微生物与制药综述.docx

微生物与制药综述.docx

《微生物与制药综述.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微生物与制药综述.docx（5页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

微生物与制药综述

微生物制药研究进展

姓名：

李青嵘

班级：

生工102

学号：

1014200044

摘要

本文通过对历史文献检索，从微生物生产维生素，微生物生产多价不饱和脂肪酸，微生物生产抗生素，微生物生产抗癌物质，微生物生产医用酶制剂等五个方面综述了微生物制药研究进展。

关键词：

微生物，制药，发酵工程

1.前言

随着生物技术迅猛发展，在医药领域许多方面取得了巨大进展.，其中采用微生物制药，具有生产工艺简单，生产成本低廉，产品产量高，产品纯度高，可大规模工业化生产等优势，同样得到了巨大发展。

从传统工艺，如利用发酵工程生产抗生素、酶制剂以及B-胡萝卜素等；到现今利用转基因技术生产干扰素、胰岛素、生长因子等几十种新药和疫苗。

本文着重综述了微生物发酵工程在医药研究和生产中应用最近进展，主要包括生产维生素、多价不饱和脂肪酸、抗生素、抗癌物质医用酶制剂等五个方面。

2.研究内容

2.1.微生物生产维生素

维生素是六大生命要素之一,为整个生命活动所必需。

β-胡萝卜素、VC、VE是目前应用最为广泛，效果最为显著三种维生素，它们作用分别是：

β-胡萝卜素是强力抗氧化剂,有抑制癌细胞增殖和提高机体免疫力等作用。

VC和VE均是抗氧化剂,前者可阻止、破坏自由基形成，还具有激活免疫系统细胞活力，刺激机体产生干扰素以抵御外来侵染因子。

至于VE可产生抗体，增强机体免疫力。

目前，上述“三素”以实现了微生物工业化生产。

目前，β-胡萝卜素主要是由三孢布拉霉菌生产，在1998年，陈涛等[1]已经针对三孢布拉霉菌特点，优化发酵工艺，在3M3发酵罐中发酵120h，生产β-胡萝卜素产量已达到1146.5mg/L。

虽然，传统工艺生产β-胡萝卜素产量高，生产周期比较短，但是传统工艺复杂，成本过高，不利于大规模工业化生产。

故,目前许多课题组专注于开发新生产β-胡萝卜素菌种或改进传统工艺。

据近年所发表期刊文献，目前，采用红酵母发酵生产β-胡萝卜素是一种工艺简单，成本低廉方法，虽然在产量方面较传统方法低很多，但是该方法仍具有很大发展潜力。

何海燕等[2]采用粘红酵母R3-35摇瓶发酵84h，生产β-胡萝卜素到达12.21mg/L。

胡萍等[3]采用酵红酵母Yh3发酵生产β-胡萝卜素，其生物量及色素产量最大值分别为9.89mg/L和10.38mg/L。

目前，工业生产VC采用二次发酵法，此法是在70年代初研究出来，属于我国首创，其先进性得到国际公认。

该法[4]以D-山梨醇为底物，用生黑醋杆菌发酵生产L-山梨糖，再采用假单胞菌发酵生产2-酮-L-古洛糖酸，最后通过化学转化生成维生素C，可达到产量130.92g/L。

此后，国内外纷纷展开从D-葡萄糖串联发酵生产2-酮-L-古洛糖酸新研究。

伊光琳等[5]采用欧文氏菌和棒状杆菌从D-葡萄糖经中间体2，5-二酮-D-葡萄糖串联发酵生成2-酮-L-古洛糖酸获得成功，可达到产量106.3g/L。

Anderson等[6]应用DNA重组技术使棒状杆菌2，5-二酮-D-葡萄糖酸还原酶基因在欧文氏菌中表达，构建基因工程菌直接一部转化D-葡萄糖为2-酮-L-古洛糖酸。

目前，维生素E主要是通过天然植物提取或精炼植物油生产，该工艺已经成熟，维生素E产量也是众多维生素中发展最快，1997年，世界天然维生素E产量约为3500t，2000年约为5300t[7]。

由于高等植物作为维生素E总含量低，高活性形式α-生育酚比例也低，近年来，许多科学家把目光投向微生物生产生育酚。

微生物是天然生育酚很好来源，然而只有微藻等光合藻类能合成生育酚。

在目前检测56属285个微藻品种中，裸藻中生育酚含量最高，达1.12~7.35mg/L以干重计，仅一生育酚可达生育酚总量97%以上[8]，且裸藻无细胞壁，因此生育酚提取相对容易；FujitaT[9]等用光能异养方法培养裸藻，6d内细胞浓度可达19．7g/L，生育酚含量可达1.19mg/L。

2.2.微生物生产多价不饱和脂肪酸

20碳5烯酸（EPA）和2碳6烯酸（DHA）均是多价不饱和脂肪酸，多存在于海鱼中，特别是海洋冷水鱼中含量更丰富，此类多烯脂肪酸是人类很有价值医药。

保健产品，有“智能食品”之称。

目前，国内外对其开发十分活跃，不仅源于海鱼，而且通过某些微生物进行生产。

利用海洋微藻生产多不饱和脂防酸研究始于80年代初期，并且多以自养微藻生产DHA和EPA为主，其中三角褐紫藻（P.tricornutum）、紫球藻（Porphyridiumcruentum）、盐生微小绿藻（Nannochloropisissalina）、球等鞭金藻（Isochrysisgalbana）、硅藻（Diatom）等当时被认为最有町能

实现微藻产业化美国、日本、以色列等曾率先采用户外开放大池培养这些自养微藻用以生产PUFA．其结果并不尽人意。

开放大池培养微藻其扳低产量和难以对一些高纯度、高价值产品进行纯种培养缺陷，使其住推广微藻大规模培养上受到诸多目素限制。

首先．能适应于大池培养微藻种必须是在极端环境下能快速生长藻种．然而能满足这些条件藻种目前并不是太多，其次，培养过程受光照、温度等自然环境影响较大．并且易被真菌、原生动物和其他杂藻污染．同时水分蒸发严重，二氧化碳供给不足。

此后，基于上述缺点，科学家们又开辟出新培养方法，主要有密闭式光生物反应器培养和异养培养。

利用密闭式光生物反应器培养微藻。

能够最大限度控制养殖环境．减少污染发生，提高产量，据Cohen和Arad[10]报道，利用这一技术可使Porphyridium产量增加60%~300%，同时还可以降低收获成本。

另外，Johns等[11]则先后从众多积累PUFA微藻中也筛选出能异养藻种．如：

群孢小球藻（Chlorellasorckinana），小球藻（C.saccharophia），柯氏隐甲藻（Crypteodiniumcohnil），菱形藻（Nitzschiaalba）．卡德藻（Tetraselmissuecian）．单衣藻（Chlamydomonasreinhardtn）。

因此，选育富集DHA和EPA异养藻种，设计适合培养基及选择恰当培养条件，实现微藻大规模异养培养生产PUFA是完全可能．而且也是可行。

2.3.微生物生产抗生素

自1929年英国人发现青霉菌分泌青霉素能抑制葡萄球菌生长以后，相继发现了链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素、新霉素和红霉素等抗菌素。

在近几十年内，抗生素研究又有了飞速发展，已找到抗生素有数千种，其中具有临床效果并已利用发酵法大量生产和广泛应用多达百余种。

同时抗生素产量也大幅度提高，青霉素也由最初100U/mL，通过诱变育种和优化发酵工艺方法，目前以提高到105~106U/mL。

随着抗生素广泛使用，病原菌耐药性也随之提高。

人类迫切需要新一代抗菌药物来代替抗生素。

抗菌肽是生物体内产生一类具有生物活性小分子多肽，最先从昆虫中发现，后来人们相继从细菌、真菌、两栖类动物、哺乳动物乃至人类中也发现并分离获得抗菌肽。

研究表明，抗菌肽对细菌、真菌、病毒和原虫都具有杀灭作用，甚至对癌细胞也有杀伤作用。

在医药方面，抗菌肽可望成为新一代抗菌、抗病毒、抗癌药物。

从昆虫等生物体内分离纯化获得抗菌肽，数量很少，生产成本高，不能满足应用需要。

随着基因工程技术迅速发展，对原有抗菌肽基因进行改造，再将其导入大肠杆菌或酵母菌等工程菌内，获得能产生重组抗菌肽工程菌，为工业化生产抗菌肽提供了全新途径。

梁洁等[12]针对转基因酵母菌生产及产素特点，优化抗菌肽发酵生产工艺，获得摇瓶发酵液杀菌效价为5736IU/mL，在500L发酵罐中培养，发酵液抗菌肽最高效价可达到6734IU/mL。

2.4.微生物生产抗癌药物

在微生物代谢产物中，存在着许多有抗癌活性物质。

在美国，报道从紫杉树皮中获得一种叫安德氏紫杉霉（Taxomycesandreanae）真菌，有产紫杉醇能力；紫杉醇主要是由红豆衫属树种产生一种二萜类抗癌新药。

经临床验证，具有良好抗肿瘤作用，特别是对癌症发病率较高卵巢癌、子宫癌和乳腺癌等有特效。

紫杉醇是近年国际市场上最热门抗癌药物，被认为是人类未来20年间最有效抗癌药物之一。

，由于紫杉醇在植物体中含量相当低，大约13.6kg树皮才能提出1g紫杉醇，治疗一个卵巢癌患者需要3－12棵百年以上红豆杉树，也因此造成了对红豆杉大量砍伐，致使这种珍贵树种已濒临灭绝。

而通过基因工程技术，微生物发酵等方法可以极大提高产量，降低成本，同时也保护了这些珍惜植物品种。

2001年，周东坡等[13]东北红豆杉中分离到3株紫杉醇产生菌，其中HQD33通过紫外线、EMS、60Co-γ-ray、NTG等诱变剂顺序诱变得到高产突变株NCEU-1，其紫杉醇产量到达314.07μg/L，远远高于原始出发菌株紫杉醇产量（51.06μg/L－125.70μg/L），王世伟等[14]采用双亲灭活原生质体融合实验进一步提高了紫杉醇产量，使紫杉醇产量达到468.62μg/L；

2.5.微生物生产医用酶制剂

目前，我国每年约有60万人死于冠心病，约120万人死于脑梗塞、脑溢血，而美国每年约有15万人死于中风，约80%病例是由于阻止血液流向大脑血凝块引起而导致突发性死亡。

近年来,除链激酶、链道酶、尿激酶、葡萄糖激酶、金葡激酶、组织型纤溶酶激活剂等之外，蚓激酶也得到开发[14]。

它们都是溶血栓有效药物，已进入临床实用。

微生物生产溶栓酶存在其优越性：

只要有高产菌种，生产工艺条件确定以及产品有效性或高效性，即可实现规模生产。

蚓激酶（1umbrokinase，LK），也称蚯蚓纤维蛋白水解酶（earthormfibrinolyticenzymes，EFE）。

是蚯蚓中一种纤溶性蛋白酶。

大量体内外试验表明，多数LK具有抗凝、纤溶、抗血栓及溶血栓作用。

陆琳等[15]采用健康志愿者进行I期临床试验方法，研究注射用蚓激酶对人体出凝血指标变化情况。

结果该注射用蚓激酶具有降纤和抑制血小板聚集作用，且可同时作用于内源性凝血系统，使部分凝血活酶活化时间延长，短时间内就能起到溶栓作用。

而直接从蚯蚓中提取蚓激酶工艺复杂，成本高昂，不适合规模化生产，利用微生物发酵生产蚓激酶是目前热点研究课题。

姜琼等[16]通过载体构建，将蚓激酶基因转化到大肠杆菌中，并实现蚓激酶基因在大肠杆菌中高效表达。

张成瑶[17]将蚓激酶基因转化到毕赤酵母中，实现蚓激酶基因在毕赤酵母中高效表达。

纳豆在日本已有1000多年食用历史，它除了被当作食品食用，民间还可作为药品，以预防和治疗心脑血管性疾病。

1987年，Sumi等[18]报道纳豆提取物含有一种溶解血栓酶，并定名为纳豆激酶（Nat-tokinase）。

该酶能显著溶解体内外血栓，明显缩短优球蛋白溶解时间，并能激活静脉内皮细胞产生纤维蛋白溶酶原激活剂。

作为一种新型溶血栓药物，纳豆激酶和当前使用溶血栓药物相比，具有众多优点，主要表现在[19]：

1.纳豆激酶来源于食品纳豆，安全性可靠；2.纳豆激酶分子量远远小于UK、t-PA，是一个单链蛋白，易被人体吸收，且作用时间长（大于8h），因此有可能成为口服性药物；3.纳豆激酶直接作用于纤维蛋白，对纤维蛋白有特异性，但不会破坏体内纤维蛋白原；4.纳豆激酶可促使血浆中t-PA含量明显增加，从而进一步增加人体纤溶活性；5.纳豆激酶可以通过液体发酵生产，造价低廉。

由此可见，纳豆激酶在治疗血栓病方面前景十分广阔。

目前，纳豆激酶已经可以通过微生物发酵获得，鲍时翔等[20]通过纳豆菌液体发酵，生产纳豆激酶。

发酵72h后，通过纤维平板法检测得，产酶量相当于786尿激酶IU/mL。

参考文献

[1].陈涛，陈宗胜，马国华．三抱布拉氏霉发酵生产β-胡萝卜素研究［J］．微生物学通报．1998，25，

（2）：

79~81．

[2].何海燕，覃拥灵，覃勇荣．粘红酵母R3-25发酵生产胡萝卜素研究［J］．粮食和饲料工业．2008，10：

29~31．

[3].胡萍．红酵母发酵生产胡萝卜素培养条件优化研究［J］．食品科学．2000，21，（9）：

19~21．

[4].宋友礼．水溶性维生素微生物合成法进展［J］．中国医药工业杂志1995，26，（6）：

278~282．

[5].王毅武，伊光琳，维生素C发酵新工艺中2-氧代-L-古洛糖酸发酵液絮凝处理研究．中国医药工业杂志．1997，28，（6）：

243-288．

[6].AndersonS，MarksC，LazaricsR，et．Al．Productionof2-ke-to-L-gulonate，anintermediateinL-ascorbatesynthesis，byageneticallymodifiedErwiniaherbicola［J］．science，1985，230：

144．

[7].李海娜，高仁喜，田胜军，刘艳．天然维生素生产技术现状．湿法冶金［J］．2003，22，（9）：

113~117

[8].TaniY，TsumuraH，Screeningfortoeopherol-producingmicroorganismsandα-tocopherolproductionbyEuglenagracilisZ．AgricBiolChem，1989，53：

305~312．

[9].FujitaT，OgbonnaJ．C，HideoH．etal．Effectofmixedorganicsubstrateonα-tocopherolproductionbyEuglenagracilisinphotoheterotrophicculture．ApplMicrobiolBiotechnol．2008，79：

371—378．

[10].CohenE.Arad（Malis）S.AclosedsystemforoutdoorcultivationofPorphyridiumcruentum［J］．Biomass，1989，18：

59-67．

[11].TanC.KJohnsM.RScreeningofdiacomsforhererotrophicecosapentaenoicacidproduction［J］．JApplPhycol，1996，8：

59-64．

[12].梁洁，彭中健，梁淑娃，李运南．转基因酵母菌深层发酵生产抗菌肽研究现代［J］．食品科技2009，25，（6）．

[13].周东坡，孙剑秋，于寒颖，平文祥，郑喜群．中国一新记录属多节孢属．菌物系统，2001．20

（2）：

277-278．

[14].王世伟，马玉超，赵凯，张建，齐晓辉，周东坡．紫杉醇内生真菌生物多样性．菌物研究，2003，1

（1）：

28-32．

[15].陆琳，徐以南，刘健，等．注射用蚓激酶临床药效观察[J]．南京医科大学学报（自然科学版）．2007，27，（11）：

45~48．

[16].姜琼，易增兴，陈武．蚓激酶基因在大肠杆菌中表达[J]．安徽农业科学．2008，36，（31）：

13557~13558．

[17].张成瑶．蚓激酶基因在毕赤酵母中表达．天津大学，硕士学位论文．2007．

[18].SumiH，HamadaH，TsuhimaH，etal．Anovelfibrinolyticenzyme（nattckinase）inthevegetablecheeseNattoatypicalandpopularsoybeanfoodintheJapanesediet[J]．Experientia，1987，43，（10）：

1110．

[19].UranoT，IharaH，UmemuraK，etal．TheprofibrinolyticenzymesubtilisinNATpunifiedfromBacillussubtilisCleavesandinactivatesplasminogenactivatorinhibitortype1[J]．JBiolChem，2001，276，（27）：

24690．

[20].鲍时翔，田艳，黄惠琴，凌华，吕家森．纳豆菌液体发酵生产纳豆激酶研究[J]．药物生物技术．2002，9，（6）：

322~325．