天然药物的生物转化的意义天然药物微生物转化的意义

天然药物的生物转化的意义天然药物微生物转化的意义
天然药物的生物转化的意义
天然药物微生物转化的意义

天然药物的生物转化的意义天然药物微生物转化的意义
天然药物的生物转化的意义
---------------可持续性!

随着生物科学的不断发展,生物转化(Biotransformation)逐渐应用于天然产物的研究中.其中所用的生物转化体系有微生物转化和植物细胞组织培养转化.微生物转化是利用细菌,霉菌等微生物体系的酶对外源性底物进行结构修饰所发生的化学反应.微生物种类繁多(10万种以上),分布广,繁殖快,易变异,对自然环境的变化有极强的适应能力,含酶丰富,同时也具有产生一些新型酶和特异性酶的巨大潜力,作为生物转化体...

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随着生物科学的不断发展,生物转化(Biotransformation)逐渐应用于天然产物的研究中.其中所用的生物转化体系有微生物转化和植物细胞组织培养转化.微生物转化是利用细菌,霉菌等微生物体系的酶对外源性底物进行结构修饰所发生的化学反应.微生物种类繁多(10万种以上),分布广,繁殖快,易变异,对自然环境的变化有极强的适应能力,含酶丰富,同时也具有产生一些新型酶和特异性酶的巨大潜力,作为生物转化体系具有独特的优势.生物转化反应主要有氧化,还原,酯化,水解,缩合,聚合,水合,环化,苷化等反应.应用于不同化学反应的微 物主要有霉菌(常用于氧化反应,还原反应,水解反应),细菌(脱氢反应,环化反应,酯化反应,水解反应,碳一碳键切断反应),酵母菌(还原反应,水解反应).鉴于微生物转化产品其形成过程更接近或等同于自然界,FDA将这类产品列入天然产品,这为生物转化及天然发酵产物的市场化提供了一个很好的软环境.我国在生物转化及天然药物发酵方面开展的工作不多,但已取得了一些成绩,有了一些积累.继续开展和加强这方面的研究将对药学,功能(保健)食品学及天然美容护肤品的研制与开发产生深远的影响,也将由此衍生出一系列创新性的高效产品.
微生物对天然药物的生物转化主要分为对中药中某种单一有效成分的转化和对中药的全成分转化.
1 微生物对天然药物中单一有效成分的生物转化
微生物对中药的单一有效成分的转化是将中药的某一特定有效成分提取出来,经微生物转化后,寻找新的化合物,然后对新化合物的药理筛选来确定转化是否有益,国内外对这方面的研究较为深入,早在1952年Peterson等利用黑根酶在孕酮11位上导入一个α-羟基,使其转化为11α一羟基孕酮,使孕酮合成皮质酮仅需三步反应,且收率高达90%,从而使可地松问世,使体内微量的各类甾体激素能够成为临床治疗药物;10-羟基喜树碱与喜树碱相比同样具有较好的抗肿瘤作用,但毒性大大降低,有研究表明可以利用微生物转化反应将喜树碱转化为10一轻基喜树碱;LiLi Ning等用小克银汉霉对雷公藤内酯进行了生物转化,转化产物共分出4个新化合物,对人肿瘤细胞株都有细胞毒活性.青蒿素是1971年从药用植物黄花蒿中分到的一个具有过氧桥的倍半萜类化合物,具有快速,高效,低毒的抗疟活性.许多科研工作者都试图通过结构改造,提高药物疗效,以提高青蒿素的资源利用率.研究人员从18个菌种中筛选出一个能够催化转化青蒿素,双氢青蒿素和蒿甲醚的菌株,并对培养基进行了优化,使主产物的转化率达到了56%以上.规模化制备的转化结果:从发酵产物中分离得到了16个转化产物并鉴定了其中14个结构,其中10个为新化合物.这14个转化产物中除一个为羰基化产物外,其余13个都是羟基化产物,极性都大于底物.这些化合物都是用化学方法无法制备的.以人参皂甙为原料,从野山参生长的土壤中分离筛选菌种,利用这些菌种对总皂苷进行了发酵,制备了具有抗肿瘤,抗血栓等强生物活性的稀有人参皂甙,其中Rg3的转化率达到了3% -5%,Rh2的转化率也达到了1%-2%.作为天然药物发挥药效活性的物质基础,天然活性成分往往含量低,结构复杂,合成困难.如紫杉醇,三尖杉酯碱,喜树碱,美登木素等含量都在万分之几或更低.从野生植物中寻找原料难以满足工业生产的需要.人工栽培也存在着成本高,周期长,产量难以保证等问题.其实,植物中不可能仅含有一种活性成分,往往还有一些生源关系相近或结构类似的化合物.利用生物转化技术把这些类似物转化成高活性的目标化合物即可大大提高生物资源的利用率,从而保护我们赖以生存的自然环境.例如喜树(珙桐科Nyssaceae)中含有喜树碱,羟基喜树碱,去氧喜树碱,甲氧基喜树碱等多种结构类似的生物碱.喜树碱为抗癌药物,对小鼠脑瘤22,艾氏癌,大鼠吉田肉瘤等有明显的抑制作用.其中10-羟基喜树碱对艾氏腹水癌,腹水肝癌,肉瘤137和180,宫颈癌14和大鼠瓦克瘤256有不同的抑制作用,对腹水型肿瘤的作用更为显著.同喜树碱相比,10-羟基喜树碱以疗效好,毒性低较为常用,但含量仅为万分之几.在喜树的总生物碱中喜树碱为主要成分,10-羟基喜树碱仅占十万分之二,依靠从天然资源中提取则费时,费力,浪费资源.研究发现利用曲霉等多种微生物能将喜树碱定向转化成10-羟基喜树碱,为解决资源问题闯出了新路.迄今为止尚未对喜树的各用药部位,尤其是抗癌活性很强的果实进行过生物发酵研究(液体或固体发酵),相信开展这方面的工作可能会有除10-羟基喜树碱含量增高之外的新发现.因为发酵过程会使喜树碱及其类似物发生很大改变,从而产生新的药理活性.再如抗癌活性成分美登木素是从卫矛科美登木属植物中分到的低毒性大环内酰胺类的抗癌物质,在体内外都有极强的抗癌活性,对S180,Lewis肺癌等均有疗效.云南西双版纳地区的傣族群众用美登木来治疗各种痈疡肿毒,包括肝,肺,胃肠癌肿,乳腺小叶增生及肝硬化等起得了较好的防治效果.美登木素还能抑制微小管蛋白的聚合,或使已聚合的微小管解聚,使细胞阻滞在有丝分裂的中期.美登木素这一方面的作用与另一个抗癌活性成分紫杉醇的作用机理很相似.但由于美登木素的天然资源十分有限,为了扩大药源有人对其生源途径进行了研究.从其菌根菌及内生菌的发酵产物中不仅发现了一些美登木素的类似或前体物而且还发现了一个类似物的抗癌活性远远超过了美登木素.这一结果为通过工业化发酵来生产抗癌药物展示了光明的前景.利用菌根菌及内生菌来转化美登木中的美登木素前体物或类似物将为这一重要抗癌植物药的研究揭开新的篇章.

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