Development of a new production process for a last resort antibiotic

Prosjektet har vært et samarbeid mellom Xellia Pharmaceuticals AS, og SINTEF med Leiden Universitet som underleverandør. Målet har vært å etablere en produksjonsprosess for et antibiotikum med mange forbedrede egenskaper som bl.a engangsdosering, høyere antimikobiell aktivitet og aktivitet mot enkelte grupper av antibiotikaresistente bakterier (MRSA). Dette antibiotikaet lages av en jordbakterie som produserer det aktive stoffet i svært lave mengder. For å få en økonomisk lønnsom industriell prosess er det avgjørende å utvikle mutanter av bakterien som har kraftig forbedret evne til å produsere det aktive stoffet. I tillegg må det utvikles en fermenteringsprosess, en prosess for kjemisk syntese, som endrer det naturlig antibiotikummet til det ferdig produkt og en renseprosess. Det er i løpet av prosjektet etablert effektive metoder for isolering av mutanter , bl.a. protokoller for å introdusere mutasjoner i cellens DNA, protokoller for isolering av enkeltceller, miniatyriserte fermenteringsbetingelser og hurtige analyser som muliggjør analyse av et høyt antall mutanter på kort tid. Dette har muliggjort isolering av mutanter med betydelig økt antibiotikaproduksjon som kan benyttes i en industriell prosess. De forbedrede mutantene er genomsekvensert og gensekvensene er sammenlignet med moderstammen for å identifisere mulige mutasjoner som bidrar til økt antibiotikaproduksjon. Det er observeret ca 50-100 mutasjoner i hver mutant per generasjon, hvorav noen av de forbedrede mutantene har mutasjoner i regulatorgene til de antibiotka kodene gene, mens andre overprodusende stammer ikke har slike mutasjoner og endringene for produksjonsøkningen har vært vanskelig å identifisere. Ved Leiden Universitet er det etablert molekylærgenetiske metoder for setespesifikke mutasjon ved hjelp av CRISPR-cas9 technologi. Disse metodene er blitt benyttet for å introdusere spesifikke mutasjoner som er identifisert å være årsaken til økt produksjon. Det har lykkes å lage mutanter av vill-type stammen med betydelig økt produksjon med denne teknologien samt å viderutvikle metodikken og gjøre den mer effektiv, noe som har vært krevende. I siste del av prosjektet ble mye tid benyttet til forbedre fermenteringsprosessen for å redusere dannelsen av enkelte urenheter som ikke lot seg fjerne med renseprosessen. En fermenteringsprosess basert på de forbedrede stammene samt de utvikllede prosessene for kjemisk syntese og rens er oppskalert til pilot og produksjonsskala. Det er demonstrert produksjon av ferdig produkt i fullskala innenfor de gitte spesifikasjoner. Videre arbeid vil være å utføre nødvendige valideringsbatcher, utvikle det ferdig formulerte produkt samt kommersilalisering av produktet.

- New production process for Dalbavancin, developed with basis in the N. gerenzanensis wild type strain to secure freedom to operate for Xellia Pharmaceuticals AS. - Improved generic product portfolio for Xellia after product launch to market in 2025, important both for the company and for a secured supply of important MDR antibiotics to large patient groups globally. - Proof of concept for a novel strategy for strain development based on genome sequencing, bioinformatics, and genetic engineering using developed CRISPR-Cas9 technology for Actinobacteria. - A list of mutations correlated to improved productivity in the wild-type strain. - Increased competence in pharmaceutical industrial strain and process development in Norway.

The project is a collaboration between Xellia Pharmaceuticals and SINTEF with Leiden University as sub-contractor. The aim is to develop a new manufacturing process for a last resort antibiotic with several advantages compared to related products such as beneficial pharmacokinetics, higher antimicrobial activity and activity against antibiotic resistant bacteria (MRSA). Xellia has the ambition to be the first company to enter the generic market when patents have expired. This requires development our own proprietary production process; i.e. the production strain, fermentation and purification processes, chemical modification as well as finished dosage formulations compliant with regulatory authorities such as FDA and EMA. Launch of the generic antibiotic will make the product available for larger patient groups world-wide at significantly reduced costs. A new approach for rapid strain and process development will be pursued. Xellias API R&D capabilities have been located in Oslo for more than 50 years, and the site employs 32 scientists/engineers, specialized in classical strain development, fermentation, synthesis and purification technologies. Xellia is a trusted provider of life-saving anti-infective treatments and are supplying antibiotics and finished dose formulations to more than 500 pharmaceutical companies in 70 countries. Xellia has state of the art production facilities with global regulatory approval. SINTEF Industry, department of Biotechnology and Nanomedicine located in Trondheim has the knowledge, experience and infrastructure for DNA sequencing, advanced mass spectrometry analysis, process and cultivation studies, as well as high throughput screening. The SINTEF group is currently leading/partner in several international projects focusing on biopharmaceuticals and drug development. Leiden University, The group of Professor Gilles van Wezel, are world leading experts on genetic engineering of Streptomyces and rare actinobacteria.