徐斌(弈柯萊(臺(tái)州)藥業(yè)有限公司，浙江 臺(tái)州 317016)

0 引言

生物轉(zhuǎn)化也被稱作生物催化，通常是指化學(xué)物在經(jīng)過多種酶的催化作用下，完成了代謝轉(zhuǎn)化的過程，轉(zhuǎn)化的成分屬于外源化學(xué)物。它的主要功效是為了維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)，從實(shí)質(zhì)性的理解出發(fā)，是借助生物體系促進(jìn)外源化合物發(fā)生酶催化的反應(yīng)，在酶催化過程中，涉及到的反應(yīng)種類也比較多，通常包括水解、水合、氧化、還原、氫化、脫羧等過程[1]。由于絕大多數(shù)的生物轉(zhuǎn)化過程能夠在室溫條件下完成，所以通常認(rèn)為生物轉(zhuǎn)化具有無污染、低能耗以及高效率等特征。借助生物轉(zhuǎn)化合成能夠?yàn)樗幬锖铣蓭砀噙x擇，尤其是針對于使用普通化學(xué)方法無法合成的藥物，在采用生物轉(zhuǎn)化期間，就能夠發(fā)揮出優(yōu)勢互補(bǔ)的作用。

1 生物轉(zhuǎn)化的狀況

1.1 微生物轉(zhuǎn)化

微生物轉(zhuǎn)化也被稱為微生物酶法轉(zhuǎn)化，通常屬于借助酶促使底物發(fā)生一系列的有機(jī)反應(yīng)過程，在微生物轉(zhuǎn)化期間，使用到的催化劑主要是從細(xì)胞中提取的相關(guān)酶。從根本上來講，微生物轉(zhuǎn)化屬于酶反應(yīng)，它可以作用于底物有機(jī)化合物，促使其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終轉(zhuǎn)化成為結(jié)構(gòu)比較相似，又在生產(chǎn)中有所需求的新種類化合物[2]。微生物轉(zhuǎn)化能夠在相對復(fù)雜的反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)勢，在制藥期間應(yīng)用廣泛，能夠有效促進(jìn)藥物合成。

在實(shí)施微生物轉(zhuǎn)化的過程中，也會(huì)受到諸多因素的影響，例如，轉(zhuǎn)化酶原的含量、底物濃度、轉(zhuǎn)化時(shí)間、溫度、pH值等都會(huì)給微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響。同時(shí)，轉(zhuǎn)化的時(shí)間還會(huì)受到微生物狀況以及酶活性等因素的影響。在特定溫度下可能會(huì)對酶活性產(chǎn)生抑制作用，這就會(huì)導(dǎo)致酶的催化反應(yīng)速率降低。

在抗生素合成中就屬于應(yīng)用微生物轉(zhuǎn)化的方式，以半合成β-內(nèi)酰胺類抗生素為例，借助微生物酶轉(zhuǎn)化能夠有效代替化學(xué)裂解法。在以往的合成中，通常是由青霉素生產(chǎn)半合成β-內(nèi)酰胺類抗生素母核6-氨基青霉烷酸或者7-氨基頭孢烷酸，當(dāng)前可以借助達(dá)成桿菌來分泌青霉素?；福行Ю霉滔嗝傅姆绞酱偈骨嗝顾剡M(jìn)行水解。這種方式的運(yùn)用不但能夠保證較高的效率，而且不會(huì)產(chǎn)生更大的污染，從具體的操作工藝方面來講也相對簡單。

在維生素C生產(chǎn)過程中，部分特殊反應(yīng)也需要通過微生物轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前采用最新的兩步串聯(lián)微生物轉(zhuǎn)化合成來生產(chǎn)維生素C，按照具體操作步驟，兩步串聯(lián)微生物轉(zhuǎn)化合成首先需要將D-葡萄糖利用醋酸單胞菌以及歐文氏菌轉(zhuǎn)化為2，5-二酮基-D-葡萄糖酸，然后再將2，5-二酮基-D-葡萄糖酸利用短桿菌和棒狀菌處理，再次轉(zhuǎn)化成為2-酮基-L-古龍酸，2-酮基-L-古龍酸屬于維生素C的前體。

1.2 植物培養(yǎng)物生物轉(zhuǎn)化

在進(jìn)行植物培養(yǎng)物生物轉(zhuǎn)化過程中，必須以植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)作為重要的基礎(chǔ)，整個(gè)操作步驟還要得到移植微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的支持。通過對比發(fā)現(xiàn)，植物培養(yǎng)物生物轉(zhuǎn)化和微生物轉(zhuǎn)化還存在明顯的不同，由于植物培養(yǎng)物生物轉(zhuǎn)化過程中出現(xiàn)酶的含量較少，種類也存在特定的限制，所以并不像微生物一樣能夠通過微生物酶實(shí)施轉(zhuǎn)化，微生物培養(yǎng)過程中會(huì)出現(xiàn)特定時(shí)間內(nèi)生物倍增的現(xiàn)象。結(jié)合調(diào)查分析，植物體內(nèi)擁有的酶通常不能表現(xiàn)出特異性狀，它們只能夠?qū)铣杀容^固定的化合物產(chǎn)生催化的作用，也會(huì)存在出現(xiàn)新型物質(zhì)的狀況。按照當(dāng)前來講，從植物細(xì)胞培養(yǎng)角度出發(fā)，能夠有效利用懸浮培養(yǎng)細(xì)胞、懸浮培養(yǎng)器官、植物酶制劑等來實(shí)現(xiàn)生物轉(zhuǎn)化的過程[3]。

1.2.1 懸浮培養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化

這種方式主要是借助游離的懸浮培養(yǎng)細(xì)胞，它們能夠通過合成次級代謝產(chǎn)物來逐漸轉(zhuǎn)化為外源的化合物。在植物生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中，這種方式受到的限制較小，也通常不會(huì)影響到自身的活性以及生理狀態(tài)等特征。按照懸浮培養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的步驟，通常在加入外源底物以后，直接通過懸浮細(xì)胞實(shí)施對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)就可以獲得目標(biāo)產(chǎn)物，整個(gè)操作過程相對簡單。但因?yàn)橹参锛?xì)胞通常生長比較緩慢，在借助懸浮培養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化過程中可能存在不穩(wěn)定因素的影響，因此會(huì)影響到最終的使用狀態(tài)。

1.2.2 固定化細(xì)胞轉(zhuǎn)化

在利用生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)，需要保證系統(tǒng)中的催化劑可以重復(fù)利用并且符合穩(wěn)定的要求。固定化細(xì)胞轉(zhuǎn)化通過于懸浮培養(yǎng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化相對比具有一定的優(yōu)勢，首先，它能夠避免細(xì)胞受到外界因素帶來的損傷，固定化細(xì)胞可以重復(fù)使用。其次，在滿足細(xì)胞高密度培養(yǎng)的條件下，還能夠有效提升轉(zhuǎn)化效率，在形成特定的環(huán)境中，植株具備相對完善的分化組織，這也能夠確保次級代謝產(chǎn)物的順利合成。在使用固定化細(xì)胞轉(zhuǎn)化期間，必須滿足轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物可以分泌到細(xì)胞外部。

1.2.3 毛狀根培養(yǎng)物轉(zhuǎn)化

通常狀態(tài)下，毛狀根具有快速生長的優(yōu)勢，它甚至在不借助外源生長素的條件下，也能夠保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。毛狀根培養(yǎng)技術(shù)有助于產(chǎn)生來源于根部的外源化合物，它也能夠利用相關(guān)的生物轉(zhuǎn)化過程去生產(chǎn)特殊的藥物種類?；诿鶢畹奶囟ńY(jié)構(gòu)和代謝過程中的特征狀況，可以逐漸開發(fā)出相適應(yīng)的生物反應(yīng)區(qū)域，最終促進(jìn)毛狀根培養(yǎng)物轉(zhuǎn)化的實(shí)施過程。

1.2.4 植物酶制劑轉(zhuǎn)化

在植物細(xì)胞中也會(huì)存在相關(guān)的酶以及代謝途徑，如果將合適的底物植入到植物細(xì)胞中或者直接利用植物細(xì)胞中的酶進(jìn)行代謝分解，按照理論來講也會(huì)出現(xiàn)多樣化的產(chǎn)物種類。不過，在具體應(yīng)用中通常需要單一的產(chǎn)物，應(yīng)當(dāng)盡可能保證單一產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化效率。從這個(gè)角度出發(fā)，應(yīng)該讓整個(gè)植物酶制劑轉(zhuǎn)化系統(tǒng)生成特定的產(chǎn)物種類。在現(xiàn)實(shí)生活中，已經(jīng)有利用相關(guān)的游離酶或者固定化酶形式來獲取藥物合成的酶種類，例如：酚氧化酶、脂肪氧合酶、鹵過氧化物酶以及葡萄糖甘酶等。

2 生物轉(zhuǎn)化在藥物合成中的使用

針對現(xiàn)存的大多數(shù)藥品，它們通常會(huì)具備相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在合成藥物以后，藥物本身的理化性質(zhì)和相關(guān)特征都與具體的分子結(jié)構(gòu)類型有很大關(guān)聯(lián)。如果單純使用化學(xué)方法進(jìn)行人工合成，有時(shí)難以對相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾改造，在此過程中，充分運(yùn)用生物轉(zhuǎn)化技術(shù)能夠彌補(bǔ)化學(xué)合成方面的缺點(diǎn)，生物轉(zhuǎn)化在藥物合成中具有積極的應(yīng)用價(jià)值[4]。

2.1 合成手性藥物

合成手性藥物期間通常能夠采取生物轉(zhuǎn)化以及化學(xué)合成，相對來講，利用化學(xué)合成有時(shí)步驟較為繁瑣，更重要的是需要消耗更大的成本，還可能存在破壞環(huán)境的狀況。在生物轉(zhuǎn)化法具備優(yōu)勢的條件下，就可以發(fā)揮出酶的特性來促進(jìn)手性藥物的合成。

在借助微生物轉(zhuǎn)化促進(jìn)手性藥物合成期間，手性藥物分子通常和受體分子的結(jié)構(gòu)比較類似，按照手性藥物的分類，主要包括左旋和右旋兩種[5]。實(shí)施微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，能夠有效促進(jìn)手性藥物重組，最終讓藥物的藥效發(fā)生變化。在微生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)，還能夠?qū)κ中运幬镞M(jìn)行拆分處理，從中獲得相映的中間產(chǎn)物。例如，針對吡啶生物堿中的葉萩堿，它屬于左旋的類型，并且具備抗腫瘤的功能，如果在利用相關(guān)的菌類將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化得到最新的產(chǎn)物，就可能有效改善藥物的藥性特征，發(fā)揮出更大的藥用價(jià)值。

2.2 合成天然藥物

結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)觀察，如果直接采用化學(xué)合成的方式，就有可能導(dǎo)致資源的使用效率降低，也會(huì)存在破壞環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。在倡導(dǎo)生物轉(zhuǎn)化方式合成天然藥物期間，需要從天然藥物發(fā)揮活性的基礎(chǔ)物質(zhì)出發(fā)，在倡導(dǎo)綠色化學(xué)和低碳環(huán)保的理念下，借助生物轉(zhuǎn)化的方式來實(shí)現(xiàn)。

在有效利用植物培養(yǎng)物作為生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的重要應(yīng)用時(shí)，也能夠從天然藥物合成方向進(jìn)行探索。由于從天然植物中進(jìn)行提取或者使用化學(xué)合成的做法不符合低成本、環(huán)保和高質(zhì)量的理念，挖掘植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在天然藥物生產(chǎn)過程中的潛力就具有重要的意義。在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要通過三種狀況進(jìn)行分析，第一，如果將易于化學(xué)合成的物質(zhì)作為底物，在采取植物培養(yǎng)物方式能夠促進(jìn)化學(xué)合成的化合物特性發(fā)生改變，有效保證貴重藥品資源。第二，對于容易得到的天然化合物作為底物實(shí)施生物轉(zhuǎn)化時(shí)，可以借助植物高產(chǎn)細(xì)胞系進(jìn)行培養(yǎng)，在具備條件的情況下能夠有效加強(qiáng)衍生物的生產(chǎn)狀況。第三，在實(shí)際操作應(yīng)用過程中，可以讓生物轉(zhuǎn)化與組合化學(xué)法互相結(jié)合起來。在通過生物轉(zhuǎn)化過程中酶的催化反應(yīng)以后，能夠幫助形成結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的天然藥物。

3 結(jié)語

生物轉(zhuǎn)化過程仍然在繼續(xù)探索和研究，它在藥物合成方面的使用具有很大的潛力。如果能夠成功參與藥物合成，就能夠展現(xiàn)出原料豐富廣泛、制造工藝簡單、有效保護(hù)環(huán)境等特點(diǎn)，這符合現(xiàn)代制藥理念的過程。生物轉(zhuǎn)化在藥物合成期間，需要在結(jié)構(gòu)修飾和創(chuàng)新藥物方面引起重視，在倡導(dǎo)正確看待生物轉(zhuǎn)化及其在藥物合成中的應(yīng)用時(shí)，需要建立起科學(xué)規(guī)范的相關(guān)準(zhǔn)則。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析和探索，讓生物轉(zhuǎn)化在藥物合成中得到更為廣泛的應(yīng)用。