聚-4-羟基丁酸的微生物合成及医学应用.pdf

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1、48工程塑料应用2011年，第39卷，第1期聚4．羟基丁酸的微生物合成及医学应用术张岩峰田立宋水山(1．河北省科学院生物研究所，石家庄050051；2．河北医科大学第一附属医院，石家庄050031)摘要聚_4一羟基丁酸[P(4HB)]是由微生物在非平衡生长条件下胞内积累的高分子聚酯，具有高柔韧性、生物相容性、生物可降解性、热塑性等特点。P(4HB)作为可吸收材料可用于制备医用可植入器件，如制备补片、心脏瓣膜和人造血管等治疗心血管疾病；制备手术缝合线；制备软组织修复材料；用于药物缓释体系。研究表明，生物发酵合成的P

2、(4HB)是一种优良的医用生物材料。关键词聚4．羟基丁酸微生物合成组织工程聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类由许多原核生分的PHA。之后，许多研究者在培养基中添加4HB物在非平衡生长(如缺氮、磷、氧、铁等)条件下在细或相关化合物(如一丁内酯、1，4一丁二醇、一氨基丁胞内积累的碳源和能源贮存物质，其在自然界中可酸等)，利用不同微生物代谢能力产生4HB—CoA，获被微生物和酯酶、脂肪酶降解为二氧化碳和水，并且得不同比例4HB单体的P(3HB．co-4HB)共聚物或具有热可塑性、生物相容性、光学活性和压电特性等纯合的P(4

3、HB)，但是野生细菌体内合成的P(4HB)特点。随着化学合成塑料大量废弃造成的环境污染的分子量小于5×10g／mol。研究发现。～，将PHA日益严重，PHA被认为是替代常规塑料的理想材合成基因导人大肠杆菌，重组大肠杆菌体内积累的料⋯。同时，PHA作为一种新型生物工程材料，在PHA，其分子量较野生型细菌体内PHA有显著的提医学、药学、精细化工中也极具应用前景。聚_4一羟高，含4HB的P(3HB．co-4HB)的分子量可达4×10。基丁酸[P(4HB)]因具有独特优异的物理、力学、生g／mol。这可能是由于大肠杆菌中

4、不存在降解PHA物相容和生物可吸收性能，可以作为新型医用生物系统的缘故。材料开发为高附加值的医用产品而备受关注j。H．E．Valentin等将谷氨酸脱羧酶，谷氨酸琥近年来，国内外对P(4HB)的微生物合成及其作为珀酸半缩醛转氨基酶、4一羟基丁酸脱氢酶、乙酰医用生物材料的应用研究比较活跃，笔者介绍了这CoA、4．羟基丁酸CoA转移酶构建到一个重组质粒方面的研究情况。上，与含有phaA、phaB、phaC的重组质粒共转化大1P(4HB)的生物合成肠杆菌。重组大肠杆菌可以利用一氨基丁酸或谷S．Nakamura等首次将4

5、．羟基丁酸(4HB)单氨酸合成P(3HB．eo-4HB)。为了利用类黄色产氢体引入聚．3一羟基丁酸[P(3HB)]中。P(3HB)是噬胞菌合成不含3HB组分的纯合P(4HB)，M．H．PHA家族中最常见的一种，包括真氧产碱杆菌、广Choi等开发设计出三阶段培养法。第一阶段，用泛产碱菌、拜氏固氮菌、不动杆菌属、哈氏弧菌等在丰富培养基促进细胞生长获得最大细胞生物量，细内的许多细菌均可以在体内合成P(3HB)，其生物胞内仅合成少量的P(3HB)；第二阶段，在限氮合成合成途径也最清楚HJ。糖类底物经糖酵解产生乙培养基中添

6、加．丁内酯为底物，菌体只合成酰．CoA，乙酰．CoA经由三步反应合成P(3HB)。第P(4HB)；第三阶段，在含-丁内酯的氮足量合成培一步，由口一酮基脂酰CoA硫解酶(由phaA编码)催养基中继续培养，菌体内少量的P(3HB)被胞内化两个乙酰．CoA分子缩合产生乙酰乙酰CoA；第二PHA解聚酶降解，而P(4HB)被完整保留，因此获得步，由依赖于NADPH的乙酰乙酰CoA还原酶(由纯合的P(4HB)。携带克氏梭菌中编码4HB—CoAphaB编码)催化立体选择性反应，将乙酰乙酰CoA转移酶的基因orfZ和真氧产碱杆菌

7、H16中phaC的转化为(R)一3．羟基丁酸CoA；第三步，依赖PHA聚重组大肠杆菌XL—Blue在含葡萄糖和4-HB两种合酶(由phaC编码)将(R)-3一羟基丁酸CoA单体聚底物的培养基中培养时，菌体内可以合成纯合的合产生P(3HB)，同时释放一个分子的游离CoA5_】。存在于这些细菌中的PHA聚合酶还能利用4HB、3一}国家自然科学基金项目(30970030)羟基戊酸和5．羟基戊酸作底物合成含相应单体组收稿日期：2010—10—13张岩峰，等：聚4一羟基丁酸的微生物合成及医学应用49P(4HB)，其占菌体干

8、重的比例可达到40．8％。器材和微球14]。P(4HB)制备成型产品后，其强度、SongShuishan等在20L规模的发酵罐中批量硬度、延展性仍保持不变，特别是保持了极好的生物生产了P(4HB)。但由于微生物合成P(4HB)所需相容性。以该材料制备的医用产品的可吸收性可从的前体化合物，尤其是4HB，价格昂贵，造成几周持续到一年。P(4HB)的生产成本过高。宋水山等构建了