RU2677332C1 - Recombinant strain of filamentous fungus aspergillus nidulans and its use for progesterone 11α-hydroxylation and for acetylation of 11α-hydroxyprogesterone - Google Patents
Recombinant strain of filamentous fungus aspergillus nidulans and its use for progesterone 11α-hydroxylation and for acetylation of 11α-hydroxyprogesterone Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677332C1 RU2677332C1 RU2017140038A RU2017140038A RU2677332C1 RU 2677332 C1 RU2677332 C1 RU 2677332C1 RU 2017140038 A RU2017140038 A RU 2017140038A RU 2017140038 A RU2017140038 A RU 2017140038A RU 2677332 C1 RU2677332 C1 RU 2677332C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydroxyprogesterone
- progesterone
- strain
- sgrdi
- nidulans
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
- C12N15/79—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
- C12N15/80—Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for fungi
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07J—STEROIDS
- C07J7/00—Normal steroids containing carbon, hydrogen, halogen or oxygen substituted in position 17 beta by a chain of two carbon atoms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/14—Fungi; Culture media therefor
- C12N1/145—Fungal isolates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/63—Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P33/00—Preparation of steroids
- C12P33/06—Hydroxylating
- C12P33/08—Hydroxylating at 11 position
- C12P33/10—Hydroxylating at 11 position at 11 alpha-position
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/645—Fungi ; Processes using fungi
- C12R2001/66—Aspergillus
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Mycology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Virology (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Botany (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Steroid Compounds (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области биотехнологии, а также к генетике и молекулярной биологии, конкретно к клеткам живых культур, включая рекомбинантные, и касается создания и применения нового рекомбинантного штамма мицелиального гриба для гидроксилирования и ацетилирования стероидных соединений, в частности, соединений ряда прегнана (производных прогестерона), и может быть использовано в промышленной биотехнологии, а также в фармацевтической промышленности, для производства стероидных медицинских препаратов.The present invention relates to the field of biotechnology, as well as to genetics and molecular biology, specifically to cells of living cultures, including recombinant ones, and relates to the creation and use of a new recombinant strain of mycelial fungus for hydroxylation and acetylation of steroid compounds, in particular, compounds of the pregnan series (progesterone derivatives ), and can be used in industrial biotechnology, as well as in the pharmaceutical industry, for the production of steroid medications.
Уровень техникиState of the art
Введение гидроксильной группы в положение С11 стероидной молекулы имеет большое промышленное значение, так как не только обеспечивает изменение биологической активности исходной молекулы в желаемом направлении, но и создает возможность для дальнейшей модификации молекулы, например, введения атома галогена в положение С9, с целью создания фармакологически более активных производных. Осуществление 11(α/β)-гидроксилирования стероидов микроорганизмами, особенно прогестерона, является экономически важным для производства кортикостероидов, так как одной из основных проблем их синтеза является введение кислородной функции в 11 положение, трудно осуществимое химическими методами. Так, например, химический синтез кортизона из желчных кислот включает ~30 стадий и общий выход составляет несколько десятых долей процента [Л. Физер, М. Физер. Стероиды. Пер. с англ. под ред. д.х.н. Н.Н Суворова и д.х.н. И.В. Торгова. М.: Мир, 1964, с. 673]. Напротив, синтез ацетата кортизона из 11α-гидроксипрогестерона состоит из 10 стадий и общий выход достигает 14,6% [SU 106380, 1956].The introduction of a hydroxyl group at the C 11 position of a steroid molecule is of great industrial importance, since it not only provides a change in the biological activity of the original molecule in the desired direction, but also creates the possibility for further modification of the molecule, for example, the introduction of a halogen atom at C 9 , in order to create pharmacologically more active derivatives. The implementation of 11 (α / β) -hydroxylation of steroids by microorganisms, especially progesterone, is economically important for the production of corticosteroids, since one of the main problems in their synthesis is the introduction of oxygen function in
Известно, что 11-гидроксилирование стероидов в одну стадию с высокой степенью селективности возможно только биотехнологически с применением ферментной системы микроорганизмов, в основном, мицелиальных грибов, одним из которых является род Aspergillus. Однако этому роду присуща видовая специфичность трансформации стероидов ряда прегнана. Так, трансформация прогестерона у ряда видов (например, А. terreus [K. Yildirim, A. Uzuner, and E.Y. Gulcuoglu. Biotransformation of some steroids by Aspergillus terreus MRC 200365. Collect. Czech. Chem. Commun. 2010, Vol. 75(6), 665-673], A. tamarii [K. Yildirim, A. Uzuner and E.Y. Gulcuoglu. Baeyer-Villiger oxidation of some steroids by Aspergillus tamarii MRC 72400. Collect. Czech. Chem. Commun. 2011, Vol. 76(6), 743-754], A. versicolor [H.Y. Yang, H.L. Su, G. Du, G.J. Shen, J.X. Sun, and H.Y. Chen. Progesterone side-chain cleavage by Aspergillus versicolor. Advanced Materials Research. Advances in Chemical Engineering III. 2013. Vols. 781-784, 1164-1167; Abed Nosrat M. Side chain degradation of progesterone by Aspergillus versicolor 79. Pakistan Journal of Biochemistry, 1972, Vol. 5(1), 5-7], A. flavus [M.E. Mostafa, and A.A. Zohri. Progesterone side-chain degradation by some species of Aspergillus flavus group. Folia Microbiol (Praha). 2000; Vol. 45(3), 243-7]) может протекать не в направлении гидроксилирования, а в направлении элиминирования боковой прегнановой цепи с образованием соединений ряда андростана. Другие штаммы рода Aspergillus способны гидроксилировать прогестерон, вводя гидроксильную группу в различные положения молекулы, в том числе в 11α-положение. При этом направление гидроксилирования может существенно зависеть не только от видовой принадлежности штамма, но и от условий проведения трансформации.It is known that 11-hydroxylation of steroids in one stage with a high degree of selectivity is possible only biotechnologically using the enzyme system of microorganisms, mainly mycelial fungi, one of which is the genus Aspergillus. However, the species specificity of transformation of a number of pregnan steroids is inherent in this genus. Thus, the transformation of progesterone in a number of species (for example, A. terreus [K. Yildirim, A. Uzuner, and EY Gulcuoglu. Biotransformation of some steroids by Aspergillus terreus MRC 200365. Collect. Czech. Chem. Commun. 2010, Vol. 75 ( 6), 665-673], A. tamarii [K. Yildirim, A. Uzuner and EY Gulcuoglu. Baeyer-Villiger oxidation of some steroids by Aspergillus tamarii MRC 72400. Collect. Czech. Chem. Commun. 2011, Vol. 76 ( 6), 743-754], A. versicolor [HY Yang, HL Su, G. Du, GJ Shen, JX Sun, and HY Chen. Progesterone side-chain cleavage by Aspergillus versicolor. Advanced Materials Research. Advances in Chemical Engineering III 2013. Vols. 781-784, 1164-1167; Abed Nosrat M. Side chain degradation of progesterone by Aspergillus versicolor 79. Pakistan Journal of Biochemistry, 1972, Vol. 5 (1), 5-7], A. flavus [ ME Mostafa, and AA Zohri. Progesterone side-chain degradation by some species of Aspergillus flavus group. Folia Microbiol (Praha) . 2000; Vol. 45 (3), 243-7]) can proceed not in the direction of hydroxylation, but in the direction of elimination of the side pregnane chain with the formation of androstane compounds. Other strains of the genus Aspergillus are capable of hydroxylating progesterone by introducing a hydroxyl group at various positions of the molecule, including the 11α position. In this case, the direction of hydroxylation can significantly depend not only on the species affiliation of the strain, but also on the conditions of the transformation.
Биотрансформация прогестерона с образованием 11α-гидроксипрогестерона наиболее изучена с применением грибов Aspergillus ochraceus, селективность 11α-гидроксилирования у которых может достигать 90% и более [Т.K. Dutta, and Т.В. Samanta. Bioconversion of progesterone by the activated immobilized conidia of Aspergillus ochraceus TS. Curr. Microbiol. 1999; Vol. 39(6), 309-312; P. Somal, and C.L. Chopra. Microbial conversion of steroids. III: 11a-hydroxylation by fungal mycelium. Applied Microbiology and Biotechnology, 1985, Vol. 21(5), 267-269]. Штаммы A. ochraceus нашли применение в качестве промышленных культур.The biotransformation of progesterone with the formation of 11α-hydroxyprogesterone is best studied using Aspergillus ochraceus fungi, the selectivity of 11α-hydroxylation in which can reach 90% or more [T.K. Dutta, and T.V. Samanta. Bioconversion of progesterone by the activated immobilized conidia of Aspergillus ochraceus TS. Curr. Microbiol. 1999; Vol. 39 (6), 309-312; P. Somal, and C. L. Chopra. Microbial conversion of steroids. III: 11a-hydroxylation by fungal mycelium. Applied Microbiology and Biotechnology, 1985, Vol. 21 (5), 267-269]. Strains of A. ochraceus are used as industrial crops.
Мицеллиальный гриб Aspergillus nidulans является одной из наиболее известных эукариотических генетических систем и широко используется в качестве модельной системы для расшифровки биологии клеточного цикла, патогенности, лекарственной устойчивости, болезней человека, первичного и вторичного метаболизма других микроорганизмов. Несмотря на это, штаммы гриба A. nidulans как стероид-трансформирующие микроорганизмы мало изучены. Однако имеются сообщения, что этот вид обладает 11α-монооксигеназной активностью и способен трансформировать прогестерон с образованием преимущественно 11α-гидрокси-производного. Так, M.J. Henry и H.D. Sisler [M.J. Henry, and H.D. Sisler. Effects of sterol biosynthesis-inhibiting (SBI) fungicides on cytochrome P-450 oxygenations in fungi. Pesticide Biochemistry and Physiology, 1984, Vol. 22(3), 262-275], изучая влияние фунгицидов, ингибирующих биосинтез эргостерина в грибах, на цитохором-Р450-зависимое гидроксилирование прогестерона, сообщили, что гриб A. nidulans (Eidam) Winter (штамм 003) гидроксилирует прогестерон при начальной концентрации 100 мкг/мл с образованием смеси, содержащей 11α-гидроксипрогестерон (50%), 6β-гидроксипрогестерон (5%), 6β,11α-дигидроксипрогестерон (14%) и неконвертированный прогестерон (31%). При этом лиазная активность (расщепление боковой цепи по связи С17-С20) у этого штамма не наблюдалась.Aspergillus nidulans mycelium fungus is one of the most famous eukaryotic genetic systems and is widely used as a model system for deciphering cell cycle biology, pathogenicity, drug resistance, human diseases, primary and secondary metabolism of other microorganisms. Despite this, A. nidulans fungal strains as steroid-transforming microorganisms have been little studied. However, there are reports that this species has 11α-monooxygenase activity and is capable of transforming progesterone to form a predominantly 11α-hydroxy derivative. So, MJ Henry and HD Sisler [MJ Henry, and HD Sisler. Effects of sterol biosynthesis-inhibiting (SBI) fungicides on cytochrome P-450 oxygenations in fungi. Pesticide Biochemistry and Physiology, 1984, Vol. 22 (3), 262-275], studying the effect of fungicides that inhibit ergosterol biosynthesis in fungi on the cytochore-P450-dependent hydroxylation of progesterone, reported that A. nidulans (Eidam) Winter fungus (strain 003) hydroxylates progesterone at an initial concentration of 100 μg / ml to form a mixture containing 11α-hydroxyprogesterone (50%), 6β-hydroxyprogesterone (5%), 6β, 11α-dihydroxyprogesterone (14%) and unconverted progesterone (31%). In this case, lysis activity (side chain cleavage at the C 17 -C 20 bond) was not observed in this strain.
Также известно, что культура гриба A. nidulans (из коллекции Центра культур лаборатории микробиологической химии, National Research Centre, Каир, местная среда обитания), обладая стероид-11α-гидроксилирующей активностью, может трансформировать прогестерон не только в 11α-гидроксипрогестерон, но и в 21-гидроксипрогестерон (он же 11-дезоксикортикостерон) [А.Н. El-Refai, and K.М. Ghanem. Some physiological relations of progesterone conversion by Aspergillus nidulans. Egyptian Journal of Microbiology, 1987, Vol. 22(2), 327-338; A.H. El-Refai, and K.M. Ghanem. Microbial response to steroids. Egyptian Journal of Microbiology, 1989, Vol. 23(1), 1-11]. Авторы вносили прогестерон в ростовую среду в растворе 96% этанола с финальной концентрацией растворителя 1%. Трансформацию прогестерона проводили с нагрузкой 1 г/л при температуре 30±2°С на качалке (200 об/мин, амплитуда 7 см) в течение 48 ч. При этом наблюдалось образование дигидроксилированного производного - 6β,11α-дигидроксипрогестерона. Был сделан вывод, что при значениях рН среды, близких к нейтральным, 6β-гидроксилирование является вторичным процессом и 6β,11α-дигидроксипрогестерон образуется из первично образованного 11α-гидроксипрогестерона [А.Н. El-Refai, and K.М. Ghanem. Some physiological relations of progesterone conversion by Aspergillus nidulans. Egyptian Journal of Microbiology, 1987, Vol. 22(2), 327-338].It is also known that the culture of A. nidulans fungus (from the collection of the Culture Center of the Laboratory of Microbiological Chemistry, National Research Center, Cairo, local habitat), possessing steroid-11α-hydroxylating activity, can transform progesterone not only in 11α-hydroxyprogesterone, but also in 21-hydroxyprogesterone (aka 11-deoxycorticosterone) [A.N. El-Refai, and K.M. Ghanem. Some physiological relations of progesterone conversion by Aspergillus nidulans. Egyptian Journal of Microbiology, 1987, Vol. 22 (2), 327-338; A.H. El-Refai, and K.M. Ghanem. Microbial response to steroids. Egyptian Journal of Microbiology, 1989, Vol. 23 (1), 1-11]. The authors introduced progesterone into the growth medium in a solution of 96% ethanol with a final solvent concentration of 1%. Transformation of progesterone was carried out with a load of 1 g / l at a temperature of 30 ± 2 ° С on a shaker (200 rpm,
Известно, что микроорганизмы способны ацетилировать стероидные вторичные спирты. Так, известна способность некоторых видов дрожжей и дрожжеподобных организмов (Saccharomyces fragilis, S. lactis, Candida pseudotropicalis и Torulopsis sphaerica) ацетилировать тестостерон [A. , M. Tadra, and J. . Microbial transformations of steroids XXIV. Separation of androstane 17-hydroxy-epimers. Folia Microbiol. 1964, Vol. 9(6), 380-382]. При этом отмечалось, что ацетилирование происходит только с 17β-гидроксипроизводным, тогда как соответствующий 17α-эпимер остается нетронутым. В этих условиях не происходит ацетилирования молекулы стероида с гидроксигруппой в положениях 11α, 11β, 20β и 21. Однако информация о способности мицелиальных грибов, к которым относится род Aspergillus, ацетилировать стероидные спирты, в литературных источниках отсутствует.It is known that microorganisms are capable of acetylating steroidal secondary alcohols. Thus, the ability of some species of yeast and yeast-like organisms (Saccharomyces fragilis, S. lactis, Candida pseudotropicalis and Torulopsis sphaerica) to acetylate testosterone is known [A. , M. Tadra, and J. . Microbial transformations of steroids XXIV. Separation of androstane 17-hydroxy-epimers. Folia Microbiol. 1964, Vol. 9 (6), 380-382]. It was noted that acetylation occurs only with the 17β-hydroxy derivative, while the corresponding 17α-epimer remains intact. Under these conditions, there is no acetylation of a steroid molecule with a hydroxy group at positions 11α, 11β, 20β and 21. However, there is no information on the ability of mycelial fungi, which include the genus Aspergillus, to sterilize steroid alcohols.
Из уровня техники известно, что ацетилирование 11α-гидроксипрогестерона осуществляют химически, используя в качестве ацетилирующего агента уксусный ангидрид. Так, известным химическим методом [D.H. Peterson, Н.С. Murray, S.H. Eppstein, L.M. Reineke, A. Weintraub, P.D. Meister, and H.M. Leigh. Microbiological Transformations of Steroids. I. Introduction of Oxygen at Carbon-11 of Progesterone. J. Am. Chem. Soc., 1952, Vol. 74 (23), 5933-5936] получают 11α-ацетоксипрогестерон, ацетилируя 11α-гидроксипрогестерон (20 мг) действием уксусного ангидрида (0,6 мл) в среде пиридина (0,6 мл). Смесь выдерживают в течение 16 ч при комнатной температуре. По окончании реакции реакционную массу разбавляют 25 мл воды, выдерживают в течение 1 ч, охлаждают для начала кристаллизации. Кристаллы отделяют фильтрацией, промывают водой и сушат. Получают 16,1 мг 11α-ацетоксипрогестерона с т.пл. 176-177°С.It is known from the prior art that the acetylation of 11α-hydroxyprogesterone is carried out chemically using acetic anhydride as the acetylating agent. So, the well-known chemical method [D.H. Peterson, N.S. Murray, S.H. Eppstein, L.M. Reineke, A. Weintraub, P.D. Meister, and H.M. Leigh. Microbiological Transformations of Steroids. I. Introduction of Oxygen at Carbon-11 of Progesterone. J. Am. Chem. Soc., 1952, Vol. 74 (23), 5933-5936] receive 11α-acetoxyprogesterone, acetylating 11α-hydroxyprogesterone (20 mg) with acetic anhydride (0.6 ml) in pyridine medium (0.6 ml). The mixture was incubated for 16 hours at room temperature. At the end of the reaction, the reaction mass is diluted with 25 ml of water, kept for 1 h, cooled to start crystallization. The crystals are separated by filtration, washed with water and dried. 16.1 mg of 11α-acetoxyprogesterone are obtained with a melting point of 176-177 ° C.
Таким образом, из уровня техники следует, что образование 11α-ацетоксипрогестерона при трансформации прогестерона культурами мицеллиальных грибов вообще, в частности, рода Aspergillus, конкретно Aspergillus nidulans, ранее не наблюдалось. О применении грибов A. nidulans, обладающих стероид-11α-гидроксилирующей активностью и способных конвертировать прогестерон в 11α-гидроксипрогестерон, для получения 11α-ацетоксипрогестерона сообщается впервые. При этом этерификация 11α-гидроксипрогестерона грибом A. nidulans с образованием 11α-ацетоксипрогестерона является вторым этапом процесса трансформации прогестерона и может быть осуществлена как с выделением, так и без выделения 11α-гидроксипрогестерона из культуральной жидкости, образованного на первом этапе биотрансформации.Thus, from the prior art it follows that the formation of 11α-acetoxyprogesterone during the transformation of progesterone by cultures of micellial fungi in general, in particular, the genus Aspergillus, specifically Aspergillus nidulans, was not previously observed. The use of A. nidulans fungi with steroid-11α-hydroxylating activity and capable of converting progesterone to 11α-hydroxyprogesterone to produce 11α-acetoxyprogesterone was reported for the first time. In this case, the esterification of 11α-hydroxyprogesterone with A. nidulans fungus with the formation of 11α-acetoxyprogesterone is the second stage of the progesterone transformation process and can be carried out either with or without 11α-hydroxyprogesterone from the culture fluid formed in the first stage of biotransformation.
11α-Гидроксипрогестерон (11α-гидроксипрегн-4-ен-3,20-дион, CAS №80-75-1) является физиологически активным производным прогестерона (прегн-4-ен-3,20-диона, CAS №57-83-0) - нативного стероидного гормона, синтезируемого желтым телом яичника, корковым веществом (корой) надпочечников, семенными пузырьками и плацентой. Препараты на основе прогестерона применяются в качестве лекарственных средств в медицине и ветеринарии. 11α-Гидроксипрогестерон, как и его 11β-эпимер, обладает ингибирующей активностью в отношении фермента 11β-гидроксистероид-дегидрогеназы, который окисляет 11-гидрокси-группу в 11-кето-группу, таким образом играя регулятивную роль в поддержании электролитного баланса [G.W. Souness, S.A. Latif, J.L. Laurenzo, D.J. Morris. 11 alpha- and 11 beta-hydroxyprogesterone, potent inhibitors of 11 beta-hydroxysteroid dehydrogenase (isoforms 1 and 2), confer marked mineralocorticoid activity on corticosterone in the ADX rat. Endocrinology. 1995, Vol. 136(4), 1809-1812].11α-Hydroxyprogesterone (11α-hydroxypregn-4-en-3,20-dione, CAS No. 80-75-1) is a physiologically active derivative of progesterone (pregn-4-en-3,20-dione, CAS No. 57-83- 0) - a native steroid hormone synthesized by the corpus luteum of the ovary, the cortex (cortex) of the adrenal gland, seminal vesicles and placenta. Progesterone-based drugs are used as medicines in medicine and veterinary medicine. 11α-Hydroxyprogesterone, like its 11β-epimer, has inhibitory activity on the enzyme 11β-hydroxysteroid-dehydrogenase, which oxidizes the 11-hydroxy group to the 11-keto group, thus playing a regulatory role in maintaining electrolyte balance [G.W. Souness, S.A. Latif, J.L. Laurenzo,
11α-Ацетоксипрогестерон (11α-гидроксипрогестерона ацетат, CAS №2268-98-6) обладает физиологической активностью, является активным фармацевтическим ингредиентом и относится к средствам, снижающим риск преждевременных родов [http://www.imcopharma.cz/ru/api/11-alfa-gidroksiprogesteron-acetat]. 11α-Ацетоксипрогестерон также служит исходным субстратом в синтезе других стероидных соединений.11α-Acetoxyprogesterone (11α-hydroxyprogesterone acetate, CAS No. 2268-98-6) has physiological activity, is an active pharmaceutical ingredient and refers to agents that reduce the risk of premature birth [http://www.imcopharma.cz/eng/api/11 -alfa-gidroksiprogesteron-acetat]. 11α-Acetoxyprogesterone also serves as a starting substrate in the synthesis of other steroid compounds.
11α-Ацетоксипрогестерон и 11α-гидроксипрогестерон, являясь производными прогестерона, обладающими гестагенной активностью, могут быть использованы в комбинации с природными или синтетическими эстрогенами в качестве активного ингредиента как в препаратах для пероральной контрацепции, так и в препаратах для гормональной заместительной терапии женщин в постклимактерический период.11α-Acetoxyprogesterone and 11α-hydroxyprogesterone, being progesterone derivatives with progestational activity, can be used in combination with natural or synthetic estrogens as an active ingredient both in oral contraceptive preparations and in drugs for hormone replacement therapy of women in the postmenopausal period.
Кроме того, 11α-гидроксипрогестерон и его ацетат могут быть использованы не только в качестве прогестагенных средств, как указано выше, но и в качестве антиандрогенных агентов для снижения сальных выделений у пациентов, страдающих себореей, аллопецией и другими заболеваниями кожи, связанными с гиперандрогенизацией [RU 2432952, 2011]. Также известны косметические композиции для ухода за волосами и кожей головы, содержащие 11α-гидроксипрогестерон или 11α-ацетоксипрогестерон [DE 2757024, 1979]. При этом отмечено, что у этих соединений при местном применении гормональные побочные эффекты отсутствуют.In addition, 11α-hydroxyprogesterone and its acetate can be used not only as progestogen agents, as described above, but also as antiandrogen agents to reduce sebaceous secretions in patients suffering from seborrhea, allopecia, and other skin diseases associated with hyperandrogenization [RU 2432952, 2011]. Also known are cosmetic compositions for hair and scalp care containing 11α-hydroxyprogesterone or 11α-acetoxyprogesterone [DE 2757024, 1979]. At the same time, it was noted that these compounds, when applied topically, have no hormonal side effects.
11α-Гидроксипрогестерон и 11α-ацетоксипрогестерон могут быть использованы как исходные продукты в синтезе других лекарственных средств для медицинского применения. Например, 11α-гидроксипрогестерон может быть использован в синтезе 11-кетопрогестерона (кетогестина, CAS №516-15-4), который далее превращают в кортизон или 11β-гидроксипрогестерон - предшественник нативного гидрокортизона - методами, известными из уровня техники. Химический метод перехода от 11α-гидроксипрогестерона к 11-кетопрогестерону с выходом более 90% и далее в 11β-гидроксипрогестерон описан в патенте [US 2015376225, 2015, примеры 1 и 7 соответственно]. Кроме того, 11α-гидроксипрогестерон может быть использован в качестве исходного соединения в синтезе перспективных аналогов нейростероидного анестетика альфаксолона [P.Y. Savechenkov, D.C. Chiara, R. Desai, A.T. Stern, X. Zhou, A.M. Ziemba, A.L. Szabo, Y. Zhang, J.B. Cohen, S.A. Forman, K.W. Miller, K.S. Bruzik. Synthesis and pharmacological evaluation of neurosteroid photoaffinity ligands. European Journal of Medicinal Chemistry. 2017. Vol. 136, P. 334-347].11α-hydroxyprogesterone and 11α-acetoxyprogesterone can be used as starting materials in the synthesis of other drugs for medical use. For example, 11α-hydroxyprogesterone can be used in the synthesis of 11-ketoprogesterone (ketogestin, CAS No. 516-15-4), which is then converted to cortisone or 11β-hydroxyprogesterone, a precursor of native hydrocortisone, by methods known in the art. The chemical method of transition from 11α-hydroxyprogesterone to 11-ketoprogesterone with a yield of more than 90% and further to 11β-hydroxyprogesterone is described in the patent [US 2015376225, 2015, examples 1 and 7, respectively]. In addition, 11α-hydroxyprogesterone can be used as a starting compound in the synthesis of promising analogues of the neurosteroid anesthetic alfaxolone [P.Y. Savechenkov, D.C. Chiara, R. Desai, A.T. Stern, X. Zhou, A.M. Ziemba, A.L. Szabo, Y. Zhang, J.B. Cohen, S.A. Forman, K.W. Miller, K.S. Bruzik. Synthesis and pharmacological evaluation of neurosteroid photoaffinity ligands. European Journal of Medicinal Chemistry. 2017. Vol. 136, P. 334-347].
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технической задачей, решаемой с помощью настоящего изобретения, является расширение номенклатуры микроорганизмов, способных проводить 11α-гидроксилирование прогестерона, а именно, создание нового рекомбнантного штамма аскомицета A. nidulans, содержащего новую автономно реплицируемую плазмиду, способного к 11α-гидроксилированию прогестерона, а также расширение ассортимента методов ацетилирования вторичной гидроксильной группы при атоме С11 молекулы прогестерона, благодаря наличию способности штамма по настоящему изобретению ацетилировать вторичную гидроксильную группу при атоме С11 молекулы прогестерона, как альтернативы химическому методу ацетилирования.The technical problem solved by the present invention is the expansion of the range of microorganisms capable of carrying out 11α-hydroxylation of progesterone, namely, the creation of a new recombinant strain of ascomycete A. nidulans containing a new autonomously replicable plasmid capable of 11α-hydroxylation of progesterone, as well as expanding the assortment acetylation methods of the secondary hydroxyl group at the C 11 atom of the progesterone molecule, due to the presence of the ability of the strain of the present invention to acetylate a secondary hydroxyl group at the C 11 atom of the progesterone molecule, as an alternative to the chemical method of acetylation.
Поставленная задача решалась путем использования штамма A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-), полученного трансформацией автономно реплицируемой плазмиды pDHG25-SgrDI с геном устойчивости к ампициллину APr, геном argB и уникальным сайтом рестрикции SgrDI в штамм A. nidulans 031 (argB-; pyrG-) - ауксотроф штамма дикого типа A. nidulans ВКПМ F-1069 ранее для биотрасформации стероидных соединений, в том числе прогестерона, не применялся. Штамм A. nidulans 031 (argB-; pyrG-) (synonym FP-308.1; AN031; CBS 129193) - ауксотроф штамма Aspergillus nidulans ВКПМ F-1069 (synonym FGSC A4; ATCC 3863, 12996, 26451; CBS 112.46; NRRL 194), несущий мутации argB2 (требующий аргинин) и pyrG89 (требующий уридин и урацил).The problem was solved by using the A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) obtained by transforming the autonomously replicating plasmid pDHG25-SgrDI with the ampicillin resistance gene AP r , argB gene and the unique SgrDI restriction site into
Штамм A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) - новый рекомбинантный штамм, получен впервые, его стероид-11α-гидроксилирующая активность обнаружена впервые. Этот штамм впервые применен для биотрасформации прогестерона. Установлена способность этого штамма конвертировать прогестерон в 11α-гидроксипрогестерон и 11α-ацетоксипрогестерон.Strain A. nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) is a new recombinant strain obtained for the first time, its steroid-11α-hydroxylating activity was detected for the first time. This strain was first used for biotransformation of progesterone. The ability of this strain to convert progesterone to 11α-hydroxyprogesterone and 11α-acetoxyprogesterone has been established.
Для получения штамма A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) была создана новая плазмида pDHG25-SgrDI. Плазмида pDHG25-SgrDI сконструирована на основе известной автономно реплицируемой плазмиды pDHG25 для организма Aspergillus nidulans [D. Gems, I.L. Johnstone, A.J. Clutterbuck. An autonomously replicating plasmid transforms Aspergillus nidulans at high frequency. Gene, 1991, Vol. 98, 61-67] путем введения в нее уникального сайта SgrDI с помощью известных молекулярно-генетических методов [J. Sambrook, Т. Maniatis, and E.F. Fritsch. Molecular cloning a laboratory manual (Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y.; 1989].To obtain A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ), a new plasmid pDHG25-SgrDI was created. Plasmid pDHG25-SgrDI was constructed based on the known autonomously replicated plasmid pDHG25 for the organism Aspergillus nidulans [D. Gems, IL Johnstone, AJ Clutterbuck. An autonomously replicating plasmid transforms Aspergillus nidulans at high frequency. Gene, 1991, Vol. 98, 61-67] by introducing into it a unique SgrDI site using known molecular genetic methods [J. Sambrook, T. Maniatis, and EF Fritsch. Molecular cloning a laboratory manual (Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY; 1989].
Для вставки уникального сайта SgrDI проводилась рестрикция известной автономной плазмиды pDHG25 по сайту BamHI с помощью рестриктазы BamHI. Затем проводили дефосфорилирование концов фрагмента с помощью щелочной фосфатазы. Олигонуклеотидный линкер Bam_SgrDI (SEQ ID №1) фосфорилировали T4 полинуклиотидкиназой и с помощью Т4 ДНК-лигазы лигировали дефосфорилированный фрагмент с линкером.To insert a unique SgrDI site, the known autonomous plasmid pDHG25 was restricted to the BamHI site using the BamHI restriction enzyme. Then, the ends of the fragment were dephosphorylated using alkaline phosphatase. The oligonucleotide linker Bam_SgrDI (SEQ ID NO: 1) was phosphorylated with T4 polynucleotide kinase and a dephosphorylated fragment with a linker was ligated using T4 DNA ligase.
Полученная плазмида pDHG25-SgrDI содержит: репликон плазмиды рМВ1; ген устойчивости к ампициллину APr, что обеспечивает репликацию в E. coli; ген argB A. nidulans; участок АМА1, обеспечивающий автономное реплицирование в A. nidulans, представляющий собой обратный повтор, который является участком центромеры хромосомы A. nidulans. На фиг. 1 изображена карта кольцевой автономно реплицируемой плазмиды pDHG25-SgrDI.The resulting plasmid pDHG25-SgrDI contains: replicon of plasmid pMB1; ampicillin resistance gene AP r , which provides replication in E. coli; argB gene A. nidulans; plot AMA1, providing autonomous replication in A. nidulans, which is a reverse repetition, which is the site of the centromere of chromosome A. nidulans. In FIG. 1 depicts a map of a ring autonomously replicated plasmid pDHG25-SgrDI.
Проведена трансформация мутантного штамма A. nidulans 031 (argB-; pyrG-) полученной плазмидой pDHG25-SgrDI, несущей ген argB, с отбором на селективной среде. Из полученных трансформантов, способных расти на среде без аргинина, для дальнейшей работы был выбран штамм, обозначенный как A. nidulans 031/ pDHG25-SgrDI (pyrG-). [Aleksenko, A.Y., Makarova, N.A., Nikolaev, I.V., and Clutterbuck, A.J., Integrative and replicative transformation of Penicillium canescens with a heterologous nitrate-reductase gene, Curr. Genet., 1995, vol. 28, pp. 474-478].The mutant strain A. nidulans 031 (argB - ; pyrG - ) was transformed with the obtained plasmid pDHG25-SgrDI carrying the argB gene, with selection on selective medium. Of the obtained transformants capable of growing on arginine-free medium, a strain designated A. nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) was selected for further work. [Aleksenko, AY, Makarova, NA, Nikolaev, IV, and Clutterbuck, AJ, Integrative and replicative transformation of Penicillium canescens with a heterologous nitrate-reductase gene, Curr. Genet., 1995, vol. 28, pp. 474-478].
Техническим результатом является создание нового рекомбинантного штамма мицелиального гриба и применение его для биокаталитического получения стероидных спиртов и их этерификации без использования химических методов. Получение 11α-ацетоксипрогестерона биотрансформацией прогестерона в одну стадию имеет преимущества перед известным из уровня техники двухстадийным процессом, включающим следующие этапы: 1) микробиологическое 11α-гидроксилирование прогестерона и 2) химическое ацетилирование вторичной 11α-гидроксильной группы. Биотехнологическое 11α-гидроксилирование прогестерона и ацетилирование образованного 11α-гидроксипрогестерона с выделением или без выделения его из реакционной массы является экономически эффективным процессом, преимущества которого перед химическим методом ацетилирования состоят в следующем:The technical result is the creation of a new recombinant strain of mycelial fungus and its use for biocatalytic production of steroid alcohols and their esterification without the use of chemical methods. The preparation of 11α-acetoxyprogesterone by biotransformation of progesterone in one stage has advantages over the two-stage process known in the art, which includes the following steps: 1) microbiological 11α-hydroxylation of progesterone and 2) chemical acetylation of the secondary 11α-hydroxyl group. Biotechnological 11α-hydroxylation of progesterone and acetylation of the formed 11α-hydroxyprogesterone with or without isolation from the reaction mass is a cost-effective process, the advantages of which over the chemical method of acetylation are as follows:
- процесс проводится без использования агрессивных химических реагентов, таких как уксусный ангидрид или хлорангидрид уксусной кислоты, без использования сильных минеральных кислот в качестве катализаторов ацетилирования, таких как 60% хлорная кислота;- the process is carried out without the use of aggressive chemicals, such as acetic anhydride or acetic acid chloride, without the use of strong mineral acids as acetylation catalysts, such as 60% perchloric acid;
- биокаталитическая этерификация 11α-гидроксипрогестерона является альтернативой химическому методу ацетилирования, является экологически более чистым и безопасным методом;- biocatalytic esterification of 11α-hydroxyprogesterone is an alternative to the chemical method of acetylation, is an environmentally cleaner and safer method;
- биокаталитическое ацетилирование протекает регионаправленно без образования побочного продукта енолацетилирования Δ4-3-кетогруппы молекулы 11α-гидроксипрогестерона - 3,11α-диацетоксипрегна-3,5-диен-20-она, содержание которого при использовании химического метода ацетилирования может сотавлять 20-30%, что существенно осложняет очистку целевого 11α-ацетоксипрогестерона и приводит к потерям его выхода.- biocatalytic acetylation proceeds regionally without the formation of a by-product of the Δ 4 -3-keto-enoacetyl group of the 11α-hydroxyprogesterone molecule - 3,11α-diacetoxypregn-3,5-diene-20-one, the content of which can be 20-30% using the chemical method of acetylation , which significantly complicates the purification of the target 11α-acetoxyprogesterone and leads to loss of its output.
Для достижения указанного выше технического результата предлагается использовать новый штамм Aspergillus nidulans по заявляемому изобретению в качестве биокатализатора для биотехнологических процессов 11α-гидроксилирования и 11α-ацетоксилирования прогестерона, а также биокаталитической этерификации 11α-гидроксипрогестерона.To achieve the above technical result, it is proposed to use a new strain of Aspergillus nidulans according to the claimed invention as a biocatalyst for biotechnological processes of 11α-hydroxylation and 11α-acetoxylation of progesterone, as well as biocatalytic esterification of 11α-hydroxyprogesterone.
11α-Ацетоксипрогестерон при необходимости может быть гидролизован любым удобным способом с образованием 11α-гидроксипрогестерона, известным из уровня техники. Так, например, известен химический метод получения 11α-гидроксипрогестерона сольволизом 11α-ацетоксипрогестерона действием (бистрибутилолово)оксида [M.G. Perez, and M.S. Maier. Mild deprotection of steroid esters by bis(tributyltin)oxide. Tetrahedron Letters, 1995. Vol. 36(19), 3311-3314] или традиционным способом химического сольволиза в условиях основного катализа: в среде метанола в присутствии КОН [Т. Kubota, and F. Hayashi. Studies on A-norsteroids - VI. Directing effects of С11 substituents on the addition of osmium tetroxide to steroidal Δ1,4-3-ketones. Tetrahedron, 1967. Vol. 23, 995-1006].11α-Acetoxyprogesterone, if necessary, can be hydrolyzed in any convenient manner to form 11α-hydroxyprogesterone known in the art. For example, a chemical method is known for producing 11α-hydroxyprogesterone by solvolysis of 11α-acetoxyprogesterone by the action of (bistributyltin) oxide [MG Perez, and MS Maier. Mild deprotection of steroid esters by bis (tributyltin) oxide. Tetrahedron Letters, 1995. Vol. 36 (19), 3311-3314] or by the traditional method of chemical solvolysis under basic catalysis: in methanol in the presence of KOH [T. Kubota, and F. Hayashi. Studies on A-norsteroids - VI. Directing effects of C 11 substituents on the addition of osmium tetroxide to steroidal Δ 1,4 -3-ketones. Tetrahedron, 1967. Vol. 23, 995-1006].
Культурально-морфологические особенности заявляемого штамма.Cultural and morphological features of the claimed strain.
Штамм A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) на агаризованной среде образует круглые колонии диаметром 30-35 мм через 7 суток роста. Поверхность ровная, выпуклая, пушистая. Текстура средней плотности. Край колоний плотный, неровный. Цвет колоний в зоне спороношения зеленовато-белый. Обратная сторона палево-коричневая. Эксудат отсутствует. Характеризуются интенсивным спороношением. Цвет спор ярко-зеленый.Strain A. nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) on an agarized medium forms round colonies with a diameter of 30-35 mm after 7 days of growth. The surface is flat, convex, fluffy. Medium Density Texture. The edge of the colonies is dense, uneven. The color of the colonies in the germination zone is greenish-white. The reverse side is fawn brown. Exudate is absent. Characterized by intense sporulation. The color of the spores is bright green.
Основным свойством штамма по заявляемому изобретению является наличие стероид-11α-гидроксилирующей активности и способности конвертировать прогестерон в 11α-ацетоксипрогестерон, а также ацетилирующей активности и способности этерифицировать 11α-гидроксипрогестерон.The main property of the strain according to the claimed invention is the presence of steroid-11α-hydroxylating activity and the ability to convert progesterone to 11α-acetoxyprogesterone, as well as acetylating activity and the ability to esterify 11α-hydroxyprogesterone.
Схема создания нового штамма A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) по настоящему изобретению, исходя из известного штамма A. nidulans ВКПМ F-1069, приведена на фиг. 2.The scheme for creating a new A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) of the present invention, based on the known A. nidulans VKPM F-1069 strain, is shown in FIG. 2.
На фиг. 3 представлена схема трансформации прогестерона заявляемым штаммом Aspergillus nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-).In FIG. 3 presents a diagram of the transformation of progesterone by the claimed strain of Aspergillus nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ).
Трансформация прогестерона протекает с первичным образованием 11α-гидроксипрогестерона. Процессы ацетилирования гидроксильной группы образованного 11α-гидроксипрогестерона и его 6β-гидроксилирования с образованием 6β,11α-дигидроксипрогестерона являются вторичными, конкурентными процессами трансформации, причем процесс биокаталитической этерификации имеет преимущества. Этот вывод подтвержден экспериментально. При продолжительности трансформации 14 ч штаммом A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) в культуральной среде определено наличие только 11α-ацетоксипрогестерона и нетрансформированного исходного субстрата. Кроме того, используя 11α-гидроксипрогестерон вместо прогестерона в качестве исходного субстрата в аналогичных условиях трансформации штаммом А. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-), было отмечено, что в течение 23 ч имеет место образование исключительно 11α-ацетоксипрогестерона.Transformation of progesterone proceeds with the primary formation of 11α-hydroxyprogesterone. The acetylation of the hydroxyl group of the formed 11α-hydroxyprogesterone and its 6β-hydroxylation to form 6β, 11α-dihydroxyprogesterone are secondary, competitive transformation processes, and the biocatalytic esterification process has advantages. This conclusion is confirmed experimentally. With a 14-hour transformation duration by A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) in the culture medium, only 11α-acetoxyprogesterone and the untransformed starting substrate were detected. In addition, using 11α-hydroxyprogesterone instead of progesterone as the starting substrate under similar transformation conditions with A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ), it was noted that exclusively 11α-acetoxyprogesterone was formed within 23 hours.
Таким образом, сущность заявленного изобретения заключается в создании нового рекомбинантного штамма мицелиального гриба A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) трансформацией новой автономно реплицируемой плазмиды pDHG25-SgrDI в штамм А. nidulans 031 (argB-; pyrG-) - ауксотроф штамма дикого типа Aspergillus nidulans ВКПМ F-1069 - и его применении для 11α-гидроксилирования прогестерона и ацетилирования 11α-гидроксипрогестерона с выделением или без выделения последнего из культуральной жидкости.Thus, the essence of the claimed invention is to create a new recombinant strain of mycelial fungus A. nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) by transforming a new autonomously replicated plasmid pDHG25-SgrDI into A. nidulans strain 031 (argB - ; pyrGrof - ) - wild-type Aspergillus nidulans VKPM F-1069 - and its use for 11α-hydroxylation of progesterone and acetylation of 11α-hydroxyprogesterone with or without isolation of the latter from the culture fluid.
Преимущества применения штамма A. nidulans 03l/pDHG25-SgrDI (pyrG-) по настоящему изобретению состоят в способности конвертировать прогестерон в 11α-гидроксипрогестерон и ацетилировать гидроксильную группу в молекуле 11α-гидроксипрогестерона с образованием 11α-ацетоксипрогестерона как с выделением 11α-гидроксипрогестерона из культуральной среды, так и без выделения, in situ.Advantages of using the A. nidulans strain 03l / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) of the present invention are the ability to convert progesterone to 11α-hydroxyprogesterone and acetylate the hydroxyl group in the 11α-hydroxyprogesterone molecule to form 11α-acetoxyprogesterone as an 11α-hydroxyl culture medium is isolated without isolation, in situ.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 изображена карта кольцевой автономно реплицируемой плазмиды pDHG25-SgrDI.In FIG. 1 depicts a map of a ring autonomously replicated plasmid pDHG25-SgrDI.
На фиг. 2 представлена схема создания штамма Aspergillus nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG) по настоящему изобретению, исходя из известного штамма A. nidulans ВКПМ F-1069.In FIG. Figure 2 shows the design of the strain Aspergillus nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG) of the present invention, based on the known A. nidulans strain VKPM F-1069.
На фиг. 3 представлена схема трансформации прогестерона штаммом A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG).In FIG. Figure 3 shows the transformation of progesterone by A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG).
На фиг. 4, 7 и 15 представлены хроматограммы хромато-масс-спектрометрического анализа 11α-гидроксипрогестерона, 11α-ацетоксипрогестерона и 6β,11α-дигидроксипрогестерона соответственно.In FIG. Figures 4, 7, and 15 show chromatograms of chromatography-mass spectrometric analysis of 11α-hydroxyprogesterone, 11α-acetoxyprogesterone, and 6β, 11α-dihydroxyprogesterone, respectively.
На фиг. 5 и 6 представлены 1Н ЯМР-спектры 11α-гидроксипрогестерона.In FIG. 5 and 6 show the 1 H NMR spectra of 11α-hydroxyprogesterone.
На фиг. 8-14 представлены 1Н ЯМР-, 13С ЯМР-, DEPT-ЯМР-, HSQC-ЯМР- и НМВС-ЯМР- спектры 11α-ацетоксипрогестерона.In FIG. Figures 8-14 show 1 H NMR, 13 C NMR, DEPT-NMR, HSQC-NMR, and NMBC-NMR spectra of 11α-acetoxyprogesterone.
На фиг. 16-23 представлены 1Н-ЯМР-, 13С-ЯМР-, DEPT-ЯМР-, HSQC-ЯМР- и НМВС-ЯМР - спектры 6β,11α-дигидроксипрогестерона.In FIG. 16-23 show 1 H-NMR, 13 C-NMR, DEPT-NMR, HSQC-NMR and NMVC-NMR spectra of 6β, 11α-dihydroxyprogesterone.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Ауксотроф штамма A. nidulans ВКПМ F-1069 - A. nidulans 031 (argB-, pyrG-) (synonym FP-308.1 [U. Christensen, B.S. Gruben, S. Madrid, H. Mulder, I. Nikolaev, and R.P. de Vries, Unique Regulatory Mechanism for d-Galactose Utilization in Aspergillus nidulans, Appl Environ Microbiol. 2011 Vol. 77(19), 7084-7087]; AN031 [J.V. Forment, D. , and A.P. MacCabe; Consecutive gene deletions in Aspergillus nidulans: application of the Cre/loxP system. Curr Genet. 2006. Vol. 50, 217-224]); депонирован в коллекции "The CBS-KNAW culture collection" (Нидерланды) под номером CBS 129193 [http://www.westerdijkinstitute.nl/Collections/Biolomics.aspx?Table=CBS%20strain%20database].Auxotroph strain A. nidulans VKPM F-1069 - A. nidulans 031 (argB - , pyrG - ) (synonym FP-308.1 [U. Christensen, BS Gruben, S. Madrid, H. Mulder, I. Nikolaev, and RP de Vries , Unique Regulatory Mechanism for d-Galactose Utilization in Aspergillus nidulans, Appl Environ Microbiol. 2011 Vol. 77 (19), 7084-7087]; AN031 [JV Forment, D. , and AP MacCabe; Consecutive gene deletions in Aspergillus nidulans: application of the Cre / loxP system. Curr Genet. 2006. Vol. 50, 217-224]); deposited in the collection "The CBS-KNAW culture collection" (Netherlands) under the number CBS 129193 [http://www.westerdijkinstitute.nl/Collections/Biolomics.aspx?Table=CBS%20strain%20database].
Прогестерон (I) (CAS №57-83-0, C21H30O2), 11α-гидроксипрогестерон (II) (CAS №80-75-1, C21H30O3) и 11α-ацетоксипрогестерон (C23H32O4, M.w. 372.5 являются коммерчески доступными и могут быть приобретены, например, у компании Steraloids Inc. (USA) или у других производителей.Progesterone (I) (CAS No. 57-83-0, C 21 H 30 O 2 ), 11α-hydroxyprogesterone (II) (CAS No. 80-75-1, C 21 H 30 O 3 ) and 11α-acetoxyprogesterone (C 23 H 32 O 4 , Mw 372.5 are commercially available and can be purchased, for example, from Steraloids Inc. (USA) or from other manufacturers.
Неорганические соли были приобретены у компании Fluka (Germany). Дрожжевой экстракт и агар - Difco Becton Dickinson and company (Sparks, USA).Inorganic salts were purchased from Fluka (Germany). Yeast extract and agar - Difco Becton Dickinson and company (Sparks, USA).
Другие реагенты, растворители, и инертные газы являются коммерчески доступными, были приобретены у российских производителей.Other reagents, solvents, and inert gases are commercially available, were purchased from Russian manufacturers.
Для приготовления сред для культивирования и трансформации, водных растворов кислот, солей и щелочей использовали дистиллированную воду. Для промывки экстрактов в органических растворителях использовали питьевую водопроводную воду, если не оговорено особо.To prepare media for cultivation and transformation, aqueous solutions of acids, salts and alkalis, distilled water was used. Drinking tap water was used to rinse the extracts in organic solvents, unless otherwise specified.
Все процедуры, если не оговорено особо, осуществляли при комнатной температуре или температуре окружающей среды, то есть в диапазоне от 20 до 25°С. Для процессов, требующих более низкие температуры, чем комнатная, охлаждение обеспечивали холодной водопроводной водой (в диапазоне от 10 до 20°С), или смесью колотого льда и холодной воды (в диапазоне от 5 до 10°С), или смесью колотого льда и хлорида кальция (при температуре ниже 5°С).All procedures, unless otherwise specified, were carried out at room temperature or ambient temperature, that is, in the range from 20 to 25 ° C. For processes requiring lower temperatures than room temperature, cooling was provided with cold tap water (in the range of 10 to 20 ° C), or a mixture of crushed ice and cold water (in the range of 5 to 10 ° C), or a mixture of crushed ice and calcium chloride (at a temperature below 5 ° C).
Культивирование микроорганизмов осуществляли на качалке New Brunswick™ Innova® 44/44R в термостатированном помещении при температуре 37°С (240-250 об/мин., амплитуда 5 см).Microorganisms were cultured on a New Brunswick ™ Innova ® 44 / 44R rocking chair in a thermostatically controlled room at a temperature of 37 ° C (240-250 rpm,
Упаривание растворителей в вакууме осуществляли с использованием ротационного вакуумного испарителя Rotavapor ( Labortechnik AG), при остаточном давлении 0,35±0,05 кгс/см2 (35±5 кПа) и температуре воды в бане в диапазоне от 35-50°С в зависимости от природы упариваемого растворителя.Evaporation of solvents in vacuo was carried out using a Rotavapor ( Labortechnik AG), with a residual pressure of 0.35 ± 0.05 kgf / cm 2 (35 ± 5 kPa) and a water temperature in the bath in the range from 35-50 ° C, depending on the nature of the evaporated solvent.
Высушивание кристаллов продуктов до постоянного веса осуществляли при температуре 35-45°С при атмосферном давлении или с использованием вакуум-сушильного шкафа при остаточном давлении 0,35±0,05 кгс/см2 (35±5 кПа).Drying of the product crystals to constant weight was carried out at a temperature of 35-45 ° C at atmospheric pressure or using a vacuum oven at a residual pressure of 0.35 ± 0.05 kgf / cm 2 (35 ± 5 kPa).
Для определения рН промывных вод использовали универсальную индикаторную бумагу с диапазоном значений от 0 до 12 (Лахема, Чехия).A universal indicator paper with a range of values from 0 to 12 (Lahema, Czech Republic) was used to determine the pH of the washings.
Колоночную хроматографию осуществляли на колонке (16×650 мм), используя силикагель марки Silica gel 60 (0.040-0.063 mm) (Merck, Germany).Column chromatography was performed on a column (16 × 650 mm) using silica gel of the brand Silica gel 60 (0.040-0.063 mm) (Merck, Germany).
Контроль за ходом элюирования осуществляли методом тонкослойной хроматографии (ТСХ), используя пластины Silica gel 60 F254 (Merck, Germany) и хроматографические системы растворителей: дихлорметан-ацетон 9:1 (v/v) или дихлорметан-ацетон 4:1 (v/v). Пластинки просматривали в УФ-свете при длине волны 254 нм, затем опрыскивали 1% раствором ванилина в 10% водном растворе HClO4, проявляли при температуре 100-120°С.The elution was monitored by thin layer chromatography (TLC) using
Структуру и чистоту всех выделенных соединений подтверждали, по меньшей мере, одним из следующих методов: ТСХ (пластины для ТСХ Silica gel 60 F254 (Merck, Germany)), масс-спектрометрия, элементный анализ, ядерный магнитный резонанс (ЯМР), высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ).The structure and purity of all isolated compounds was confirmed by at least one of the following methods: TLC (plates for
Температуру плавления выделенных соединений определяли на приборе для определения точки плавления М-565 ( Labortechnik AG).The melting point of the isolated compounds was determined on a device to determine the melting point of M-565 Labortechnik AG).
1Н- и 13C- ЯМР спектры были определены на спектрометре Bruker Avance-400 (Bruker BioSpin GmbH) с рабочей частотой 400 МГц и 100.6 МГц соответственно, используя дейтерированный хлороформ (99,8% D, Sigma-Aldrich), или дейтерированный диметилсульфоксид (99,9% D, Sigma-Aldrich) в качестве растворителя относительно тетраметилсилана (TMS NMR grade ≥99,9%, Sigma-Aldrich) в качестве внутреннего стандарта, в миллионных долях (м.д.). 1 H- and 13 C-NMR spectra were determined on a Bruker Avance-400 spectrometer (Bruker BioSpin GmbH) with an operating frequency of 400 MHz and 100.6 MHz, respectively, using deuterated chloroform (99.8% D, Sigma-Aldrich), or deuterated dimethyl sulfoxide (99.9% D, Sigma-Aldrich) as a solvent relative to tetramethylsilane (TMS NMR grade ≥99.9%, Sigma-Aldrich) as an internal standard, in parts per million (ppm).
Масс-спектры высокого разрешения (HRMS) регистрировали на приборе Bruker Daltonics micrOTOF-Q II, используя электрораспылительную ионизацию (ESI). Измерения были получены в режиме положительных ионов со следующими параметрами: граничное напряжение капилляра 4500 В; диапазон масс от m/z 50 до 3000; внешняя калибровка (Electricpray Calibrant Solution, Fluka); давление распылителя 0,4 бар; скорость потока 3 мкл/мин; азот применяли в виде сухого газа (6 л/мин); температура интерфейса была установлена при 180°С. Образец вводили в камеру масс-спектрометра из системы HPLC Agilent 1260, снабженной колонкой Agilent Poroshell 120 ЕС-С18 (3.0×50 mm; 2,7 μm) и защитой, используя автосамплер. Образец вводили в растворе 50% ацетонитрила (квалификация LC-MS) в воде (ультрачистая вода MilliQ, Merck Millipore KGaA, Germany), и колонку элюировали смесью ацетонитрила (А) и воды (В) в градиенте концентраций со скоростью потока 400 мкл/мин в следующих параметрах градиента: 0-15% А в течение 6 мин, 15% - 85% А в течение 1,5 мин, 85% - 0% А в течение 0,1 мин, 0% А в течение 2,4 мин. Время удерживания было следующим: 11α-гидроксипрогестерон - 5,2 мин; прогестерон - 6,7 мин; 11α-ацетоксипрогестерон - 6,0 мин; 6β,11α дигидроксипрогестерон - 4,2 мин.High resolution mass spectra (HRMS) were recorded on a Bruker Daltonics micrOTOF-Q II instrument using electrospray ionization (ESI). The measurements were obtained in the mode of positive ions with the following parameters: capillary boundary voltage of 4500 V; mass range from m /
Образование 11α-ацетоксипрогестерона в результате трансформации прогестерона или 11α-гидроксипрогестерона культурой гриба A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) подтверждено данными спектров 1Н ЯМР, 13С ЯМР, 2D ЯМР, хромато-масс-спектрометрии высокого разрешения. На фиг. №№5, 6, 7-14 и 16-23 приведены спектры и на фиг. №№4, 7 и 15 - хроматограммы полученных соединений.The formation of 11α-acetoxyprogesterone as a result of the transformation of progesterone or 11α-hydroxyprogesterone by A. nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) fungus culture was confirmed by 1 H NMR, 13 C NMR, 2D NMR spectra, and high resolution chromatography-mass spectrometry. In FIG. Nos. 5, 6, 7-14 and 16-23 show the spectra and in FIG. Nos. 4, 7 and 15 — chromatograms of the obtained compounds.
Для подтверждения образования 11α-ацетоксипрогестерона в процессе трансформации прогестерона или 11α-гидроксипрогестерона культурой A. nidulans 031/ pDHG25-SgrDI (pyrG-) 11α-ацетоксипрогестерон был получен химическим синтезом из 11α-гидроксипрогестерона с применением метода ацетилирования.To confirm the formation of 11α-acetoxyprogesterone during the transformation of progesterone or 11α-hydroxyprogesterone by A. nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) culture, 11α-acetoxyprogesterone was obtained by chemical synthesis from 11α-hydroxyprogesterone using the acetylation method.
При осуществлении изобретения помимо методов, подробно раскрытых в нижеследующих примерах, использовали хорошо известные специалистам методики, описанные в руководствах по молекулярной биологии и генетической инженерии [J. Sambrook, Т. Maniatis, and E.F. Fritsch. Molecular cloning a laboratory manual (Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y.; 1989; F.M. Ausubel, R. Brent, R.E. Kingston, D.D. Moore, J.G. Seidman, J.A. Smith, and K. Struhl. Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons, N.Y., 1997].When carrying out the invention, in addition to the methods described in detail in the following examples, the methods well-known to those skilled in the art described in the manuals of molecular biology and genetic engineering were used [J. Sambrook, T. Maniatis, and E.F. Fritsch. Molecular cloning a laboratory manual (Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY; 1989; FM Ausubel, R. Brent, RE Kingston, DD Moore, JG Seidman, JA Smith, and K. Struhl. Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons, NY, 1997].
Выходы 11α-гидроксипрогестерона и 11α-ацетоксипрогестерона, полученные биотрансформацией прогестерона и 11α-гидроксипрогестерона штаммом по настоящему изобретению и приведенные в примерах заявляемого изобретения, безусловно, ниже тех, которые необходимы для эффективного промышленного процесса. Однако примеры даны лишь для иллюстрации биокаталитической способности заявляемых штаммов конвертировать прогестерон не только в 11α-гидроксипрогестерон, но и в ацетат 11α-гидроксипрогестерона. Следует отметить, что указанная ацетилирующая способность выявлена нами впервые. Выходы могут быть значительно улучшены за счет оптимизации условий проведения биотрансформации с целью минимизации образования 6β,11α-дигидроксипрогестерона и сдвига направления вторичной модификации 11α-гидроксипрогестерона в сторону ацетилирования. Известно, что состав продуктов зависит от состава среды, рН среды, возраста культуры, от индукции исходным субстратом или продуктом [А.Н. El-Refai, and K.M. Ghanem Some physiological relations of progesterone conversion by Aspergillus nidulans. Egyptian Journal of Microbiology, 1987. Vol. 22(2), 327-338]. Поэтому для снижения активности вторичного энзима 6β-гидроксилазы и уменьшения количества, образованного 6β,11α-дигидроксипрогестерона необходимо оптимизировать параметры проведения процесса трансформации, например, значение рН среды, возраст культуры, способ внесения субстрата, состав среды для трансформации, температурный режим и другие, известные из уровня техники. Для примера в таблице 1 приведено влияние состава среды на конверсию прогестерона заявляемым штаммом, на его 11α-монооксигенаазную активность (суммарно) и на относительную селективность образования 11α-гидроксипрогестерона и 11α-ацетоксипрогестерона, при прочих одинаковых условиях.The yields of 11α-hydroxyprogesterone and 11α-acetoxyprogesterone obtained by biotransformation of progesterone and 11α-hydroxyprogesterone with the strain of the present invention and shown in the examples of the claimed invention are, of course, lower than those necessary for an efficient industrial process. However, examples are given only to illustrate the biocatalytic ability of the claimed strains to convert progesterone not only to 11α-hydroxyprogesterone, but also to 11α-hydroxyprogesterone acetate. It should be noted that the indicated acetylating ability was revealed by us for the first time. The yields can be significantly improved by optimizing the conditions for biotransformation in order to minimize the formation of 6β, 11α-dihydroxyprogesterone and shift the direction of secondary modification of 11α-hydroxyprogesterone towards acetylation. It is known that the composition of the products depends on the composition of the medium, the pH of the medium, the age of the culture, on the induction of the original substrate or product [A.N. El-Refai, and K.M. Ghanem Some physiological relations of progesterone conversion by Aspergillus nidulans. Egyptian Journal of Microbiology, 1987. Vol. 22 (2), 327-338]. Therefore, to reduce the activity of the secondary enzyme 6β-hydroxylase and to reduce the amount formed of 6β, 11α-dihydroxyprogesterone, it is necessary to optimize the parameters of the transformation process, for example, the pH of the medium, the age of the culture, the method of introducing the substrate, the composition of the medium for transformation, temperature conditions and other from the prior art. For example, Table 1 shows the effect of the composition of the medium on the conversion of progesterone by the claimed strain, on its 11α-monooxygenase activity (total) and on the relative selectivity of 11α-hydroxyprogesterone and 11α-acetoxyprogesterone, under other identical conditions.
Для трансформации мы использовали 2 варианта сред следующего состава:For transformation, we used 2 media options of the following composition:
1 - среда СМ, использованная A. et al. [А. , М. Tadra, J. . Microbial transformations of steroids XXIV. Separation of androstane 17-hydroxy-epimers. Folia Microbiologica. 1964. Vol. 9(6), 380-382] для ацетилирования тестостерона дрожжами и описанная в статье А.Н. El-Refai и K.M. Ghanem [А.Н. El-Refai, and K.M. Ghanem. Some physiological relations of progesterone conversion by Aspergillus nidulans. Egyptian Journal of Microbiology, 1987. Vol. 22(2), 327-338] (среда II, рН 6,5), как наиболее благоприятная для конверсии прогестерона в 11α-гидрокси-производное культурой A. nidulans. Состав среды, г/л: глюкоза - 40; MgSO4×7H2O - 1; KH2PO4 - 0,74; пептон - 1; дрожжевой экстракт - 1; L-аспарагин - 0,7; уридин - 1,1; урацил - 1,2.1 - CM medium used by A. et al. [BUT. , M. Tadra, J. . Microbial transformations of steroids XXIV. Separation of androstane 17-hydroxy-epimers. Folia Microbiologica. 1964. Vol. 9 (6), 380-382] for testosterone acetylation by yeast and described in the article by A.N. El-Refai and KM Ghanem [A.N. El-Refai, and KM Ghanem. Some physiological relations of progesterone conversion by Aspergillus nidulans. Egyptian Journal of Microbiology, 1987. Vol. 22 (2), 327-338] (medium II, pH 6.5), as the most favorable for the conversion of progesterone to the 11α-hydroxy derivative by A. nidulans culture. The composition of the medium, g / l: glucose - 40; MgSO 4 × 7H 2 O - 1; KH 2 PO 4 0.74; peptone - 1; yeast extract - 1; L-asparagine - 0.7; uridine - 1.1; uracil - 1.2.
2 - минимальная синтетическая среда ММ. Состав среды, г/л: глюкоза - 20; MgSO4×7H2O - 0,52; KH2PO4 - 1,52; NaNO3 - 0,85; CuSO4×5H2O - 0,13; CaCl2 - 0,11; KCl - 0,52, Н3ВО3 - 5×10-6; MnSO4×5H2O - 1×10-3; ZnSO4×7H2O - 0,8×10-3; Na2MoO4×4H2O - 0,8×10-3; FeSO4×5H2O - 0,8×10-3; уридин - 1,1; урацил - 1,2; 0.5 М фосфатно-цитратный буфер (рН 6.6) - 200 мл/л.2 - minimal synthetic medium MM. The composition of the medium, g / l: glucose - 20; MgSO 4 × 7H 2 O - 0.52; KH 2 PO 4 - 1.52; NaNO 3 - 0.85; CuSO 4 × 5H 2 O - 0.13; CaCl 2 - 0.11; KCl - 0.52, H 3 BO 3 - 5 × 10 -6 ; MnSO 4 × 5H 2 O - 1 × 10 -3 ; ZnSO 4 × 7H 2 O - 0.8 × 10 -3 ; Na 2 MoO 4 × 4H 2 O - 0.8 × 10 -3 ; FeSO 4 × 5H 2 O - 0.8 × 10 -3 ; uridine - 1.1; uracil - 1.2; 0.5 M phosphate-citrate buffer (pH 6.6) - 200 ml / l.
Известно, что минеральные соли, добавленные в среду для культивирования, в частности, CuSO4, могут быть ингибиторами стероид-С21-монооксигеназы (ЕС №1.14.99.10 [Springer Handbook of Enzymes, Vol. 27, Class 1. Oxidoreductases XII. EC 1.14.15-1.97. Second edition. Springer. 2006, p. 302]). Однако результаты экспериментов показали, что на среде СМ образование 21-гидроксипрогестерона как продукта трансформации не наблюдается. Следует отметить, что 21-гидроксипрогестерон наряду с 11α-гидроксипрогестероном является одним из продуктов трансформации прогестерона в этой среде штаммом A. nidulans известным способом [А.Н. El-Refai, and K.M. Ghanem. Some physiological relations of progesterone conversion by Aspergillus nidulans. Egyptian Journal of Microbiology, 1987, Vol. 22(2), 327-338].It is known that mineral salts added to the culture medium, in particular CuSO 4 , can be steroid-C21 monooxygenase inhibitors (EC No. 1.14.99.10 [Springer Handbook of Enzymes, Vol. 27,
Возможность реализации заявляемого изобретения показана, но не ограничена, в примерах конкретного выполнения.The possibility of implementing the claimed invention is shown, but not limited, in examples of specific performance.
Пример 1. Конструирование плазмиды pDHG25-SgrDIExample 1. Construction of the plasmid pDHG25-SgrDI
Для вставки уникального сайта SgrDI проводилась рестрикция известной автономной плазмиды pDHG25 по сайту BamHI с помощью рестриктазы BamHI (фирмы Thermo Fisher Scientific, согласно инструкции производителя [https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/ER0051]). Затем проводили дефосфорилирование концов фрагмента с помощью щелочной фосфатазы (Shrimp Alkaline Phosphatase фирмы Thermo Fisher Scientific, согласно инструкции производителя [https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/783901000UN]). Олигонуклеотидный линкер Bam_SgrDI (SEQ ID №1) фосфорилировали Т4 полинуклиотидкиназой (фирмы СибЭнзим, согласно инструкции производителя [http://russia.sibenzyme.com/service/protocols/protocol17]) и с помощью Т4 ДНК-лигазы (СибЭнзим, [http://russia.sibenzyme.com/service/protocols/protocol13]) лигировали дефосфорилированный фрагмент с линкером.To insert a unique SgrDI site, the known autonomous plasmid pDHG25 was restricted to the BamHI site using the BamHI restrictase (Thermo Fisher Scientific, according to the manufacturer's instructions [https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/ER0051]). Then, the ends of the fragment were dephosphorylated using alkaline phosphatase (Shrimp Alkaline Phosphatase from Thermo Fisher Scientific, according to the manufacturer's instructions [https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/783901000UN]). The oligonucleotide linker Bam_SgrDI (SEQ ID No. 1) was phosphorylated with T4 polynucleotide kinase (SibEnzyme, according to the manufacturer's instructions [http://russia.sibenzyme.com/service/protocols/protocol17]) and with T4 DNA ligase (SibEnzyme, [http: //russia.sibenzyme.com/service/protocols/protocol13]) ligated the dephosphorylated fragment with a linker.
Использовали следующие условия лигирования: смесь, состоящую из 5 мкл дефосфорилированного фрагмента (500 нг), 10 мкл линкера, 1 мкл 10-кратного буфера BamHI (СибЭнзим), 2 мкл 50-кратного PEG400, 1 мкл 10 mM АТР, 2 мкл Т4 ДНК лигазы (1 ед./мкл, Сибэнзим) инкубировали в течение 15 ч при 14°С, затем прогревали 10 мин при 65°С, охлаждали во льду.The following ligation conditions were used: a mixture consisting of 5 μl dephosphorylated fragment (500 ng), 10 μl linker, 1 μl 10-fold BamHI buffer (SibEnzyme), 2 μl 50-fold PEG400, 1
5 мкл полученной лигазной смеси использовали для трансформации ультракомпетентных клеток штамма E. coli XL10Gold (Stratagene). Отбор ампициллин-устойчивых клонов осуществляли на среде LB с ампициллином. Дополнительную селекцию проводили с помощью рестрикционного анализа препаратов плазмидной ДНК. Для этого проводили рестрикцию по сайтам PstI, BglII и выбирали плазмидную конструкцию, образующую после рестрикции фрагменты размером 5272, 3954, 1578 пар нуклеотидов. Отобранные плазмидные конструкции секвенировали с помощью олигонуклеотида PrArgB_seq (SEQ ID №2). Выбранную конструкцию (SEQ ID №3) обозначили как pDHG25-SgrDI и использовали в дальнейшей работе для получения штамма A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-).5 μl of the obtained ligase mixture was used to transform ultra-competent cells of E. coli strain XL10Gold (Stratagene). Ampicillin-resistant clones were selected on LB medium with ampicillin. Additional selection was performed using restriction analysis of plasmid DNA preparations. For this, restriction was performed at the PstI, BglII sites, and a plasmid construct was selected that forms, after restriction, fragments of sizes 5272, 3954, 1578 nucleotides. The selected plasmid constructs were sequenced using the PrArgB_seq oligonucleotide (SEQ ID NO: 2). The selected construct (SEQ ID No. 3) was designated as pDHG25-SgrDI and used in further work to obtain A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ).
Пример 2. Получение рекомбинантного штамма Aspergillus nidulans 031/ pDHG25-SgrDI (pyrG-)Example 2. Obtaining a recombinant strain of Aspergillus nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - )
Для получения рекомбинантного штамма A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-), штамм A. nidulans 031 (argB-; pyrG-) был трансформирован плазмидой pDHG25-SgrDI (полученной по примеру 1), несущей ген argB, с отбором по маркеру argB2. [Aleksenko, A.Y., Makarova, N.A., Nikolaev, I.V., and Clutterbuck, A.J., Integrative and replicative transformation of Penicillium canescens with a heterologous nitrate-reductase gene, Curr. Genet., 1995, vol. 28, pp. 474-478]. Была получена серия трансформантов, из которой были отобраны штаммы, способные расти на среде без аргинина. Суммарную клеточную ДНК трансформантов выделяли стандартным методом, наличие плазмиды в выросших штаммах подтверждали секвенированием с использованием праймера PrArgB_seq (SEQ ID №2). Выбрали клон, несущий плазмиду pDHG25-SgrDI. Отобранный штамм был назван A nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-).To obtain the recombinant strain A. nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ), the strain A. nidulans 031 (argB - ; pyrG - ) was transformed with the plasmid pDHG25-SgrDI (obtained according to example 1), carrying the argB gene, with selection by marker argB2. [Aleksenko, AY, Makarova, NA, Nikolaev, IV, and Clutterbuck, AJ, Integrative and replicative transformation of Penicillium canescens with a heterologous nitrate-reductase gene, Curr. Genet., 1995, vol. 28, pp. 474-478]. A series of transformants was obtained from which strains capable of growing on medium without arginine were selected. The total cellular DNA of the transformants was isolated by the standard method, the presence of plasmids in the grown strains was confirmed by sequencing using the PrArgB_seq primer (SEQ ID No. 2). A clone carrying the pDHG25-SgrDI plasmid was selected. The selected strain was named A nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ).
Пример 3. Общий метод биотрансформации прогестерона штаммом Aspergillus nidulans 031/ pDHG25-SgrDI (pyrG-) на средах CM и MM в течение 66 ч.Example 3. The general method of biotransformation of progesterone by strain Aspergillus nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) on CM and MM for 66 hours
Для получения споровой суспензии штамм выращивали на агаризованной среде МПА (мальт-экстракт - 3 г/л, пептон - 1 г/л, агар - 20 г/л, уридин - 1,1 г/л, урацил - 1,2 г/л) при температуре 37°С в течение 7-10 дней. Споровую суспензию высевали в качалочные колбы вместимостью 750 мл, содержащие по 100 мл среды для культивирования, выращивали на качалке (240-250 об/мин, амплитуда 5 см) при температуре 37°С в течение 4 дней. Затем в ростовую среду вносили прогестерон в виде раствора в диметилсульфоксиде до финальной концентрации 1 г/л, при этом концентрация растворителя не превышала 6% (об.). Трансформацию проводили в течение 66 ч в тех же условиях, параллельно культивируя штаммы без прогестерона в качестве контроля. Каждый эксперимент выполняли в трех повторностях.To obtain a spore suspension, the strain was grown on MPA agar medium (malt extract 3 g / l, peptone 1 g / l, agar 20 g / l, uridine 1.1 g / l, uracil 1.2 g / l) at a temperature of 37 ° C for 7-10 days. The spore suspension was plated in 750 ml rocking flasks containing 100 ml of culture medium, grown on a rocking chair (240-250 rpm,
Для извлечения продуктов трансформации прогестерона по окончании инкубации мицелий отфильтровывали, промывали дихлорметаном на фильтре. Культуральную жидкость экстрагировали трижды порциями дихлорметана равного объема. Стероиды, адсорбированные на мицелии, извлекали ре-мацерацией (трижды), используя метанол и выдерживая без перемешивания в течение 4 ч. Метанол упаривали, остаток, содержащий воду, экстрагировали дихлорметаном трижды. Объединенные экстракты культуральной жидкости и мицелия промывали водой, сушили Na2SO4, осветляли активированным углем и упаривали до прекращения погона. Остаток растворяли в 5 мл смеси этилацетата и дихлорметана (1:2) и хроматографировали на колонке, используя 30-кратное количество силикагеля к весу остатка после упаривания. В качестве элюэнта использовали смесь дихлорметана и ацетона (от 0 до 25% ацетона), для контроля элюции использовали ТСХ. Хроматографическую чистоту соединений подтверждали с помощью ТСХ и ЯМР-спектроскопии.To recover the progesterone transformation products, at the end of the incubation, the mycelium was filtered off, washed with dichloromethane on a filter. The culture fluid was extracted three times with equal volumes of dichloromethane. Steroids adsorbed on the mycelium were recovered by re-maceration (three times) using methanol and keeping without stirring for 4 hours. The methanol was evaporated, the residue containing water was extracted with dichloromethane three times. The combined extracts of the culture fluid and mycelium were washed with water, dried with Na 2 SO 4 , clarified with activated charcoal and evaporated until the cutoff ceased. The residue was dissolved in 5 ml of a mixture of ethyl acetate and dichloromethane (1: 2) and chromatographed on a column using 30 times the amount of silica gel to the weight of the residue after evaporation. A mixture of dichloromethane and acetone (0 to 25% acetone) was used as an eluent; TLC was used to control the elution. The chromatographic purity of the compounds was confirmed by TLC and NMR spectroscopy.
Результаты биотрансформации прогестерона штаммом A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) по настоящему изобретению приведены в таблице 1.The results of the biotransformation of progesterone by A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) of the present invention are shown in table 1.
Пример 4. Трансформация прогестерона штаммом Aspergillus nidulans 031/ pDHG25-SgrDI (pyrG-) в течение 14 ч.Example 4. Transformation of progesterone with a strain of Aspergillus nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) for 14 hours
Споровую суспензию штамма A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) высевали в 4 качалочные колбы вместимостью 750 мл, содержащие по 100 мл среды ММ для культивирования, выращивали на качалке (240-250 об/мин, амплитуда 5 см) при температуре 37°С в течение 4 дней. Затем в ростовую среду вносили прогестерон в растворе диметилсульфоксида до финальной концентрации 1 г/л, при этом концентрация растворителя составляла 4% (об.). Трансформацию проводили в течение 14 ч в тех же условиях.A spore suspension of A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) was sown in 4 rocking flasks with a capacity of 750 ml each containing 100 ml of MM culture medium, grown on a rocking chair (240-250 rpm,
Для извлечения продуктов трансформации прогестерона по окончании инкубации мицелий отфильтровывали, промывали дихлорметаном на фильтре. Культуральную жидкость экстрагировали трижды порциями дихлорметана равного объема. Стероиды, адсорбированные на мицелии, извлекали ре-мацерацией (трижды), используя метанол и выдерживая без перемешивания в течение 4 ч. Метанол упаривали, остаток, содержащий воду, экстрагировали дихлорметаном трижды. Объединенные экстракты культуральной жидкости и мицелия промывали водой, сушили Na2SO4, осветляли активированным углем и упаривали до прекращения погона. Остаток растворяли в 5 мл смеси этилацетата и дихлорметана (1:2) и хроматографировали на колонке, используя 30-кратное количество силикагеля к весу остатка после упаривания. В качестве элюэнта использовали смесь дихлорметана и ацетона (от 0 до 25% ацетона), для контроля элюции использовали ТСХ. Одинаковые по составу стероидов фракции элюата объединяли и упаривали досуха. Кристаллизующийся остаток растирали с эфиром, осадок отфильтровывали, сушили до постоянного веса в вакуум-сушильном шкафу. Хроматографическую чистоту соединений подтверждали с помощью ТСХ и ЯМР-спектроскопии.To recover the progesterone transformation products, at the end of the incubation, the mycelium was filtered off, washed with dichloromethane on a filter. The culture fluid was extracted three times with equal volumes of dichloromethane. Steroids adsorbed on the mycelium were recovered by re-maceration (three times) using methanol and keeping without stirring for 4 hours. The methanol was evaporated, the residue containing water was extracted with dichloromethane three times. The combined extracts of the culture fluid and mycelium were washed with water, dried with Na 2 SO 4 , clarified with activated charcoal and evaporated until the cutoff ceased. The residue was dissolved in 5 ml of a mixture of ethyl acetate and dichloromethane (1: 2) and chromatographed on a column using 30 times the amount of silica gel to the weight of the residue after evaporation. A mixture of dichloromethane and acetone (0 to 25% acetone) was used as an eluent; TLC was used to control the elution. The eluate fractions of the same steroid composition were combined and evaporated to dryness. The crystallizing residue was triturated with ether, the precipitate was filtered off, dried to constant weight in a vacuum oven. The chromatographic purity of the compounds was confirmed by TLC and NMR spectroscopy.
Из 400 мг прогестерона, загруженного на трансформацию, получили 392 мг прогестерона (98%) и 5,82 мг 11α-ацетоксипрогестерона с выходом 1,23% на загруженный субстрат (61,4% на конвертированный субстрат). По данным ТСХ анализа другие продукты трансформации отсутствуют.Of 400 mg of progesterone loaded for transformation, 392 mg of progesterone (98%) and 5.82 mg of 11α-acetoxyprogesterone were obtained with a yield of 1.23% per loaded substrate (61.4% per converted substrate). According to TLC analysis, there are no other transformation products.
Пример 5. Биокаталитическое ацетилирование 11α-гидроксипрогестерона штаммом Aspergillus nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-)Example 5. Biocatalytic acetylation of 11α-hydroxyprogesterone with Aspergillus nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - )
Споровую суспензию штамма A. nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-) высевали в 4 качалочные колбы вместимостью 750 мл, содержащие по 100 мл среды ММ для культивирования, выращивали на качалке (240-250 об/мин, амплитуда 5 см) при температуре 37°С в течение 4 дней. Затем в ростовую среду вносили 11α-гидроксипрогестерон в растворе диметилсульфоксида до финальной концентрации 0,5 г/л, при этом концентрация растворителя составляла 2% (об.). Трансформацию проводили в течение 23 ч в тех же условиях.A spore suspension of A. nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ) was sown in 4 rocking flasks with a capacity of 750 ml each containing 100 ml of MM culture medium, grown on a rocking chair (240-250 rpm,
Для извлечения продуктов трансформации 11α-гидроксипрогестерона по окончании инкубации мицелий отфильтровывали, промывали дихлорметаном на фильтре. Культуральную жидкость экстрагировали трижды порциями дихлорметана равного объема. Стероиды, адсорбированные на мицелии, извлекали ре-мацерацией (трижды), используя метанол и выдерживая без перемешивания в течение 4 ч. Метанол упаривали, остаток, содержащий воду, экстрагировали дихлорметаном трижды. Объединенные экстракты культуральной жидкости и мицелия промывали водой, сушили Na2SO4, осветляли активированным углем и упаривали до прекращения погона. Остаток растворяли в 5 мл смеси этилацетата и дихлорметана (1:2) и хроматографировали на колонке, используя 30-кратное количество силикагеля к весу остатка после упаривания. В качестве элюэнта использовали смесь дихлорметана и ацетона (от 0 до 20% ацетона), для контроля элюции использовали ТСХ. Одинаковые по составу стероидов фракции элюата объединяли и упаривали досуха. Кристаллизующийся остаток растирали с эфиром, осадок отфильтровывали, сушили до постоянного веса в вакуум-сушильном шкафу. Хроматографическую чистоту соединений подтверждали с помощью ТСХ и ЯМР-спектроскопии.To recover the transformation products of 11α-hydroxyprogesterone at the end of the incubation, the mycelium was filtered off, washed with dichloromethane on a filter. The culture fluid was extracted three times with equal volumes of dichloromethane. Steroids adsorbed on the mycelium were recovered by re-maceration (three times) using methanol and keeping without stirring for 4 hours. The methanol was evaporated, the residue containing water was extracted with dichloromethane three times. The combined extracts of the culture fluid and mycelium were washed with water, dried with Na 2 SO 4 , clarified with activated charcoal and evaporated until the cutoff ceased. The residue was dissolved in 5 ml of a mixture of ethyl acetate and dichloromethane (1: 2) and chromatographed on a column using 30 times the amount of silica gel to the weight of the residue after evaporation. A mixture of dichloromethane and acetone (from 0 to 20% acetone) was used as an eluent; TLC was used to control the elution. The eluate fractions of the same steroid composition were combined and evaporated to dryness. The crystallizing residue was triturated with ether, the precipitate was filtered off, dried to constant weight in a vacuum oven. The chromatographic purity of the compounds was confirmed by TLC and NMR spectroscopy.
Из 200 мг 11α-гидроксипрогестерона, загруженного на трансформацию, получили 168 мг 11α-гидроксипрогестерона (84%) и 29,48 мг 11α-ацетоксипрогестерона с выходом 13,08% на загруженный субстрат (81,73% на конвертированный субстрат). По данным ТСХ анализа другие продукты трансформации отсутствуют.From 200 mg of 11α-hydroxyprogesterone loaded for transformation, 168 mg of 11α-hydroxyprogesterone (84%) and 29.48 mg of 11α-acetoxyprogesterone were obtained with a yield of 13.08% per loaded substrate (81.73% per converted substrate). According to TLC analysis, there are no other transformation products.
ЯМР-спектры полученного 11α-ацетоксипрогестерона идентичны спектрам стандартного образца и спектрам образца, полученного химическим методом ацетилирования 11α-гидроксипрогестерона.The NMR spectra of the obtained 11α-acetoxyprogesterone are identical to the spectra of the standard sample and the spectra of the sample obtained by the chemical method of acetylation of 11α-hydroxyprogesterone.
Пример 6. Получение 11α-ацетоксипрогестерона химическим методомExample 6. Obtaining 11α-acetoxyprogesterone by chemical method
К раствору 34 мг 11α-гидроксипрогестерона в 0,2 мл уксусного ангидрида добавили 1 каплю 60% хлорной кислоты. Реакционную массу выдерживали при комнатной температуре в течение 1 ч. По окончании реакции реакционную массу добавляли по каплям в 5 мл воды, содержащей 1 мл 25% раствора аммиака (рН ~7.5). Перемешивали 30 мин., затем реакционную массу экстрагировали дихлорметаном трижды, экстракт промыли водой до нейтральной реакции, упарили досуха. Получили 39 мг остатка, из которого препаративной хроматографией извлекли 27 мг 11α-ацетоксипрогестерона с выходом 70,45%. Т.пл. 173-174°С (лит. Т.пл. 176-177°С [D.H. Peterson, Н.С. Murray, S.H. Eppstein, L.M. Reineke, A. Weintraub, P.D. Meister, and H.M. Leigh. Microbiological Transformations of Steroids. I. Introduction of Oxygen at Carbon-11 of Progesterone. J. Am. Chem. Soc., 1952, Vol. 74 (23), 5933-5936]To a solution of 34 mg of 11α-hydroxyprogesterone in 0.2 ml of acetic anhydride, 1 drop of 60% perchloric acid was added. The reaction mass was kept at room temperature for 1 h. At the end of the reaction, the reaction mass was added dropwise in 5 ml of water containing 1 ml of a 25% ammonia solution (pH ~ 7.5). It was stirred for 30 minutes, then the reaction mass was extracted with dichloromethane three times, the extract was washed with water until neutral, and evaporated to dryness. 39 mg of the residue was obtained, from which 27 mg of 11α-acetoxyprogesterone was recovered by preparative chromatography in 70.45% yield. Mp 173-174 ° C (lit. mp. 176-177 ° C [DH Peterson, N. S. Murray, SH Eppstein, LM Reineke, A. Weintraub, PD Meister, and HM Leigh. Microbiological Transformations of Steroids. I . Introduction of Oxygen at Carbon-11 of Progesterone. J. Am. Chem. Soc., 1952, Vol. 74 (23), 5933-5936]
Характеристика продуктов биотрансформацииCharacterization of biotransformation products
11α-Гидроксипрогестерон, полученный биотрансформацией прогестерона штаммом Aspergillus nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-).11α-hydroxyprogesterone obtained by biotransformation of progesterone with Aspergillus nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ).
Т.пл. 164-166°C (лит. Т.пл. 164-165°С [K. Yildirim, and A. Kuru. Biotransformation of some steroids by Aspergillus candidus. Journal of Chemical Research, 2015. Vol. 39(9), 546-549]). M.w. 330.46.Mp 164-166 ° C (lit. mp 164-165 ° C [K. Yildirim, and A. Kuru. Biotransformation of some steroids by Aspergillus candidus. Journal of Chemical Research, 2015. Vol. 39 (9), 546 -549]). M.w. 330.46.
Масс-спектр высокого разрешения C21H30O3 (m/z): рассчитано для [М+Н]+ 331.2268, найдено 331.2264; рассчитано для [M+Na]+ 353.2087, найдено 353.2088.High-resolution mass spectrum C 21 H 30 O 3 (m / z): calculated for [M + H] + 331.2268, found 331.2264; calculated for [M + Na] + 353.2087, found 353.2088.
1Н-ЯМР (400 МГц, CDCl3): 5.73 (с, 1Н СН-4), 4.04 (ддд (псевдо-дт), 1H, 3J11, 9=10.3 Гц, 3J11, 12α 4.8 Гц, 3J11, 12β 4.6 Гц, СН-11), 2.66 (дт, 1H, 2J1β, 1α 13.7 Гц, 3J1β, 2 4.4 Гц, СН-1β), 2,55 (дд (псевдо-т), 1H, 3J17, 16α 8.7 Гц, 3J17, 16β 9.1 Гц, СН-17), 2.48-2.26 (м, 5Н, СН2-2 & СН2-6 & СН-12β), 2.22-2.10 (м, 1H, СН-16β), 2.13 (с, 3Н, СН3-21), 2.02 (тд, 1Н, 2J1a, 1b 13.7 Гц, 3J1α, 2 4.5 Гц, СН-1α), 1.87-1.81 (м, 1H, СН-7β), 1.78-1.64 (м, 3Н, СН-8 & СН-15α & СН-16α), 1.58-1.47 (2Н (т, 1Н, 3J12α, 12β 11.3 Гц, СН-12α), 1.31 (с, 3Н, СН3-19), 1.29-1.20 (м, 2Н, СН-12α & СН-14), 1.14 (т, 1Н, 3J9, 8 10.3 Гц, СН-9), 1.14-1.04 (2×ддд, 2Н, 3J7α, 7β 13.1 Гц, 3J7, 6 13.0 Гц, 3J7α, 8 3.8 Гц, СН2-7α), 0.69 (с, 3Н, СН3-18). 1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ): 5.73 (s, 1H CH-4), 4.04 (ddd (pseudo-dt), 1H, 3 J 11, 9 = 10.3 Hz, 3 J 11, 12α 4.8 Hz, 3 J 11, 12β 4.6 Hz, СН-11), 2.66 (dt, 1H, 2 J 1β, 1α 13.7 Hz, 3 J 1β, 2 4.4 Hz, СН-1β), 2.55 (dd (pseudo-t) , 1H, 3 J 17, 16α 8.7 Hz, 3 J 17, 16β 9.1 Hz, СН-17), 2.48-2.26 (m, 5Н, СН 2 -2 & СН 2 -6 & СН-12β), 2.22-2.10 (m, 1H, CH-16β), 2.13 (s, 3H, CH 3 -21), 2.02 (td, 1H, 2 J 1a, 1b 13.7 Hz, 3 J 1α, 2 4.5 Hz, CH-1α), 1.87 -1.81 (m, 1H, СН-7β), 1.78-1.64 (m, 3Н, СН-8 & СН-15α & СН-16α), 1.58-1.47 (2Н (t, 1Н, 3 J 12α, 12β 11.3 Hz , СН-12α), 1.31 (s, 3Н, СН 3 -19), 1.29-1.20 (m, 2Н, СН-12α & СН-14), 1.14 (t, 1Н, 3 J 9, 8 10.3 Hz, СН -9), 1.14-1.04 (2 × ddd, 2H, 3 J 7α, 7β 13.1 Hz, 3 J 7, 6 13.0 Hz, 3 J 7α, 8 3.8 Hz, CH 2 -7α), 0.69 (s, 3H, CH 3 -18).
11α-Ацетоксипрогестерон, полученный биотрансформацией прогестерона штаммом Aspergillus nidulans 031/ pDHG25-SgrDI (pyrG-).11α-Acetoxyprogesterone obtained by biotransformation of progesterone with Aspergillus nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ).
Т.пл. 172-174°С (лит. Т.пл. 176-177°С [D.H. Peterson, Н.С. Murray, S.H. Eppstein, L.M. Reineke, A. Weintraub, P.D. Meister, and H.M. Leigh. Microbiological Transformations of Steroids. I. Introduction of Oxygen at Carbon-11 of Progesterone. J. Am. Chem. Soc., 1952, Vol. 74 (23), 5933-5936]. M.w. 372.5;Mp 172-174 ° C (lit. mp. 176-177 ° C [DH Peterson, N. S. Murray, SH Eppstein, LM Reineke, A. Weintraub, PD Meister, and HM Leigh. Microbiological Transformations of Steroids. I . Introduction of Oxygen at Carbon-11 of Progesterone. J. Am. Chem. Soc., 1952, Vol. 74 (23), 5933-5936]. Mw 372.5;
Масс-спектр высокого разрешения C23H32O4 (m/z): рассчитано для [М+Н]+ 373.2373, найдено 373.2361; рассчитано для [M+Na]+ 395.2193, найдено 395.2183.High resolution mass spectrum C 23 H 32 O 4 (m / z): calculated for [M + H] + 373.2373, found 373.2361; calculated for [M + Na] + 395.2193, found 395.2183.
1Н-ЯМР (300 МГц, DMSO-d6): 5.67 (с, 1H СН-4), 5.14 (дт, 1Н, 3J11, 9=10.6 Гц, 3J11, 10 5.0 Гц, СН-11), 2,62 (дд (псевдо-т), 1Н, 3J17, 16α 8.9 Гц, 3J17, 16β 9.1 Гц, СН-17), 2.47-2.35 (м, 2Н, СН-2β & СН-6β), 2.29-2.12 (м, 3Н, СН-6α & СН-12β & СН-2α), 2.10-1.96 (м, 1Н, СН-16β), 2.05 (с, 3Н, СН3-21), 2.01 (с, 3Н, СН3-23), 1.91-1.78 (м, 3Н, СН2-1 & СН-7α), 1.72-1.60 (м, 3Н, СН-16α & СН-15α & СН-8), 1.50 (т, 1H, 3J12α, 12β 11.6 Гц, СН-12α), 1.44 (т, 1H, 3J9, 8 10.6 Гц, СН-9), 1.39-1.29 (ддд, 1Н, 3J14, 8 10.7 Гц, 3J14, 15β 6.4 Гц, 3J14, 15α 5.6 Гц, СН-14) 1.29 (уш.с, 4Н, СН3-19 & СН-15β), 1.17-1.00 (2×ддд, 2Н, 3J7α, 7β 12.6 Гц, 3J7, 6α ~ 3J7, 6β 12.2 Гц, 3J7α, 8 3.1 Гц, СН2-7), 0.64 (с, 3Н, CH3-18). 1 H-NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): 5.67 (s, 1H CH-4), 5.14 (dt, 1H, 3 J 11, 9 = 10.6 Hz, 3 J 11, 10 5.0 Hz, CH-11 ), 2.62 (dd (pseudo-t), 1H, 3 J 17, 16α 8.9 Hz, 3 J 17, 16β 9.1 Hz, СН-17), 2.47-2.35 (m, 2Н, СН-2β & СН- 6β), 2.29-2.12 (m, 3H, CH-6α & CH-12β & CH-2α), 2.10-1.96 (m, 1H, CH-16β), 2.05 (s, 3H, CH 3 -21), 2.01 (s, 3H, CH 3 -23), 1.91-1.78 (m, 3H, CH 2 -1 & CH-7α), 1.72-1.60 (m, 3H, CH-16α & CH-15α & CH-8), 1.50 (t, 1H, 3 J 12α, 12β 11.6 Hz, СН-12α), 1.44 (t, 1H, 3 J 9, 8 10.6 Hz, СН-9), 1.39-1.29 (ddd, 1H, 3 J 14, 8 10.7 Hz, 3 J 14, 15 β 6.4 Hz, 3 J 14, 15 α 5.6 Hz, CH-14) 1.29 (br.s, 4H, CH 3 -19 & CH-15β), 1.17-1.00 (2 × ddd, 2H, 3 J 7α, 7β 12.6 Hz, 3 J 7, 6α ~ 3 J 7, 6β 12.2 Hz, 3 J 7α, 8 3.1 Hz, CH 2 -7), 0.64 (s, 3H, CH 3 -18).
13С-ЯМР (300 МГц, DMSO-d6): 208.61 (с, СО-20), 199.40 (с, СО-3), 170.14 (с, С-5), 170.10 (с, СО-22) 124.48 (с, СН-4), 70.58 (с, СНОН-11), 62.30 (с, СН-17), 55.34 (с, СН-9), 54.39 (с, СН-14), 45.02 (с, СН2-12), 43.54 (с, С-13), 39.75 (с, С-10), 36.79 (с, СН2-1), 34.72 (с, СН-8) 34.19 (с, СН2-2), 33.03 (с, СН2-6), 31.67 (с, СН2-7), 31.37 (с, СН3-21) 30.92 (с, СН3-21), 24.16 (с, СН2-15), 22.96 (с, СН2-16), 22.02 (с, СН3-21), 18.20 (с, СН3-19), 14.24 (с, СН3-18). 13 C-NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): 208.61 (s, СО-20), 199.40 (s, СО-3), 170.14 (s, С-5), 170.10 (s, СО-22) 124.48 (s, СН-4), 70.58 (s, СНОН-11), 62.30 (s, СН-17), 55.34 (s, СН-9), 54.39 (s, СН-14), 45.02 (s, СН 2 -12), 43.54 (s, С-13), 39.75 (s, С-10), 36.79 (s, СН 2 -1), 34.72 (s, СН-8) 34.19 (s, СН 2 -2), 33.03 (s, CH 2 -6), 31.67 (s, CH 2 -7), 31.37 (s, CH 3 -21) 30.92 (s, CH 3 -21), 24.16 (s, CH 2 -15), 22.96 (s, CH 2 -16), 22.02 (s, CH 3 -21), 18.20 (s, CH 3 -19), 14.24 (s, CH 3 -18).
Спектры идентичны спектрам стандартного образца, а также спектрам образца, полученного методом биокаталитического ацетилирования штаммом A. nidulans 031/ pDHG25-SgrDI (pyrG-), и образца, полученного химическим методом ацетилирования 11α-гидроксипрогестеронаThe spectra are identical to the spectra of a standard sample, as well as the spectra of a sample obtained by biocatalytic acetylation by strain A. nidulans 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ), and a sample obtained by the chemical method of acetylation of 11α-hydroxyprogesterone
6β,11α-Дигидроксипрогестерон, полученный биотрансформацией прогестерона штаммом Aspergillus nidulans 031/pDHG25-SgrDI (pyrG-).6β, 11α-dihydroxyprogesterone obtained by biotransformation of progesterone with Aspergillus nidulans strain 031 / pDHG25-SgrDI (pyrG - ).
Т.пл. 242-244°C (лит. т.пл. 244-246°C [Z. Habibi, M. Yousefi, Sh. Ghanian, M. Mohammadi, S. Ghasemi. Biotransformation of progesterone by Absidia griseolla var. igachii and Rhizomucor pusillus. Steroids, 2012, Vol. 77, p. 1446-1449]. M.w. 346.46;Mp 242-244 ° C (lit. mp 244-246 ° C [Z. Habibi, M. Yousefi, Sh. Ghanian, M. Mohammadi, S. Ghasemi. Biotransformation of progesterone by Absidia griseolla var. Igachii and Rhizomucor pusillus Steroids, 2012, Vol. 77, p. 1446-1449]. Mw 346.46;
Масс-спектр высокого разрешения C23H32O4 (m/z): рассчитано для [М+Н]+ 373.2373, найдено 373.2361; рассчитано для [M+Na]+ 395.2193, найдено 395.2183.High resolution mass spectrum C 23 H 32 O 4 (m / z): calculated for [M + H] + 373.2373, found 373.2361; calculated for [M + Na] + 395.2193, found 395.2183.
1Н-ЯМР (300 МГц, DMSO-d6): 5.67 (с, 1Н СН-4), 5.14 (дт, 1H, 3J11, 9=10.6 Гц, 3J11, 10 5.0 Гц, СН-11), 2,62 (дд (псевдо-т), 1Н, 3J17, 16α 8.9 Гц, 3J17, 16β 9.1 Гц, СН-17), 2.47-2.35 (м, 2Н, СН-2β & СН-6β), 2.29-2.12 (м, 3Н, СН-6α & СН-12β & СН-2α), 2.10-1.96 (м, 1H, СН-16β), 2.05 (с, 3Н, СН3-21), 2.01 (с, 3Н, СН3-23), 1.91-1.78 (м, 3Н, СН2-1 & СН-7α), 1.72-1.60 (м, 3Н, СН-16α & СН-15α & СН-8), 1.50 (т, 1Н, 3J12α, 12β 11.6 Гц, СН-12α), 1.44 (т, 1Н, 3J9, 8 10.6 Гц, СН-9), 1.39-1.29 (ддд, 1Н, 3J14, 8 10.7 Гц, 3J14, 15β 6.4 Гц, 3J14, 15α 5.6 Гц, СН-14) 1.29 (уш.с, 4Н, СН3-19 & СН-15β), 1.17-1.00 (2×ддд, 2Н, 3J7α, 7β 12.6 Гц, 3J7, 6α ~ 3J7, 6β 12.2 Гц, 3J7α, 8 3.1 Гц, СН2-7), 0.64 (с, 3Н, СН3-18). 1 H-NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): 5.67 (s, 1H CH-4), 5.14 (dt, 1H, 3 J 11, 9 = 10.6 Hz, 3 J 11, 10 5.0 Hz, CH-11 ), 2.62 (dd (pseudo-t), 1H, 3 J 17, 16α 8.9 Hz, 3 J 17, 16β 9.1 Hz, СН-17), 2.47-2.35 (m, 2Н, СН-2β & СН- 6β), 2.29-2.12 (m, 3H, CH-6α & CH-12β & CH-2α), 2.10-1.96 (m, 1H, CH-16β), 2.05 (s, 3H, CH 3 -21), 2.01 (s, 3H, CH 3 -23), 1.91-1.78 (m, 3H, CH 2 -1 & CH-7α), 1.72-1.60 (m, 3H, CH-16α & CH-15α & CH-8), 1.50 (t, 1H, 3 J 12α, 12β 11.6 Hz, CH-12α), 1.44 (t, 1H, 3 J 9, 8 10.6 Hz, CH-9), 1.39-1.29 (ddd, 1H, 3 J 14, 8 10.7 Hz, 3 J 14, 15 β 6.4 Hz, 3 J 14, 15 α 5.6 Hz, CH-14) 1.29 (br.s, 4H, CH 3 -19 & CH-15β), 1.17-1.00 (2 × ddd, 2H, 3 J 7α, 7β 12.6 Hz, 3 J 7, 6α ~ 3 J 7, 6β 12.2 Hz, 3 J 7α, 8 3.1 Hz, CH 2 -7), 0.64 (s, 3H, CH 3 -18).
13С-ЯМР (300 МГц, DMSO-d6): 208.61 (с, СО-20), 199.40 (с, СО-3), 170.14 (с, С-5), 170.10 (с, СО-22) 124.48 (с, СН-4), 70.58 (с, СНОН-11), 62.30 (с, СН-17), 55.34 (с, СН-9), 54.39 (с, СН-14), 45.02 (с, СН2-12), 43.54 (с, С-13), 39.75 (с, С-10), 36.79 (с, СН2-1), 34.72 (с, СН-8) 34.19 (с, СН2-2), 33.03 (с, СН2-6), 31.67 (с, СН2-7), 31.37 (с, СН3-21) 30.92 (с, СН3-21), 24.16 (с, СН2-15), 22.96 (с, СН2-16), 22.02 (с, СН3-21), 18.20 (с, СН3-19), 14.24 (с, СН3-18). 13 C-NMR (300 MHz, DMSO-d 6 ): 208.61 (s, СО-20), 199.40 (s, СО-3), 170.14 (s, С-5), 170.10 (s, СО-22) 124.48 (s, СН-4), 70.58 (s, СНОН-11), 62.30 (s, СН-17), 55.34 (s, СН-9), 54.39 (s, СН-14), 45.02 (s, СН 2 -12), 43.54 (s, С-13), 39.75 (s, С-10), 36.79 (s, СН 2 -1), 34.72 (s, СН-8) 34.19 (s, СН 2 -2), 33.03 (s, CH 2 -6), 31.67 (s, CH 2 -7), 31.37 (s, CH 3 -21) 30.92 (s, CH 3 -21), 24.16 (s, CH 2 -15), 22.96 (s, CH 2 -16), 22.02 (s, CH 3 -21), 18.20 (s, CH 3 -19), 14.24 (s, CH 3 -18).
Таким образом, общая селективность 11α-гидроксилирования достигает 96% и более, а содержание 11α-ацетоксипрогестерона в смеси продуктов превышает 31%. Указанная способность заявляемого рекомбинантного штамма подтверждена не только с помощью физико-химических методов анализа структуры органических соединений (масс-спектрометрия высокого разрешения, ЯМР-спектроскопия 1Н, 13С и 2D ЯМР), но и встречным химическим синтезом.Thus, the total selectivity of 11α-hydroxylation reaches 96% or more, and the content of 11α-acetoxyprogesterone in the product mixture exceeds 31%. The indicated ability of the inventive recombinant strain is confirmed not only by physicochemical methods for analyzing the structure of organic compounds (high resolution mass spectrometry, 1 H, 13 C NMR and 2D NMR spectroscopy), but also by counter chemical synthesis.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140038A RU2677332C1 (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Recombinant strain of filamentous fungus aspergillus nidulans and its use for progesterone 11α-hydroxylation and for acetylation of 11α-hydroxyprogesterone |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140038A RU2677332C1 (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Recombinant strain of filamentous fungus aspergillus nidulans and its use for progesterone 11α-hydroxylation and for acetylation of 11α-hydroxyprogesterone |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677332C1 true RU2677332C1 (en) | 2019-01-16 |
Family
ID=65025423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017140038A RU2677332C1 (en) | 2017-11-17 | 2017-11-17 | Recombinant strain of filamentous fungus aspergillus nidulans and its use for progesterone 11α-hydroxylation and for acetylation of 11α-hydroxyprogesterone |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677332C1 (en) |
-
2017
- 2017-11-17 RU RU2017140038A patent/RU2677332C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Christensen U. et al. Unique regulatory mechanism for D-galactose utilization in Aspergillus nidulans. Applied and environmental microbiology, 2011. Савинова О.С. и др. Получение штаммов Aspergillus nidulans - продуцентов гетерологичной лакказы с повышенной активностью. Микробные биотехнологии: фундаментальные и прикладные аспекты. Тезисы докладов X Международной научной конференции, Минск, 5-9 июня 2017 г. Gems D. et al. An autonomously replicating plasmid transforms Aspergillus nidulans at high frequency. Gene, 1991. Игнатьева С.М. и др. Биологические особенности некоторых избранных Aspergillus spp. Проблемы медицинской микологии, 2009. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4435327A (en) | 3β,7β,15α-Trihydroxy-5-androsten-17-one, its 3,15-dipivalate, and their preparation | |
| EP3620528B1 (en) | Use of a mutant lacking the acyl-coenzyme a thiolase gene | |
| Bartmańska et al. | Steroids’ transformations in Penicillium notatum culture | |
| WO2010079594A1 (en) | Sterol side chain-cleaving enzyme protein and use thereof | |
| JP2017537656A5 (en) | ||
| US20040137555A1 (en) | Microorganism having ability to convert sterol into androst-4-ene-3,17-dione/androsta-1,4-diene-3,17-dione and preparation method and use thereof | |
| GB2123833A (en) | Steroid 1,2-dehydrogenation using dried microbial cells | |
| Lacroix et al. | Microbial models of drug metabolism: microbial transformations of trimegestone®(RU27987), a 3-Keto-Δ4, 9 (10)-19-norsteroid drug | |
| RU2677332C1 (en) | Recombinant strain of filamentous fungus aspergillus nidulans and its use for progesterone 11α-hydroxylation and for acetylation of 11α-hydroxyprogesterone | |
| Huszcza et al. | Transformations of testosterone and related steroids in Absidia glauca culture | |
| HU194318B (en) | Process for the delta 1-dehydrogenation of steroids in the presence of materials relieving from toxic kinds of oxygen | |
| US7002028B2 (en) | 5-androsten-3β-ol steroid intermediates and processes for their preparation | |
| Lee et al. | Sequential 11α‐hydroxylation and 1‐dehydrogenation of 16α‐hydroxycortexolone | |
| RU2692932C2 (en) | BIOCATALYST FOR PRODUCING 11α-ACETOXYPROGESTERONE | |
| NO139524B (en) | ANALOGICAL PROCEDURE FOR PREPARING NEW D-HOMOSTEROIDS | |
| Dovbnya et al. | Microbial side-chain degradation of ergosterol and its 3-substituted derivatives: a new route for obtaining of deltanoids | |
| JP2010531660A (en) | Method for synthesizing 9α-hydroxy-steroids | |
| GB1576129A (en) | Process for the manufacture of -androsten-17-one derivatives and their use | |
| IE46766B1 (en) | Hydroxylated 1a,2a-methylene-steroids | |
| Madyastha et al. | Transformation of 16-dehydroprogesterone and 17α-hydroxyprogesterone by Mucor piriformis | |
| IE46010B1 (en) | New corticoids | |
| EP1399463A1 (en) | PROCESS TO PREPARE 11$g(b),17$g(a),21-TRIHYDROXY-6$g(a)-METHYLPREGNA-1,4-DIENE-3,20-DIONE 21-ACETATE | |
| US20040265948A1 (en) | Microbial method for hydrolysis and oxidation of androst-5-ene and pregn-5-ene steroid esters | |
| AU780186B2 (en) | Method for preparing steroids modified by yeast fermentation | |
| FI57600B (en) | REFERENCE TO A FRAME PROTECTION AGENT ANTI-INFLAMMATOR D-HOMOSTEROIDER |