合成生物技术生产甾体激素中间体的研究展望

甾体类药物是销售额仅次于抗生素的世界第二大类药物,不同的甾体药物分子结构均由甾体激素中间体衍生而来。甾体激素中间体的传统生产方法包括植物提取皂素法和化学全合成法,其对环境有害,反应产物结构不唯一且成本较高,不利于工业化生产。目前主要的生产工艺是利用微生物对特殊原料进行转化的半合成法,但会遇到微生物酶转化率低、发酵周期长等问题。合成生物学的出现为构建利用糖为唯一碳源生产甾体激素中间体的人工细胞提供了理论上的可行性和可靠的技术支持。重点综述了合成生物技术在甾体激素中间体生产中的应用,以有利于工业发酵的酿酒酵母、分枝杆菌等为底盘细胞,通过引入外源合成功能模块,实现胆甾醇、雄烯二酮等甾体激素中间体的生物合成,并对合成生物技术在医药生产方式转变中的应用进行了展望,以期推动甾体类药物生物制造技术的进步。     

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。     

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。     

酿酒酵母中胆固醇生物合成与优化的研究进展

胆固醇是动物体内积累的主要甾醇化合物,在维持细胞膜功能、合成甾体激素、生产甾体药物中间体等方面具有重要的生物学意义和医学应用价值。传统动物组织提取胆固醇的方法费时费力并存在严重的环境污染问题,而甾醇分子结构的复杂程度也限制了其化学全合成。近些年,人们利用合成生物学方法构建的微生物细胞工厂已成功用于萜类、甾醇类等天然产物的开发与合成。文中综述了胆固醇微生物细胞工厂的研究进展,包括胆固醇生物合成途径的解析、底盘菌株的选择、异源基因元件的挖掘与优化、相关代谢通路的调控等方面,并讨论了当前研究面临的问题,以期为胆固醇的高效生物合成提供参考。     

工业分枝杆菌植物甾醇转化途径及菌种改造研究进展

相比于传统的化学转化法,微生物转化法在甾体药物的生产中显示出了明显的优势.利用分枝杆菌降解植物甾醇可以生成一系列甾体药物的中间体,这极大地方便了甾体药物的生产.通过基因工程、分子生物学和结构生物学等学科的技术手段,人们对甾醇转化菌株进行了深入的探索和改造.本文对工业分枝杆菌植物甾醇转化途径及菌种改造的研究进展进行了综述...     

基于微生物法甾体羟基化反应

甾体化合物又称类固醇,是重要的药物活性成分和药物合成中间体,因其具有环戊烷多氢菲的基本骨架,反应类型丰富,其中羟基化反应因产品具有广阔的市场应用前景而受到广泛关注。羟基化反应有化学法和生物法两种,生物法具有区域和立体专一性、对映体专一性等特点而成为目前主要的生产方法。首先从反应原理、类型及机制3个方面介绍了甾体微生物羟基化过程;其次,基于文献及自身研究工作,从甾体羟基化反应的发酵条件、底物溶解性、跨膜运输及反应器内流体力学特性4个角度对羟基化过程的影响进行了综述;最后,基于甾体羟基化反应特性及当前研究进展,对该反应过程后续研究提出展望,旨在为后期甾体羟基化反应的相关研究提供一定参考依据。     

甾体药物合成中一步分离的各种发酵工艺

甾体药物合成中一步分离的各种发酵工艺法幼华（中国科学院微生物研究所北京１０００８０）从１９５２年ｐｅｔｅｒｓｏｎ和Ｍｕｒｒｙ发现黑根霉（Ｒｈｉｚｏｐｕｓｎｉｇｒｉｃａｎｓ）能在甾体分子的Ｃ＿（１１）位导入羟基以后￣［１］,科学家们相继发现了能在甾体分...     

药用植物甾体生物碱的药理作用及合成途径

甾体生物碱是药用植物中广泛存在的一类代谢产物,是一类具有降压、止咳、平喘、抗肿瘤等生物活性的天然产物。目前,甾体生物碱的合成代谢途径、分离纯化、鉴别及生物学功能研究已成为国内外天然产物研究的热点之一。对药用植物甾体生物碱的药理作用进行了综述,并根据萜类物质合成途径,推测总结了甾体生物碱的合成相关途径和参与该途径的关键酶及其基因克隆的研究进展,以期为药用植物甾体生物碱的代谢途径与基因表达调控及应用研究提供参考。     

生物合成薯蓣皂素的途径设计及关键酶分析

薯蓣皂素是一种天然甾体皂苷元,可作为数百种类固醇药物的前体,具有重要药用价值。目前工业生产薯蓣皂素主要依赖化学提取法,因此该法依赖植物材料和耕地且对环境有害。随着代谢工程和合成生物学的发展,生物合成法受到广泛关注。文中综述了生物合成薯蓣皂素的代谢途径和关键酶,并在酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae中设计其异源合成途径,提出改造策略,以期为全生物合成薯蓣皂素提供有价值的参考。     

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。     

简讯

球孢白僵菌对Reichstein化合物S的微生物氧化我们选择了一种在皮质甾体激素药物的合成中重要的中间体-Reichstein化合物S为基质,通过对甾核具有氧化能力的根霉(Rhizopus),曲霉(Aspergillus)和白僵菌等属的58株菌的筛选,获得了一株具有较高氧化能力的球孢白僵菌(AS 3.4273)。实际中应用我们筛选     

五种开口箭属植物根状茎中甾体皂甙元的初步研究

薄层层析结果显示五种开口箭属植物根状茎中均含有甾体皂甙和甾体皂甙元,为开口箭属植物作为甾体药物资源提供了依据。     

五种开口箭属植物根状茎中甾体皂甙及甾体皂甙元的初步研究

薄层层析结果显示五种开口箭属植物根状茎中均含有甾体皂甙和甾体皂甙元 ,为开口箭属植物作为甾体药物资源提供了依据。     

妊娠小鼠△ 5 3β羟甾脱氢酶活性的测定

生物体内具有激素活性的所有甾体的合成,都涉及到将△~5-3β羟基氧化为△~4-3酮基的步骤,催化这一氧化过程的酶就是△~5-3β羟甾脱氢酶(△~5-3βHSD)。维持妊娠必需的孕酮和雌二醇的合成也有赖于此酶的催化作用。早在六十年代初就已用生化和组织化学的方法证明了该酶的存在,而且只存在于甾体激素产生的组织内。在一定生理状况下,△~5-3βHSD活性的变化是调控甾体合成速度的重要机制。最近高德伟等人报告了应用利血平及LH-RH     

Penicillium raistrickii 15α羟基化左旋乙基甾烯双酮工艺研究

通过生物转化技术对甾体化合物左旋乙基甾烯双酮进行15α位羟基化,合成了重要的药物中间体15α-羟基左旋乙基甾烯双酮,对生物转化工艺进行了优化。重点对底物的助溶剂进行了筛选,同时对培养基成分,接种量,初始pH,通气量,投料浓度,投料时间,转化时间等转化条件进行了优化。结果表明:在摇瓶发酵中,Penicilliumraistrickii对甾体化合物左旋乙基甾烯双酮生物转化,产物15α-羟基左旋乙基甾烯双酮转化率达到60%,在发酵罐放大试验中,转化率达到50%以上。具有工业生产前景。     

中国薯蓣属植物中的甾体皂苷及甾体皂苷元

中国薯蓣属(Dioscorea L.)植物含有约21种甾体皂苷元,其中大部分种类含有3β-羟基皂苷元,少数种类含有3α-羟基皂苷元。从薯蓣属13种植物中共分离出59个甾体皂苷成分,按化学结构可将这些甾体皂苷分为4种类型。约有17种薯蓣属植物含有甾体皂苷元(主要为薯蓣皂苷元),均为根茎组(Sect.Stenophora)种类。在查阅大量资料的基础上,对各种类所含的甾体皂苷元和甾体皂苷成分及各成分的化学结构进行了归纳和综述。     

化学制品在发酵工艺中的利用

把微生物直接作催化剂使用的方法,是由于微生物化学转化甾体的试验取得很大成功,才得到广泛证实的。霉菌、细菌或酵母作用于甾体,催化羟化、脱氢、侧链切断等多种反应。其中有几例已在工业上应用。过去这种方法特别在用化学方法     

铃兰族的甾体皂甙

铃兰族植物富含甾体皂甙,本文对该族植物中甾体皂甙的化学结构、分布及生物活性进行了综述。     

铃兰族的甾体皂甙

铃兰族植物富含甾体皂甙,本文对该族植物中甾体皂甙的化学结构、分布及生物活性进行了综述。     

Penicillium raistrickii15α羟基化左旋乙基甾烯双酮工艺研究*

通过生物转化技术对甾体化合物左旋乙基甾烯双酮进行15α位羟基化,合成了重要的药物中间体15α-羟基左旋乙基甾烯双酮,对生物转化工艺进行了优化。重点对底物的助溶剂进行了筛选,同时对培养基成分,接种量,初始pH,通气量,投料浓度,投料时间,转化时间等转化条件进行了优化。结果表明:在摇瓶发酵中,Penicilliumraistrickii对甾体化合物左旋乙基甾烯双酮生物转化,产物15α-羟基左旋乙基甾烯双酮转化率达到60%,在发酵罐放大试验中,转化率达到50%以上。具有工业生产前景。