[发明专利]一种微生物细胞生物转化白桦脂醇合成白桦脂酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程和微生物发酵领域，尤其涉及一种利用微生物转化反应合成白桦脂酸的方法。

背景技术

白桦脂醇(betulin，lup-20(29)-ene-3β，28-diol)和白桦脂酸(betulinicacid，3β-hydroxy-lup-20(29)-en-28-oic acid)属羽扇烷型三萜类化合物，在自然界中广泛存在，其最丰富的自然资源是白桦树(Betula spp.)。近年科学研究发现，白桦脂醇和白桦脂酸是非常有价值的天然产物。白桦脂醇、白桦脂酸及其衍生物作为生物制剂在抗艾滋病(HIV)和癌症治疗等方面表现出了巨大的潜能，并显示出了与以往药物不同的作用机制。因此，对白桦脂醇和白桦脂酸及其衍生物的研究已成为近年来天然有机药物研究的热点。尤其是白桦脂酸，具有宽范围的生物学以及药理学活性，具有抗疟性、抗炎性和抗肿瘤活性，尤其在抗艾滋病活性及抗各种肿瘤细胞系细胞毒性方面可与一些临床用药相比，已被视为最有潜力的新型药物制剂。在我国，白桦分布范围广，植物资源丰富，但研究开发甚少。研究我国白桦资源，对于我国资源的开发、天然药物的研究都具有非常重要的意义。

生物转化是利用植物离体细胞或器官、动物细胞、微生物及其细胞器，以及游离酶对外源性化合物进行结构修饰的生化反应。一方面天然产物一直是人类寻找有效活性成分的源泉；另一方面在开发新药过程中，以天然产物为先导化合物，通过化学或生物的手段，对其结构进行修饰，得到更多结构新颖的化合物，进而发现毒性更低、疗效更好的药物。微生物作为一个完整个体，其体积虽小，但也具有一套自身特异性的酶体系。同时由于微生物资源丰富，种类繁多，对于特异的底物，可供筛选的菌株很多。以多种不同催化功能的酶系对天然活性成分进行生物转化，可产生新的组合性的天然化合物库，再通过活性筛选，可寻找新的高效低毒的天然活性先导化合物，或通过对活性组分中不同成分结构变化与活性强度消长关系的分析发现关键活性成分。而利用微生物转化可以发现新一代的先导化合物，已取得了巨大的社会效益和经济效益。生物转化规律还可以指导新药的结构修饰，获得高效长效的新一代药物，足以说明生物转化对新药开发的重要性。

微生物转化是通过微生物整体细胞或酶将复杂的底物进行结构修饰，也就是利用生物代谢过程中产生的某个或某一系列的酶对底物进行催化反应，是近年来新兴起的获得目标产物的又一途径。微生物转化具有许多优点，譬如，微生物倍增时间短，生物量积累快，从而产生的酶量就相应较多，转化时间短；微生物的基因工程研究工作成熟，转化酶的高效表达成为可能；微生物发酵工艺成熟，便于工业化生产。随着现代提取、分离、鉴定手段的进步，使微生物技术的应用不再局限于传统酿造及小分子化合物的转化，正广泛地应用于药物前提化合物的转化、生物催化的不对称合成、光学活性化合物的拆分、新药开发、药物代谢体外模型预测等领域，已成为生物转化技术中发展最为迅速的分支之一。微生物作为一个完整的生命体，其体积虽小，但也具有一套自身特异性的酶体系。在它生长过程中有许多酶的参与，如合成酶、水解酶、异构酶、氧化酶、还原酶等，它们都可能对加入其中的底物发生作用，使其结构发生变化。同时由于微生物资源丰富，种类繁多，对于特异的底物可供筛选的菌株很多。利用微生物还可以模仿生源合成途径，合成贵重药品或者其它化学合成前提，提高原料利用率，有效延缓资源消耗。如，美国施贵宝公司利用微生物转化进行紫杉醇的合成，他们分别从Nocardioides albus SC 13911，Nocardioidesluteus SC 13912，Morexella sp.三种微生物的发酵液中分离出C-13 taxolas，C-7 xylosidase，C-10 deacetylase，分别将红豆杉中的几种紫杉烷的7、10、13位进行水解，得到较多而单一的10-去乙酰-Baccatin II，该产物为紫杉醇合成的重要前体化合物，再利用化学反应，连接上13位的侧链，即可得到紫杉醇。