微生物藥物學(xué)ppt課件:第4章－利用生物合成原理尋找微生物新藥.ppt
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第四章
微生物藥物的生物合成
微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
根據(jù)微生物藥物的生物合成原理
發(fā)現(xiàn)微生物新藥的方法和途徑
* 通過非基因定向改變、基因定向改變，以及組合生物催化的技術(shù)，或是改變原有微生物藥物的生物合成途徑，或是對原有的微生物藥物(或先導(dǎo)化合物和中間體)進行生物催化，以發(fā)現(xiàn)微生物新藥 .
微生物藥物生物合成
與微生物新藥發(fā)現(xiàn)的基本途徑
* 通過非基因定向改變的方法包括：定向生物合成、雜交生物合成、突變生物合成，以及生物轉(zhuǎn)化與組合生物轉(zhuǎn)化；
* 基因定向改變，即為組合生物合成。
第一節(jié)
生物合成途徑的非基因定向改變
與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
一、非遺傳操作的定向生物合成
與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
* 已有的研究表明，在抗生素等次級代謝產(chǎn)物生物合成中酶-底物的特異性足以使結(jié)構(gòu)相關(guān)的代謝產(chǎn)物在其發(fā)酵液中積累；
* 但由于生物合成酶的底物專一性較低(寬泛性)，其野生型菌株或阻斷突變株的發(fā)酵過程中添加一些已知結(jié)構(gòu)類似物作為前體物質(zhì)，可以產(chǎn)生含有與這種已知結(jié)構(gòu)類似的新衍生物；
* 這種獲得新次級代謝產(chǎn)物的途徑，可以被稱之為非遺傳操作的定向生物合成 (directed biosynthesis)。
前體(precursor)
* 即在微生物培養(yǎng)過程中，外源添加的某一化學(xué)物質(zhì)，通過微生物的代謝，能夠?qū)⑵湔w地或部分地整合到某一特定的次級代謝產(chǎn)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)。
非遺傳操作的定向生物合成
* 這種在發(fā)酵過程中通過添加某種特定的前體物質(zhì)，使微生物的生物合成朝著將這些前體物質(zhì)摻入到產(chǎn)物分子的某一特定部位而產(chǎn)生過量的含有這種前體的產(chǎn)物的方法，即為非遺傳操作的定向生物合成。
* 其基本原理是由于參與這些反應(yīng)的生物合成酶的底物專一性較差，而能使外源添加的某些前體物質(zhì)競爭性地摻入到特定產(chǎn)物的分子中去。
定向生物合成與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
* 次級代謝產(chǎn)物合成酶的特點：
是一個由一系列酶參與催化的多酶體系。
參與催化反應(yīng)的酶的底物專一性比初級代謝合成酶要差。
應(yīng)用實例
* 應(yīng)用非遺傳操作定向生物合成的方法能夠制備獲得許多新的抗生素，其中目前已進行工業(yè)化生產(chǎn)的有：
* 青霉素G和V；
* 培羅霉素；
* 四環(huán)素和金霉素等。
青霉素定向生物合成
.
培羅霉素定向生物合成
.
培羅霉素定向生物合成--可結(jié)合進入BLM的末端胺基部分的非天然胺基化合物
.
四環(huán)類抗生素的定向生物合成
四環(huán)類抗生素的定向生物合成
在生產(chǎn)金霉素時需添加氯化物作為前體，而當(dāng)生產(chǎn)四環(huán)素時，則必須要在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加氯離子抑制劑，如溴化物或M-促進劑等，從而抑制金霉素的合成而得到四環(huán)素產(chǎn)物。
另外，用金色鏈霉菌在發(fā)酵的金霉素過程中添加適量的甲基化反應(yīng)抑制劑如磺胺嘧啶鈉，能夠獲得去甲基金霉素。
杜拉克丁的定向生物合成
杜拉克丁的定向生物合成
非基因改變定向生物合成的研究進展
盡管近年來基因改變的定向生物合成發(fā)展很快，但利用非遺傳操作定向生物合成原理尋找新的生理活性物質(zhì)的研究還在不少實驗室繼續(xù)進行，特別是對一些肽類如環(huán)孢菌素A、aureobasidins及糖肽類如替考拉寧產(chǎn)生菌的定向生物合成研究取得了很大的進展。
二、添加外源酶抑制劑的雜交生物合成
與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
* 雜交生物全成(hybrid biosynthesis)似乎可以理解為是一種"強化"的非遺傳定向生物合成，如在苦霉素產(chǎn)生菌生酵過程中添加聚乙酰途徑中β-酮酯�；铣擅敢种苿�-線蘭菌素(cerulenin)，使其失去合成鏈霉素大環(huán)內(nèi)酯苷元(picronolide)的能力而只能合成糖基。同時在發(fā)酵過程中添加泰樂菌素大環(huán)內(nèi)酯苷元(protylonolide)，使其與苦霉素生產(chǎn)菌產(chǎn)生的糖基結(jié)合，得到一種被稱之為M4365G1的雜合抗生素(hybrid antibiotic)。
雜交生物合成與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
雜交生物合成產(chǎn)物工業(yè)化的可能性
盡管通過雜交生物合成能夠得到一些新的抗生素，但由于所添加的淺藍菌素本身就是一種昂貴的抗生素，再則所添加的苷元的結(jié)構(gòu)受到限制，所以這種方法似乎沒有很大的實際意義。
三、非定向誘變的突變生物合成
與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
* 突變生物合成(mutational biosynthesis)： ......
第四章
微生物藥物的生物合成
微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
根據(jù)微生物藥物的生物合成原理
發(fā)現(xiàn)微生物新藥的方法和途徑
* 通過非基因定向改變、基因定向改變，以及組合生物催化的技術(shù)，或是改變原有微生物藥物的生物合成途徑，或是對原有的微生物藥物(或先導(dǎo)化合物和中間體)進行生物催化，以發(fā)現(xiàn)微生物新藥 .
微生物藥物生物合成
與微生物新藥發(fā)現(xiàn)的基本途徑
* 通過非基因定向改變的方法包括：定向生物合成、雜交生物合成、突變生物合成，以及生物轉(zhuǎn)化與組合生物轉(zhuǎn)化；
* 基因定向改變，即為組合生物合成。
第一節(jié)
生物合成途徑的非基因定向改變
與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
一、非遺傳操作的定向生物合成
與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
* 已有的研究表明，在抗生素等次級代謝產(chǎn)物生物合成中酶-底物的特異性足以使結(jié)構(gòu)相關(guān)的代謝產(chǎn)物在其發(fā)酵液中積累；
* 但由于生物合成酶的底物專一性較低(寬泛性)，其野生型菌株或阻斷突變株的發(fā)酵過程中添加一些已知結(jié)構(gòu)類似物作為前體物質(zhì)，可以產(chǎn)生含有與這種已知結(jié)構(gòu)類似的新衍生物；
* 這種獲得新次級代謝產(chǎn)物的途徑，可以被稱之為非遺傳操作的定向生物合成 (directed biosynthesis)。
前體(precursor)
* 即在微生物培養(yǎng)過程中，外源添加的某一化學(xué)物質(zhì)，通過微生物的代謝，能夠?qū)⑵湔w地或部分地整合到某一特定的次級代謝產(chǎn)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)。
非遺傳操作的定向生物合成
* 這種在發(fā)酵過程中通過添加某種特定的前體物質(zhì)，使微生物的生物合成朝著將這些前體物質(zhì)摻入到產(chǎn)物分子的某一特定部位而產(chǎn)生過量的含有這種前體的產(chǎn)物的方法，即為非遺傳操作的定向生物合成。
* 其基本原理是由于參與這些反應(yīng)的生物合成酶的底物專一性較差，而能使外源添加的某些前體物質(zhì)競爭性地摻入到特定產(chǎn)物的分子中去。
定向生物合成與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
* 次級代謝產(chǎn)物合成酶的特點：
是一個由一系列酶參與催化的多酶體系。
參與催化反應(yīng)的酶的底物專一性比初級代謝合成酶要差。
應(yīng)用實例
* 應(yīng)用非遺傳操作定向生物合成的方法能夠制備獲得許多新的抗生素，其中目前已進行工業(yè)化生產(chǎn)的有：
* 青霉素G和V；
* 培羅霉素；
* 四環(huán)素和金霉素等。
青霉素定向生物合成
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培羅霉素定向生物合成
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培羅霉素定向生物合成--可結(jié)合進入BLM的末端胺基部分的非天然胺基化合物
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四環(huán)類抗生素的定向生物合成
四環(huán)類抗生素的定向生物合成
在生產(chǎn)金霉素時需添加氯化物作為前體，而當(dāng)生產(chǎn)四環(huán)素時，則必須要在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加氯離子抑制劑，如溴化物或M-促進劑等，從而抑制金霉素的合成而得到四環(huán)素產(chǎn)物。
另外，用金色鏈霉菌在發(fā)酵的金霉素過程中添加適量的甲基化反應(yīng)抑制劑如磺胺嘧啶鈉，能夠獲得去甲基金霉素。
杜拉克丁的定向生物合成
杜拉克丁的定向生物合成
非基因改變定向生物合成的研究進展
盡管近年來基因改變的定向生物合成發(fā)展很快，但利用非遺傳操作定向生物合成原理尋找新的生理活性物質(zhì)的研究還在不少實驗室繼續(xù)進行，特別是對一些肽類如環(huán)孢菌素A、aureobasidins及糖肽類如替考拉寧產(chǎn)生菌的定向生物合成研究取得了很大的進展。
二、添加外源酶抑制劑的雜交生物合成
與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
* 雜交生物全成(hybrid biosynthesis)似乎可以理解為是一種"強化"的非遺傳定向生物合成，如在苦霉素產(chǎn)生菌生酵過程中添加聚乙酰途徑中β-酮酯�；铣擅敢种苿�-線蘭菌素(cerulenin)，使其失去合成鏈霉素大環(huán)內(nèi)酯苷元(picronolide)的能力而只能合成糖基。同時在發(fā)酵過程中添加泰樂菌素大環(huán)內(nèi)酯苷元(protylonolide)，使其與苦霉素生產(chǎn)菌產(chǎn)生的糖基結(jié)合，得到一種被稱之為M4365G1的雜合抗生素(hybrid antibiotic)。
雜交生物合成與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
雜交生物合成產(chǎn)物工業(yè)化的可能性
盡管通過雜交生物合成能夠得到一些新的抗生素，但由于所添加的淺藍菌素本身就是一種昂貴的抗生素，再則所添加的苷元的結(jié)構(gòu)受到限制，所以這種方法似乎沒有很大的實際意義。
三、非定向誘變的突變生物合成
與微生物新藥的發(fā)現(xiàn)
* 突變生物合成(mutational biosynthesis)： ......
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