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        微生物轉(zhuǎn)化技術在中藥資源開發(fā)中的應用研究

        2019-03-03 23:12:01高學鵬
        云南化工 2019年10期
        關鍵詞:煙堿生物堿黃酮類

        賀 巒,高學鵬,彭 楊

        (江西應用技術職業(yè)學院,江西 贛州 341000)

        1 微生物轉(zhuǎn)化

        中藥的成分復雜龐大,一般包括幾個大類:生物堿類、酯類、黃酮類、醌類、配糖體類 (皂苷)、鞣質(zhì)等。由于這些活性成分在中藥材中含量較低,而且雜質(zhì)多,其中甚至某些成分有毒性,不僅體內(nèi)轉(zhuǎn)化能力弱,而且口服利用度低,起效慢。微生物轉(zhuǎn)化技術是一種利用微生物產(chǎn)生的一系列酶,通過催化作用,提純影響天然藥物的成分含量,在增加穩(wěn)定性,去除雜質(zhì)的同時,提高藥效,降低毒性。

        2 在中藥中應用微生物轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢

        2.1 皂苷類資源微生物轉(zhuǎn)化

        傳統(tǒng)中藥中,我們會使用皂苷類化合物抗腫瘤、提高心血管活性、抗病毒、抗過敏、降膽固醇等。實驗表明,通過微生物轉(zhuǎn)化法,可以提高皂苷的生理活性,有效改變皂苷糖鏈結(jié)構(gòu)。在皂苷類微生物轉(zhuǎn)化的課題研究中,人參皂苷是目前研究最多的。從韓國傳統(tǒng)發(fā)酵食品泡菜中,可以成功提取出藥理學活性更強的CK。在pH6.0、30℃、反應72h的最佳條件下,類消化乳桿菌LH4以HPLC、TLC以及NMR分析酶反應,成功的將1.0 mg/mL的人參皂苷Rb1轉(zhuǎn)化得到0.52 mg/mL的CK,摩爾轉(zhuǎn)化率達到了88%。實驗室技術難題已經(jīng)得到了有效的攻破,LH4(類消化乳桿菌)也就有了工業(yè)制備CK的可能。在分離鑒定20(R)-人參二醇時,共發(fā)現(xiàn)了五種化合物,且這五種化合物被證明可具有增強抑制HSC-T6細胞增值的作用。用微生物強大的酶系統(tǒng),微生物轉(zhuǎn)化技術為中藥現(xiàn)代化的發(fā)展開辟新思路,實現(xiàn)中草藥活性成分的分解轉(zhuǎn)化。因此,對于明確藥物療效和作用機理而言,采用微生物轉(zhuǎn)化技術來模擬體內(nèi)的代謝過程有著重要的作用。與此同時,在提高作用效果、發(fā)現(xiàn)新化合物及提高其皂苷含量方面,應用微生物技術轉(zhuǎn)化虎杖苷、連翹苷、芍藥苷、薯蕷皂苷元、積雪草皂苷和絞股藍皂苷等都有相應的文獻記載。

        2.2 微生物轉(zhuǎn)化黃酮類資源

        現(xiàn)階段黃酮類成分研究的新方向,就是在轉(zhuǎn)化天然黃酮產(chǎn)物時應用微生物技術。黃酮類成分的研究受到限制是由于在體內(nèi)外,黃酮類成分有著不同的生物活性。從南京土壤中,Wang等在10%乙醇條件下,分離得到CGMCC4913,由葛根素轉(zhuǎn)化為7-O-果糖苷的葛根衍生物,其衍生物不僅抗氧化活性以及水溶性得到較大的改進,而且轉(zhuǎn)化率高達97.6%。主要活性為黃酮的是多甲氧基黃酮(PMF),其生物活性多種多樣,表現(xiàn)為抗氧化損傷以及抗癌。以活性為向?qū)ШY選,Kim首次研究PMF代謝相關的人體腸道細菌,通過對其體外表征以及生物轉(zhuǎn)化的研究,最終篩選出MRG-PMF1菌種,Blautia屬。通過MRGPMF1,去甲基化黃酮可以由將PMF代謝而成,其中5,7,4-三甲氧基黃酮以及5,7-二甲氧基黃酮分別代謝成為芹菜素(5,7,4-三羥基黃酮)以及白楊素(5,7-二羥基黃酮),C-4位甲氧基優(yōu)先水解,這極大的提升我們對黃酮類化合物的認知。發(fā)現(xiàn)新的生物活性黃酮化合物,以及在人體腸道代謝過程,意義重大。為了清除自由基、改善黃酮含量以及酚酸的能力,微生物發(fā)酵處理的方法效果明顯,通過比較芽孢桿菌菌種烤、蒸以及發(fā)酵等工藝,我們可以從結(jié)果中明顯看出,菝葜葉總黃酮以及總酚酸的含量,在微生物發(fā)酵過后,含量顯著提高,此外氧自由基吸收能力提升最為明顯,尤其是米曲霉以及釀酒酵母發(fā)酵過后。在釀造工業(yè)中,雌性啤酒花球果有著非常高的應用價值,由于具有抗癌、抗炎、抗微生物、抗氧化以及雌性激素的作用,而且大量黃酮類成分,更重要的是胃腸微生物群以及黃酮類化合物的生物轉(zhuǎn)化相關的微生物酶促反應下,所得的轉(zhuǎn)換產(chǎn)物應用潛力巨大。

        2.3 生物堿類資源微生物轉(zhuǎn)化

        由于結(jié)構(gòu)較為復雜,且為環(huán)狀,在植物體內(nèi)的生物堿大多呈堿性,為一類含氮有機化合物,有抗癌、抗菌消炎、鎮(zhèn)痛、解痙以及止咳平喘的作用,生理活性顯著。通過合成生物學策略以及應用代謝工程,可以將中藥植物中含量豐富的生物活性分子原小檗堿,由簡單的芐基異喹啉,反應催化轉(zhuǎn)換為復雜高級的生物堿原小檗堿。原小檗堿類生物堿,通過載體中生物的合成途徑,也就是優(yōu)化釀酒酵母等方法,實現(xiàn)了高效的合成,這一成功的案例具有里程碑的意義,實現(xiàn)微生物細胞工廠或者利用酶法合成,最終實現(xiàn)其他高價值的化合物。采用高效有力的生化途徑和微生物特定的酶,生物修復是清理環(huán)境污染綜合性效果最好的方法,在降解劇毒雜環(huán)化合物時,尤其是煙草生物堿,效果顯著。這些嗜酸性微生物經(jīng)過煙堿代謝轉(zhuǎn)化后,碳和氮便成為其生長的唯一能量來源,消耗殆盡,自然就可以降解。通過吡咯烷途徑或者經(jīng)吡啶途徑,細菌將煙堿完全降解。兩通路中共同的中間關鍵酶,是6-羥基-3-琥珀吡啶 (HSP)羥化酶,煙堿經(jīng)由該酶轉(zhuǎn)化為2,5-二羥基吡啶。在觀察惡臭假單胞菌作用于煙堿,并將其降解的過程中,Tang等發(fā)現(xiàn)并通過分析,識別降解過程中,參與的煙堿代謝酶,6-羥基-3-琥珀吡啶是由3-琥珀吡啶轉(zhuǎn)化而成,整個過程中參與的催化酶還有鐵氧還蛋白、molybdopterin脫氫酶以及molybdopterin結(jié)合氧化酶,同時整個過程中還進行基因的克隆表達,發(fā)現(xiàn)了一定量的煙堿氧化還原酶(nicA2)。上述過程的發(fā)現(xiàn)與探索,極大的推動自然界有毒化合物的降解,進而人類保護環(huán)境可以踏上新的征程。

        3 結(jié)語

        綜上所述,科學技術的進步,尤其是生物科技的不斷發(fā)展,讓中藥資源可以有較大的利用,多年的研究我們已經(jīng)在加工技術、藥理研究以及分離純化等技術方面獲得突破性進展。微生物轉(zhuǎn)化技術一定程度上,解決化學合成這一方法無法合成某些化合物的問題。而這一技術應用在藥學領域,為醫(yī)藥學工作者開辟新的探索道路,但是人類的知識儲備有限,實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)難度很大。目前可以用來提高生物轉(zhuǎn)化效率的方法,如發(fā)酵和生物轉(zhuǎn)化介質(zhì)、相關關鍵酶的合理設計以及微生物群基因庫的探索等。對于中藥資源的開發(fā)研究而言,微生物轉(zhuǎn)化技術的研究工作意義重大,中藥資源經(jīng)過微生物轉(zhuǎn)化處理之后,大量的衍生化合物可以被生產(chǎn)出來,為新藥物的發(fā)展與研究開辟新的道路,是未來中醫(yī)藥突破的關鍵。

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