2009年第8期 汤娇雯：基因工程制药的研究现状与发展前景 27 伊维菌素(ivermectins)是一个市场很大的抗虫 发酵时直接产生7-ACA。 抗生素，其前体阿弗米丁(avermectins)的产生菌种 调节基因在药物的生物合成中也起着重要作 的发酵液中有8个以上的组分，其中只有B1a组分 用，增加调节基因的基因量能够大幅提高药物产量。 才是制备伊维菌素的原料。keda等26经过近十年 Hopwood等将放线紫红素生物合成的一个调节基因 的努力，已将阿弗米丁的生物合成基因簇全部搞清， atⅡ导人原产生菌，尽管基因的拷贝数仅增加了2 并经过诱变与DNA重组，获得了仅产阿弗米丁B2a 倍，放线紫红素的产量却增加了30~40倍。 单一组分和B1a、B2a组份的重组工程菌，这不仅大 某些抗生素生产菌的产量不高，是由于其自身 大提高了阿弗米丁有效组分的发酵效价，且给提取、 对该抗生素的抗性不高。因此，利用高拷贝质粒的 精制、半合成等后处理工序带来了很大的便利。可， 基因量效应，增加菌种对自身产生的抗生素的抗性， 以预见，随着对各种工业生产的微生物药物生物合 可能增加抗生素的产量。例如，将氨基糖苷6-乙酰 成途径的深入了解以及基因重组技术的不断进展， 转移酶基因导人卡那素和新霉素产生菌，由于提 应用基因工程方法定向构建高产菌株的成功实例将 高了对氨糖类抗生素的抗性，产量提高了2~6倍。 越来越多。 4展望 在抗生素发酵过程中供氧往往是一个限制因 综上所述，基因工程技术在医药工业中的应用 素，充足的氧气供给是药物工业发酵稳定和提高产 非常广泛，利用基因工程技术开发药物已成为当前 量，降低成本的关键。传统的解决方法如增加通气 最为活跃和迅猛发展的领域。随着人类基因组计划 量等对设备要求高，能量消耗大。20世纪70年代 的完成，以及基因组学、蛋白质组学、生物信息学等 末在专性好氧菌透明颤(Vitreoscilla)中发现了血红 研究的深人，为医药生物技术开拓了一个新的领域， 蛋白(VHb),它能促进氧气扩散到细胞末端氧化酶 基因工程制药将有更多机会获得突破性进展，为保 上。于是人们想到了将其基因Vgb克隆到其它微生 障人类健康做出更大的贡献。 物中，以促进微生物在低氧条件下生长。1988年 Khosla等2从Vitreoscilla中分离出Vgb基因并将之 参考文献 转人大肠杆菌(E.co),提高了大肠杆菌在溶氧量 1醒礼嘉，膜红雅，胡平，等，现代生物技术导论[M]北京：高等 低于5%时对氧的利用率。目前已用克隆表达VHb 教育出版社，1998. 的方法提高了放线紫红素、头孢霉素C、红籍素等产 2马大龙，生物技术药物[M].北京：科学出版社，2001， 3牛朝诗，国外医学：生理、病理科学与临床分册，2000,20(3)： 生菌及青霉紫酰化酶基因工程菌的产量4~0)。血 212-215. 红蛋白基因工程的研究和应用，必将对抗生素工业 4龚德华.骨脏病与透析肾移植杂志，1998,7(4)：348-351. 和其它重组药物发酵工业的节能等带来美好的 5曹雪涛.中华消化杂志，1996,15(3)：167-170. 前景。 6 Alcami A.Trends in Immunology,2001,22(1):58 ~60. 作为半合成头孢菌素类抗生素重要原料的7- 7 Whiteside TL Clinical Immunology Newsletter,1998,18(7):69 -77. 氨基头孢烷酸(7-ACA),目前国内外仍以化学裂解 8曹雪涛.中国肿指生物治疗杂志，1995,2(3)：175-179 头孢菌素C的工艺路线为主。国内外已报道可用 9 Jurgen D.Naure Biotechnology,1996.14:1516-1519. 经由GL-7-ACA的二步法（化学/酶法或二步酶法） 10牡平中.国外医药：合成药、生化药、制剂分册，1998,19(2)： 来生产7-ACA,与化学裂解法相比不仅收率提高，且 67-71. 能大大减少环境污染，简化生产工艺。但二步法中 11吴悟期.药学进展，1996,20(1)：16-21. 关键的GL-7-ACA酰化酶在假单胞菌中表达量低而 12陈建华，陈鬓祖，是悟桐.药物生物技术，1995,2（1)：56 -60. 且分离纯化困难，限制了这种方法的应用。通过将 13 David B,Weiner RC,Kennedy.Gene Vaccine Science,1999,254 GL-7-ACA酰化酶基因转人大肠杆菌中表达恰好可 (10):16-23. 以解决这一问题[1。最近又报道可将编码2个酶 14吴梧桐，基因工程药物：基础与临床[M],北京：人民卫生出版 的基因直接转人头孢菌素C的生产菌种中，使其在 社，1996. (下转第31页) 万方数据2009年第8期 汤娇雯：基因工程制药的研究现状与发展前景 27 伊维菌素(ivermectins)是一个市场很大的抗虫 抗生素，其前体阿弗米丁(avermeetins)的产生菌种 的发酵液中有8个以上的组分，其中只有B1a组分 才是制备伊维菌素的原料。Ikeda等旧刮经过近十年 的努力，已将阿弗米丁的生物合成基因簇全部搞清， 并经过诱变与DNA重组，获得了仅产阿弗米丁B2a 单一组分和B1a、B2a组份的重组工程菌，这不仅大 大提高了阿弗米丁有效组分的发酵效价，且给提取、 精制、半合成等后处理工序带来了很大的便利。可 以预见，随着对各种工业生产的微生物药物生物合 成途径的深入了解以及基因重组技术的不断进展， 应用基因工程方法定向构建高产菌株的成功实例将 越来越多。 在抗生素发酵过程中供氧往往是一个限制因 素，充足的氧气供给是药物工业发酵稳定和提高产 量，降低成本的关键。传统的解决方法如增加通气 量等对设备要求高，能量消耗大。20世纪70年代 末在专性好氧菌透明颤(Vitreoscilla)中发现了血红 蛋白(VHb)，它能促进氧气扩散到细胞末端氧化酶 上。于是人们想到了将其基因vgb克隆到其它微生 物中，以促进微生物在低氧条件下生长。1988年 Khosla等。”1从Vitreoscilla中分离出Vgb基因并将之 转入大肠杆菌(E．coli)，提高了大肠杆菌在溶氧量 低于5％时对氧的利用率。目前已用克隆表达VHb 的方法提高了放线紫红素、头孢霉素C、红霉素等产 生菌及青霉素酰化酶基因工程菌的产量旧¨30J。血 红蛋白基因工程的研究和应用，必将对抗生素工业 和其它重组药物发酵工业的节能等带来美好的 前景。 作为半合成头孢菌素类抗生素重要原料的7一 氨基头孢烷酸(7-ACA)，目前国内外仍以化学裂解 头孢菌素c的工艺路线为主。国内外已报道可用 经由GL-7一ACA的二步法(化学／酶法或二步酶法) 来生产7-ACA，与化学裂解法相比不仅收率提高，且 能大大减少环境污染，简化生产工艺。但二步法中 关键的GL-7一ACA酰化酶在假单胞菌中表达量低而 且分离纯化困难，限制了这种方法的应用。通过将 GL-7一ACA酰化酶基因转入大肠杆菌中表达恰好可 以解决这一问题p“。最近又报道可将编码2个酶 的基因直接转入头孢菌素C的生产菌种中，使其在 发酵时直接产生7一ACA。 调节基因在药物的生物合成中也起着重要作 用，增加调节基因的基因量能够大幅提高药物产量。 Hopwood等将放线紫红素生物合成的一个调节基因 actII导人原产生菌，尽管基因的拷贝数仅增加了2 倍，放线紫红素的产量却增加了30—40倍。 某些抗生素生产菌的产量不高，是由于其自身 对该抗生素的抗性不高。因此，利用高拷贝质粒的 基因量效应，增加菌种对自身产生的抗生素的抗性， 可能增加抗生素的产量。例如，将氨基糖苷石一乙酰 转移酶基因导入卡那霉素和新霉素产生菌，由于提 高了对氨糖类抗生素的抗性，产量提高了2～6倍。 4 展望 综上所述，基因工程技术在医药工业中的应用 非常广泛，利用基因工程技术开发药物已成为当前 最为活跃和迅猛发展的领域。随着人类基因组计划 的完成，以及基因组学、蛋白质组学、生物信息学等 研究的深入，为医药生物技术开拓了一个新的领域， 基因工程制药将有更多机会获得突破性进展，为保 障人类健康做出更大的贡献。 参考文献 l 翟礼嘉，顾红雅，胡平，等，现代生物技术导论[M]．北京：高等 教育出版社，1998． 2 马大龙，生物技术药物[M]．北京：科学出版社。2001． 3 牛朝诗．国外医学：生理、病理科学与临床分册，2000。20(3)： 212—215． 4 龚德华．肾脏病与透析肾移植杂志，1998，7(4)：348～351． 5 曹雪涛．中华消化杂志，1996，15(3)：167—170． 6 Aleami A．Trends in Immunology，2001，22(1)：58—60． 7 Whiteside TL Clinical Immunology Newsletter，1998，18(7)：69 —77． 8 曹雪涛．中国肿瘤生物治疗杂志，1995，2(3)：175—179． 9 Jurgen D．Naure Biotechnology，1996。14：1516～1519． 10牡平中．国外医药：合成药、生化药、制剂分册．1998，19(2)： 67～71． 11吴梧桐．药学进展-，1996，20(1)：16—21． 12陈建华，陈葵祖，吴梧桐．药物生物技术，1995，2(1)：56 —60． 13 David B，Weiner RC，Kennedy．Gene Vaccine Science，1999，254 (10)：16～23． 14吴梧桐，基因工程药物：基础与临床[M]．北京：人民卫生出版 社，1996． (下转第31页) 万方数据