微生物对药品的贡献是什么?

微生物对药品的贡献是什么?
微生物对药品的贡献是什么?

微生物对药品的贡献是什么?
微生物在中药中的应用摘要：中药是中华民族的瑰宝,几千年来中医药为我国人民的健康做出了巨大的贡献,形成了系统的中医药理论和大量经实践检验的成药验方.中药作为天然药物正逐步引起世界的关注.微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物,包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体,它个体微小,却与人类生活关系密切.利用微生物广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域.微生物在中药领域有着广泛的运用.微生物可运用于中药菌体发酵、中药炮制等.关键词：微生物 中药 发酵技术 发酵中药 中国是中医中药的起源,几千年来中医药为我国人民的健康做出了巨大的贡献,并逐渐积累,形成了系统的中医药理论和大量经实践检验的成药验方.中药行业是我国具有比较优势的少数几个产业之一,在自然科学领域,我国最有实力、最有优势、最有后劲的就是中医药.它是中华民族的瑰宝,也是世界传统医学中重要的组成部分,在预防和治疗疾病方面发挥着重要的作用.正受到各国人民和研究人员的关注和重视.目前各国都在从中药等天然产物中寻找有效药源.微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物,包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体,它个体微小,却与人类生活关系密切.涵盖了有益有害的众多种类,广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域.微生物学是生命科学中发展较快的学科之一,在生命科学中地位越来越重要,成为各门学科都离不开的重要工具.在制药药现代化进程中,微生物显示出了越来越重要的作用,充分利用现代微生物学成果可以更好地促进制药的现代化,也为微生物学的发展开辟了新领域.1 微生物学理论促进了微生物相关中药的发展对传统微生物中药的生物学研究加深了传统微生物中药的应用和产品开发,特别是多种中药微生物纯培养物代替原药材的研究尤其引人注目,如灵芝、猴头等各种药用菌的栽培, 对保护环境、保护资源、满足人民群众用药需求起到了十分巨大的作用.以金水宝为代表的从冬虫夏草中分离的真菌纯培养物代替冬虫夏草的研究取得了巨大的经济和社会效益, 掀起了以蝙蝠蛾拟青霉、蝙蝠蛾多毛孢、蛹虫草、等虫生真菌的研究热潮.对一些微生物和植物相互作用形成的中药也有了更深入的认识, 如龙血竭的形成与真菌有密切的关系, 是龙血树抵抗微生物侵染而产生的一种植物抗毒素；僵蚕中的一些有效成分是微生物、蚕、桑叶相互作用形成的.对天麻、茯苓等中药的生物学研究促进了这些中药品种栽培技术的发展.微生物相关中药形成方式,可以分为以下几种情况：1)以腐生生活方式形成的大型药用真菌,如灵芝、猴头、木耳、香菇等.这些真菌基本上都可以实现人工栽培.2)天然微生物发酵植物性中药材料形成,如神曲、红曲等,主要是酵母和丝状真菌.3)植物和微生物共生形成的中药, 如天麻是蜜环菌和天麻植物的共生体,天麻植物依靠蜜环菌提供营养；猪苓也是由于蜜环菌侵入猪苓菌核形成的共生体,由蜜环菌提供营养.4)寄生真菌侵染活体昆虫形成的虫菌复合体,其实质是昆虫的致病菌.如冬虫夏草、僵蚕、蛹虫草等.5)微生物侵染植物后,植物抵抗微生物的侵染而形成的植物抗毒素,如龙血竭、沉香等[1].微生物相关中药活性成分的研究为这些中药的质量标准化起到了重要的作用,也加深了对这些中药药理作用的认识.药理学研究促进了传统微生物中药在治疗现代社会的高发病如癌症、心脑血管疾病、病毒性疾病中的应用.多数微生物中药都具有滋补保健的效果,如灵芝、冬虫夏草成为保健食品开发的热点.大多数药用真菌都含有真菌多糖, 真菌多糖能增强免疫力、没有直接的细胞毒作用,成为抗癌、抗病毒产品开发热点.2 微生物发酵在中药中的应用发酵工程是指采用工程技术手段,利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能,为人类生产有用的生物产品,或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术.发酵工程微生物发酵制药是指利用微生物技术,通过高度工程化的新型综合技术,以利用微生物反应过程为基础,依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物,通过分离纯化进行提取精制,并最终制剂成型来实现药物产品的生产. 中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上,吸取了微生态学研究成果,结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术,是从中药(天然药物) 制药方面寻找药物的新疗效.传统的中药发酵多是在天然的条件下进行的,而现在的中药发酵制药技术是在充分吸收了近代微生态学、生物工程学的研究成果而逐渐形成的.其先进发酵工艺特点是：以优选的有益菌群中的一种或几种、一株或几株益生菌作为菌种,加入中药提取液中,再按照现代发酵工艺制成产品,它是一种含有中药活性成分、菌体及其代谢产物的全组分发酵液的新型中药发酵加工制剂.2.1古代中药发酵技术应用历史与现状我国人民远在 4000多年前就学会利用发酵来酿酒,此后又相继利用发酵来生产酱、醋、豆豉和臭豆腐等食品.《本草经疏》曰：“古人用曲,即造酒之曲,其气味甘温,性专消导,行脾胃滞气,散脏腑风冷.”说明中药临床应用之曲是在酿酒业发展的基础上出现的,曲与酒相维系.后来人们在酒曲中加入其他药物制成专供药用的各类曲剂.《本草纲目》云：“古人用麴,多是造酒之麴.后医乃造神麴,专以供药,力更胜之.”可见古人早已将微生物发酵应用于中药炮制.即将药材与辅料拌和,一定温度和湿度下通过微生物的发酵达到提高药效、改变药性、降低毒副作用等目的.直到现在,临床仍在应用的发酵（制品）中药,如六神曲、淡豆豉、建曲、沉香曲、半夏曲、红曲、豆黄等,均是利用炮制环境中的野生微生物（多为霉菌、酵母、细菌等）进行多菌种固体发酵而成[2].发酵技术应用历史悠久,也是传统中药加工炮制的重要方法之一,一般主要是起到中药复合炮制的作用.不同的培养基经同样的发酵处理后会产生药性的差异,可利用该特性生产不同适应证的中药.例如,发酵淡豆豉时,以桑叶、青蒿发酵者,药性偏于寒凉,多用于风热感冒或热病胸中烦闷之症；以麻黄、紫苏发酵者,药性偏于辛温,多用于风寒感冒头痛之症.在清代,根据辅料中药及治疗功能的不同,又制出了皂角曲、竹沥曲、麻油曲、牛胆曲、开郁曲、海粉曲、覆天曲等10种药曲.但是传统的中药发酵仅对自然界的菌种进行利用,且菌种不纯,不能利用现代研究成果定向改变药物的性能或有意识地根据药物之间的特性进行有目的的组合.同时,对那些在自然界中不占优势、生长条件要求比较严格的微生物来说,就不可能在药物上生长起来.这极大地限制了微生物的作用.另外,是否会落入有害菌也不明确,使微生物在药物中的潜在效能没有最大限度地发挥出来.中药发酵研究开始于80年代,但仅是对真菌类自身发酵的研究,如灵芝菌丝体、冬虫夏草菌丝体、槐耳发酵等,大都是单一发酵.虽有报道加入中药,但也仅是将中药当做菌丝体发酵的菌质,同时研究发现,含有中药的菌质对原发酵物的功效有影响,只是未见深入研究.目前,已有学者呼吁中药发酵制药可按新药审批办法规定开发新药.同时也开展了另一项研究,即生物转化,我们认为它与中药发酵是密不可分的.90年代初,日本人小桥恭一发现中草药成分如番泻叶甙,可借助肠道细菌转化为致泻有效成分而起到治疗作用.又有报道,在中药有效成分与细菌的生物转化过程,许多甙类、黄酮类、黄酮醇、黄烷酮类、香豆素类等均经过肠道菌进行了化学修饰.有作者指出 ,在中药成分生物转化的研究过程中 ,对代谢物提纯、确定结构模式固然需要,但更应当推出微生物发酵.中药成分的生物转化是中药创制新药研究的重要方面.正在修订中的我国新药申报指导原则,已决定将生物转化列入创新(一类) 药的研究.董玫等研究发现,六味地黄丸发酵液可显著抑制小鼠肝癌 H22的生长,而等量的六味地黄丸煎剂则无明显抑瘤作用.六味地黄发酵液还可以对抗环磷酸酰胺所致白细胞减少,且升高报细胞的作用明显高于六味地黄煎剂.香港中医博士吴志勇成功发酵出黄芪液,经福建中医学院测定,发酵的黄芪所含的黄芪多糖是普通煎、煮、熬水提法的5.04～0.365倍之间.据悉,卫生部药品检验所动物试验结果：发酵中药只需1/28的量,即可与一般煎、煮、熬的水提物一份的量发挥同等的药效.据报道,含有中药成分的培养基对原发酵中药的影响和多菌种混合发酵的研究将有望成为未来的研究热点.国外对于中药发酵的研究报道较少,主要在食品、酶工程,如日本的纳豆,用Bacillus菌发酵大豆.由于Bacillus菌酶系丰富（包括淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶）,并能增加维生素K的含量,Bacillus subtilis菌环能消除小肠内致病菌,其提取物具有明显的抗癌活性和降压作用.中草药发酵的研究有必要借鉴上述成功的经验[4].2.2中药发酵制药的特点中药发酵制药技术的典型特点就是生物转化.可概括如下几点：1)药物的有效组分、活性物质最大限度的得以提取、利用；2)药物进入人体后不能直接被利用的有效活性组分,因在体外得以完成而被直接利用,迅速发挥应有效能；3)优选的人体有益菌种本身具有补充或增强原有药物的功能；4)中药发酵制药与原有药物相比产生了新的活性物质,从而具有新的保健、预防或治疗功能；5)是实现中药现代化、具有高科技水平的又一新技术,生产工艺可控,所得产物精确,制剂方便,便于与国际接轨[4].2.3 中药发酵的分类中药发酵分为液体发酵和固体发酵.液体发酵是在借鉴抗生素生产工艺的基础上,把菌丝体加入培养基中,将之与药材混合后放置于适温下进行发酵.液体发酵具有较高的物质传递效率,易于实现发酵工艺的自动化控制.固体发酵是以富含多种营养成分的农副产品如麦麸、甘蔗渣、玉米芯等作为发酵营养基质,用一种或多种真菌作为发酵菌种,在一定的温度、湿度条件下进行发酵.固体发酵在发酵过程中既生长菌体,又形成各种次生代谢物质,难以将其分离,南京中医药大学庄毅教授将它们统称为“菌质”.按应用方式又可将其分为“无渣式”和“去渣式”,前者不用经过提取可直接用药,后者要经过有效成分的提取和制剂后才可用药[3].2.4发酵在中药研究中的应用2.4.1利用中药培养基发酵药用真菌菌物界估计逾十万种,可供药用的高等真菌约20余种,利用潜力巨大.国内20世纪60年代兴起深层培养（或发酵）,2世纪80年代中国医学科学院药物研究所进行的冬虫夏草大规模发酵培养研究,也仅是对菌类自身发酵的研究,如灵芝、冬虫夏草、香菇发酵等,且大多是单一发酵.目前对灵芝、云芝、冬虫夏草、灰树花、密环菌、金针菇、香菇、姬松茸、茯苓等很多菌种的发酵技术已日趋成熟.庄毅曾提出了菌质的概念,即用一定的药用菌菌种接种在一定的固体基质上,在一定环境条件下,经过一定时间发酵（发酵周期）,在特定的质量指标控制下达到发酵终点而产生菌质.可采用现代技术将有效真菌与中草药组成的不同发酵基质构成各种发酵组合,在一定条件下进行发酵,产生各种性质不同的菌质.可以利用中药作为培养基的组成部分,构建药性菌质,比较发酵前后中药相关成分的变化,为中药与药用真菌的结合寻找突破点,并开发具有良好功效的药物.王玉红等在发酵培养基中添加适量的黄芪以促进灵芝的生长和灵芝多糖的产生,结果其多糖的组分发生了变化,有可能产生了新的物质.尤建良等将中药抗癌复方“康复灵”（主要含党参、麦冬、薏苡仁、猪苓、淮山药等）以灵芝菌进行生物发酵,结果表明灵芝中药制剂发酵液的抑瘤率达47.87%比单独的灵芝发酵液、单味中药制剂和灵芝发酵液中药制剂混合液均有明显提高.2.4.2中药发酵用于药材的炮制发酵法一直是中药炮制方法之一,它借助微生物的作用,改变中药原有药性,提高疗效,降低毒副作用,扩大适应症.微生物在生长过程中产生的各种酶,将药物的成分分解转化为新的活性成分或将毒性成分分解而降低药物的毒副作用.现代中药加工中用发酵法炮制中药,如五倍子,这种中药具有收敛止泻、止血的功能,但其主要成分鞣酸在肠道中与蛋白质结合会降低其活性.研究人员用含根毒菌等物质的酵曲发酵五倍子,能显著提高其收敛作用,降低副作用.香港中医吴志勇博士与内地教授林陆山合作,运用生物工程技术发酵中药获得成功.它彻底改变了煎、煮、熬、炼、蒸、浸的传统加工工艺,并使药效提高,发酵黄芪所含的黄芪多糖最多为传统工艺的5倍,且动物实验证明发酵黄芪的用量为传统方法制成的药的1/28,即可产生相同的药效.（1）提高有效成分提取率中草药中植物类药材占90％,药材有效成分多存在于胞浆中,植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素2 发酵在中药研究中的应用2.1中药发酵用于药材的炮制等物质构成的致密结构.在中药有效成分提取过程中,当胞浆中的有效成分向提取介质扩散时,必须克服细胞壁及细胞间质的双重阻力,使有效成分浸出受阻.微生物可利用中药中的成分为营养进行分裂、生长、繁殖和代谢,在代谢过程中分泌蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等几十种胞外酶进入培养基,使细胞破裂,细胞间隙增加,减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力.体外试验证明对盾叶薯蓣采用预发酵,有效组分薯蓣皂苷元的产率明显提高.（2）中药发酵可提高中药药效在发酵的过程中,对中草药细胞进行破壁使有效物质溶出,提高了活性成分的浓度.并且,将许多人体不能直接吸收利用的大分子有效活性物质降解成小分子的活性物质,使发酵中药在人体中可以较快的被吸收,且吸收较完,治疗效果好.王林等人用麻黄、莱菔子、金银花、连翘四味中药发酵灵芝菌,发现这四味中药对灵芝菌的生物量有明显的促进增加作用,且使灵芝发酵液的止咳、祛痰作用高于其与中药混合发酵前.董枚等也报道,将传统方六味地黄汤发酵,其发酵液对小鼠肝癌具有显著的抑制作用.六味地黄发酵液0.3g/kg连续给药两周,可显著抑制小鼠肝癌Hzz的生长,抑瘤率为30,而同等剂量的六味地黄煎剂无明显的抑瘤作用,而且六味地黄发酵液组的白细胞数比煎剂组多(P