微生物藥物合成生物學(xué)研究進(jìn)展

丁維登（江蘇豪森藥業(yè)集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222000）

微生物藥物合成生物學(xué)研究進(jìn)展

丁維登（江蘇豪森藥業(yè)集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222000）

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，以合成生物學(xué)為基礎(chǔ)的微生物藥物研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，各種微生物藥物的出現(xiàn)，為醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。當(dāng)前微生物藥物合成生物學(xué)研究還面臨一些挑戰(zhàn)和困難，如何更好地應(yīng)對(duì)，進(jìn)一步在微生物藥物合成領(lǐng)域取得突破，是一項(xiàng)重要的研究課題。本文對(duì)微生物藥物合成生物學(xué)研究與應(yīng)用進(jìn)行了全面分析和論述，以供參考和借鑒。

微生物藥物；應(yīng)用；發(fā)展

以合成生物學(xué)為基礎(chǔ)的微生物制造在天然藥物、生物基化學(xué)品等研究中具有重要的參考意義，并且隨著自然資源等日益減少，微生物制藥在環(huán)境開發(fā)與保護(hù)、疾病診斷、生物材料與能源研發(fā)等方面的作用越來越突出。合成生物學(xué)技術(shù)以科學(xué)完善的設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，通過對(duì)生物元件的挖掘、設(shè)計(jì)、組裝和配置等，從而打造適合人類生命循環(huán)系統(tǒng)的重要技術(shù)，當(dāng)前合成生物學(xué)在微生物藥物領(lǐng)域方面的應(yīng)用和開發(fā)還處于不斷摸索和試驗(yàn)階段，很多技術(shù)還不成熟，所以需要不斷完善和優(yōu)化，從而為人類醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)環(huán)境發(fā)展等提供更多有價(jià)值的服務(wù)，開展微生物藥物合成生物學(xué)研究分析是一項(xiàng)必要的研究課題。

1 微生物藥物與合成生物學(xué)基本內(nèi)容概述

微生物藥物是指以微生物為基礎(chǔ)開發(fā)的藥物，主要是從微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物中提取元素進(jìn)行合成的藥物。以抗生素為代表的微生物藥物在醫(yī)學(xué)控制感染、調(diào)節(jié)免疫功能、治療癌癥等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

合成生物學(xué)是以理性的精細(xì)化人工設(shè)計(jì)理念為原則，在對(duì)生命系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)、遺傳改造和構(gòu)建等方面進(jìn)行研究、優(yōu)化，從而形成和賦予原生命系統(tǒng)新的內(nèi)涵和功能。

當(dāng)前從放線菌、真菌等微生物中發(fā)現(xiàn)的微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物研發(fā)的微生物藥物已經(jīng)好幾百種。但是隨著化學(xué)物排重難度增大，微生物分離培養(yǎng)技術(shù)要求越來越高，所以對(duì)微生物藥物的直接研究和制造難度大大提升。而合成生物學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，DNA序列分析技術(shù)的發(fā)展，給微生物藥物制造帶來了契機(jī)，通過提升次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成能力進(jìn)而形成更多的微生物藥物，從而為醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展提供藥物支撐。

2 合成生物學(xué)對(duì)微生物藥物發(fā)展的作用和意義

2.1 合成生物學(xué)技術(shù)為微生物藥物發(fā)展提供了新的機(jī)遇

合成生物學(xué)主要是以人工合成DNA為技術(shù)支撐和理論基礎(chǔ)，通過對(duì)基因組進(jìn)行改造、重組，從而構(gòu)建人工生物系統(tǒng)，進(jìn)而在具體醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。當(dāng)前對(duì)于合成生物學(xué)的研究和應(yīng)用很多科學(xué)家已經(jīng)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和論證，合成生物學(xué)在微生物藥物開發(fā)過程中，主要是以微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物為研究基礎(chǔ)，通過和組合生物進(jìn)行合成和代謝工程研發(fā)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組形成新的微生物藥物。以青霉素為代表的微生物藥物是應(yīng)用典型，由于微生物藥物結(jié)構(gòu)本身比較復(fù)雜，所以在直接合成時(shí)會(huì)有很大的難度，并且還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，費(fèi)用較高，通過引入合成生物學(xué)技術(shù)，能夠大大降低研發(fā)費(fèi)用，提高研制成功率。

2.2 合成生物學(xué)對(duì)微生物新次級(jí)代謝產(chǎn)物研發(fā)的重要影響

當(dāng)前DNA測(cè)序技術(shù)開發(fā)水平不斷提升，在微生物基因組本身存在的次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇中的很多編碼信息，采用常規(guī)的合成或者提取技術(shù)很難開發(fā)出來，但是應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)，能夠?qū)⒋渭?jí)代謝產(chǎn)物生物合成基因簇中含有的生物學(xué)天然元件提取出來，從而能夠在新藥物開發(fā)領(lǐng)域得到應(yīng)用和探索，所以合成生物學(xué)對(duì)微生物新次級(jí)代謝產(chǎn)物的研發(fā)也會(huì)產(chǎn)生很大的積極影響和突破。比如當(dāng)前應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)在次級(jí)代謝過程中進(jìn)行生物酶合成，對(duì)微生物的基因組DNA進(jìn)行刪減，從而獲得新的宿主細(xì)胞結(jié)構(gòu)（比如紅霉素的宿主細(xì)胞）等，進(jìn)而開發(fā)出新的微生物藥物。當(dāng)前比較典型的白色鏈霉菌等抗生素就是該技術(shù)的研發(fā)成果。

2.3 合成生物學(xué)技術(shù)對(duì)改善微生物藥物合成能力、提高微生物藥物質(zhì)量的積極作用

微生物細(xì)胞代謝方式有很多種，就算同一種代謝方式也會(huì)有不同的代謝分支形式，所以很多微生物藥物的研發(fā)模式是多組分混合物的形式，引入合成生物學(xué)技術(shù)，能夠使微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物在代謝過程中改善酶的活性，提升藥物產(chǎn)生菌的發(fā)酵效價(jià)，進(jìn)而能夠改善微生物藥物的合成形式和藥物質(zhì)量。比如當(dāng)前臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的紅霉素抗生素、力達(dá)霉素等，隨著技術(shù)的進(jìn)步，合成生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用不斷改善這些藥物的藥性，針對(duì)不同的患者體質(zhì)和治療階段可以應(yīng)用不同的同類抗生素的不同合成代藥物。

2.4 合成生物學(xué)技術(shù)在微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物創(chuàng)新再造方面的應(yīng)用價(jià)值

微生物細(xì)胞內(nèi)重組有多種可能性，所以可以應(yīng)用合成生物學(xué)技術(shù)，調(diào)整微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的重組形式，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)組合和優(yōu)化，比如將博來霉素與糖肽類抗生素進(jìn)行生物合成開發(fā)，研制出雜合糖肽類抗生素，提高了藥物活性，在醫(yī)學(xué)臨床治療方面也逐漸得到了普及，提高疾病治愈率，所以在未來的微生物新藥物開發(fā)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展空間。

當(dāng)然合成生物學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)體系完善，包含內(nèi)容復(fù)雜，想要在微生物藥物開發(fā)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，需要不斷研究和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)資料，深入領(lǐng)會(huì)和把握微生物初級(jí)以及次級(jí)代謝的關(guān)系、調(diào)整結(jié)構(gòu)等，還要運(yùn)用設(shè)備進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)、分析和驗(yàn)證，從而進(jìn)行進(jìn)一步應(yīng)用和推廣，是一項(xiàng)技術(shù)性非常強(qiáng)的系統(tǒng)工程，相信隨著科技水平的提升和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的不斷進(jìn)步，微生物藥物合成生物學(xué)研究將會(huì)取得更大突破。

[1]郭園,趙仲麟.微生物系統(tǒng)定向進(jìn)化與合成生物學(xué)應(yīng)用研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報(bào),2017,(01):76-82.