文/雷一鳴，夏舒

作為先進(jìn)的轉(zhuǎn)化技術(shù)，微生物發(fā)酵在食品加工、制藥等多個(gè)領(lǐng)域得到了運(yùn)用。而在制藥行業(yè)應(yīng)用微生物發(fā)酵技術(shù)，通過設(shè)計(jì)發(fā)酵形式和選取適合生產(chǎn)工具能夠完成新藥研制，并通過嚴(yán)格控制制藥流程生產(chǎn)得到療效顯著的藥物，為推動發(fā)酵制藥技術(shù)發(fā)展提供助力。對微生物技術(shù)應(yīng)用于發(fā)酵制藥生產(chǎn)的意義進(jìn)行探究，能夠進(jìn)一步了解微生物發(fā)酵制藥技術(shù)發(fā)展情況，為技術(shù)應(yīng)用指明方向。

1 微生物發(fā)酵制藥技術(shù)概述

自古以來微生物就用于實(shí)現(xiàn)藥物發(fā)酵處理，如在中草藥炮制中就采用微生物發(fā)酵技術(shù)增強(qiáng)藥性和降低毒性。而在現(xiàn)代微生物發(fā)酵工程中，需要為微生物生長繁殖提供適宜環(huán)境，通過微生物發(fā)酵改變材料性質(zhì)，獲得目標(biāo)產(chǎn)物。采用不同菌種和原料，創(chuàng)造不同環(huán)境條件，能夠獲得不同物質(zhì)，對整個(gè)過程的精確控制被稱之為微生物發(fā)酵技術(shù)。在現(xiàn)代制藥工程中，運(yùn)用微生物發(fā)酵技術(shù)獲得的初級代謝產(chǎn)物或副產(chǎn)物可以成為單額藥品，附帶抗菌、抗感染等多種能力，成為治療和預(yù)防疾病的有效藥物[1]。采用微生物發(fā)酵制藥技術(shù)，按照發(fā)酵形式可以劃分為好氧、厭氧、兼性厭氧三類，采用不同的原料，分別在氧氣環(huán)境、無氧環(huán)境和低氧環(huán)境下進(jìn)行微生物發(fā)酵。結(jié)合繁殖條件選取適合菌種進(jìn)行培育，實(shí)現(xiàn)種子優(yōu)選后嚴(yán)格控制發(fā)酵條件，使發(fā)酵溫度等達(dá)到制藥生產(chǎn)需求，能夠通過發(fā)酵完成物質(zhì)轉(zhuǎn)化。對得到的產(chǎn)物進(jìn)行提取，投入到后續(xù)制備流程中，可以實(shí)現(xiàn)藥品生產(chǎn)。根據(jù)發(fā)酵使用的工具，又可以將微生物發(fā)酵制藥劃分為淺盤、深層、敞口、閉口等類型，對生產(chǎn)技術(shù)提出了不同要求。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，需要實(shí)現(xiàn)無菌操作，保證得到的產(chǎn)物不受污染，因此需要嚴(yán)格控制發(fā)酵工藝過程。

2 微生物技術(shù)應(yīng)用于發(fā)酵制藥生產(chǎn)的意義

2.1 在生物制品生產(chǎn)方面的應(yīng)用意義

在發(fā)酵制藥生產(chǎn)中，需要利用生物自身物質(zhì)制成用于預(yù)防、治療和診斷的各種生物試劑制品，如疫苗、免疫血清、免疫調(diào)節(jié)劑等。如生產(chǎn)疫苗，能夠使人通過接種疫苗產(chǎn)生抗體。但隨著時(shí)間延長，疫苗藥效將會減弱。與此同時(shí)，細(xì)菌耐藥性的增強(qiáng)，將出現(xiàn)毒性增加問題，導(dǎo)致疫苗效果減弱或直接失效。應(yīng)用微生物技術(shù)進(jìn)行疫苗研制生產(chǎn)，能夠利用各種微載體細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行病毒培養(yǎng)，然后用于疫苗研發(fā)和生產(chǎn)。在免疫調(diào)節(jié)劑、類毒素等生物制品生產(chǎn)中，同樣需要采用微生物發(fā)酵制藥技術(shù)，采用基因工程細(xì)菌等對重要基因片段進(jìn)行表達(dá)，能夠生產(chǎn)活性肽類、蛋白酶類等不同藥物。通過微生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)分離純化、編碼分析等各項(xiàng)操作，能夠?qū)崿F(xiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能改良，促進(jìn)蛋白質(zhì)工業(yè)發(fā)展[2]。而利用酶和細(xì)胞固定化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)微生物向酶和細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，通過彌補(bǔ)酶的不足使制藥模式得到優(yōu)化。在制藥生產(chǎn)實(shí)踐中，將類毒素與死疫苗混合，能夠生產(chǎn)百日咳死菌苗等聯(lián)合疫苗，用于預(yù)防兒童百日咳等疾病。在動物免疫藥物制備上，可以采用微生物技術(shù)從血液中提取抗毒素血清，注入動物體內(nèi)可以通過被動免疫方式獲得特異性免疫力。

2.2 在抗生素生產(chǎn)方面的應(yīng)用意義

在臨床中，抗生素為常見化學(xué)制劑，能夠用于抑制細(xì)菌生長，殺死對人體有害的微生物。在腫瘤類疾病治療和預(yù)防方面，抗生素也能發(fā)揮較好效果。在臨床中，較多微生物藥物作為免疫抑制劑，用于抑制器官排斥反應(yīng)。如環(huán)孢素A就屬于利用微生物次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)得到的藥物，已經(jīng)在臨床中得到廣泛應(yīng)用。生產(chǎn)西羅莫司、依維莫司等抗菌、抗腫瘤藥物，同樣需要采用微生物發(fā)酵制藥技術(shù)。而抗生素研制在進(jìn)入20世紀(jì)才開始，最初僅有青霉素，之后陸續(xù)出現(xiàn)鏈霉素等藥物，能夠?qū)Y(jié)核菌等更多細(xì)菌生長進(jìn)行抑制。鏈霉素能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，主要依托于微生物發(fā)酵技術(shù)，為抗生素的大規(guī)模生產(chǎn)和運(yùn)用提供了保障?？股赜謩澐譃閮?nèi)在抗性和獲得性抗性兩類，在抗生素濫用的背景下，為解決細(xì)菌耐藥性問題，現(xiàn)代制藥生產(chǎn)多偏重于多抗性菌株研制。而利用細(xì)菌可移動遺傳元件進(jìn)行多抗性菌株研制，可以有效應(yīng)對細(xì)菌適應(yīng)性進(jìn)化問題。應(yīng)用微生物技術(shù)，能夠?qū)⒓?xì)胞工程與基因工程有機(jī)結(jié)合在一起，如利用細(xì)胞次生代謝產(chǎn)物技術(shù)等進(jìn)行制藥生產(chǎn)，能夠使抗生素制藥模式得到優(yōu)化[3]。將抗菌肽基因?qū)氪竽c桿菌等工程菌，能夠通過重組抗菌肽的工程菌，作為能夠代替抗生素的抗菌藥物，同樣對細(xì)菌、病毒和癌細(xì)胞具有較強(qiáng)殺傷力。

2.3 在干擾素生產(chǎn)方面的應(yīng)用意義

干擾素實(shí)際為人體細(xì)胞分泌的活性糖蛋白，擁有免疫調(diào)節(jié)活性和抗病毒能力，屬于一種細(xì)胞因子。在流行感冒、乙型肝炎、癌癥等疾病治療中，干擾素得到了應(yīng)用，能夠作為人體防御重要組成部分。而干擾素需要利用病毒誘導(dǎo)白細(xì)胞產(chǎn)生，因此需要采用微生物技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。但由于早期微生物技術(shù)尚未成熟，干擾素生產(chǎn)成本較高，主要用于乙型肝炎病毒治療。隨著細(xì)胞工程等微生物技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)工藝模式日漸靈活，如流加、灌注等技術(shù)都可以得到靈活使用，生產(chǎn)的蛋白質(zhì)藥物種類繁多，能夠?yàn)樯镏破飞a(chǎn)提供成熟工藝技術(shù)。在乙型肝炎治療方面，利用微生物技術(shù)進(jìn)行干擾素生產(chǎn)，能夠使病毒造成的細(xì)胞炎癥壞死等情況得到長期抑制，減輕肝臟纖維化現(xiàn)象，有效預(yù)防肝硬化等癥狀的發(fā)生，因此能夠使患者存活時(shí)間和生活質(zhì)量得到改善。采用微生物發(fā)酵制藥技術(shù)進(jìn)行VE等抗氧化劑生產(chǎn)，能夠使免疫系統(tǒng)細(xì)胞活力得到激發(fā)，促使機(jī)體產(chǎn)生干擾素，能夠幫助機(jī)體抵御外來侵染因子。如采用微生物進(jìn)行生育酚的制備，可以利用藻類提高藥物生產(chǎn)效率。

2.4 在中藥生產(chǎn)方面的應(yīng)用意義

在中藥生產(chǎn)中，微生物技術(shù)可用于中草藥發(fā)酵，能夠使多種活性物質(zhì)含量得到調(diào)節(jié)。在特殊中藥環(huán)境中，微生物將發(fā)生不同代謝反應(yīng)，產(chǎn)生的酶能夠分解中藥中的有毒生物堿類物質(zhì)，使藥物毒副作用得到降低。采用乳酸菌對毒性大的中草藥進(jìn)行發(fā)酵，檢出毒性或基因毒性的概率將得到明顯降低，而多糖得率能夠提高2-3倍。利用微生物發(fā)酵作用，能夠促進(jìn)物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，使組織加強(qiáng)活性成分吸附，因此能夠滿足新型藥物生產(chǎn)需求。如利用紅曲霉對秈米進(jìn)行發(fā)酵處理，能夠分離得到洛伐他汀類物質(zhì)，具有降血脂、抗腫瘤等功效。在制藥生產(chǎn)中，可以通過微生物發(fā)酵完成中藥有效成分轉(zhuǎn)化，得到的新物質(zhì)和次生代謝產(chǎn)物能夠用于新化合物生產(chǎn)。利用中藥中營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)益生菌繁殖，并通過發(fā)酵重要完成化學(xué)成分轉(zhuǎn)化，能夠使生產(chǎn)的藥物在疾病預(yù)防、機(jī)體健康改進(jìn)等方面產(chǎn)生協(xié)同作用。此外，采用復(fù)合菌劑進(jìn)行中藥藥渣發(fā)酵，能夠析出黃銅、粗蛋白等營養(yǎng)物質(zhì)，并產(chǎn)生檸檬酸等活性成分。用于制作微生物絮凝劑、動物飼料等，能夠使中藥得到充分利用，在減少藥物浪費(fèi)的同時(shí)，使環(huán)境得到保護(hù)。

2.5 在甾體激素生產(chǎn)方面的應(yīng)用意義

甾體激素?fù)碛袕?fù)雜結(jié)構(gòu)組成，在制藥過程中存在合成難題，難以實(shí)現(xiàn)天然材料的有效利用。但作為除抗生素以外第二大類藥物，甾體激素能夠用于免疫調(diào)節(jié)和機(jī)體發(fā)展等領(lǐng)域，具有重要醫(yī)藥價(jià)值。應(yīng)用微生物技術(shù)進(jìn)行發(fā)酵制藥，能夠利用可降解甾體側(cè)鏈方式實(shí)現(xiàn)技術(shù)合成，使利用甾醇類植物生產(chǎn)甾體激素藥物的難題得到解決。相較于人工材料，植物材料成本更低，通過對其甾體結(jié)構(gòu)進(jìn)行高效利用能夠有效降低藥物生產(chǎn)成本，并為新型激素藥物的研制提供更大研究空間，因此可以有效促進(jìn)甾體激素藥物的發(fā)展。

3 微生物技術(shù)應(yīng)用于發(fā)酵制藥生產(chǎn)的前景

通過在發(fā)酵制藥生產(chǎn)中運(yùn)用微生物新技術(shù)，制藥工藝水平能夠得到明顯提升。應(yīng)用微生物工程實(shí)現(xiàn)菌種培養(yǎng)改進(jìn)、工藝改進(jìn)等，能夠使制藥技術(shù)隨著生命科學(xué)和生物技術(shù)發(fā)展而發(fā)展。如采用微生物酶制藥工藝，可以將微生物發(fā)酵技術(shù)當(dāng)成是基礎(chǔ)，利用產(chǎn)生的多種酶進(jìn)行培養(yǎng)基配置，通過誘導(dǎo)、抑制等調(diào)控提高酶選擇性等特性，達(dá)到生產(chǎn)有用酶的目標(biāo)。采用微生物轉(zhuǎn)化制藥工藝，利用生物體中的細(xì)胞或酶對外源化合物進(jìn)行催化，能夠完成藥物有機(jī)合成。由于采用該技術(shù)能夠提供溫和反應(yīng)條件，同時(shí)提高催化率和增強(qiáng)選擇性，可以減少發(fā)酵制藥給環(huán)境帶來的污染。采用微生物代謝產(chǎn)物制藥技術(shù)，能夠在初級代謝產(chǎn)物基礎(chǔ)上進(jìn)行藥物合成，利用活性更強(qiáng)的次級代謝產(chǎn)物進(jìn)行藥物生產(chǎn)，使藥物在臨床中的有效性得到增強(qiáng)。在微生物技術(shù)從低端向高端發(fā)展的過程中，技術(shù)手段將日漸豐富，用于發(fā)酵制藥生產(chǎn)可以獲得品質(zhì)佳、性能優(yōu)的藥品，因此應(yīng)用前景良好。

4 結(jié)論

在生物制品、抗生素等多種發(fā)酵制藥生產(chǎn)流程中，應(yīng)用微生物技術(shù)能夠使藥品藥效得到改善，應(yīng)用于基因工程、蛋白質(zhì)工程等工程中，能夠完成新藥研制，使微生物發(fā)酵技術(shù)在抗腫瘤、抗感染等藥物生產(chǎn)方面的研究得到不斷深入。因此相信隨著微生物技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵制藥生產(chǎn)也將迎來良好的發(fā)展前景。