微生物转化在中药活性成分研究中的应用

微生物转化在中药活性成分研究中的应用

王凌波

正大天晴药业集团股份有限公司  南京 211100

摘要：中药活性成分是中药防病治病的物质基础，也是中药现代化研究的重要内容之一。微生物转化技术在中药活性成分的现代化研究中具有十分重要的作用，广泛用于中药活性成分的合成、结构修饰以及新化合物的开发。微生物转化可以有效地提高已知中药活性成分的药效、降低毒副作用、改善水溶性和生物利用度，也可以用来生产具有重要应用价值的微量天然活性先导化合物同时可用于药物代谢机制的研究。文章介绍了微生物转化技术及其在中药活性成分研究中的应用情况。

关键词：中药;活性成分;微生物转化

前言：微生物转化是一种重要的生物技术，在中药活性成分研究中发挥着关键作用。该技术通过利用微生物菌株的代谢能力，将天然植物中的化合物转化为更活性或具有更多药理活性的化合物。这一方法可以提高中药的药效、降低毒性，同时扩大了中药应用的范围。例如，通过微生物转化，一些植物中的毒性物质可以被转化成对人体更友好的形式。此外，微生物转化还可以提高产量，缩短生产周期，降低成本，使中药更具竞争力。因此，微生物转化技术在中药活性成分的研究和开发中具有广泛的应用前景，有望推动中药现代化和国际化进程。

1．微生物转化概述

1864 年巴斯德发现乙酸杆菌能将乙醇氧化为乙酸，开启了人类通过微生物方法合成化学物质的大门，而 20 世纪 50 年代利用微生物对甾体化合物的结构改造成为了工业化微生物转化最重要的里程碑，特别是Murray 和 Peterson 利用黑根霉与紫罗兰梨头霉中的羟化酶对底物的选择性羟基化反应，奠定了生物合成甾体药物的研究基础。自 20 世纪 90 年代开始，微生物多样性的研究逐步深入，同时基因组学、蛋白质组学、代谢组学和代谢工程的迅猛发展，为药学工作者提供了大量的、潜在可用的生物催化剂和生物合成途径，同时也为生物转化生产化学品提供了理论基础。从已有的研究来看，能够进行转化反应的微生物种类繁多、其所含酶的类别多种多样、反应底物结构各异、反应类型也不尽相同，因此，微生物转化可以挖掘的潜力是巨大的。微生物转化是指利用微生物细胞或其所含酶系对外源化合物进行结构修饰和改造而获得所需要的目的产物的生理生化反应。其本质就是微生物将作为底物的化合物转化成为产物的过程，主要涉及羟基化、环氧化、脱氢、加氢、水解、酯化、脱水、糖基化等各类化学反应。微生物培养简单、种类繁多、酶系丰富，是一种最常见的、有效的生物转化载体，利用微生物整体细胞或分离酶为反应催化剂的生物转化或生物催化技术，已成为生物转化技术中发展最迅速的分支之一，广泛应用于天然化合物的生物合成;前体化合物的生物转化;药用成分筛选及新药开发、药物代谢研究等诸多领域。

2．微生物转化的作用机理

微生物转化生产药用活性成分主要得益于微生物生长过程中所产生的多种酶及酶系，如纤维素酶、蛋白酶、酯酶等。作为生物催化剂，酶能够使复杂的化学反应在常温常压下高效快速的完成，微生物转化可以通过多种方式应用于药用成分的生产中。首先，微生物所产生的多种酶能够对药用成分进行转化，产生新的化合物，从而能够开发出具有新特性的药用成分;其次，许多微生物生活环境特殊，能够产生一些不同于植物的新成分;另外，微生物在与植物相互作用中能够互相调节与影响，并存在一定的物质交流与交换，利用微生物转化能够调节药用植物中各组分的比例，提高目的产物的含量;而且，微生物转化能够改变部分药用成分的结构，能够应用微生物转化技术降解有毒成分，改变药性、提高药效。

3．微生物转化的应用

3.1. 结构修饰与活性提升

微生物转化可以用于药用植物中天然存在的化合物的结构修饰，从而提高其药理活性。例如，一些药用植物中的黄酮类化合物经微生物转化后，可以产生更活性的代谢物。这种活性提升有望增加药物的治疗效果，降低治疗剂量，减轻患者的不适感。

3.2. 降解与毒性减小

药用植物中可能存在一些毒性较高的成分，限制了其临床应用。微生物转化可以通过降解或转化这些毒性成分，减小潜在的不良反应，提高药物的安全性。这对于一些有毒植物的开发具有重要意义，使其能够更安全地用于医疗目的。

3.3. 新化合物的合成

微生物转化还可以用于合成新的药理活性化合物。通过将不同的底物引入到合适的微生物系统中，可以在微生物代谢过程中合成出新的化合物。这些新合成的化合物可能具有独特的药理活性，有望用于新药的研发。

4.微生物转化技术的潜力和重要性

4.1药效增强与结构改造

微生物转化可以通过代谢路径的调控和底物的改变，增强中药活性成分的药效。例如，一些中药中含有的化合物在经过微生物转化后，可能会形成更具生物活性的代谢产物，从而提高药效。这种方法有望提高中药的疗效，减少用药量和治疗时间。

4.2底物扩展与新药开发

微生物转化有助于将不同种类的底物引入微生物代谢途径中，从而合成新的中药活性成分。这为新药的开发提供了新的可能性，可以通过微生物合成来获得以前难以获得的药物。这有助于多样化中药的应用领域和治疗范围。

4.3降低毒性与副作用

微生物转化可以改变中药中存在的一些有毒成分的结构，降低其毒性或转化成无害的代谢产物。这有助于增加中药的安全性，减少潜在的副作用，使中药更适合长期或大剂量的使用。

4.4产量提高与可持续性

中药植物中的活性成分通常含量较低，难以大规模生产。微生物转化技术可以通过发酵过程来提高活性成分的产量，使其更具商业化可行性。这有助于确保中药供应的稳定性和可持续性。

4.5质量控制与一致性

通过微生物转化，可以实现对中药活性成分的精确控制和标准化生产，减少了批次之间的差异。这有助于确保中药的质量和一致性，提高了治疗效果的可预测性。

4.6药物交互作用的研究

微生物转化还可用于研究中药活性成分与其他药物之间的相互作用。这对于避免不良的药物相互作用和优化中药方剂的设计非常重要。

总之，微生物转化技术为中药活性成分研究和开发提供了多种创新途径，有望推动中药现代化和国际化，使中药在世界范围内更广泛地受到认可和应用。这一技术的不断发展和应用将进一步丰富中药的药理学和药物学知识，促进中药产业的可持续发展。微生物转化在药用植物活性成分研究中有着广阔的应用前景，但也面临一些挑战。首先，微生物转化的反应条件和产物选择需要精确控制，这对操作技术要求高。其次，微生物菌株的选材和工程需要投入大量时间和资源。此外，对于某些复杂的化合物，微生物转化可能仍然存在一定的局限性。然而，随着生物技术的不断发展和深化，微生物转化技术有望不断完善，解决这些挑战。同时，微生物转化的应用也有望推动药用植物研究的现代化和国际化，为新药的发现和开发提供更多可能性。总之，微生物转化在药用植物活性成分研究中具有巨大潜力，将为人类健康和医疗领域带来更多创新和突破。

5．结语

由于微生物培养简单、种类繁多、酶系丰富，具有化学催化剂所没有的许多优点，因此微生物转化技术在药用植物活性成分研究中的运用是中药生物技术研究领域的一个热点内容。微生物转化可以有效地提高已知的天然活性先导化合物的活性、降低毒副作用、改善水溶性和生物利用度，也可以用来生产具有重要应用价值的微量天然活性先导化合物，同时可用于药物代谢机制的研究。因此，需要充分利用和发展新的技术和方法，加快微生物转化技术在药用植物活性化合物研究中的应用，获得结构新颖、药效良好的新药，解决人民的健康问题。

参考文献