微生物药物合成生物学研究进展_武临专
微生物在制药中的新技术研究进展
微生物在制药中的新技术研究进展制药是一门应用科学，旨在合成和研制药物，以治疗、预防疾病或者促进健康。
而微生物在制药领域扮演着重要的角色。
随着科学技术的不断进步，微生物在制药过程中的应用也在不断取得新的突破。
本文将探讨微生物在制药中的新技术研究进展。
一、微生物发酵技术微生物发酵技术是制药过程中最常用的技术之一。
利用微生物发酵可以生产多种药物，如抗生素、酶类药物和生物合成药物。
近年来，研究人员将重点放在了微生物发酵过程的优化和新型微生物的筛选上。
优化微生物发酵过程可以提高药物的产量和质量。
研究人员通过调控发酵条件，如温度、pH值和氧气供应，以获得最佳的发酵结果。
同时，采用新型的生物反应器和发酵工艺也可以进一步提高产量和降低生产成本。
新型微生物的筛选则是为了解决原有微生物株的局限性。
研究人员通过分离和筛选天然微生物株和进行基因工程改造等手段，获得了更高效的微生物株。
这些新型微生物株能够快速生长、产生更多的目标药物，从而满足制药行业对药物的需求。
二、基因工程技术基因工程技术在制药领域的应用也日益广泛。
通过对目标微生物的基因进行改造，可以使其在合成目标药物的过程中更加高效。
基因工程技术的突破使得制药过程变得更加精准和可控。
一方面，基因工程技术可以通过增加目标基因的拷贝数来提高药物产量。
研究人员可以将目标基因通过转染等手段插入微生物的染色体中，从而增加其表达量。
另一方面，利用基因工程技术可以实现目标基因的调控。
研究人员可以通过人工调控基因的表达，使得微生物在不同的生长阶段产生不同的药物。
基因工程技术的发展还带来了新型的药物生产方式，如基因药物和基因疫苗的研发。
通过将人类目标基因导入微生物中，可以实现大规模的生产和应用。
这些基因药物和基因疫苗在治疗和预防疾病方面具有广阔的应用前景。
三、微生物代谢工程微生物代谢工程是近年来制药领域的一个热点研究方向。
通过改造微生物的代谢途径和调控代谢途径中关键酶的活性，可以实现对目标药物的高效合成。
合成生物学在天然药物和微生物药物开发中的应用
合成生物学在天然药物和微生物药物开发中的应用摘要：随着社会的发展和科技的进步，以合成生物学为基础的微生物药物研发和应用领域取得了突破性进展，各种微生物药物的出现，为医疗卫生事业发展提供了强大的技术支撑。
本文分析了合成生物学在天然药物和微生物药物开发中的应用。
关键词：合成生物学；天然药物；微生物药物合成生物学是21世纪以来,在现代生命科学和系统科学上发展起来的一门新型交叉学科,其以设计为核心,将工程化的概念引入生物学研究,利用基因和基因组的基本要素及其组合,改造、重建或制造生物大分子、生物体部件、生物反应系统、代谢途径乃至整个生命活动的细胞和生物个体。
一、微生物药物与合成生物学基本内容概述微生物药物是指以微生物为基础开发的药物，主要是从微生物次级代谢产物中提取元素进行合成的药物。
以抗生素为代表的微生物药物在医学控制感染、调节免疫功能、治疗癌症等方面发挥关键作用。
合成生物学是以理性的精细化人工设计理念为原则，在对生命系统进行分析和设计、遗传改造和构建等方面进行研究、优化，从而形成和赋予原生命系统新的内涵和功能。
当前从放线菌、真菌等微生物中发现的微生物次级代谢产物研发的微生物药物已经好几百种。
但是随着化学物排重难度增大，微生物分离培养技术要求越来越高，所以对微生物药物的直接研究和制造难度大大提升。
二、合成生物学在天然药物中的应用1.代谢工程基础上的合成生物学。
代谢工程使用DNA重组和分子生物学等手段改造生物体(主要是微生物)的代谢网络,使其可以高效率地合成特定的代谢产物(主要是次生代谢产物),如抗生素等。
作为一个工程化学科,代谢工程所面临的挑战包括两个方面:(ⅰ)控制涉及目标产物合成的主级代谢途径,使改造的生物体成为稳定的“细胞工厂”;(ⅱ)放大生产过程中所面临的影响最终经济效益的产量及成本等问题.因此,如同化工厂在运行过程中需要通过专业的设计软件和过程控制系统等设计其运行模型,使之成本降低、生产效率提高并保证安全,通过代谢工程改造的“细胞工厂”同样需要设计,并且生物体内化学反应的复杂程度决定了设计的系统性,而这个设计的过程则属于合成生物学的范畴。
微生物药物研究与开发的新进展
微生物药物研究与开发的新进展
朱宝泉
【期刊名称】《中国医药工业杂志》
【年(卷),期】1993(24)12
【摘要】简要叙述近年来微生物药物研究与开发方面的一些新进展,包括微生物产生的新的酶抑制剂、受体拮抗剂、抗肿瘤抗生素、免疫抑制剂,以及一些抗生素生产工艺的改进。
【总页数】4页(P559-562)
【关键词】微生物药物;酶抑制剂;受体拮抗剂
【作者】朱宝泉
【作者单位】上海医药工业研究院
【正文语种】中文
【中图分类】R977
【相关文献】
1.抗微生物药物残留检测方法研究新进展 [J], 孙大庆;王颖;张东杰
2.微生物药物制剂研究新进展 [J], 顾觉奋
3.含苯并咪唑片段结构的抗微生物药物研究新进展 [J], 孟江平;徐强;宋仲容;凌立新;周成合
4.利用微生物保护环境的研究与开发新进展 [J], 孙毅;马超
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利用微生物制药生产新型呼吸系统药物的研究进展
利用微生物制药生产新型呼吸系统药物的研究进展近年来，呼吸系统疾病正日益成为全球公共健康问题，而寻求新型呼吸系统药物的研发及生产方式也成为生物医学领域的研究热点之一。
微生物制药作为一种新兴的制药技术，具备高效、环境友好等优势，正在成为研究呼吸系统药物的关键手段。
本文将着重介绍利用微生物制药生产新型呼吸系统药物的研究进展。
一、微生物制药在呼吸系统药物领域的优势微生物制药利用微生物进行大规模合成活性成分，具有以下几个优势，适用于呼吸系统药物的研发和生产。
首先，微生物制药技术能够高效合成多种呼吸系统疾病药物的前体。
通过基因工程技术和合成生物学手段，可将目标蛋白的编码基因导入微生物体内，利用微生物的代谢途径，合成目标化合物的前体。
这种方法能够大幅提高合成效率，降低生产成本，为新型药物的研发奠定基础。
其次，微生物制药具有优良的可控性。
通过对微生物的发酵条件进行优化调控，如微生物的培养温度、培养基组分等，可以调整活性成分的产量和纯度，确保产品质量的标准化。
最后，微生物制药具备环境友好性。
相对于传统的合成药物方法，微生物制药过程中不需要大量有机溶剂和高温高压反应，减少了对环境的污染，符合可持续发展的要求。
二、2.1 抗感染药物呼吸系统感染是导致呼吸系统疾病的一个重要因素。
目前，利用微生物制药技术研发抗感染药物已有一定突破。
以肺结核为例，利用大肠杆菌等常见微生物表达肺结核菌特异蛋白，可以高效合成肺结核疫苗并提高疫苗的免疫原性，减少疫苗副作用。
此外，通过筛选和改造微生物菌株，可合成具有抗菌活性的新型抗生素，如抗炎维拉菌素和抗菌青霉素等，用于治疗呼吸系统感染。
2.2 抗炎药物呼吸系统疾病中，炎症反应是导致疾病进展的一个主要机制。
利用微生物制药技术，可以生产具有抗炎活性的药物。
通过基因工程技术，将目标蛋白的基因导入大肠杆菌等微生物体内，并利用微生物的代谢途径合成抗炎蛋白。
这种方法具有高效合成的优势，可生产抗炎细胞因子、抗炎抗体等药物，用于治疗呼吸系统炎症相关疾病。
微生物与药物研发的新进展
微生物与药物研发的新进展微生物与药物研发，是两个相互关联又互相促进的领域。
微生物为药物的研发提供了重要的支持和基础，而药物的研发则又会不断推动微生物领域的发展和创新。
在科技不断进步的当今社会，微生物与药物研发也有了新的进展。
一、微生物发酵技术的新应用微生物发酵技术是许多药物生产过程中不可或缺的环节。
近年来，随着生物制药技术的不断发展，微生物发酵技术也得到了更广泛的应用。
比如，利用微生物代谢能力进行药物代谢控制和化学合成，可生产出与原料不同的活性化合物，从而提高药物的生物利用度。
此外，微生物也被应用于药物合成中的关键中间体生产，从而降低了成本和原材料的浪费。
同时，针对不同药物成分的微生物发酵过程也被不断优化和调整，以使药物纯度和效果更高。
二、基因工程技术的新进展基因工程技术是一种在药物研发领域得到广泛应用的技术。
随着基因测序技术的发展，研究人员可以更深入地了解微生物背后潜在的生命机理。
这使得基因编辑对于设计新药物、改进生产过程以及生产高纯度的药物特别有利。
在基因编辑技术的帮助下，研究人员可以通过改变微生物的基因结构和代谢途径来改变药物的制备流程和产物特性。
例如，通过基因编辑来控制微生物的酵母产生效率和代谢功能，以开发新型抗生素和抗生物质。
三、人工智能技术的新应用随着药物研发和生产过程的不断复杂化，人工智能技术也得到了广泛的应用，为该领域带来了新的变化。
通过分析药物生产过程中产生的数据和信息，研究人员可以更深入地理解微生物和药物的化学反应过程，从而通过预测和优化来提高药物生产过程的效率和药物质量。
此外，在药物研发过程中，人工智能还可帮助研究人员预测药物化合物与相关生物分子的相互作用及其潜在生物效应。
在药物安全性方面，人工智能也可对不同生物剂量进行预测和评估，以制备更安全有效的药物。
四、微生物-药物研发的新应用微生物与药物研发的结合，不仅提供了丰富的技术支持和基础，而且也有许多重要的应用前景。
比如，利用新型微生物生产抗生素、抗病毒、抗肿瘤等药物，可以为人们带来新的治疗选择和治疗方案。
微生物药物合成生物学研究进展
作者： 丁维登[1]
作者机构： [1]江苏豪森药业集团有限公司,江苏连云港222000
出版物刊名： 化工管理
页码： 131-131页
年卷期： 2017年 第29期
主题词： 微生物药物;应用;发展
摘要：随着社会的发展和科技的进步，以合成生物学为基础的微生物药物研发和应用领域取得了突破性进展，各种微生物药物的出现，为医疗卫生事业发展提供了强大的技术支撑。
当前微生物药物合成生物学研究还面临一些挑战和困难，如何更好地应对，进一步在微生物药物合成领域取得突破，是一项重要的研究课题。
本文对微生物药物合成生物学研究与应用进行了全面分析和论述，以供参考和借鉴。
利用微生物制备生物农药的研究进展
利用微生物制备生物农药的研究进展生物农药是指利用生物制剂或微生物代替化学农药进行病虫害防治的一种农业生产手段。
与传统的化学农药相比，生物农药不会对环境和生态系统造成污染，对人体健康也更加友好。
近年来，利用微生物制备生物农药的研究逐渐受到关注，并取得了一系列的研究进展。
一、微生物农药的定义和特点微生物农药是利用微生物（如细菌、真菌、线虫等）作为活性成分来制备的农药。
与化学农药相比，微生物农药具有以下几个显著特点。
1. 生态友好：微生物农药在病虫害防治过程中，不会对土壤、水源、空气等环境造成污染，不会破坏生态平衡。
2. 高效低毒：微生物农药对有害生物的防治效果显著，而对农作物和有益生物的毒性较低，可以提高农产品的质量和安全性。
3. 不易产生抗性：微生物农药的作用机制多样，且微生物能够自我改变和进化，不易产生抗性，可以长期使用而不会导致农药抗性的问题。
二、微生物农药的制备方法目前，制备微生物农药的方法主要包括发酵法和生物工程法两种。
1. 发酵法：通过固态发酵或液态发酵，利用微生物代谢产生的代谢产物作为活性成分制备农药。
如利用青霉素杆菌在固态发酵过程中产生的青霉素作为杀菌剂。
2. 生物工程法：通过基因工程技术将具有杀虫、杀菌、杀螨等功效的基因导入到微生物中，使其产生特定的活性物质，作为农药使用。
如利用基因工程技术将嗜热链球菌中的Bt基因导入到大肠杆菌中，产生具有杀虫作用的Bt毒素。
三、微生物农药的应用领域微生物农药广泛应用于农田、果园、温室、蔬菜大棚等农业生产环境，能够有效预防和控制各种病虫害。
1. 杀虫剂：利用微生物制备的杀虫剂广泛应用于农作物的病虫害防治，如蜘蛛素、苏云金等。
这些杀虫剂对多种害虫具有显著的杀灭作用，可以满足农民对高效、低毒的防虫需求。
2. 杀菌剂：微生物制备的杀菌剂在农作物的病害防治方面同样发挥了重要作用。
如链霉菌素、拮抗菌等具有广谱、高效的抗菌作用，可有效防治植物病害。
3. 生物肥料：利用微生物制备的生物肥料可以增强土壤肥力，提高农作物的产量和品质。
利用微生物制药生产新型消化系统药物的研究进展
利用微生物制药生产新型消化系统药物的研究进展微生物制药在医药领域中扮演着日益重要的角色，通过利用微生物进行药物生产可以提高药物的纯度和效力，同时减少对环境的污染。
新型消化系统药物的研究进展中，微生物制药技术被广泛应用。
本文将探讨微生物制药在新型消化系统药物生产中的研究进展。
第一部分：微生物制药的概述在微生物制药过程中，利用微生物（如细菌、真菌、酵母）的生物合成能力，将天然产物提取出来，并进行纯化和结构修饰，最终得到纯度高、活性好的药物。
微生物制药技术相对于传统的化学合成方法，具有生产成本低、废弃物产生少、生产工艺简单等优点。
第二部分：微生物制药在新型消化系统药物中的应用2.1 抗酸药物胃酸是一种消化生理状态下必要的酸性环境，但过多的酸性环境会对胃黏膜造成损伤。
因此，抗酸药物被广泛用于治疗消化系统疾病。
利用微生物制药技术，可以通过改变微生物代谢途径，合成并释放出抑制胃酸分泌的物质。
2.2 防治胃溃疡药物胃溃疡是一种常见的胃肠道疾病，胃酸分泌过多是胃溃疡发生的主要原因之一。
通过微生物制药技术，可以合成并大量产生能够减少胃酸分泌的物质，从而起到治疗胃溃疡的作用。
2.3 肠道调节剂微生物制药技术可用于合成肠道调节剂，通过调节肠道菌群平衡和改善肠道活性，从而缓解肠道功能紊乱引起的消化不良等症状。
此外，微生物制药技术还可以合成能够在肠道中释放的活性物质，用于治疗肠道炎症和肠道感染等疾病。
第三部分：微生物制药技术的优势和挑战3.1 优势微生物制药技术相对于传统的化学合成方法，具有较高的产量、较低的成本和较短的生产周期。
此外，微生物制药技术还可以合成天然环境中难以获取的化学物质，并通过微生物基因工程的手段进行修饰和优化。
3.2 挑战微生物制药技术在实践中也面临一些挑战，例如利用微生物制药技术生产的药物需要经过严格的质量控制和标准化生产流程。
同时，在微生物制药过程中还存在一些微生物耐药性和耐受性的问题，需要进行有效的监测和控制。
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微生物药物合成生物学研究进展武临专, 洪斌*(中国医学科学院、北京协和医学院医药生物技术研究所, 卫生部抗生素生物工程重点实验室, 北京 100050)摘要: 微生物次级代谢产物结构复杂多样, 具有抗细菌、抗真菌、抗肿瘤、抗病毒和免疫抑制等多种生物活性, 是微生物药物开发的源泉。
当前, 微生物药物研究面临一些挑战: 快速发现结构新颖、生物活性突出的化合物; 理性化提高产生菌的发酵效价; 以及以微生物为新宿主, 实现一些重要天然药物的工业生产。
合成生物学是在系统生物学和代谢工程等基础上发展起来的一门学科。
本文对合成生物学在发现微生物新次级代谢产物、提高现有微生物药物合成水平和创制微生物次级代谢产物方面的研究进展进行了阐述。
关键词: 微生物药物; 合成生物学; 次级代谢产物; 生物合成中图分类号: Q939.9; Q81; R914.5 文献标识码:A 文章编号: 0513-4870 (2013) 02-0155-06Synthetic biology toward microbial secondarymetabolites and pharmaceuticalsWU Lin-zhuan, HONG Bin*(Key Laboratory of Biotechnology of Antibiotics of Ministry of Health, Institute of Medicinal Biotechnology, Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100050, China)Abstract: Microbial secondary metabolites are one of the major sources of anti-bacterial, anti-fungal, anti- tumor, anti-virus and immunosuppressive agents for clinical use. Present challenges in microbial pharmaceutical development are the discovery of novel secondary metabolites with significant biological activities, improvingthe fermentation titers of industrial microbial strains, and production of natural product drugs by re-establishingtheir biosynthetic pathways in suitable microbial hosts. Synthetic biology, which is developed from systematic biology and metabolic engineering, provides a significant driving force for microbial pharmaceutical development.The review describes the major applications of synthetic biology in novel microbial secondary metabolite discovery, improved production of known secondary metabolites and the production of some natural drugs in genetically modified or reconstructed model microorganisms.Key words: microbial pharmaceuticals; synthetic biology; secondary metabolites; biosynthesis来源于微生物的药物称为微生物药物 (microbial medicine, microbial pharmaceuticals), 主要包括来源于微生物(特别是放线菌和真菌) 次级代谢产物的药物。
收稿日期: 2012-09-25; 修回日期: 2012-11-01.基金项目: 国家“重大新药创制”科技重大专项资助项目(2012ZX09301002-001-016); 国家自然科学基金资助项目(31170042, 81172964).*通讯作者 Tel: 86-10-63028003,E-mail: binhong69@, hongbin@微生物药物例如抗生素, 在控制感染、免疫调节和治疗癌症等方面发挥了重要作用。
目前, 已经从放线菌和真菌中发现了2万多种具有生物活性的次级代谢产物, 其中百余种成为微生物药物。
随着对放线菌和真菌的持续开发利用, 直接从放线菌和真菌研制微生物新药难度越来越大, 主要原因在于: ①化合物排重难度很大(从微生物已经发现了25 000多种化合物); ②新微生物资源的分离培养工作没有突破性进展, 获得大量的、具有产生新次级代谢产物能·专题报道·力的新菌种(株) 是一项比较困难的工作[1]。
随着DNA序列分析技术的快速发展, 对微生物基因组DNA进行全序列分析逐渐成为实验室常规工作。
已经完成的多种放线菌、真菌基因组DNA序列分析结果表明: 在这些菌株的基因组DNA中通常含有数十个编码不同结构类型的次级代谢产物生物合成基因簇, 其数量为化学证实菌株产生的次级代谢产物数量的5～10倍[2, 3], 这说明我们以前远远低估了微生物的次级代谢产物生物合成潜能, 也提示我们对次级代谢产物的化学分析与鉴别能力需要不断加强, 以早日实现微量、快速和准确之目标。
宏基因组 (metagenome) DNA序列分析, 也同样发现了大量来自于未培养和难培养微生物的与次级代谢生物合成相关的基因簇序列[4]。
如何将这些与次级代谢产物生物合成相关的基因簇“翻译”(转化) 为对应的次级代谢产物, 既是创新微生物药物研发中面临的一个挑战, 也是一个机遇。
在微生物药物研究中遇到的另外一个挑战是提高次级代谢产物的生物合成水平。
对于已临床应用的微生物药物, 通过提高工业菌株的发酵效价, 实现增加产量、降低成本的目的。
野生微生物菌株的次级代谢产物生物合成能力通常在毫克每升水平(或更低), 微生物药物工业菌株的发酵水平要求在克每升水平(或更高), 二者之间存在巨大差距。
部分微生物药物如青霉素的工业菌株经过几十年随机与定向诱变育种, 实现了较高的发酵水平 (70 g·L−1); 但是, 还有许多微生物药物例如免疫抑制剂雷帕霉素 (rapamycin) 工业菌株的发酵水平需要显著提高。
此外, 部分微生物药物产品需要减少杂质组分或实现单一活性组分, 以改善和提高药物的品质, 这也要求从生产菌种、发酵工艺、提取流程等方面进行深入研究。
因此, 需要建立更加理性化的分子育种方法与策略。
作为微生物药物生产载体的微生物, 其分子生物学、遗传学研究已经比较深入, 有望承担新的重任: 由于自然资源限制, 一部分天然药物特别是植物药, 将来很可能需要转到微生物中生产, 以实现环境保护与药物可持续生产的双重目标。
例如, 来源于植物青蒿的青蒿素是公认的治疗疟疾的最好药物, 但青蒿资源有限, 其中的青蒿素含量低, 从青蒿中提取青蒿素满足不了医疗需求, 且青蒿素结构复杂, 化学全合成成本高。
美国加州大学Keasling[5]通过合成生物学 (synthetic biology) 技术在大肠杆菌和酵母中成功重构了青蒿酸(青蒿素的一种重要生物合成前体, 可通过两步化学反应转化为青蒿素) 的生物合成途径, 有望实现青蒿酸的微生物发酵生产。
届时, 青蒿素将从“植物药”转变为非天然的“微生物药”。
1 合成生物学为微生物药物发展提供新契机合成生物学是近年来发展起来的一门新兴学科, 它是在系统生物学基础上引入工程学中模块化和系统设计理论, 以人工合成DNA为基础, 设计创建元件 (parts)、模块 (modules), 或者从头合成具有预定功能的人工生物体系, 从而突破自然体系的限制, 实现人工生物体系在药物制造等领域中的应用, 同时加深人类对生命本质的认识。
合成生物学本质上属于工程科学, 通过创造或改造基因组, 建立人工生物体系, 让其表现出预期的行为或完成预定的工作。
我国科学家已从不同方面对合成生物学及其应用进行了论述[6−8], 认为合成生物学将对医药、能源、化学品和环境等应用与生产领域产生深远影响, 加快对人类赖以生存的若干化学品从高度依赖化石资源制造向可再生生物资源制造的变革。
合成生物学中的元件是指具有特定结构或功能的DNA片段(如基因), 模块是指不同元件的组合以完成预定的生物学功能。
微生物次级代谢产物的结构比较复杂, 其生物合成基因通常成簇存在, 由多个甚至几十个模块构成。
相对于人工生命系统(细胞) 的全合成, 操作这些基因簇、有目的地获得微生物次级代谢产物相对比较容易实现, 同时也不存在伦理问题。
早在1985年, Hopwood等[9]通过将放线紫红素(actinorhodin, 一种异色满醌类抗生素, isochromane-quinone) 生物合成基因簇中的不同DNA片段导入到其他异色满醌类抗生素 (medermycin, granaticin) 产生菌中, 获得了一组新的异色满醌类抗生素, 开创了采用基因工程技术研制杂合抗生素(hybrid antibiotics) 的新领域。
随着放线菌分子遗传学研究的深入, 20世纪90年代提出了“组合生物合成 (combinatorial biosynthesis) ”概念, 是指在了解微生物次级代谢产物的生物合成途径并且克隆了与生物合成与调节相关的基因(簇) 基础上, 在体外对不同来源的基因(簇) 进行删除、添加、取代和重组, 然后导入到适当的微生物宿主中以定向合成一系列“非天然”的天然化合物, 例如新抗生素或其他生理活性物质[10]。
从今天的视角看, 这些研究都带有采用合成生物学概念创制微生物新次级代谢产物的色彩。
合成生物学应用于微生物药物研发, 就是以微生物和植物来源的次级代谢产物等为主要研究对象的合成生物学, 它与组合生物合成、代谢工程武临专等: 微生物药物合成生物学研究进展・157・(metabolic engineering) 等在研究内容方面有一定重叠[11], 但是它更突出人工生物系统设计以及次级代谢途径重构, 因而目的性更强。