微生物制药研究进展与展望

陶阿丽;苏诚;余大群;郭乔乔;曹玲玲;曹殿洁;冯学花

【摘 要】Microbial pharmaceutical technology as a new technology in the world, applied in health care, environmental protection and other fields, made remarkable achievements. Modern society in pursuit of green technology, sustainable development as the goal, with the energy scarcity bottleneck in the development of traditional medicine becoming more and more serious, microbial pharmaceutics played a major role in the medical field. Such as the number of biological products, antibiotics, interferon, steroid hormones and other microbial pharmaceutical technology development product, in microbial pharmaceutical field, played an important role in. In view of the research progress of microbial

pharmaceutics applied in real life, the industry outlook was discussed.%微生物制药技术作为一项新兴的技术,在世界各国卫生医疗、环境保护等领域已经取得了卓越的成绩,现代社会以追求绿色高科技,可持续发展为目标,随着能源日益稀缺传统医药发展瓶颈日趋严重,微生物制药将在医疗领域发挥重大作用。如一些生物制品,抗生素,干扰素,甾体激素等微生物制药技术成熟发展的产物,在微生物制药领域中,占据着重要的作用。本文针对微生物制药在现实生活中的一些研究进展展开分析,并对该产业的前景作了讨论。 【期刊名称】《广州化工》 【年(卷),期】2012(040)016 【总页数】3页(P17-19)

【关键词】微生物制药;生物制品;抗生素;干扰素;甾体激素;微生物发酵制药 【作 者】陶阿丽;苏诚;余大群;郭乔乔;曹玲玲;曹殿洁;冯学花

【作者单位】安徽新华学院药学院,安徽合肥230088;安徽新华学院药学院,安徽合肥230088;安徽新华学院药学院,安徽合肥230088;安徽新华学院药学院,安徽合肥230088;安徽新华学院药学院,安徽合肥230088;安徽新华学院药学院,安徽合肥230088;安徽新华学院药学院,安徽合肥230088 【正文语种】中 文 【中图分类】Q939.93

近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，由微生物产生的除抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质的报道日益增多。微生物的转化在药物研制中的一系列突破性的应用给医药工业创造了巨大的医疗价值和经济效益，欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位［1］。

微生物制药技术是工业微生物技术最主要的组成部分。微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但是把它们通称为抗生素显然是不恰当的。于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性(或称药理活性)的次级代谢产物统称为微生物药物。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。在微生物药物生产的工艺研究过程中，理论与实验技术的结合是十分

重要［2］。

2．1 生物制品的研究发展

2．1．1 生物制品研究的意义及分类

生物制品:是人工免疫中用于预防治疗和诊断传染病的来自生物体的各种制剂的总称。可分为疫苗类毒素免疫血清细胞免疫制剂和免疫调节剂。预防制品主要是疫苗，包括菌苗和疫苗内毒素。治疗制品多数是用细菌病毒和生物素免疫动物制备的抗血清或抗毒素及人特异丙种球蛋白。 2．1．2 疫苗

自从甲型H1N1流感疫苗(简称疫苗)大规模地在人群中接种后，甲型H1N1流感(简称H1N1)的发病率已大大降低，疫苗表现出良好的流行病学保护作用［3］。随着时间的推移，接种疫苗后人体对H1N1免疫水平有下降的趋势［4］，易感人群又有被感染的可能。因此有必要开展接种疫苗后感染H1N1的临床研究［5］。 2．1．3 类毒素

麻痹性贝类毒素(Paralytic shellfish poison PSP)中毒已经作为重要的公共卫生问题得到了全世界的关注。人类通常摄入因食用滤食浮游生物(含有毒微藻类)后产生PSP的贝类水产品(如蚌类，牡蛎和蛤等)而引起麻痹性贝类中毒，中毒症状以神经系统症状为主甚至引起死亡。在所有的贝类产品食物中毒事件中，麻痹性贝类中毒被公认为是对健康危害最严重的之一。资料报道1972～1982年日本中毒患者达1192人，1981年西班牙有5000人中毒，1983年菲律宾300人中毒，并有21人死亡，截至目前，全球沿海地区都有麻痹－l生贝类中毒致死事件的报道。PSP是一类神经肌肉麻痹剂，对人体的作用机理主要是阻断细胞钠离子通道，造成神经系统传输障碍而产生麻痹作用。贝类摄入此毒素对本身无害，因毒素在贝类体内呈结合状态。当人食入后，毒素会迅速释放并呈现毒性作用，潜伏期仅数分钟或数小时，症状包括四肢肌肉麻痹、头痛恶心、流涎发烧、皮疹等，严重的会导致呼吸停

止。PSP毒性强，其毒性是眼镜蛇毒性的80倍，其毒力与神经毒气沙林相同，在国际条约中已被列为化学武器。目前还没有针对麻痹性贝类中毒的特效解毒剂，因此人类摄入超过一定限量的PSP时，其病死率达100%［6］。 2．1．4 免疫血清

含有特异性抗体的血清叫免疫血清。利用免疫血清对人体进行人工被动免疫，可使机体立即获得免疫力以达到治疗效果或紧急预防的目的。但应抗体非自身产生，耗完后就无补充，所以其免疫时间很短。

例如，对伤寒、副伤寒的临床实验室诊断主要包括细菌培养分离、生化鉴定及血清学试验。细菌分离培养可能由于被检者用过抗菌药物，结果有时成阴性，或者由于检查过程复杂难以达到早期诊断的目的，此时，血清学试验往往具有重要的诊断价值。因此肥达反应迄今仍然是临床诊断伤寒的重要实验室指标。人患伤寒、副伤寒后，约经1～2周，血清内产生相应抗体，此种抗体在体外与相应细菌(伤寒、副伤寒杆菌)结合时，能使细菌发生凝集。肥达试验即是依据此原理用已知伤寒沙门菌菌体(0)抗原和鞭毛(H)抗原，以及引起副伤寒的甲型副伤寒沙门菌、肖氏沙门菌和希氏沙门菌H抗原的诊断菌液与受检血清作试管或微孔板凝集试验，测定受检血清中有无相应抗体及其效价的试验。在我们实验教学中，通常采用免疫后的兔血清来代替人血清进行肥达反应，通过实验现象的观察和实验结果的分析，帮助学生理解肥达实验的原理、操作方法、结果判断及临床意义［7］。 2．2 抗生素的研究发展

抗生素是一种重要的化学治疗剂，其作用不仅是抑制或杀灭微生物，有的还用于临床治疗肿瘤，疾病的早期诊断等。有些抗生素还具有其他生物活性。例如:利福霉素具有降低胆固醇的功能;红霉素能诱导胃的运动性;瑞斯托霉素能促进血小板凝固等，对保障人类健康起重要作用。

1929年，A．Fleming发现了青霉素，后经他人进一步的研究，成为最早用于临

床的抗生素。青霉素的发现，推动了其他抗生素的研究。1944年，S．Waksman从放线菌中发现了链霉菌，他是由灰色链霉菌产生的，能有效的抑制使用青霉素无效的革兰氏阴性的结核菌，使许多结核病患者得到救治。

细菌对抗生素的抗性有内在抗性(intrinsic resistance)和获得性抗性(acquired resistance)。内在抗性是指细菌对某些抗生素不敏感。获得性抗性涉及细菌遗传背景的改变。细菌可通过随机突变，或表达潜在抗性基因获得抗性;也可通过抗性基因水平转移获得抗性。细菌可移动遗传元件(mobile genetic elements，MGE)可以在同种甚至不同种菌株间水平转移，加速了临床上耐药及多重耐药菌株产生［8］。

链霉素(streptomycin)是一种氨基葡萄糖型抗生素，分子式C21H39N7O12。1943年美国 S．A．瓦克斯曼从链霉菌中析离得到，是继青霉素后第二个生产并用于临床的抗生素。它的抗结核杆菌的特效作用，开创了结核病治疗的新纪元。链霉素属于不含伯胺基的氨基糖苷类抗生素，可采用两种方法制备免疫原。一是利用醛基可以采用O－(羧甲基)羟基胺法，将其生成含有带羧基的半抗原衍生物，然后采用碳化二亚胺法，将带有羧基的半抗原与载体蛋白的胺基或者羧基结合。二是利用链霉素其醛基直接与载体蛋白的胺基缩和［9］。 2．3 干扰素的研究

干扰素(interferon，IFN)是人体细胞分泌的一种活性糖蛋白，具有广泛的抗病毒抗肿瘤和免疫调节活性，是人体防御系统的重要组成部分。现已临床用于人类流行感冒、带状疱疹、乙型肝炎和癌症治疗，如骨瘤、乳癌等。早期，干扰素是用病毒诱导人白细胞产生的，产量低，价格高。现在可利用基因工程技术在大肠杆菌和粮酒酵母中表达，工业发酵生产。慢性乙型肝炎治疗的总体目标是:最大限度地长期抑制乙型肝炎病毒(HBV)，减轻肝细胞炎症坏死及肝纤维化，延缓和减少肝脏失代偿、肝硬化、原发性肝细胞癌(HCC)及其并发症的发生，从而改善生活质量和延长

存活时间，干扰素仍是抗乙型肝炎病毒治疗的重要药物之一［10］。

HBV感染呈世界性流行，但不同地区的流行强度差异很大。据世界卫生组织报道，全球约20亿曾感染过HBV，其中3．5亿例为慢性HBV感染者，每年约有100万例死于HBV感染所致的肝衰竭、肝硬化和HCC:2006年全国乙型肝炎流行病学调查表明，我国1～59岁一般人群HBSAG携带率为7．18%，5岁以下儿童的HBSAG仅为0．96%［11］。据此推算，我国现有的慢性HBV感染者约9300万例，其中慢性乙型肝炎患者约2000万例［12］。 2．4 甾体激素的研究发展

甾体激素药物是仅次于抗生素的第二类药物，由于其结构极其复杂，目前利用全合成的方法比较困难，通常以具有甾体母核结构的天然产物为原料采用半合成的方法改造后制得。以前生产甾体激素类药物以薯蓣皂素为起始原料，但自20世纪70年代以来，薯蓣资源日渐枯竭，皂素价格不断上涨，促使国内外一些公司寻找和开发新的甾体激素药物的原料。植物甾醇的结构特点决定了它可以作为甾体激素药物半合成的原料。微生物选择性降解甾体侧链技术的发展使这些廉价易得的甾醇充分利用成为可能。

2．4．1 植物甾醇的微生物转化

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。甾体微生物转化是利用微生物的酶对甾体底物的某一部位进行特定的化学反应来获得一定的产物。 2．4．2 微生物选择性降解甾醇侧链

微生物对甾醇作用产生42AD和ADD主要包括侧链的降解，C23位羟基氧化成酮基以及C25，6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C227位的羟化，然后经过氧化，最终截断于C217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。

2．4．3 影响植物甾醇侧链降解收率的因素

一是发酵液中植物甾醇的溶解度，甾醇是脂溶性化合物，在水中的溶解度很低，因此反应中甾醇的有效浓度相当低，这就导致反应速度和转化率偏低。因此，应采取措施提高甾醇底物的溶解度，使甾醇与微生物细胞有良好的接触从而提高产物收率;二是微生物细胞膜的通透性，甾体微生物降解缓慢的原因不仅在于发酵液中底物和产物溶解度低，也在于它们进出微生物细胞的速度也很低。因此改变微生物细胞膜的通透性使甾醇底物及其转化产物能自由地出入细胞，也是促进侧链降解的有效方法［13］。

2．5 微生物发酵制药的研究发展

微生物发酵在制药的研究应用分为传统微生物发酵和现代微生物发酵。传统微生物发酵作为中药加工炮制的一部分在我国应用的历史悠久，在治疗疾病方面曾发挥了非常重要的作用，其产品发酵中药在中医药的应用更是非常广泛。

现代微生物发酵制药的研究起步较晚，开始于20世纪80年代，最初研究主要集中在真菌类自身发酵，如灵芝菌丝体、冬虫夏草菌丝体发酵等，多为单一发酵。现代微生物发酵的研究已从单味药涉及到复方研究并取得一定成果，作为临床退黄、消肿的成药片仔癀即是用麝香、牛黄、蛇胆、三七等名贵中药通过微生物发酵而成;康复灵作为抗癌验方，主要成分有灵芝发酵菌、党参、麦冬、猪苓、薏苡仁、淮山药等，经微生物发酵而成;创中国保健品销售纪录的三株口服液是以大豆芽为原料，在牛肉汤、大豆芽浸液、酵母膏、蔗糖、葡萄糖中加入双歧杆菌、嗜酸乳杆菌和DL菌联合发酵制成，产品有益于保持胃肠道健康;何晨等利用一株产;葡糖醛酸酶的菌种HC－12对中药甘草进行液体发酵转化从而显著提高甘草次酸的含量［14］。

目前全世界的医药品已有一半是生物合成的，特别是合成分子结构复杂的药物时，它不仅比化学合成法简便，而且有更高的经济效益。中草药及其有效生物活性成份

的发酵生产，改造抗生素生产工艺技术，大力开发疫苗与酶诊断试剂，应用微生物转化法与酶固定化技术发展氨基酸工业和开发甾体激素，并对现在传统生产工艺进行改造等等。我们吃的维生素、红霉素、洁霉素等，注射用的青霉素、链霉素、庆大霉素等就是用不同微生物发酵制得的。医药上已应用的抗生素绝大多数来自微生物，每个产品都有严格的生产标准。预测生物制药的研究进展，它将广泛用于治疗癌症、艾滋病、冠心病、贫血、发育不良、糖尿病等多种疾病。

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