微生物药物学ppt课件:第4章－利用生物合成原理寻找微生物新药.ppt

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    第四章

    微生物药物的生物合成

    微生物新药的发现

    根据微生物药物的生物合成原理

    发现微生物新药的方法和途径

    * 通过非基因定向改变、基因定向改变，以及组合生物催化的技术，或是改变原有微生物药物的生物合成途径，或是对原有的微生物药物(或先导化合物和中间体)进行生物催化，以发现微生物新药 .

    微生物药物生物合成

    与微生物新药发现的基本途径

    * 通过非基因定向改变的方法包括：定向生物合成、杂交生物合成、突变生物合成，以及生物转化与组合生物转化；

    * 基因定向改变，即为组合生物合成。

    第一节

    生物合成途径的非基因定向改变

    与微生物新药的发现

    一、非遗传操作的定向生物合成

    与微生物新药的发现

    * 已有的研究表明，在抗生素等次级代谢产物生物合成中酶-底物的特异性足以使结构相关的代谢产物在其发酵液中积累；

    * 但由于生物合成酶的底物专一性较低(宽泛性)，其野生型菌株或阻断突变株的发酵过程中添加一些已知结构类似物作为前体物质，可以产生含有与这种已知结构类似的新衍生物；

    * 这种获得新次级代谢产物的途径，可以被称之为非遗传操作的定向生物合成 (directed biosynthesis)。

    前体(precursor)

    * 即在微生物培养过程中，外源添加的某一化学物质，通过微生物的代谢，能够将其整体地或部分地整合到某一特定的次级代谢产物的分子中去的化合物，如苯乙酸或苯乙酰胺及苯氧乙酸等)。

    非遗传操作的定向生物合成

    * 这种在发酵过程中通过添加某种特定的前体物质，使微生物的生物合成朝着将这些前体物质掺入到产物分子的某一特定部位而产生过量的含有这种前体的产物的方法，即为非遗传操作的定向生物合成。

    * 其基本原理是由于参与这些反应的生物合成酶的底物专一性较差，而能使外源添加的某些前体物质竞争性地掺入到特定产物的分子中去。

    定向生物合成与微生物新药的发现

    * 次级代谢产物合成酶的特点：

    是一个由一系列酶参与催化的多酶体系。

    参与催化反应的酶的底物专一性比初级代谢合成酶要差。

    应用实例

    * 应用非遗传操作定向生物合成的方法能够制备获得许多新的抗生素，其中目前已进行工业化生产的有：

    * 青霉素G和V；

    * 培罗霉素；

    * 四环素和金霉素等。

    青霉素定向生物合成

    .

    培罗霉素定向生物合成

    .

    培罗霉素定向生物合成--可结合进入BLM的末端胺基部分的非天然胺基化合物

    .

    四环类抗生素的定向生物合成

    四环类抗生素的定向生物合成

    在生产金霉素时需添加氯化物作为前体，而当生产四环素时，则必须要在发酵培养基中添加氯离子抑制剂，如溴化物或M-促进剂等，从而抑制金霉素的合成而得到四环素产物。

    另外，用金色链霉菌在发酵的金霉素过程中添加适量的甲基化反应抑制剂如磺胺嘧啶钠，能够获得去甲基金霉素。

    杜拉克丁的定向生物合成

    杜拉克丁的定向生物合成

    非基因改变定向生物合成的研究进展

    尽管近年来基因改变的定向生物合成发展很快，但利用非遗传操作定向生物合成原理寻找新的生理活性物质的研究还在不少实验室继续进行，特别是对一些肽类如环孢菌素A、aureobasidins及糖肽类如替考拉宁产生菌的定向生物合成研究取得了很大的进展。

    二、添加外源酶抑制剂的杂交生物合成

    与微生物新药的发现

    * 杂交生物全成(hybrid biosynthesis)似乎可以理解为是一种"强化"的非遗传定向生物合成，如在苦霉素产生菌生酵过程中添加聚乙酰途径中β-酮酯酰基合成酶抑制剂-线兰菌素(cerulenin)，使其失去合成链霉素大环内酯苷元(picronolide)的能力而只能合成糖基。同时在发酵过程中添加泰乐菌素大环内酯苷元(protylonolide)，使其与苦霉素生产菌产生的糖基结合，得到一种被称之为M4365G1的杂合抗生素(hybrid antibiotic)。

    杂交生物合成与微生物新药的发现

    杂交生物合成产物工业化的可能性

    尽管通过杂交生物合成能够得到一些新的抗生素，但由于所添加的浅蓝菌素本身就是一种昂贵的抗生素，再则所添加的苷元的结构受到限制，所以这种方法似乎没有很大的实际意义。

    三、非定向诱变的突变生物合成

    与微生物新药的发现

    * 突变生物合成(mutational biosynthesis)： ......

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