药用微生物学综述doc.docx

药用微生物学综述doc.docx

《药用微生物学综述doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《药用微生物学综述doc.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

药用微生物学综述doc

微生物生物转化在药物合成中的应用

摘要：

微生物在药物的合成开发中具有十分重要的作用，除了其次级代谢产物成为疾病的药物来源外，微生物的酶在药物合成中的应用也越来越多，微生物的酶生物转化具有反应温和、立体选择性强和效率高的优点，已成功地应用于甾体药物和手性药物的合成中，在某些中药的开发中也有广阔的前景。

微生物对药物合成的贡献越来越大，仍然具有更深的潜力。

关键词：

微生物；生物转化；甾体；手性药物

TheApplicationsofMicrobialBiotransformationinPharmaceuticalSynthesis

Abstract：

Microorganismsplayaveryimportantroleinthedevelopmentofsyntheticdrugs.Inadditiontotheirsecondarymetabolitesasanewmedicinesource,theapplicationofmicrobialenzymesindrugsynthesisisalsoincreasing.Themicrobialtransformationhasbeensuccessfullyappliedtothesynthesisofthesteroiddrugsandchiraldrugs,andhasbroadprospectsinthedevelopmentofTraditionalChineseMedicinesbecauseoftheadvantagesofmildreaction,stereoselectivityandhighefficiency.Microorganismsmakeabiggerandbiggercontributiontodrugsynthesis,andstillhaveagreaterpotential.

KeyWords:

Microorganism;Transformation;Steroid;Chiraldrugs

微生物生物转化是指利用生物体系，如细胞和酶等作为催化剂，实施有机合成目的的合成方法，具有传统化学合成不可比拟的优点，如选择性好、催化效率高、反应条件温和、环境友好等。

微生物转化提供了许多常规化学方法不能或不易完成的合成方法[1]。

现代生物转化研究一般认为始于巴斯德时代，但工业化生物转化最重要的里程碑应该是二十世纪50年代利用微生物对甾体化合物的结构改造。

此后，一些重要生物技术的发展导致了有些传统的化学反应工艺被由生物催化剂催化的生物转化反应所代替，目前微生物生物转化已在复杂分子药物（典型如甾体药物）的合成或半合成、手性药物拆分或不对称合成以及中药现代化合成等方面有了较为成功的巨大发展，大大简化了生产路线，降低了成本。

微生物转化与复杂分子药物合成

分子结构较为复杂的药物，如甾体药物等，依靠传统的化学工艺进行合成，不仅合成路线复杂，一些特殊位点上的反应也难以进行，如甾体C11位羟化反应，化学法很难进行，而采取微生物转化法则比较容易。

1.1甾体药物的微生物合成

甾体药物的微生物合成是微生物转化法在医药合成领域的一大重要成功典范，促进了甾体合成药物的发展。

目前对甾体激素类药物的合成比较重要的反应有氧化反应（主要为甾体骨架上的羟基化反应）、还原反应和水解反应。

实验室主要研究2个甾体药物的羟化反应：

去氢表雄酮的C7和C15位羟基化和坎利酮的C15和C11位羟基化反应[1]。

表1为常见催化甾体

羟基化的微生物。

1.1.1去氢表雄酮的双羟化反应

Peart[2]等人利用尖孢镰孢变种病菌UAMH9013对去氢表雄酮等11个底物进行培养，通过雄甾烷-​3，17-二酮​​、雄甾烷-4,6-二烯-3,17-二酮和3α,​5α-​cycloandrost-​6-​en-​17-​one对结果进行探讨，证明了可能存在的C7和C15羟化酶。

Hu,Haifeng[3]等人通过利用炭疽菌（Colletotrichumlini（AS3.4486））对去氢表雄酮底物进行生物转化，合成了7α,15α-二羟基雄烯醇酮。

实验结果表明，该方法的产率约为90%，去氢表雄酮的转化率可达到75%。

1.1.2坎利酮的生物转化

通过对坎利酮进行结构修饰可得到临床治疗心血管疾病的药物Eplerenone，其中的C11羟化反应可经过微生物转化来完成。

为了获得其新的结构衍生物，人们通过赭曲霉菌（Aspergillusochraceus）羟化酶转化系统对坎利酮进行转化研究，发现了不同的酶系转化形成多个转化产物，包括15-羟基坎利酮、11-羟基坎利酮和11-羟基-6,7-二氢坎利酮等化合物[4]。

Bie,Songtao[5]等人利用赭曲霉菌（Aspergillusochraceus）对底物坎利酮进行生物转化培养，使得坎利酮转化为关键中间体11α-羟基坎利酮，最终获得了很高的转化率。

1.1.3甾醇侧链的降解[6]

微生物选择性降解植物甾醇侧链获取甾体药物合成的重要中间体雄-4-烯-3,17-二酮（4-AD）和雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮（ADD）对于我国制药行业具有重要意义。

对4-AD和ADD的活性部位进行结构改造,可以合成出多种甾体药物。

微生物对甾醇作用产生4-AD和ADD主要包括侧链的降解,C-3位羟基氧化成酮基以及C-5,6位双键的氢化。

其中,起决定作用的是侧链的降解。

甾醇侧链的降解开始于C-27位的羟化,然后经过氧化,最终截断于C-17位。

选择性控制微生物降解侧链的途径主要有以下两种:

加入酶抑制剂以及利用诱变技术。

诺卡氏菌、分枝杆菌、节杆菌和假单胞杆菌等微生物都能将甾醇类化合物作为碳源利用,而使甾醇降解。

其中分枝杆菌应用最为广泛。

1.2其余复杂药物的合成

除甾体药物外，一些分子结构较为复杂，难以通过化学法全合成的中药，如青蒿素，也可通过微生物转化来合成。

青蒿素是我国从中药中自主开发的抗疟药物，许多科研工作者都试图通过结构改造，以提高青蒿素的资源利用率。

迄今已制备了数百个青蒿素的衍生物，并筛选出双氢青蒿素、蒿甲醚、蒿乙醚、青蒿虎酯及青蒿酯钠等几个高效抗疟衍生物，但是由于青蒿素的有效活性基团过氧桥的不稳定性，使得对青蒿素结构改造无法在酮基以外的部位进行，目前可用的化学改造方法都停留在对酮基的还原及对羟基的取代反应上。

[1]Chris[7]等人依次利用改造筛选过的高产大肠杆菌（Escherichiacoli，25g/L）和酵母（Saccharomycescerevisiae，40g/L）发酵来半合成青蒿素，通过大肠杆菌合成中间体紫穗槐二烯，然后转移到酵母中发酵，最后进行简单地化学修饰，得到抗疟疾药青蒿素。

下图为主要合成流程。

C.J.Paddon[8]等人利用基因修饰的酵母菌进行发酵生产青蒿素，得到高水平产率的产物，为青蒿素的工业化扩大生产提供了新的途径。

微生物转化与手性药物合成

在自然状态下,手性药物的两种形态虽然化学组成一样,但它们各自的毒性、生理活性和药理作用往往存在着差别。

合成手性药物的生物转化反应大致可分为两类：

一类是把外消旋体拆分为两个光活性的对映体；另一类是从外消旋或前手性的前体出发，通过催化反应得到不对称的光活性产物[9]。

通过微生物酶催化不对称合成反应或拆分外消旋体合成医药手性中间体具有独特的优势。

常用的微生物酶主要为脂肪酶，典型的包括细菌脂肪酶，如来自绿脓杆菌（P.aeruginosa）、荧光假单胞杆菌（P.fluorescens）、假单胞菌（Pseudomonas）、洋葱伯克氏菌（B.cepacia）、染色粘性菌（C.viscosum）、枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）等以及来自真菌的南极假丝酵母（C.antarcticaB）和皱褶假丝酵母（C.rugosa）的脂肪酶，在这方面已有大量的报道[10]。

2.1手性药物的外消旋体拆分

通过微生物酶选择性拆分（Enantioselectiveresolution）外消旋体得到手性药物，就是利用生物酶或含有活性酶的微生物菌体作为生物催化剂，将其中一个对映体进行选择性转化，达到外消旋体拆分的目的。

微生物酶选择性拆分反应具有高度的立体专一性，副反应小，产率高，产品分离提纯简单，产物光学纯度很高，而且反应过程大多在温和的条件下进行，可以弥补化学拆分法拆分消旋体的许多不足[11]。

Yousefi[12]等人利用固定在辛基琼脂糖凝胶上的皱褶念珠菌脂肪酶（CRL）和米根霉脂肪酶（ROL）对水解后外消旋的布洛芬酯进行手性拆分，可明显地分离出S-（+）-布洛芬（ee值≥95%），也证明了微生物酶手性拆分的可行性。

酶法拆分外消旋体在实验室制备和工业生产中都已取得长足的进步，但是仍然有其局限性。

比如菌种筛选困难、酶制剂不易保存、产物后处理工作量大，以及通常只能得到一种对映体等缺点。

尽管如此，利用微生物进行手性药物的合成及对映体的拆分仍是当前研究热点[13]。

2.2手性药物的不对称催化合成

微生物酶催化不对称合成（Asymmetricsynthesis）是指一个有机反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元。

应用生物催化转化技术进行不对称合成与化学合成法相比较具有的优越性[9]有：

转化底物某一基团的专一性强，即对不需要转化的基团无需保护；通过对用于某一转化的微生物进行菌种选育和转化条件的优化，可以得到极高的转化率；生物催化转化的反应条件温和对环境的污染很小。

赵秋堂[14]比较了5种不同的R-沙美特罗的合成方法，其中以深红酵母（Rhodotorularubra）为催化剂不对称合成R-构型的环氧化合物，进一步得到目标分子。

它利用了酶促反应的高立体选择性、区域选择性和化学选择性将化学合成的外消旋体、前体或潜手性化合物转化为单一光学活性产物。

但该法对化学和热不稳定、与有机溶剂不相溶等因素造成其难以推广使用。

其合成路线如下：

近年来人们越来越多地筛选得到可降解有机卤化物的微生物，并从中分离得到卤醇脱卤酶，经研究发现卤醇脱卤酶不但可以催化碳－卤键的断裂进行脱卤反应，而且可以高选择性地催化接受除卤离子外的一系列非自然亲核试剂，如N3－、NO2－、CN－等所介导的环氧化物开环反应，用以生成一系列光学纯的β-取代醇。

因此，卤醇脱卤酶在手性药物合成方面的应用备受瞩目[15]。

微生物是我们重要的医药资源之一，目前微生物已在医药合成领域取得了不错的成就，在一些复杂药物或手性药物的合成上具有巨大的优势与特点，可以大大地简化生产流程，降低生产成本，但是，微生物转化在医药合成中也存在副产物分离复杂、对某些反应条件不适应等问题。

然而，随着现代科学技术的进一步发展，我们对微生物的进一步认识，必定会促进药物研究的快速发展。

References:

[1].胡海峰与朱宝泉,微生物在药物开发中的应用.中国天然药物,2006（03）:

第168-171页.

[2].Peart,P.C.,etal.,HydroxylationofsteroidsbyFusariumoxysporum,ExophialajeanselmeiandCeratocystisparadoxa.Steroids,2011.76（12）:

p.1317-1330.

[3].Hu,H.,R.TaoandQ.Zhang,Productionof7α,15α-dihydroxyandrostenolonebyColletotrichumliniandsolventextraction..2008,ShanghaiInstituteofPharmaceuticalIndustry,Peop.Rep.China.p.10pp.

[4].胡海峰,李晓敦与朱宝泉,微生物甾体羟化技术及其应用.国外医药（抗生素分册）,2006（02）:

第76-78+95页.

[5].Bie,S.,J.WangandF.Lu,High-efficiencypreparationof11α-hydroxycanrenonefromcanrenonewithAspergillusochraceus..2013,TianjinUniversityofScience&Technology,Peop.Rep.China.p.5pp.

[6].张裕卿与王东青,植物甾醇微生物转化制备甾体药物中间体的研究进展.微生物学通报,2006（02）:

第142-146页.

[7].Paddon,C.J.andJ.D.Keasling,Semi-syntheticartemisinin:

amodelfortheuseofsyntheticbiologyinpharmaceuticaldevelopment.2014.12（5）:

p.355-367.

[8].Paddon,C.J.,etal.,High-levelsemi-syntheticproductionofthepotentantimalarialartemisinin.2013.496（7446）:

p.528-532.

[9].王劝绪,浅谈微生物催化在药物合成中的应用及其发展前景.科技创新与应用,2012（12）:

第31页.

[10].兰立新与肖怀秋,微生物脂肪酶应用研究进展.安徽农业科学,2010（14）:

第7547-7548+7561页.

[11].马小魁,微生物酶转化合成手性药物的研究进展.微生物学杂志,2006（05）:

第71-74页.

[12].Yousefi,M.,M.MohammadiandZ.Habibi,Enantioselectiveresolutionofracemicibuprofenestersusingdifferentlipasesimmobilizedonoctylsepharose.JournalofMolecularCatalysisB:

Enzymatic,2014.104:

p.87-94.

[13].李阳,罗素琴与刘乐乐,手性药物的合成与拆分的研究进展.内蒙古医科大学学报,2014（01）:

第74-78页.

[14].赵秋堂,R-沙美特罗的合成方法.广州化学,2012（02）:

第64-68页.

[15].郑楷与汤丽霞,一种新型微生物卤醇脱卤酶的研究进展.生物技术通讯,2010（01）:

第121-125页.

赠送以下资料

考试知识点技巧大全

一、考试中途应饮葡萄糖水

大脑是记忆的场所，脑中有数亿个神经细胞在不停地进行着繁重的活动,大脑细胞活动需要大量能量。

科学研究证实,虽然大脑的重量只占人体重量的2%-3%,但大脑消耗的能量却占食物所产生的总能量的20%,它的能量来源靠葡萄糖氧化过程产生。

据医学文献记载,一个健康的青少年学生30分钟用脑,血糖浓度在120毫克/100毫升,大脑反应快,记忆力强；90分钟用脑，血糖浓度降至80毫克/100毫升，大脑功能尚正常；连续120分钟用脑，血糖浓度降至60毫克/100毫升，大脑反应迟钝，思维能力较差。

我们中考、高考每一科考试时间都在2小时或2小时以上且用脑强度大，这样可引起低血糖并造成大脑疲劳，从而影响大脑的正常发挥，对考试成绩产生重大影响。

因此建议考生，在用脑60分钟时，开始补饮25%浓度的葡萄糖水100毫升左右，为一个高效果的考试加油。

二、考场记忆“短路”怎么办呢？

对于考生来说，掌握有效的应试技巧比再做题突击更为有效。

1.草稿纸也要逐题顺序写草稿要整洁，草稿纸使用要便于检查。

不要在一大张纸上乱写乱画，东写一些，西写一些。

打草稿也要像解题一样，一题一题顺着序号往下写。

最好在草稿纸题号前注上符号，以确定检查侧重点。

为了便于做完试卷后的复查，草稿纸一般可以折成4-8块的小方格，标注题号以便核查，保留清晰的分析和计算过程。

2.答题要按先易后难顺序不要考虑考试难度与结果，可以先用5分钟熟悉试卷，合理安排考试进度，先易后难，先熟后生，排除干扰。

考试中很可能遇到一些没有见过或复习过的难题，不要蒙了。

一般中考试卷的题型难度分布基本上是从易到难排列的，或者交替排列。

3.遇到容易试题不能浮躁遇到容易题，审题要细致。

圈点关键字词，边审题边画草图，明确解题思路。

有些考生一旦遇到容易的题目，便觉得心应手、兴奋异常，往往情绪激动，甚至得意忘形。

要避免急于求成、粗枝大叶，防止受熟题答案与解题过程的定式思维影响，避免漏题，错题，丢掉不该丢的分。

4.答题不要犹豫不决选择题做出选择时要慎重，要关注题干中的否定用词，对比筛选四个选项的差异和联系，特别注意保留计算型选择题的解答过程。

当试题出现几种疑惑不决的答案时，考生一定要有主见，有自信心，即使不能确定答案，也不能长时间犹豫，浪费时间，最终也应把认为正确程度最高的答案写到试卷上，不要在答案处留白或开天窗。

5.试卷检查要细心有序应答要准确。

一般答题时，语言表达要尽量简明扼要，填涂答题纸绝不能错位。

答完试题，如果时间允许，一般都要进行试卷答题的复查。

复查要谨慎，可以利用逆向思维，反向推理论证，联系生活实际，评估结果的合理性，选择特殊取值，多次归纳总结。

另外，对不同题型可采用不同的检查方法。

选择题可采用例证法，举出一两例来能分别证明其他选项不对便可安心。

对填空题，则一要检查审题;二要检查思路是否完整;三要检查数据代入是否正确;四要检查计算过程;五要看答案是否合题意;六要检查步骤是否齐全，符号是否规范。

还要复查一些客观题的答案有无遗漏，答案错位填涂，并复核你心存疑虑的项目。

若没有充分的理由，一般不要改变你依据第一感觉做出的选择。

6、万一记忆短路可慢呼吸考试中，有些考生因为怯场，导致无法集中精神，甚至大脑忽然一片空白，发生记忆堵塞。

此时不要紧张，不妨尝试如下方式：

首先是稳定心态，保持镇静，并注意调节自己的呼吸率。

先慢吸气，当对自己说放松时缓慢呼气，再考虑你正在努力回忆的问题，如果你仍不能回想起来，就暂时搁下这道题，开始选做其他会的试题，过段时间再回过头来做这道题。

第二，积极联想。

你不妨回忆老师在讲课时的情景或自己的复习笔记，并努力回忆与发生记忆堵塞问题有关的论据和概念，把回忆起的内容迅速记下来，然后，看能否从中挑出一些有用的材料或线索。

第三，进行一分钟自我暗示。

即根据自己的实际，选择能激励自己，使自己能心情平静和增强信心的话，在心中默念3至5遍。

比如：

我已平静下来，我能够考好、我有信心，一定能考出理想的成绩等等。

第四，分析内容，查找相关要点。

借助试卷上其它试题，也许会给考生提供某些线索。

因此不要轻易放弃，查看试题中的相关要点，看看是否能给考生提供线索或启发。