UNIQUE, MONOGENETIC STREPTOKINASE, ITS PREPARATION AND USE

Abstract: The strain Streptococcus sanguis (Challis) (pSM 752), (DSM 3140, ZIMET 10959), which produces streptokinase, a unique streptokinase which can be obtained therefrom by fermentation, the preparation thereof and its pharmaceutical use, especially for the treatment of thromboembolic occlusions, are described. The fermentation is carried out in known steps using a Streptococcus strain of serological group H, preferably the strain Streptococcus sanguis (Challis) (pSM 752) (DSM 3140), which is capable of expression of a streptokinase gene after transformation with the plasmid pSM 752 obtained by gene manipulation. The result is a unique streptokinase with a molecular mass of about 42,000.

Description: Unikale, monogenetische Streptokinase, ihre Her stellung und Verwendung Die Erfindung betrifft eine unikale, monogenetische Streptokinase, ein Verfahren zu ihrer Herstellung durch Submersfermentation, einen zu ihrer Herstellung geeigneten Streptococcus-Stamm sowie ihre pharmakologische Verwendung. Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt entsprechend in der mikrobiologisch-pharmazeutischen Industrie. Streptokinase ist ein in der Humanmedizin eingeführtes Therapeutikum. Dieses Protein katalysiert die Umwandlung des enzymatisch inerten Plasminogens des Blutplasmas in enzymatisch aktives Plasmin, das durch begrenzte Proteolyse das Fibrinnetzwerk von Blutgerinnseln solubilisiert. Auf dieser fibrinolytischen Reaktion basiert der Einsatz von Streptokinase in der klinischen Medizin als bedeutsames Therapeutikum zur Behandlung thromboembolischer Gefässverschlüsse (venöse und arterielle Thrombosen, Thrombophlebitiden, Lungenembolien, Gehirnembolien etc.). Für die Streptokinase-Herstellung sind bisher Submersfermentationsverfahren bekannt, bei denen Stämme aus der Gruppe der pathogenen Streptokokken der serologischen Gruppen A, C und G, vorzugsweise jedoch Stämme des Genus Streptococcus aus der serologischen Gruppe C, so beispielsweise Stämme der Species Streptococcus equisimilis, als Produzenten eingesetzt werden. Auf diese Weise hergestellte Streptokinasen werden beispielsweise unter den Handelsnamen Awelysin (vgl. Patentschrift DD 11 096), oder Kabikinase(R) vertrieben. Für diese Fermentationsverfahren zur Herstellung von Streptokinase sind folgende Nachteile kennzeichnend: - Die bisher eingesetzten Streptokinasebildner liefern hohe Mengen bakterieller Toxine, z.B. Streptolysin C und Streptolysin S; - bei den bisherigen mikrobiellen Herstellungsver fahren kann der Wirkstoff Streptokinase nur nach aufwendigen Reinigungsschritten in pyrogen freier Form erhalten werden; - bei den gegenwärtig eingesetzten Streptokinase bildern mussten selbst mit konventionellen gene tischen Methoden durchgeführte Massnahmen zur Steigerung der Syntheseleistung bisher unter bleiben, da auf keine Kenntnisse über die Genetik der Bildner im allgemeinen und über die geneti schen Grundlagen der Streptokinase-Synthese im besonderen zurückgegriffen werden konnte. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue, mit Sicherheit unikale, monogenetische Streptokinase, ein technologisch einfaches Fermentationsverfahren zu ihrer Herstellung unter Einsatz eines neuen Mikroorganismus sowie ihre pharmazeutische Verwendung anzugeben. Das Verfahren soll dabei die Herstellung von Streptokinase mit Hilfe eines heterologen, bisher als Streptokinase-Bildner nicht bekannten Mikroorganismus aus leicht zugänglichen und billigen Einsatzstoffen erlauben. Die Aufgabe wird anspruchsgemäss gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Der erfindungsgemässe Mikroorganismus ist der Stamm Streptococcus sanguis (Challis) (pSM 752), der hinterlegt ist bei den Hinterlegungsstellen ZIMET , 6900 Jena, DDR, Beutenbergstrasse 11, unter der Hinterlegungsnummer ZIMET 10959, bei CNCM, Institut Pasteur, Paris, FR, unter der Hinterlegungsnummer CNCM ... sowie bei der Deutschen Sammlung von Mikroorganismen, DSM, D-3400 Göttingen, DE, Grisebachstrasse 8, unter der Hinterlegungsnummer DSM 3140. Dieser Streptokinase produzierende Stamm besitzt ein gentechnologisch eingeführtes Streptokinasegen aus dem Donorstamm Streptococcus equisimilis H46A und ist durch Transformation mit dem Plasmid pSM 752 erhalten. Die erfindungsgemässe Streptokinase besitzt einen isoelektrischen Punkt im Bereich von 5,0 bis 5,5 sowie eine Molekülmasse von etwa 42.000. Das herkömmliche Streptokinaseprodukt AwelysiniR weist eine Molekülmasse von ca. 47.000 auf. Beim Verfahren gemäss der Erfindung zur Herstellung dieser Streptokinase wird bei der Fermentation ein heterologer Streptokokkenstamm der serologischen Gruppe H, vorzugsweise ein Stamm der Art Streptococcus sanguis und besonders bevorzugt ein mit dem Plasmid pSM 752 transformierter Stamm von Streptococcus sanguis und insbesondere der oben angegebene Stamm Streptococcus sanguis (Challis) (pSM 752) eingesetzt, der bei ZIMET unter der Nummer 10959, bei CNCM unter der Nummer .... und bei DSM unter der Nummer 3140 hinterlegt ist. Bei diesem Verfahren wird der betreffende Streptokokkenstamm unter sterilen Kulturbedingungen in einem flüssigen Nährmedium mit Kohlenstoff- und Stickstoffquellen sowie Mineralsalzen gezüchtet. Der eingesetzte Streptokokkenstamm wird bei einer Temperatur von 25 bis 40 OC, vorzugsweise bei 30 "C, und bei einem pH-Wert im Bereich von pH 6,0 bis pH 8,0, vorzugsweise bei pH 7,2, für die Dauer von 10 bis 36 h und vorzugsweise 24 h fermentiert. Das einzusetzende Nährmedium enthält als Kohlenstoffquelle Zucker, vorzugsweise Glucose, als Stickstoffquelle hydrolysiertes Casein, vorzugsweise jedoch ein Hefeautolysat, sowie übliche Mineralsalze und gegebenenfalls Vitaminzusätze. Der Zuckergehalt ist während der Fermentation konstant auf einen Wert von 0,2 bis 2 Oo und vorzugsweise auf 1 z einzustellen. Das als Stickstoffquelle bevorzugt eingesetzte Hefeautolysat kann einen Stickstoffgehalt von 0,1 bis 0,8 % und bevorzugt 0,2 bis 0,4 aufweisen. Die Fermentation kann in Rundkolben verschiedenen Inhalts, in Glasfermentern sowie in V2A-Stahltanks erfolgen. Die Isolierung der erfindungsgemäss nach dieser Verfahrensweise erhältlichen neuen unikalen Streptokinase aus der Fermentationslösung erfolgt auf an sich bekannte Weise, beispielsweise nach dem in der Patentschrift DD 121 522 beschriebenen Verfahren. Die gewonnene neue Streptokinase aktiviert Human Plasminogen zu Plasmin ; sie präzipitiert mit spezifischem Antistreptokinase-Serum vom Kaninchen. Die Erfindung weist folgende Vorteile auf: - Erhalten wird ein unikales, durch e i n Gen determiniertes Streptokinase-Produkt. - Streptokokken-Toxine, wie beispielsweise Hämolysine, werden im vorliegenden Verfahren n i c h t mit gebildet. Das folgende Ausführungsbeispiel erläutert das erfindungsgemässe Verfahren. Beispiel Ein Streptokokkenstamm (ZIMET 10 959 bzw DSM 3140) wird auf 2 t Agar mit 3,7 g/100 ml Brain heart infusion plus 5 pg/ml Erythromycin gehalten. Hiervon wurden 5 ml Hefeautolysatnährboden als 1. Vorkultur beimpft und nach 20 h Inkubation bei 37 "C zur Beimpfung der 2. Vorkultur von 250 ml Hefeautolysatnährboden verwendet. Beide Vorkulturen enthalten 5 pg/ml Erythromycin. Die Kulturlösung besteht aus 40 g/l Hefeautolysat in Wasser entsprechend der DD-PS 111 096. Sie wird jeweils durch Autoklavieren sterilisiert; anschliessend wird 1 Co Glucose in Form einer sterilen 50-tigen Lösung zugeführt. Mit 250 ml Vorkultur werden 50 1 Hauptkultur beimpft. Gezüchtet wird unter Rühren bei 30 "C ohne Antibiotikazusatz. Der pH-Wert von 7,2 und der Glucosespiegel von 1 % werden automatisch durch Zupumpen von 20 g/100 ml Natronlauge bzw 50 g/100 ml Glucoselösung geregelt bzw aufrechterhalten. Die nach 24 h erhaltene Kulturlösung enthält 1600 IE/ml Streptokinase; ihre Aufarbeitung wird in Anlehnung an die DD-PS 121 522 durchgeführt, wobei der Konzentrierungsschritt ähnlich dem Verfahren der DD-PS 126 342 mit Kieselgel erfolgt. Im einzelnen wird wie folgt verfahren: 50 1 Streptokokkenkultur werden zur Abtötung der Kokken mit 250 ml 30- Óigem H202 versetzt und 1 h gerührt. Anschliessend werden die Kokken abgetrennt. Aus dem Kulturfiltrat wird die Streptokinase durch Einrühren von 1 kg Kieselgel B I (0,1 bis 0,4 mm) adsorbiert. Vom intensiv mit Wasser gewaschenen Kieselgel wird die Streptokinase mit 5 1 einer l-%igen Lösung von Na2CO3 in 10 Co Ethanol-Wasser eluiert. Aus dem Eluat wird die Streptokinase durch Zugabe von 500 g NaCl und pH-Erniedrigung auf 4,0 gefällt. Der abgetrennte Niederschlag wird in Wasser bei pH 8,0 gelöst (ca. 300 ml). Die Lösung wird dreimal mit frisch gefälltem CaHPO4-Gel bei pH = 7,0 gerührt (ca. 4 g). Die Streptokinase wird hieraus mit Ammoniumsulfat zwischen 25 Co und 45 Co Sättigung gefällt. Der abgetrennte und in H2 0 gelöste Ammoniumsulfatniederschlag wird schliesslich an Sephacryl-S200 (Säule 50 cm x 5 cm; 0,5 M NaCl; 0,01 M Phosphatpuffer pH 7,0) fraktioniert, worauf die streptokinasehaltigen Fraktionen vereinigt werden. Ausbeute: 170 ml mit einer Streptokinaseaktivität von 9,0 106 IE und ca. 50.000 IE/mg Protein. Die Charakterisierung erfolgte durch Natriumdodecylsulfat-Elektrophorese nach WEBER, K. und OSBURN, M, J. Biol. Chem. 244 (1969) 4406; hierbei wurde eine einheitliche Substanz mit einer Molekülmasse von etwa 42.000 gefunden.

Claims: Streptokinase-producing Streptococcus sanguis (Challis) (pSM752) having a genetechnologically introduced streptokinase gene from the donor strain Streptococcus equisimilis H46A, deposited with the depositary DSM, Göttingen, now Braunschweig, DE, under the depositary designation DSM 3140. A process for fermantative production of a Unique streptokinase, characterized by using for fermentation a streptococcus strain of the serological group H transformed with the genetechnologically obtained plasmid pSM 752 obtainable from the deposited strain DSM 3140. The process of claim 2, characterized by utilizing for fermentation a stain of the species Streptococcus sanguis transformed with plasmid pSM 752. The process of claim 2 or 3, characterized by utilizing for fermentation the strain Streptococcu s sanguis (Challis) (pSM 752), deposited with the depositary DSM Göttingen, now Braunschweig, DE, under the depositary designation DSM 3140. Streptokinase, characterized by a molecular mass of about 42.000 and an isoelectrical point in the range from 5.0 to 5.5, and obtainable according to the process of claim 4. Pharmaceutical compositions, characterized by a streptokinase according to claim 5 as active ingredient.

Inventors: GERLACH, DIETER, DR. RER. NAT., KOEHLER, WERNER, PROF. DR. DR. RER. NAT., MALKE, HORST, DR. SC. NAT., RATTKE, WILFRIED, DR. RER. NAT., VOLZKE, KLAUS, DR. RER. NAT., Köhler, Werner, Prof. Dr. Dr. rer. nat.
Applicants: THE BOARD OF REGENTS OF THE UNIVERSITY OF OKLAHOMA
Application year: 1984
Main classification: C12N15
IPC codes: C12N9, C07K14