聚蘋果酸的微生物合成及應(yīng)用研究進(jìn)展

王媛媛，全玉芬，宋存江

南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 分子微生物學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實驗室，天津 300071

綜 述

聚蘋果酸的微生物合成及應(yīng)用研究進(jìn)展

王媛媛，全玉芬，宋存江

南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 分子微生物學(xué)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實驗室，天津 300071

王媛媛, 全玉芬, 宋存江. 聚蘋果酸的微生物合成及應(yīng)用研究進(jìn)展. 生物工程學(xué)報, 2014, 30(9): 1331?1340.

Wang YY, Quan YF, Song CJ. Progress in microbial synthesis and application of polymalic acid. Chin J Biotech, 2014, 30(9): 1331?1340.

聚蘋果酸是一種優(yōu)良的完全可生物降解的生物活性材料，在醫(yī)學(xué)和藥學(xué)領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用潛力。文中結(jié)合我們的工作總結(jié)了近年來聚蘋果酸代謝、聚蘋果酸的微生物發(fā)酵合成以及聚蘋果酸在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用等方面的研究進(jìn)展，并對聚蘋果酸的深入研究作了展望。

聚蘋果酸,微生物合成,生物活性材料

Keywords: polymalic acid, microbial synthesis, bioactive material

1 聚蘋果酸概述

聚蘋果酸 (Polymalic acid，PMLA) 是一種完全可生物降解的聚酯類高分子材料。它分解后的終產(chǎn)物安全無毒，不會對環(huán)境造成二次污染。作為一種可溶性脂肪族聚酯，聚蘋果酸具有高度的水溶性、化學(xué)衍生性和生物相容性。這些優(yōu)良特性使聚蘋果酸成為一種極具應(yīng)用前景的生物活性材料。

聚蘋果酸以L-蘋果酸為唯一單體，由一分子蘋果酸的–OH和另一分子蘋果酸的α-或β-COOH脫水聚酯而成，聚蘋果酸有3種結(jié)構(gòu)，即α型、β型、γ型 (圖1)。目前研究發(fā)現(xiàn)生物體內(nèi)存在的聚蘋果酸只有β型。

與其他許多天然多聚物不同，聚蘋果酸還具有兩個顯著的優(yōu)點(diǎn)：1) 易代謝性，由于L-蘋果酸是生物體內(nèi)三羧酸循環(huán) (TCA) 的中間體，β-聚蘋果酸容易在生物體內(nèi)通過正常的三羧酸循環(huán)代謝途徑分解；2) 易修飾性，聚蘋果酸具有許多自由羧基，容易與其他官能團(tuán)反應(yīng)而制得聚蘋果酸衍生物，或引入功能基團(tuán)或小分子藥物，從而改變聚蘋果酸的性質(zhì)得到具有特殊功能的產(chǎn)物。聚蘋果酸可以通過化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法制備?；瘜W(xué)合成法可以得到3種構(gòu)型的聚蘋果酸，且技術(shù)成熟，成本低。與化學(xué)合成法不同，微生物發(fā)酵制備的聚蘋果酸具有很高的化學(xué)純度、光學(xué)純度、很高的分子量及突出的生物學(xué)特性[1]。因此微生物發(fā)酵生產(chǎn)聚蘋果酸成為目前研究的熱點(diǎn)，本文總結(jié)了近年來相關(guān)的研究，并對聚蘋果酸的進(jìn)一步研究作出了展望。

圖1 蘋果酸及聚蘋果酸的結(jié)構(gòu)[1]Fig. 1 Structure of malate and polymalic acid[1].

2 聚蘋果酸的微生物合成

早在1969年，Shimada等[2]從圓弧青霉Penicillium cyclopium中分離得到一種酸性的大分子化合物，這種物質(zhì)能抑制蛋白酶的活性，最終證實該化合物為聚蘋果酸。1989年，F(xiàn)ischer等[3]從多頭絨泡菌Physarum polycephalum細(xì)胞中分離出聚蘋果酸，并發(fā)現(xiàn)它是DNA聚合酶α的抑制劑。β-PMLA可以由多種黏菌和絲狀真菌合成，主要的生產(chǎn)細(xì)胞類型是多頭絨泡菌的變形體和短梗霉屬的出芽短梗霉。

2.1 多頭絨泡菌發(fā)酵合成聚蘋果酸

多頭絨泡菌屬于粘菌門，它的生活史包括微觀的變形蟲階段和巨大多核原質(zhì)團(tuán)階段。其中，只有多核原質(zhì)團(tuán)才能以L-蘋果酸為前體合成PMLA，這種水溶性的大分子集中分布在細(xì)胞核中起作用，多余部分則以純聚蘋果酸的形式分泌到胞外，分子量在10–300 kDa之間。PMLA在細(xì)胞中結(jié)合、運(yùn)輸核酸相關(guān)蛋白，并暫時性地抑制一些酶和結(jié)構(gòu)蛋白的活性，以起到維持原質(zhì)團(tuán)形態(tài)的作用。能夠和PMLA結(jié)合的蛋白包括：組蛋白 (H1、H2B、H3和H4)[4]、DNA聚合酶α引物酶[3,5]、DNA聚合酶δ-復(fù)合體[6]以及DNA聚合酶ε-復(fù)合體[7]。G?ttler提出，利用親和層析的方法加上蛋白序列測序可以獲得PMLA結(jié)合蛋白的更多信息，對解析PMLA在原質(zhì)體中的作用提供更有效的方法[8]。

目前研究證實的聚蘋果酸合成途徑是，以L-蘋果酸為前體，在聚合酶的催化作用下合成聚蘋果酸。L-蘋果酸前體的獲得可以分為兩種情況：培養(yǎng)基有CaCO3條件下，通過丙酮酸羧化和草酰乙酸還原反應(yīng)兩步反應(yīng)獲得；培養(yǎng)基缺乏CaCO3的條件下，通過TCA循環(huán)和乙醛酸支路獲得 (圖2)。

在發(fā)酵培養(yǎng)基中，菌體通過丙酮酸羧化酶進(jìn)行葡萄糖代謝和二氧化碳固定，生成草酰乙酸，進(jìn)一步還原生成L-蘋果酸，此過程并不消耗TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物。當(dāng)培養(yǎng)基中加入CaCO3后，在丙酮酸羧化酶的作用下，草酰乙酸的合成量會增加，其中一部分進(jìn)一步還原生成L-蘋果酸，一部通過蘋果酸-天冬氨酸穿梭進(jìn)入TCA循環(huán)，防止草酰乙酸的過量積累造成代謝上的不平衡[9]。該種假說否定了之前認(rèn)為的L-蘋果酸前體的積累是丙酮酸羧化酶和TCA循環(huán)造成的，強(qiáng)調(diào)了CaCO3的開關(guān)作用，即CaCO3通過調(diào)節(jié)體內(nèi)的草酰乙酸的水平來調(diào)節(jié)L-蘋果酸前體的積累途徑。

圖2 聚蘋果酸合成途徑Fig. 2 Synthetic pathway of polymalic acid.

Willibald等[10]通過向多頭絨泡菌中注射14C標(biāo)記的L-蘋果酸，來跟蹤聚蘋果酸的合成，并檢測了KCN、砷酸鹽、Desulfo CoA、ATP類似物等物質(zhì)對PMLA合成的影響。作者在文章中提出了一個PMLA合成酶系的模型，即包括1個malyl-AMP連接酶和1個malyl-轉(zhuǎn)移酶 (聚合酶) 活性。通過向原質(zhì)團(tuán)細(xì)胞注射ATP類似物發(fā)現(xiàn)，5′-(α,β-亞甲基)-三磷酸-腺苷 (Apcpp)的加入能夠100%抑制PMLA的合成，而5′-(β, γ-亞甲基)-三磷酸-腺苷 (Appcp) 的加入對PMLA合成的抑制率只有40%，并且Desulfo CoA的加入并不會抑制PMLA的合成，該結(jié)果可以得出在PMLA的合成過程中，L-蘋果酸被活化成malyl-AMP。作者試圖體外合成PMLA，但是原質(zhì)團(tuán)裂解物只具備將蘋果酸單體轉(zhuǎn)化成malyl-AMP的能力，并不能將蘋果酸單體聚合成PMLA。注射磷酸酪氨酸酶的抑制劑和非水解GTP類似物均能抑制PMLA的合成。作者推測，原質(zhì)團(tuán)裂解物不能合成PMLA是細(xì)胞對損傷所作出的應(yīng)激反應(yīng)使malyl-轉(zhuǎn)移酶失活造成的。到目前為止，研究者未能從細(xì)胞提取物中分離出有活性的PMLA聚合酶蛋白。

Pinchai等[11]鑒定出一種調(diào)節(jié)PMLA水平的蛋白質(zhì)NKA48，但是沒有證據(jù)證明該多肽是PMLA合成酶的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。他們提取多頭絨泡菌的阿米巴蟲和原質(zhì)團(tuán)兩個生長階段細(xì)胞的cDNA，利用抑制消減雜交技術(shù) (SSH) 分析了PMLA代謝相關(guān)基因，鑒定出一個原質(zhì)團(tuán)細(xì)胞特有的spherulin 3a樣多肽序列——NKA48 (Spherulin 3b)，利用RNAi技術(shù)敲除NKA48-cDNA后，PMLA的水平嚴(yán)重降低，說明spherulin 3b有調(diào)節(jié)PMLA水平的功能。

研究人員在探索PMLA的生理作用時發(fā)現(xiàn)PMLA在原質(zhì)團(tuán)中不是游離的，推測和PMLA結(jié)合的分子伴侶是聚蘋果酸降解酶(Polymalatase, PMase)。PMase在體外可以和PMLA的游離羥基末端結(jié)合，并且在細(xì)胞質(zhì)環(huán)境中 (pH 6.5) 是沒有降解活性的，分泌到胞外后會把聚蘋果酸降解成蘋果酸單體。Miachael等[12]通過向多頭絨泡菌原質(zhì)團(tuán)中注射熒光標(biāo)記的PMLA，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)中的PMLA與PMase及一些蛋白結(jié)合成復(fù)合體被運(yùn)送到細(xì)胞核表面，然后復(fù)合體解離，PMLA進(jìn)入細(xì)胞核中，PMase及一些蛋白則留在細(xì)胞核表面。PMase在細(xì)胞核表面的定位可能涉及到結(jié)合蛋白、原位離子效應(yīng)、脂肪酸乙?；图?xì)胞膜結(jié)合等問題，還有待深入研究。

PMase可特異性地降解PMLA為蘋果酸單體，可以作為修飾PMLA的分子工具。由于PMase蛋白在體外很容易被剪切，研究者起初推測它的激活機(jī)制可能是多肽片段的切割。但是Mueller等[13]發(fā)現(xiàn)蛋白酶抑制劑并不能抑制PMase的激活，因此肯定存在其他途徑。細(xì)胞膜損傷啟動的酪氨酸磷酸化信號能夠使PMLA合成酶失活，他們推測可能是相同的機(jī)制啟動PMase的活性，并通過一個酶反應(yīng)體系驗證該論斷。在提取的多頭絨泡菌細(xì)胞膜溶液中加入2 mmol/L MgATP溫育，然后測定PMase的活性，發(fā)現(xiàn)酶活比只有細(xì)胞膜存在時提高的很多。在體系中加入Tyrphostin-47 (一種酪氨酸激酶抑制劑) 或者酪氨酸特異性蛋白磷酸酶時，激活失敗。他們的實驗結(jié)果證明，PMase的激活是細(xì)胞膜上酪氨酸蛋白激酶啟動的，并成功激活了釀酒酵母重組表達(dá)的PMase。

對多頭絨泡菌合成PMLA的研究多集中在合成機(jī)制及調(diào)控方面，發(fā)酵方面的研究較少。目前利用P. polycephalum發(fā)酵合成PMLA多是采用Lee等[14]在1999年建立的原質(zhì)團(tuán)細(xì)胞發(fā)酵的方法。該方法中菌株M3CVII (ATCC204388)培養(yǎng)6 d后PMLA的產(chǎn)量可以達(dá)到2.7 g/L。2000年，該研究組用非生長型的P. polycephalum原質(zhì)團(tuán)細(xì)胞發(fā)酵合成了PMLA，使PMLA的合成和P. polycephalum的生長解離開來，使小的生物量合成大量的PMLA成為可能。

2.2 出芽短梗霉發(fā)酵合成聚蘋果酸

出芽短梗霉Aurobasidium pullulans分類屬于半知菌綱，是一種具有酵母型和菌絲型的多形態(tài)真菌，合成的聚蘋果酸一部分以β-聚蘋果酸-葡聚糖結(jié)合體的形式分泌出來，另一部分被分解為分子量為5–11 kDa的自由β-聚蘋果酸分泌到細(xì)胞外。利用β-聚蘋果酸在有機(jī)溶劑丙酮中的高溶解性可以去除與之相連的葡聚糖，得到純β-聚蘋果酸。目前聚蘋果酸產(chǎn)量最高的菌株是陸生半知菌的短梗霉屬，隨菌株的不同，產(chǎn)量在12–60 g/L聚蘋果酸鈣鹽或聚蘋果酸鈉鹽之間變化。

出芽短梗霉屬菌株可以利用D-葡萄糖、蔗糖、果糖、葡萄糖醇和琥珀酸為碳源，發(fā)酵合成聚蘋果酸。劉雙江等研究人員以出芽短梗霉為研究對象，研究發(fā)現(xiàn)三氟乙酸可以抑制聚蘋果酸的產(chǎn)生，它會使檸檬酸合成酶失活，是檸檬酸循環(huán)和乙醛酸支路的強(qiáng)抑制劑，蘋果酸、丁二酸、富馬酸對聚蘋果酸的積累有促進(jìn)作用，馬來酸和丙二酸會產(chǎn)生抑制作用，馬來酸不參與代謝且對機(jī)體有毒害，丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑，因此劉雙江等指出出芽短梗霉聚蘋果酸的合成途徑與多頭絨泡菌相似[15]。

到目前為止，對于出芽短梗霉發(fā)酵合成聚蘋果酸的研究集中在菌種的篩選和發(fā)酵過程優(yōu)化方面。

Naoki等[16]從日本各地采集的木質(zhì)標(biāo)本中分離到Aureobasidium sp. A-91，以葡萄糖為碳源，培養(yǎng)基中加入30 g/L的CaCO3，25 ℃搖床培養(yǎng)7 d，聚蘋果酸的濃度達(dá)到47 g/L，質(zhì)量的轉(zhuǎn)化率為0.4 g聚蘋果酸/g葡萄糖，分子量為6–11 kDa。Toshiaki等[17]利用Aureobasidium sp. A-91的固定化細(xì)胞生產(chǎn)聚蘋果酸，第一步獲得大量的細(xì)胞，第二步利用靜止的細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化，實驗進(jìn)行了5次重復(fù)，聚蘋果酸濃度為80 g/L左右。劉雙江[18]從荷蘭和德國菌種保藏中心篩選出兩株具有較高產(chǎn)聚蘋果酸能力的出芽短梗霉菌株CBS591.75和DSM3497，并對CBS591.75進(jìn)行2 L和20 L發(fā)酵條件的摸索，培養(yǎng)基參照Nagata等的方法配制。菌株CBS591.75在20 L規(guī)模發(fā)酵144 h后發(fā)酵液中聚蘋果酸濃度為8.0 g/L。王麗燕等[19]對分離的菌株A. pullulans BS02搖瓶發(fā)酵聚蘋果酸的條件進(jìn)行了研究，以葡萄糖為碳源，培養(yǎng)基中加入50 g/L的CaCO3，pH 4.0–4.5、24 ℃發(fā)酵10 d，聚蘋果酸產(chǎn)量可達(dá)到30.0 g/L。Zhang等[20]從新鮮的植物樣品中分離得到一株A. pullulans。通過優(yōu)化發(fā)酵條件，搖瓶試驗中，以葡萄糖為碳源，培養(yǎng)基中加入30 g/L的CaCO3，該菌合成聚蘋果酸的濃度達(dá)到62.3 g/L；10 L發(fā)酵罐試驗中，合成聚蘋果酸的濃度為57.2 g/L，生產(chǎn)強(qiáng)度為0.35 g/(L·h)。徐玲芬等[21]從自然界植物樣本中分離得到一株產(chǎn)PMLA的菌株，命名為A. pullulans ZUCC-41，以葡萄糖為碳源，培養(yǎng)基中加入30 g/L的 CaCO3，該菌株發(fā)酵合成聚蘋果酸的濃度為26.2 g/L。

以上分離得到的菌株均以葡萄糖為碳源發(fā)酵合成聚蘋果酸，Pennapa等[22]則利用生物質(zhì)能合成聚蘋果酸。他們首先對從冰島和泰國等地采樣分離得到的56株A. pullulans菌株進(jìn)行了系統(tǒng)進(jìn)化上的分類，并研究了它們產(chǎn)PMLA的能力。不同類群的A. pullulans合成PMLA的能力是有差別的，可能某類遺傳背景的A. pullulans是比較適合PMLA的合成的。然后以其中代表性的菌株，利用過氧化氫處理的小麥秸稈和玉米芯為唯一碳源，發(fā)酵合成PMLA。在優(yōu)化條件下：限氮培養(yǎng)基中加入5% (W/V)預(yù)處理的小麥秸稈、輔助酶和3% (W/V)的CaCO3發(fā)酵7 d，A. pullulans NRRL 50383合成PMLA的能力達(dá)到20 g/L。農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，如果能夠加以利用合成PMLA，則會很大程度地降低PMLA的生產(chǎn)成本。

在發(fā)酵過程優(yōu)化方面，中國科學(xué)院過程工程研究所的萬印華等[23]公開了利用A. pullulans ipe-1發(fā)酵生產(chǎn)聚蘋果酸的新工藝，通過控制溶氧、pH、有機(jī)氮和無機(jī)氮交配使用，在7 L發(fā)酵罐中發(fā)酵4 d，發(fā)酵液中β-聚蘋果酸的濃度為35.2 g/L。該研究組還研究了A. pullulans ipe-1合成PMLA和菌體生長的關(guān)系[24]。他們認(rèn)為對數(shù)生長期晚期菌體的生長和PMLA的合成無關(guān)是由于高的PMLA濃度和培養(yǎng)基中低的還原力抑制了菌體的生長。重復(fù)分批發(fā)酵(Repeated-batch fermetation) 和細(xì)胞再循環(huán)發(fā)酵(Cell-recycle fermetation) 或在兩種發(fā)酵過程中維持培養(yǎng)基氧化還原電位 (ORP) 低于70 mV，均能提高PMLA的產(chǎn)率?？刂芆RP的重復(fù)分批發(fā)酵中，PMLA的產(chǎn)量和細(xì)胞的生長分別提高了21.2%和11.7%；控制ORP的細(xì)胞再循環(huán)發(fā)酵中，每單位葡萄糖合成PMLA的產(chǎn)量提高了33.2%。該研究成果為PMLA合成的過程優(yōu)化提供了新的思路。

對已分離出芽短梗霉菌株合成聚蘋果酸的能力總結(jié)見表1。出芽短梗霉作為一種重要的工業(yè)微生物，除聚蘋果酸外，可以合成多種胞外產(chǎn)物，包括普魯蘭多糖、淀粉酶、木糖醇脫氫酶、抗菌素等，而且在培養(yǎng)過程中會產(chǎn)生黑色素，使產(chǎn)品在下游加工過程中必須采用活性炭多次脫色。因此，副產(chǎn)物和黑色素的去除在出芽短梗霉合成聚蘋果酸及產(chǎn)物純化的過程中也是很有必要的。

表1 已分離出芽短梗霉發(fā)酵合成聚蘋果酸的能力Table 1 Polymalic acid producing strains of A. pullulans and their productivity

3 聚蘋果酸的應(yīng)用

聚蘋果酸作為一種脂肪族聚酯，具有良好的水溶性、可生物降解性、生物相容性，并且易代謝、易修飾，諸多優(yōu)點(diǎn)使其在生物醫(yī)藥和生物材料等領(lǐng)域極具應(yīng)用前景，有望成為手術(shù)縫合線、藥物緩釋系統(tǒng)、組織工程支架材料、透析袋等。

3.1 聚蘋果酸作為藥物載體的應(yīng)用

1975年，Ringsdorf[25]首次提出用具有藥理活性的基團(tuán)的大分子作為藥物的概念，這種高分子藥物體系的性能很大程度上取決于所選用的大分子。可用作藥物的大分子必須具有無毒性、可生物降解性、免疫惰性、可控釋放性及窄分布的高分子。聚蘋果酸具有上述優(yōu)良特性，近幾年其作為藥物載體的研究成為熱點(diǎn)。

目前為止，最新的應(yīng)用研究是以PMLA為載體，共價鍵合反義核苷酸的納米共聚物“Polycefin”。該模型采用的是多重靶向給藥系統(tǒng)，在PMLA的主鏈上還共價結(jié)合了腫瘤特異抗體和很多功能單元，使給藥系統(tǒng)能夠定位并進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，并釋放寡核苷酸或是藥物。該系統(tǒng)能夠同時攜帶多個反義寡核苷酸藥物和抗體，載體通過抗體對腫瘤表面的高度特異性，大大降低了藥物對循環(huán)系統(tǒng)及其他部位的毒性，這對于抗癌藥物來說極其重要[26-30]。

為了解決PMLA自身在水環(huán)境中降解過快的問題，Portilla-Arias等[31]將PMLA部分甲基化，研究了其特性，發(fā)現(xiàn)25%和50%甲基化的PMLA (coPMLA-Me25H75和coPMLA-Me50H50)在一定條件下可以破壞脂質(zhì)體的膜，隨著甲基化程度的提高，PMLA衍生物的可溶性降低，并且對腦癌細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞系的毒性越大，該研究表明，一定程度甲基化的PMLA可以用作藥物傳遞中的納米共聚物載體。Inoue等[32-33]通過在載體上連接2C5 mAb、TfR mAb 和AON來抑制HER2/neu Receptor和蛋白EGFR的合成，研究將Polycefin用于乳腺癌的治療。

3.2 聚蘋果酸作為生物材料的應(yīng)用

Cammas等[34]研究發(fā)現(xiàn)改性后的聚蘋果酸透析袋有極好的膠體滲透壓，是一種理想的透析材料。此外由于具有可生物降解性和免疫惰性，聚蘋果酸及其衍生物還可以作為生物醫(yī)學(xué)材料如燒傷治療的繃帶、手術(shù)縫合線等。Viviane等[35]在其研究中發(fā)現(xiàn)聚蘋果酸的衍生物本身不能治愈傷口，但是它能與交聯(lián)生長因子的乙酰肝素結(jié)合，刺激骨骼的修復(fù)，提高傷口的愈合速度。李世普等還利用添加有聚蘋果酸的高分子聚合物制成一種可降解的導(dǎo)電生物醫(yī)學(xué)材料，該材料同時具有可降解性和導(dǎo)電性的功能[36]。

4 展望

筆者所在研究室建立了出芽短梗霉雙產(chǎn)物發(fā)酵合成PMLA和普魯蘭，及其分離純化的方法。在研究出芽短梗霉的生長周期和產(chǎn)物合成的關(guān)系時，我們發(fā)現(xiàn)PMLA在對數(shù)生長期中后期增長速度最快，對菌株Aureobasidium pullulans IFO6353來說，膨脹型細(xì)胞是合成PMLA的主要細(xì)胞形態(tài)[37]。目前，筆者正在利用分子生物學(xué)技術(shù)對普魯蘭合成酶基因及黑色素合成相關(guān)基因進(jìn)行敲除。

聚蘋果酸 (PMLA) 是一種具有巨大潛在應(yīng)用價值的聚酯類物質(zhì)，但相關(guān)應(yīng)用研究的文獻(xiàn)不多。究其原因：首先，聚蘋果酸的生產(chǎn)強(qiáng)度較低。目前分離得到的合成聚蘋果酸能力較高的菌株為出芽短梗霉，聚蘋果酸作為一種次級代謝產(chǎn)物，自然狀態(tài)下菌體不會大量合成。又由于該菌生活史復(fù)雜，生長繁殖速度慢，致使發(fā)酵周期延長，單位時間的產(chǎn)量較低。另外，聚蘋果酸在水環(huán)境中過快的降解速度也限制了它的應(yīng)用。若要改變聚蘋果酸微生物合成與應(yīng)用的現(xiàn)狀，應(yīng)從以下幾方面入手：1) 繼續(xù)選育高產(chǎn)菌株，從自然界中篩選穩(wěn)定高產(chǎn)的聚蘋果酸合成菌；2) 發(fā)酵工藝優(yōu)化與原位分離發(fā)酵的應(yīng)用，繼續(xù)優(yōu)化聚蘋果酸合成菌的發(fā)酵條件，采用原位分離發(fā)酵技術(shù)提高聚蘋果酸的產(chǎn)率；3) 合成途徑優(yōu)化，利用合成生物學(xué)在分子水平改造合成途徑——提高前體物質(zhì)的合成、聚蘋果酸合成酶純化及改性等，進(jìn)一步提高菌株合成聚蘋果酸的能力，減少副產(chǎn)物的合成，提高聚蘋果酸的分子量；4) 聚蘋果酸分子的化學(xué)修飾，通過鍵合保護(hù)基團(tuán)或環(huán)境應(yīng)答基團(tuán)等對聚蘋果酸進(jìn)行化學(xué)修飾，使其具有更優(yōu)良的性質(zhì)。隨著研究的不斷深入，聚蘋果酸微生物合成的工業(yè)化肯定會成為現(xiàn)實。

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(本文責(zé)編 郝麗芳)

Progress in microbial synthesis and application of polymalic acid

Yuanyuan Wang, Yufen Quan, and Cunjiang Song
Key Laboratory of Molecular Microbiology and Technology for Ministry of Education, College of Life Sciences, Nankai University, Tianjin 300071, China

Polymalic acid, known as a bioactive material, is completely biodegradable, and has far reaching application potential in medical field. Combined with our own findings, we summarized advances in polymalic acid metabolism, microbial fermentation synthesis, and application research in the medical field. Finally, prospect for further research was addressed.

December 12, 2013; Accepted: March 28, 2014

Cunjiang Song. Tel/Fax: +86-22-23503866; E-mail: songcj@nankai.edu.cn

Supported by: National Basic Research Program of China (973 Program) (No. 2012CB725204), National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (No. 2012AA021505), National Natural Science Foundation of China (Nos. 31070039, 31170030, 51073081), Tianjin Municipal Key Program (Nos. 13JCYBJC24900, 13JCZDJC27800).

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃 (973計劃) (No. 2012CB725204)，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃 (863計劃) (No. 2012AA021505)，國家自然科學(xué)基金 (Nos. 31070039, 31170030, 51073081)，天津市重點(diǎn)項目 (Nos. 13JCYBJC24900, 13JCZDJC27800) 資助。

時間：2014-04-01 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/10.13345/j.cjb.130632.html

Received: December 12, 2013; Accepted: March 28, 2014

Supported by: National Basic Research Program of China (973 Program) (No. 2012CB725204), National High Technology Research and Development Program of Chnia (863 Program) (No. 2012AA021505), National Natural Science Foundation of China (Nos. 31070039, 31170030, 51073081), Tianjin Municipal Key Program (Nos. 13JCYBJC24900, 13JCZDJC27800).

Corresponding author: Cunjiang Song. Tel/Fax: +86-22-23503866; E-mail: songcj@nankai.edu.cn

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）（No. 2012CB725204），國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）（No. 2012AA021505），國家自然科學(xué)基金（Nos. 31070039，31170030，51073081），天津市重點(diǎn)項目（Nos. 13JCYBJC24900，13JCZDJC27800）資助。

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2013-11-27 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20131127.1120.003.html