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微生物制药的研究进展

姓名：李青嵘

班级：生工 102

学号： 1014200044

摘要

本文通过对历史文献的检索，从微生物生产维生素，微生物生产多价不饱和脂肪酸，微生物生产抗生素，微生物生产抗癌物质，微生物生产医用酶制剂等五个方面综述了微生物制药的研究进展。

关键词：微生物，制药，发酵工程

1.前言

随着生物技术的迅猛发展，在医药领域的许多方面取得了巨大的进展 .，其中

采用微生物制药，具有生产工艺简单，生产成本低廉，产品产量高，产品纯度高，可大规模工业化生产等优势，同样得到了巨大的发展。从传统工艺，如利用发酵工程生产抗生素、酶制剂以及 B-胡萝卜素等；到现今的利用转基因技术生产干扰

素、胰岛素、生长因子等几十种新药和疫苗。本文着重综述了微生物的发酵工程在医药研究和生产中应用的最近进展，主要包括生产维生素、多价不饱和脂肪酸、抗生素、抗癌物质医用酶制剂等五个方面。

2.研究内容

2.1.微生物生产维生素

维生素是六大生命要素之一, 为整个生命活动所必需。β-胡萝卜素、 VC 、

VE是目前应用最为广泛，效果最为显著的三种维生素，它们的作用分别是：β - 胡萝卜素是强力抗氧化剂 , 有抑制癌细胞增殖和提高机体免疫力等作用。 V C 和

V E 均是抗氧化剂 , 前者可阻止、破坏自由基形成，还具有激活免疫系统细胞的

活力，刺激机体产生干扰素以抵御外来侵染因子。至于VE 可产生抗体，增强机体免疫力。目前，上述的“三素”以实现了微生物工业化生产。

目前，β -胡萝卜素主要是由三孢布拉霉菌生产，在1998年，陈涛等[1]已经

针对三孢布拉霉菌的特点，优化发酵工艺，在3M 3的发酵罐中发酵 120h，生产的β-胡萝卜素产量已达到 1146.5mg/L。虽然，传统的工艺生产β -胡萝卜素的产量高，生产周期比较短，但是传统的工艺复杂，成本过高，不利于大规模工业化生产。故 ,目前许多课题组专注于开发新的生产β -胡萝卜素的菌种或改进传统工艺。据近年所发表的期刊文献，目前，采用红酵母发酵生产β -胡萝卜素是一种工艺简单，成本低廉的方法，虽然在产量方面较传统方法的低很多，但是该方法仍具有很大的发展潜力。何海燕等[2]采用粘红酵母 R3-35摇瓶发酵 84h，生产的β -胡萝

卜素到达 12.21mg/L。胡萍等[3]采用酵红酵母 Yh3 发酵生产β -胡萝卜素，其生物量及色素产量最大值分别为9.89mg/L和10.38mg/L。

目前，工业生产 VC 采用二次发酵法，此法是在70年代初研究出来的，属于

我国首创，其先进性得到国际公认。该法[4]以D-山梨醇为底物，用生黑醋杆菌发酵生产 L-山梨糖，再采用假单胞菌发酵生产2-酮-L- 古洛糖酸，最后通过化学转化

生成维生素 C，可达到产量 130.92g/L。此后，国内外纷纷展开从 D-葡萄糖串联发

酵生产 2-酮 -L- 古洛糖酸的新研究。伊光琳等[5]采用欧文氏菌和棒状杆菌从D-葡萄糖经中间体 2，5-二酮 -D- 葡萄糖串联发酵生成 2-酮-L- 古洛糖酸获得成功，可达到产量 106.3g/L。Anderson等[6]应用 DNA 重组技术使棒状杆菌 2， 5-二酮 -D- 葡萄糖酸还原酶基因在欧文氏菌中表达，构建基因工程菌直接一部转化D-葡萄糖为 2-

酮 -L-古洛糖酸。

目前，维生素 E主要是通过天然的植物提取或精炼植物油生产，该工艺已经

成熟，维生素 E的产量也是众多维生素中发展最快的，1997年，世界天然维生素

E的产量约为 3500t，2000年约为 5300t[7]。由于高等植物作为维生素E总含量低，高活性形式的α -生育酚比例也低，近年来，许多科学家把目光投向微生物生产

生育酚。微生物是天然生育酚很好的来源，然而只有微藻等光合藻类能合成生育

酚。在目前检测的 56属285个微藻品种中，裸藻中生育酚含量最高，达 1.12~7.35 mg/L以干重计，仅一生育酚可达生育酚总量的 97%以上[8]，且裸藻无细胞壁，因

此生育酚提取相对容易； Fujita T [9]等用光能异养的方法培养裸藻， 6 d内细胞浓

度可达 19．7g/L，生育酚含量可达 1.19 mg/L。

2.2.微生物生产多价不饱和脂肪酸

20碳5烯酸 (EPA)和 2碳 6烯酸 (DHA) 均是多价不饱和脂肪酸，多存在于海

鱼中，特别是海洋冷水鱼中含量更丰富，此类多烯脂肪酸是人类很有价值的医药。

保健产品，有“智能食品”之称。目前，国内外对其开发十分活跃，不仅源于

海鱼，而且通过某些微生物进行生产。利用海洋微藻生产多不饱和脂防酸的研究

始于 80年代初期，并且多以自养微藻生产DHA 和EPA为主，其中的三角褐紫藻（P.tricornutum）、紫球藻 (Porphyridium cruentum)、盐生微小绿藻 (Nannochloropisis salina)、球等鞭金藻（ Isochrysis galbana）、硅藻 (Diatom) 等当时被认为最有町能实现微藻产业化美国、日本、以色列等曾率先采用户外开放大池培养这些自养微

藻用以生产 PUFA．其结果并不尽人意。开放大池培养微藻其扳低的产量和难以对一些高纯度、高价值的产品进行纯种培养的缺陷，使其住推广微藻大规模培养上受到诸多目素的限制。首先．能适应于大池培养的微藻种必须是在极端环境下能快速生长的藻种．然而能满足这些条件的藻种目前并不是太多，其次，培养过程受光照、温度等自然环境影响较大．并且易被真菌、原生动物和其他杂藻污染．同时水分蒸发严重，二氧化碳供给不足。此后，基于上述缺点，科学家们又

开辟出新的培养方法，主要有密闭式光生物反应器培养和异养培养。利用密闭式光生物反应器培养微藻。能够最大限度的控制养殖环境．减少污染发生，提高产量，据Cohen和Arad[10]报道，利用这一技术可使 Porphyridium的产量增加60%~300%，同时还可以降低收获成本。另外，Johns等[11]则先后从众多积累 PUFA

的微藻中也筛选出能异养藻种．如：群孢小球藻(Chlorella sorckinana)，小球藻(C.saccharophia)，柯氏隐甲藻 (Crypteodinium cohnil) ，菱形藻 (Nitzschia alba)．卡德藻 (Tetraselmis suecian)．单衣藻 (Chlamydomonas reinhardtn)。因此，选育富集DHA 和EPA的异养藻种，设计适合的培养基及选择恰当的培养条件，实现微藻大规模异养培养生产 PUFA是完全可能．而且也是可行的。

2.3.微生物生产抗生素

自1929 年英国人发现青霉菌分泌青霉素能抑制葡萄球菌生长以后，相继发

现了链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素、新霉素和红霉素等抗菌素。在

近几十年内，抗生素的研究又有了飞速的发展，已找到的抗生素有数千种，其中具有临床效果并已利用发酵法大量生产和广泛应用的多达百余种。同时抗生素的产量也大幅度提高，青霉素也由最初的 100U/mL ，通过诱变育种和优化发酵工艺

的方法，目前以提高到 105~106 U/mL 。

随着抗生素的广泛使用，病原菌的耐药性也随之提高。人类迫切需要新一代抗菌药物来代替抗生素。抗菌肽是生物体内产生的一类具有生物活性的小分子多肽，最先从昆虫中发现，后来人们相继从细菌、真菌、两栖类动物、哺乳动物乃

至人类中也发现并分离获得抗菌肽。研究表明，抗菌肽对细菌、真菌、病毒和原

虫都具有杀灭作用，甚至对癌细胞也有杀伤作用。在医药方面，抗菌肽可望成为新一代的抗菌、抗病毒、抗癌药物。从昆虫等生物体内分离纯化获得的抗菌肽，

数量很少，生产成本高，不能满足应用的需要。随着基因工程技术的迅速发展，