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甾-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。现存文献资料对该领域缺乏全面系统的分析总结,从甾醇侧链微生物转化的机理、途径及其收率的影响因素等几个方面综述了近几年的研究进展,并对此领域的发展趋势进行了展望。     

甾体生物转化技术研究的现状与进展

从半合成原料、菌种选育及改良和生物转化新技术与新工艺(包括底物的物理/化学助溶法,新型转化体系和细胞通透性改良法)等方面对近几年来甾体生物转化进展进行综述。可以预测,在甾体药物的工业化生产过程中,生物转化技术所占比例将大幅度提高。     

甾体皂苷生物转化研究进展

甾体皂苷是中药中一类较为复杂的糖苷类化合物,具有多方面的药理活性。生物转化是利用各种酶系或微生物对天然活性化合物进行生物合成与结构修饰。利用生物转化技术可以对甾体皂苷类化合物完成化学法难以进行的结构改造和修饰,从而获得具有更高药用价值的目标化合物。本文对近几年利用微生物和酶法转化对甾体皂苷结构修饰的研究进展进行了综述,并分析了甾体皂苷生物转化研究中存在的问题,展望了其研究的前景。     

系列甾体药物关键中间体转化菌种构建及智能化生产应用

甾体激素药物是仅次于抗生素的第二大类药物,当前甾体工业的初始原料已经由从黄姜等植物中提取的薯蓣皂素转向植物甾醇。作为食用油工业的副产物,植物甾醇来源广泛,价格低廉,经微生物转化后可生成雄烯二酮(androstenedione, AD)、雄二烯二酮(androstadiendione, ADD)、9α-羟基-雄烯二酮(9α-hydroxy-androstenedione, 9α-OH-AD)等一系列化合物,这些关键中间体可用于甾体药物合成。甾体代谢途径长、副产物多、调控复杂,传统的微生物筛选、诱变育种方法和油水两相转化体系已经不适于当前的工业生产需求。文中以笔者团队与浙江仙居君业药业有限公司联合开发的新一代甾体药物关键中间体的转化菌株构建和智能化生产为例,综述甾体药物中间体菌种改造和转化工艺开发及其在产业化应用中的进展。未来,随着合成生物学技术的发展,有望开发出更适于甾体药物合成的新一代中间体;乃至以葡萄糖等为原料,使用微生物直接合成甾体原料药。这些生物技术(biotechnology, BT)创建的新一代菌株在基于信息化、智能化技术(intelligent technology, IT)建设的现代工厂中的应用,将会形成更高效、更绿色的生产方式,并产生显著的社会效益和经济价值。     

微生物转化制备活性维生素D_3的研究进展

活性维生素D类药物作为一类高效原料药,采用化学合成方法,制备复杂,限制了其广泛应用。采用微生物转化法条件温和,操作简单,对于活性维生素D3的制备具有重要意义。从甾体羟化菌株,生物转化制备不同活性维生素D3、基因工程在生物转化上的应用及转化率的影响因素等方面综述了其研究进展,并对该领域的发展趋势进行了展望。     

有机溶剂/水两液相体系中甾体激素的生物转化

对有机溶剂,水两液相体系中甾体激素的生物转化进行了综述,主要包括有机溶剂,水两液相体系中甾体生物转化的特征、有机溶剂的选择、细胞的固定化、影响甾体激素转化率的因素以及反应器的设计等。     

以分枝杆菌为底盘细胞生物合成甾药中间体的<研究进展

甾体药物(steroid drugs)是一类具有重要生理和药理作用的药物。目前，甾药行业主要通过分枝杆菌(Mycobacteria)转化制备系列重要甾药中间体，再经过必要的化学修饰或酶法修饰获得高端甾体药物。较之前的“薯蓣皂素-双烯醇酮”体系具有原料廉价且来源丰富、生产成本低且反应路线短、收率高且环境友好等优点。基于基因组学和代谢组学进一步揭示分枝杆菌甾醇降解途径中关键酶系及其催化机理，使分枝杆菌作为底盘细胞成为可能。本文对不同物种类固醇转化酶的发现、分枝杆菌自源基因和异源基因过表达的改造以及分枝杆菌作为底盘细胞的优化和修饰等方面的研究进展进行了综述。     

甾体微生物转化在制药工业中的应用

对几种重要的甾体微生物转化反应如甾体边链降解、甾体羟基化反应的机理及其发展与应用作了概述;同时也介绍了固定化微生物细胞、非水溶液中酶催化反应及混合发酵等微生物转化技术在制药工业中的应用。     

微生物发酵降解植物甾醇侧链生产17-酮甾体研究进展

微生物发酵降解植物甾醇侧链,生产雄甾-4-烯-3,17-二酮(AD),雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮(ADD),和9α-羟基-AD甾体药物中间体的工业生物技术对改变制造甾体激素药物半合成原料薯蓣皂素短缺的现状,实现甾体激素药物半合成原料多元化,合理利用我国甾体植物资源具有重要意义。重点评述了近期微生物法断植物甾醇侧链制AD、ADD和9α-羟基-AD的研究现状,内容包括:1)微生物菌种选育;2)菌种相关的细胞生理,酶学性质和生物催化过程;3)相关酶的细胞定位及生物反应器;4)发酵工艺选择和甾醇原料的合理利用。     

甾醇侧链切除的微生物转化技术

甾体化合物是医药工业中具有巨大市场的产品之一,甾醇侧链切除的微生物转化是解决甾体医药原料的基础,像甾醇这一类疏水性底物的微生物转化技术是产业化的关键。本文综述了甾醇侧链切除微生物转化技术的新进展,详细介绍了我们最近开发的浊点系统两相分配生物反应器新技术。     

甾体C7-羟基化研究进展

生物羟基化被用作研究甾体代谢机制和制备羟基甾体的工具,许多真菌微生物菌具有甾体C7-羟基化能力,而C7-羟基甾体具有许多重要的生物活性。在分子水平上,人们已经发现了7α-羟基化酶及其基因。就以上几个方面做一简单综述,并对此领域的发展趋势进行展望。     

甾类化合物微生物转化与分解代谢机制研究进展

甾类化合物具有重要的生理医药作用,市场需求巨大。甾类化合物及其关键甾类药物通过微生物转化制备工艺较化学合成法具有区域立体选择性、减少合成步骤、缩短生产周期、提高收率以及生态友好等优点逐步被应用,然而甾类物质微生物分解代谢机制还有待进一步深入探索研究并确定。本文从甾类化合物结构种类与主要来源、生理功能、微生物转化与分解代谢机制的研究等方面进行了归纳,着重解析甾类化合物分解代谢过程关键酶系及其分子作用机制,为甾药化合物生产菌种改造与工程菌构建,以及微生物转化工业化生产工艺的开发提供参考。     

环境中拟除虫菊酯类农药微生物降解技术研究进展

近年来,随着拟除虫菊酯类农药的大量及不合理使用,环境及食品中的农药残留对人类健康造成的负面影响日益显著。微生物降解农药作为去除农药污染安全高效的方法已成为当前研究热点之一。综述了国内外拟除虫菊酯类农药微生物降解菌的种类、降解机制、降解酶及降解菌应用的最新研究进展,并对亟须解决的重要问题进行了展望。     

京尼平的微生物转化及其交联特性的测定分析

从土壤中富集筛选获得一株产β-葡萄糖苷酶的菌株,经菌落的形态和18S rDNA鉴定确定为黑曲霉。将筛选出的黑曲霉菌株接种于发酵培养基,利用含有京尼平苷的栀子粉作为底物发酵,通过对发酵条件优化,得到在装液量50/250 mL,栀子粉浓度为10%,转速为180 r/min,发酵时间为96 h时,京尼平的微生物转化率达到最大22%。这种微生物转化法简化了京尼平的生产工艺,大大降低了生产成本。利用微生物转化获得的京尼平交联胶原蛋白材料,研究表明其具有较好的交联特性,是一种在食品、医药等领域都具有应用前景的生物交联剂。     

Microbial Transformation of 14‐Anhydrodigoxigenin by Alternaria alternata

The microbial transformation of 14‐anhydrodigoxigenin ( 1 ) by Alternaria alternata CGMCC 3.577 led to the production of seven new metabolites, 2 – 8 . Their structures were determined by extensive spectroscopic (CD, IR, 1D‐ and 2D‐NMR, and HR‐ESI‐MS) data analyses. The reactions in the bioprocess exhibited diversity, including specific oxidation, hydroxylation, reduction, epoxidation, and dehydration. In addition, a hypothetical biocatalytic pathway is proposed.     

Microbial hydroxylation of progesterone with Acremonium strictum

Microbial hydroxylation of progesterone occurred in the culture of Acremonium strictum PTCC 5282 to produce two hydroxylated pregnene-like steroids. The metabolites were purified and characterized using spectroscopic methods and identified as 15alpha-hydroxyprogesterone and 15alpha-hydroxydeoxycorticosterone.     

A Keto Reductase Involved in Steroid Degradation in Mycolicibacterium neoaurum

Phytosterols can be used by microorganisms as carbon and energy sources and completely degraded into CO₂ and H₂O. The catabolic pathway of phytosterols was well characterized in many microorganisms. Blocking the steroid core ring degradation by deletions of fadE30 and fadD3 genes, two important steroid intermediates, 3aα-H-4α-(3’-Propionic acid)-5α-hydroxy-7aβ-methylhexahydro-1-indanone-δ-lactone (sitolactone, or HIL) and 3aα-H-4α-(3’-propionic acid)-7aβ-methylhexahydro-1,5-indanedione (HIP) can be accumulated. They are currently used to synthesize nor-steroid drugs with an α-methyl group or without the methyl group at the C₁₀-position, such as estrone and norethindrone. In this study, a key gene involved in the bioconversion of HIP to HIL was identified in Mycolicibacterium neoaurum. Through heterologous expression, gene hipR was found to be involved in the reduction of the C₅ keto group of HIP to a hydroxy group, leading to spontaneously lactonization into HIL in vitro. Through gene complementation and knockout, HipR functions were verified and two HIP degradation pathways in vivo were elucidated. The finding of this research facilitated the understanding of the metabolic pathway of sterols, and was directly applied to engineering robust production strains by overexpression or knockout of related genes.     

Microbial metabolism of prenylated apigenin derivatives by Mucor hiemalis

6-Prenylapigenin (1) and 8-prenylapegenin (2) were semi-synthesized from apigenin by nuclear prenylation. Morusin (3) was isolated from the root bark of Morus alba L. The microbial transformation studies of these three bioactive prenylated apigenin derivatives were performed using eighteen cell cultures in order to select microorganisms capable of transforming them. It was identified that Mucor hiemalis (KCTC 26779) showed the ability to metabolize the parent compounds (1–3) into three new (4–6) and one known (7) glucosylated derivatives with high efficiency. Their structures were established as 6-prenylapigenin 7-O-β-d-glucopyranoside (4), 8-prenylapigenin 7-O-β-d-glucopyranoside (5), morusin 5-O-β-d-glucopyranoside (6), and morusin 4′-O-β-d-glucopyranoside (7) by the spectroscopic methods.     

环境中雌激素的微生物降解

环境中的雌激素是一类重要的环境内分泌干扰物,微生物降解是去除环境雌激素的主要途径。通过归纳已报道的雌激素降解细菌、总结其降解雌激素的机制、分析雌激素降解途径以及其他真核微生物的雌激素降解作用4个方面,概括阐述了雌激素的微生物降解作用,并对未来的研究方向提出展望。