突变生物合成在微生物药物领域的研究进展

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1、突变生物合成在微生物药物领域的研究进展作者：白宝星张春燕田敏朱辉【摘要】突变生物合成作为产生抗生素衍生物的重要手段，自20世纪70年代兴起以来，发挥了巨大作用，已开发出许多至今在临床上仍广泛使用的抗生素品种。随着基因技术的发展，突变生物合成技术可直接对次级代谢途径中一特定酶基因进行改造获得突变株，大大提高了工作效率和准确性。本文综述了突变生物合成技术在微生物药物领域的应用，特别是结合基因技术进行突变生物合成研究的新进展。【关键词】微生物药物Reviewonmutationalbiosynthesisinmicrobialmedicinalfie

2、ldsABSTRACTMutationalbiosynthesissinceitsrisingin1970′s，asatoolfortheformationofantibioticstructuralanalogues，hasplayedanimportantroleanddevelopedsomenovelderivativeswhicharestillwidelyusedintheclinictheadvanceofgeneengineering，mutantscanbeobtainedbydirectgenemodifi-cationto

3、certainenzymeinsecondarymetabolismpathwayandefficiencyisgreatlythispaper，theprogress，especiallycombininggeneengineeringofmutationalbiosynthesisisreviewed.KEYWORDSMutationalbiosynthesis;Mutasynthon;Blockedmutant;Antibiotics新疾病的产生和耐药菌的出现，迫切呼唤新的生物活性物质的开发。人们主要从三个途径获得新的活性物质:①自然界;

4、②化学合成以及化学改造;③对产生菌的次级代谢途径进行改造，使其合成途径发生改变，以获得新化合物，主要包括突变生物合成和前体定向生物合成。尽管前两种方式在新药开发过程中仍然占主导地位，但后者特别是MBS也为一种十分有效的途径，且显示出巨大的潜力。MBS是指抗生素产生菌经过物理、化学等诱变因素的作用或通过基因改造，生物合成途径中的某一位点发生突变，丧失合成完整抗生素分子的能力而成为阻断突变株。在发酵培养这种阻断突变株时，添加某种天然的或化学合成的化合物——突变合成元参与生物合成并获得新抗生素的方法和过程。广义的MBS还包括利用生物合成途径改变获得原

5、抗生素的代谢产物和利用阻断突变株积累一些原始菌株所不能积累的抗生素中间体。1969年，Shier用MBS方法对新霉素进行结构改造。1975年，Nagaoka等用“idiotroph”——独需型来描绘那些需要加入外源前体完成新衍生物合成的突变株，并用“mutationalbiosynthesis”——突变生物合成来描绘这种技术。1977年Rinehart将这种技术定义为“mutasysthesis”。按照Rinehart的解释，利用MBS技术制备新衍生物应包括:①突变株的获得;②突变合成元的获得;③添加的突变合成元被细胞吸收并参与新衍生物合成。此

6、外，后续工作还应包括新衍生物的分离和结构鉴定，以及生物活性评价。本文按结构类别介绍MBS技术在微生物药物领域的研究应用，特别是近年来结合基因技术进行MBS研究的新进展。1突变生物合成在氨基糖苷类抗生素中的应用1～5］氨基糖苷类抗生素是临床上重要的抗感染药物，但存在一定程度的肾、耳毒性。因此，对已有品种进行改造，开发对耐药菌有效、肾毒性相对较小的新品种一直是新药研究人员追寻的目标。20世纪70年代，人们利用MBS技术对氨基糖苷类抗生素进行改造，获得成功，特别是涉及2-脱氧链霉胺独需型阻断突变株的研究。如Rosi等通过诱变获得庆大霉素产生菌绛红色小

7、单孢菌D-突变株后，添加链霉胺，生成2-羟基-庆大霉素，该化合物对含有2”-腺苷腺化酶的庆大霉素耐药菌有较强活性，毒性低，在临床上被广泛使用。这方面的研究Rinehart等曾进行过总结，本文不做详细叙述。值得提出的是，20世纪80年代赵敏等通过诱变获得a位点阻断的突变株JIM-401，该突变株代谢产物中庆大霉素Cb组分即小诺米星的产量大大提高，并实现工业化生产;再以JIM-401为出发菌株，获得c位点阻断的突变株JIM-202，该突变株的代谢产物中庆大霉素C1a的积累量大大增加，在其2-脱氧链霉胺1-N位引入一个乙基，经半合成获得新化合物1-N

8、-乙基庆大霉素C1a;再以JIM-202为出发菌株，获得b位点阻断的突变株JIM121，其代谢产物中西索米星组分的产量大大增加。目前，丁酰苷菌素、卡那