天然药物生物转化的意义

随着生物科学的不断发展，生物转化已逐渐应用于天然产物的研究。其中，生物转化体系包括微生物转化和植物细胞组织培养转化。微生物转化是一种化学反应，通过用来自微生物系统如细菌和霉菌的酶来修饰外源底物的结构而发生。微生物种类繁多(65438万余种)，分布广泛，繁殖迅速。它容易变异，对自然环境的变化有很强的适应性，富含酶，也有很大的潜力产生一些新的、特异的酶。作为一种生物转化系统，它具有独特的优势。生物转化反应主要包括氧化、还原、酯化、水解、缩合、聚合、水合、环化、糖基化等。用于不同化学反应的微生物主要有霉菌(常用于氧化、还原和水解)。环化反应、酯化反应、水解反应、碳碳键断裂反应)、酵母(还原反应、水解反应)。鉴于微生物转化产物的形成过程更接近或等于自然，FDA已将此类产品列为天然产品，为天然发酵产品的生物转化和市场化提供了良好的软环境。我国在生物转化和天然药物发酵方面的工作不多，但已经取得了一些成果。有了一定的积累，继续并加强这方面的研究，将对药学、功能(保健)食品科学和天然美容护肤品的研发产生深远的影响，也将催生一系列创新高效的产品。

微生物对天然药物的生物转化主要分为对单一有效成分的转化和对中药所有成分的转化。

1微生物对天然药物中单一有效成分的生物转化

微生物对中药单一有效成分的转化，是提取中药的某一特定有效成分，微生物转化后寻找新化合物，再通过对新化合物的药理筛选，确定转化是否有益。国内外对这方面的研究比较深入。早在1952，Peterson等人就利用黑根酶在孕酮的11位引入了一个α-羟基。转化为11α单羟基黄体酮，使黄体酮合成皮质酮只需三步，产率高达90%，从而使可的松问世，使体内微量的各种甾体激素成为临床治疗药物；与喜树碱相比，10-羟基喜树碱具有更好的抗肿瘤效果，但其毒性大大降低。研究表明，喜树碱可以通过微生物转化转化为10-光喜树碱。LiLi Ning等用禾谷白蛾生物转化雷公藤内酯醇，转化产物* * *分离出4个新化合物，均对人肿瘤细胞系具有细胞毒活性。青蒿素是1971年从药用植物黄花蒿中分离出的带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。许多科学研究人员试图改变这种结构。为了提高青蒿素的资源利用率，研究人员从18菌株中筛选出一株能催化转化青蒿素、双氢青蒿素和蒿甲醚的菌株，并对培养基进行优化，使主产物转化率达到56%以上。大规模制备转化结果:从发酵产物中分离出16个转化产物，鉴定出14个结构。其中65，438+00为新化合物。在65，438+04转化产物中，除一个是羰基产物外，其余65，438+03都是羟基化产物，比底物极性大。这些化合物不能用化学方法制备。以人参皂苷为原料，从野山参生长的土壤中分离菌株，用这些菌株发酵总皂苷，得到具有抗血栓形成等较强生物活性的稀有人参皂苷，其中Rg3的转化率为3%-5%，Rh2的转化率为1%-2%。作为天然药物发挥其药理活性的物质基础，天然活性成分往往含量低，结构复杂，难以合成，如紫杉醇、三尖杉酯碱、喜树碱、美登木酮的含量都在数万以下。很难从野生植物中找到满足工业生产需要的原料。人工栽培也存在成本高、周期长、产量难以保证等问题。事实上，植物不可能只含有一种活性成分，往往还有一些生物关系或结构相似的化合物。利用生物转化技术将这些类似物转化为高活性的目标化合物，可以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。如喜树(珙桐科)中含有许多结构相似的生物碱，如喜树碱、羟基喜树碱、脱氧喜树碱、甲氧基喜树碱等。喜树碱是一种抗癌药物，对小鼠脑瘤22、大鼠艾氏癌和吉田肉瘤有明显的抑制作用。其中10-羟基喜树碱对艾氏腹水癌和腹水型肝癌有作用。对大鼠肉瘤137和180、宫颈癌14和韦克氏瘤256有不同程度的抑制作用，特别是对腹水瘤。与喜树碱相比，10-羟基喜树碱疗效好，毒性低，常用，但含量只有万分之几。喜树碱是喜树总生物碱中的主要成分，含量仅为千分之几。从天然资源中提取喜树碱费时、费力、浪费。发现喜树碱可以被曲霉等微生物定向转化为10-羟基喜树碱，为解决资源问题开辟了新的途径。到目前为止，还没有对喜树的药用部位，特别是抗癌活性强的果实进行生物发酵研究(液体或固体发酵)。相信除了增加10-羟基喜树碱的含量外，还可能有新的发现，因为发酵过程会大大改变喜树碱及其类似物，从而产生新的药理活性。再比如，抗癌活性成分美登酮是一种低毒的大环内酰胺类抗癌物质，来源于卫矛科美登属植物，具有很强的体内外抗癌活性，对Lewis肺癌有疗效等。云南西双版纳傣族用美登木治疗各种痈肿，包括肝、肺、胃肠癌、乳腺小叶增生、肝硬化等。，取得了良好的预防和治疗效果。美登木还可以抑制微管蛋白的聚合或解聚聚合的微管。它能阻滞有丝分裂中期的细胞。美登木酮的机制类似于另一种抗癌活性成分紫杉醇的机制。但由于美坦酮的天然资源有限，为了扩大药源，有人对药源进行了研究。从菌根真菌和内生菌的发酵产物中，不仅发现了一些美登木酮的类似物或前体，还发现了一种抗癌活性远超美登木酮的类似物。这一结果显示了通过工业发酵生产抗癌药物的光明前景。利用菌根真菌和内生菌转化美登木酮中的美登木酮前体或类似物，将为这一重要抗癌植物药物的研究开启新的篇章。