微生物轉化技術在中藥資源開發(fā)中的應用研究

賀 巒，高學鵬，彭 楊

（江西應用技術職業(yè)學院，江西 贛州 341000）

1 微生物轉化

中藥的成分復雜龐大，一般包括幾個大類：生物堿類、酯類、黃酮類、醌類、配糖體類 (皂苷)、鞣質等。由于這些活性成分在中藥材中含量較低，而且雜質多，其中甚至某些成分有毒性，不僅體內轉化能力弱，而且口服利用度低，起效慢。微生物轉化技術是一種利用微生物產(chǎn)生的一系列酶，通過催化作用，提純影響天然藥物的成分含量，在增加穩(wěn)定性，去除雜質的同時，提高藥效，降低毒性。

2 在中藥中應用微生物轉化的優(yōu)勢

2.1 皂苷類資源微生物轉化

傳統(tǒng)中藥中，我們會使用皂苷類化合物抗腫瘤、提高心血管活性、抗病毒、抗過敏、降膽固醇等。實驗表明，通過微生物轉化法，可以提高皂苷的生理活性，有效改變皂苷糖鏈結構。在皂苷類微生物轉化的課題研究中，人參皂苷是目前研究最多的。從韓國傳統(tǒng)發(fā)酵食品泡菜中，可以成功提取出藥理學活性更強的CK。在pH6.0、30℃、反應72h的最佳條件下，類消化乳桿菌LH4以HPLC、TLC以及NMR分析酶反應，成功的將1.0 mg/mL的人參皂苷Rb1轉化得到0.52 mg/mL的CK，摩爾轉化率達到了88%。實驗室技術難題已經(jīng)得到了有效的攻破，LH4（類消化乳桿菌）也就有了工業(yè)制備CK的可能。在分離鑒定20（R）－人參二醇時，共發(fā)現(xiàn)了五種化合物，且這五種化合物被證明可具有增強抑制HSC-T6細胞增值的作用。用微生物強大的酶系統(tǒng)，微生物轉化技術為中藥現(xiàn)代化的發(fā)展開辟新思路，實現(xiàn)中草藥活性成分的分解轉化。因此，對于明確藥物療效和作用機理而言，采用微生物轉化技術來模擬體內的代謝過程有著重要的作用。與此同時，在提高作用效果、發(fā)現(xiàn)新化合物及提高其皂苷含量方面，應用微生物技術轉化虎杖苷、連翹苷、芍藥苷、薯蕷皂苷元、積雪草皂苷和絞股藍皂苷等都有相應的文獻記載。

2.2 微生物轉化黃酮類資源

現(xiàn)階段黃酮類成分研究的新方向，就是在轉化天然黃酮產(chǎn)物時應用微生物技術。黃酮類成分的研究受到限制是由于在體內外，黃酮類成分有著不同的生物活性。從南京土壤中，Wang等在10%乙醇條件下，分離得到CGMCC4913，由葛根素轉化為7-O-果糖苷的葛根衍生物，其衍生物不僅抗氧化活性以及水溶性得到較大的改進，而且轉化率高達97.6%。主要活性為黃酮的是多甲氧基黃酮（PMF），其生物活性多種多樣，表現(xiàn)為抗氧化損傷以及抗癌。以活性為向導篩選，Kim首次研究PMF代謝相關的人體腸道細菌，通過對其體外表征以及生物轉化的研究，最終篩選出MRG-PMF1菌種，Blautia屬。通過MRGPMF1，去甲基化黃酮可以由將PMF代謝而成，其中5,7,4-三甲氧基黃酮以及5,7-二甲氧基黃酮分別代謝成為芹菜素（5,7,4-三羥基黃酮）以及白楊素（5,7-二羥基黃酮），C-4位甲氧基優(yōu)先水解，這極大的提升我們對黃酮類化合物的認知。發(fā)現(xiàn)新的生物活性黃酮化合物，以及在人體腸道代謝過程，意義重大。為了清除自由基、改善黃酮含量以及酚酸的能力，微生物發(fā)酵處理的方法效果明顯，通過比較芽孢桿菌菌種烤、蒸以及發(fā)酵等工藝，我們可以從結果中明顯看出，菝葜葉總黃酮以及總酚酸的含量，在微生物發(fā)酵過后，含量顯著提高，此外氧自由基吸收能力提升最為明顯，尤其是米曲霉以及釀酒酵母發(fā)酵過后。在釀造工業(yè)中，雌性啤酒花球果有著非常高的應用價值，由于具有抗癌、抗炎、抗微生物、抗氧化以及雌性激素的作用，而且大量黃酮類成分，更重要的是胃腸微生物群以及黃酮類化合物的生物轉化相關的微生物酶促反應下，所得的轉換產(chǎn)物應用潛力巨大。

2.3 生物堿類資源微生物轉化

由于結構較為復雜，且為環(huán)狀，在植物體內的生物堿大多呈堿性，為一類含氮有機化合物，有抗癌、抗菌消炎、鎮(zhèn)痛、解痙以及止咳平喘的作用，生理活性顯著。通過合成生物學策略以及應用代謝工程，可以將中藥植物中含量豐富的生物活性分子原小檗堿，由簡單的芐基異喹啉，反應催化轉換為復雜高級的生物堿原小檗堿。原小檗堿類生物堿，通過載體中生物的合成途徑，也就是優(yōu)化釀酒酵母等方法，實現(xiàn)了高效的合成，這一成功的案例具有里程碑的意義，實現(xiàn)微生物細胞工廠或者利用酶法合成，最終實現(xiàn)其他高價值的化合物。采用高效有力的生化途徑和微生物特定的酶，生物修復是清理環(huán)境污染綜合性效果最好的方法，在降解劇毒雜環(huán)化合物時，尤其是煙草生物堿，效果顯著。這些嗜酸性微生物經(jīng)過煙堿代謝轉化后，碳和氮便成為其生長的唯一能量來源，消耗殆盡，自然就可以降解。通過吡咯烷途徑或者經(jīng)吡啶途徑，細菌將煙堿完全降解。兩通路中共同的中間關鍵酶，是6-羥基-3-琥珀吡啶 （HSP）羥化酶，煙堿經(jīng)由該酶轉化為2，5-二羥基吡啶。在觀察惡臭假單胞菌作用于煙堿，并將其降解的過程中，Tang等發(fā)現(xiàn)并通過分析，識別降解過程中，參與的煙堿代謝酶，6-羥基-3-琥珀吡啶是由3-琥珀吡啶轉化而成，整個過程中參與的催化酶還有鐵氧還蛋白、molybdopterin脫氫酶以及molybdopterin結合氧化酶，同時整個過程中還進行基因的克隆表達，發(fā)現(xiàn)了一定量的煙堿氧化還原酶（nicA2）。上述過程的發(fā)現(xiàn)與探索，極大的推動自然界有毒化合物的降解，進而人類保護環(huán)境可以踏上新的征程。

3 結語

綜上所述，科學技術的進步，尤其是生物科技的不斷發(fā)展，讓中藥資源可以有較大的利用，多年的研究我們已經(jīng)在加工技術、藥理研究以及分離純化等技術方面獲得突破性進展。微生物轉化技術一定程度上，解決化學合成這一方法無法合成某些化合物的問題。而這一技術應用在藥學領域，為醫(yī)藥學工作者開辟新的探索道路，但是人類的知識儲備有限，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)難度很大。目前可以用來提高生物轉化效率的方法，如發(fā)酵和生物轉化介質、相關關鍵酶的合理設計以及微生物群基因庫的探索等。對于中藥資源的開發(fā)研究而言，微生物轉化技術的研究工作意義重大，中藥資源經(jīng)過微生物轉化處理之后，大量的衍生化合物可以被生產(chǎn)出來，為新藥物的發(fā)展與研究開辟新的道路，是未來中醫(yī)藥突破的關鍵。