bestimmten Mineralsalzen sowie Sojabohnenmehl, Extrakten oder Autolysaten von Hefen enthielt ... Aber diese Substanzen sind variabel und komplex, was führt zu Schwierigkeiten bei der genauen Wiedergabe der erhaltenen Ergebnisse. Außerdem stellten die Forscher ein Kulturmedium unter Verwendung einfacher Substanzen auf, um immer höhere Konzentrationen an Spiramycin zu produzieren. Somit sind die für die Herstellung von Spiramycin wesentlichen Bestandteile:
Die verwendete Kohlenstoffquelle kann in verschiedenen Formen vorliegen:
Chloridionen und Sulfationen werden für eine optimale Stickstoffkonzentration zwischen 1,2 und 1,4 g / l verwendet. Das Chloridion ist auch für die Produktion und das Wachstum von Spiramycin essentiell, dessen optimale Konzentration 10 bis 14 g / l beträgt und das häufig in Form von Natrium- oder Kaliumchlorid eingeführt wird.
Es wurde auch gezeigt, dass Phosphationen bei der Herstellung von Spiramycin eher eine chemische als eine Pufferrolle spielen und dass die Phosphatkonzentration die Verteilung der drei Bestandteile von Spiramycin sowie deren Produktion bestimmt. Diese Konzentration ist für Kaliumphosphat zwischen 2 und 4 g / l optimal. Andere Formen von Phosphat existieren wie Pyrophosphate, Metaphosphate, Polyphosphate sowie Glycerophosphate.
Magnesium liegt auch in Form von Sulfat und Chlorid für eine optimale Konzentration von 1 g / l vor.
In dem Wissen, dass die Kultur von Streptomyces ambofaciens häufig sauer wird, ist es notwendig, Natriumcarbonat mit einer optimalen Konzentration von 5 bis 10 g / l zu verwenden, um eine Ansäuerung zu vermeiden und eine schnelle und hohe Produktion von Spiramycin zu erreichen.
Es wurde auch nachgewiesen, dass bestimmte Metalle wie Zink (10 bis 20 mg / l) und Kobalt (0,1 mg / l) in Form eines das Metall ionisierenden Salzes (Nitrat, Chlorid, Sulfat usw.) eine Erhöhung von ermöglichen Ausbeute. Die gemeinsame Zugabe dieser beiden Metalle hat einen synergistischen Effekt, da die Ausbeute höher ist als bei alleiniger Einführung. Die anderen Metalle, die allein verwendet werden (ohne mit Zink oder Nickel assoziiert zu sein) und die Anteile der drei Bestandteile verändern können, sind: Eisen (1 bis 10 mg / l), Nickel und Mangan (0,02 bis 0,2 mg / l). Andere Metalle in ionischer Form wie Kupfer, Molybdän und Vanadium wirken sich auf die Geschwindigkeit der Entwicklung von Streptomyces aus . Somit ist ein Medium, das all diese einfachen Elemente umfasst, kostengünstiger und kann leichter gesteuert werden.
Zusammenfassend kann die Konzentration von Spiramycin I im Endprodukt durch Modifizieren der Zusammensetzung des Mediums in Ammoniumsalzen, in mit einem Phosphat assoziierten Metallen sowie in Calciumcarbonat erhöht oder verringert werden. Beispielsweise fördern Konzentrationen von Ammoniumsalzen oberhalb oder unterhalb der optimalen Konzentration die Produktion von Spiramycin I, verringern jedoch die Gesamtausbeute. Zusätzlich erhöht eine Erhöhung der Natriumcarbonatkonzentration die Produktion von Spiramycin I, während die Kaliumphosphatkonzentration die Wirkung hat, diese zu verringern.
Die wichtigsten VorschriftenDie wichtigsten Vorschriften sind der Abbau einer Kohlenstoffquelle, Fettsäuren, Stickstoffquellen und schließlich Phosphat.
In hohen Konzentrationen von Glucose oder anderen Kohlenstoffquellen ist die Produktion von Spiramycin ungünstig. Es ist jedoch günstig, wenn diese Vorläufer schlecht metabolisiert werden (Intervention von exozellulären Amylasen).
Die Stimulierung der Bakterien durch Fettsäuren kann zu einer Modifikation der Zellmembran (auf Lipidebene) führen, die die Assimilation anderer Vorläufer wie Stickstoffquellen fördert.
Eine zu hohe Konzentration an Ammonium- oder Stickstoffverbindungen führt zu einem schnellen Metabolismus und unterdrückt somit die Biosynthese von Spiramycin. Ammoniumionen unterdrücken Gene für die Enzymbiosynthese, die den Abbau von Aminosäuren und damit die Synthese von Spiramycin fördert.
Bei hoher Phosphatkonzentration wird die Synthese von Spiramycin gehemmt. Phosphat wirkt direkt auf die Biosynthese von Enzymen des Sekundärstoffwechsels. Es ermöglicht auch die Kontrolle von intrazellulären Adenylaten (AMP, ADP und ATP).
Sonstige VorschriftenS. ambofaciens muss Ammonium und Phosphat aufnehmen, um richtig zu funktionieren.
Das Vorhandensein von kurzkettigen Fettsäure-aktivierenden Enzymen ist wesentlich, um zu den limitierenden Vorläufern zu führen, die für die Synthese von Spiramycin essentiell sind.
Der Abbau langkettiger oder kurzkettiger Fettsäuren (Beta-Oxidation) und die Glykolyse führen zu aktivierten Fettsäuren.
Der Katabolismus von Aminosäuren (Valin, Isoleucin und Leucin) ergibt andere limitierende Vorläufer (Propionyl-CoA (3C), n-Butyrat (4C), Acetyl-CoA (2C), n-Butyl-CoA (4C)).
Die Bakterien haben einen Resistenzmechanismus gegen Spiramycin. Die Biosynthesegene und die Resistenzgene, die sich an denselben Orten befinden, werden gleichzeitig transkribiert, was den Schutz der Bakterien während der Produktion von Spiramycin gewährleistet.
Resistenz kann auf die Membranpermeabilität oder auf bestimmte Gene einwirken, die Transportproteine codieren und die Ausscheidung von Spiramycin fördern.
Die Bakterien können auch Enzyme synthetisieren, die die Produktion von Spiramycin inaktivieren (durch Phosphorylierung, Acetylierung, Adenylierung oder Glykosylierung).
Das Produktionsmedium ist ein flüssiges Medium, das Nebenprodukte der Lebensmittelindustrie enthält.
Produktionsmedium bei pH = 7,7
| Mais steil | 20,0 gL −1 |
| Lösliche Stärke | 50,0 gL & supmin; ¹ |
| (NH 4) 2 SO 4 | 5,0 gL & supmin; ¹ |
| KH2PO4 | 2,8 gL -1 |
| FeSO4 | 0,5 g & supmin; ¹ |
| NaCl | 10,0 g & supmin; ¹ |
| Maisöl | 20,0 gL & supmin; ¹ |
In diesem Produktionsmedium können Streptomyces ambofaciens zwei Formen annehmen:
Die industrielle Produktion erfolgt chargenweise (oder "chargenweise") in Fermentern von mehreren zehn m 3 . Ein signifikantes Rühren des Mediums ist wesentlich, um eine ausreichende Konzentration an gelöstem Sauerstoff zu erhalten.
Für die Kultivierung von Streptomyces ambofaciens werden zwei verschiedene Arten von Bewegung verwendet : Radialströmungsbewegung und Axialströmungsbewegung.
Spiramycin hemmt die bakterielle Proteinsynthese durch Bindung an das bakterielle Ribosom .
Spiramycin ist auch ein Lebensmittelzusatzstoff , der unter der Nummer E710 aufgeführt ist und mit außergewöhnlicher Genehmigung zur Bekämpfung bestimmter Schimmelpilze in Produkten tierischen Ursprungs verwendet werden kann.