红霉素基因工程研究进展 张部昌1,2 赵志虎1 马清钧1 (1军事医学科学院生物工程研究所 北京 100850)(2安徽大学生命科学学院 合肥 230039) 摘要 红霉素是一类广谱大环内酯类抗生素,在临床上具有广泛的应用。近10年来用基因工程方法对红霉素结构改造已经取得了很大的进展。通过基因工程不仅可以改造红霉素内酯环环的大小、环的骨架和环的侧链,而且可以对后修饰的羟基、糖基和甲基进行改造。迄今用基因工程方法合成的新的大环内酯环结构已超过100种,所合成的各种红霉素类似物也有数十种,且经过基因改造的红霉素类似物都具有生物活性。但基因工程产物产量都普遍降低,抑菌活性也不理想,因此未来红霉素基因工程研究的重点应加强产量和高活性结构筛选的研究。 关键词 糖多孢红霉菌 红霉素 基因工程 大环内酯类 红霉素(erythromycin,Er)是由糖多孢红霉菌(Saccharopolyspora erythraea)合成的次生代谢产物,为一类广谱大环内酯类抗生素。自1952年发现以来红霉素及其衍生物在临床上得到了广泛的应用,但红霉素有两个致命的弱点:一是口服时易为胃酸降解;二是对其耐药性致病菌逐年增多,为此,人们不断地对其结构进行改造。通过化学途径改造红霉素结构已经取得了可喜的成果:对红霉素大环C26位羟基进行甲基化、对大环结构进行肟化等形成了当前临床上广泛使用的第二代红霉素,如阿奇霉素、克拉霉素等。第二代红霉素虽然能够克服胃酸对红霉素的降解,但仍不能解决细菌耐药性问题。现在正在研制和推向市场的第三代红霉素2酮内酯类抗生素(ketolide),不仅可以增强红霉素的酸稳定性,而且对许多耐药性细菌也具有杀死或抑制作用[1]。目前红霉素类抗生素年销售额超过35亿美元,位居抗生素销售额第三位,被认为是下一代治疗耐药性细菌的抗生素[2]。在对红霉素结构进行化学改造的同时,也在积极探索通过基因工程途径对红霉素的结构进行改造,以期获得抗酸和对耐药性细菌具有活性的新的红霉素类抗生素药物。 红霉素的基因工程研究是建立在对红霉素生物合成分子生物学认识基础上的,红霉素的生物合成可分为两部分:大环内酯环的合成和大环内酯环的后修饰。 红霉素的大环内酯环为62脱氧红霉内酯B(62 deoxyerythronolide B,62dE B),62dE B的生物合成类似于饱和脂肪酸的合成,是由小分子羧酸经缩合、酮还原、脱水和烯还原等多轮循环完成。与脂肪酸合成不同的是62dE B由一个复合酶系—聚酮合成酶(polyketide synthase,PK S)完成。因该酶合成的最终产物为62dE B,故也称为62脱氧红霉内酯B合成酶(62deoxyerythronolide B synthase,DE BS)。DE BS由DE BS1、DE BS2和DE BS3三条肽链组成。每条肽链有两套结构和功能都相近的酶域(domain),每套酶域称为一个模块(m odule,M),每个模块催化完成一轮碳链的延伸和还原。每个模块都有三个最基本的酶域:酮酰合成霉(K S)、酰基转移酶(AT)和酰基载体蛋白(ACP),它们可以完成小分子脂肪酸的缩合反应。但每个M包含对酮基还原的酶域不尽相同, M1、M2、M5和M6四个模块除了三个最基本的酶域外,还有酮还原酶域(K R);M4具有全套的酮还原酶域:K R、脱水酶域(DH)和烯酰还原酶域(ER);而M3没有任何酮还原酶域。故62dE B的结构不同于饱和脂肪酸,在分子中不仅有饱和的亚甲基,而且有酮基和羟基,但在红霉素结构中没有烯基。除了6个M 外,在DE BS1的N2端有两个负载酶域(loading domain,LD)AT L和ACP L,负责选择和结合起始单元小分子羧酸;在DE BS3的羧基端有一个将合成聚酮长链水解下来,并协助进行环化成62dE B的硫酯酶酶域(thioesterase,TE)。与脂肪酸合成还有一个不同之处是62dE B所用的前体小分子羧酸不同:脂肪酸合成所使用的全是乙酸,而62dE B所用的是1个丙酸和6个甲基丙二酸。 62dE B的后修饰包括C26羟基化、C23和C25O2糖基化、C23O2糖基上C23″2O2甲基化及C212羟基化。C26羟基化酶、C23″2O2甲基化酶和C212羟基化酶都是独立的酶。C23结合的mycarose的合成和转 22卷3期 中国生物工程杂志 JOURNA L OF CHI NESE BI OTECH NO LOGY2002年6月
红霉素的生物合成与衍生物的研究进展 崔小清微生物与生化药学21140811040 摘要红霉素及其衍生物属于大环内酯类抗生素，近年来作为抗菌药物被广泛使用在临床、养殖业和农业中。作为抗生素类生物合成的一种模式化合物，本文对红霉素的生物合成机制和红霉素衍生物的研究进展进行了概述，并对其前景作了展望。 Biosynthesis of Erythromycin and Research progress of its Derivatives Abstract Erythromycin and its Derivatives are belong to macrolide antibiot ics, recently, they,as Antimicrobial agents, are Widely used in clinical, aquaculture and agriculture. Being a model compound of antibiotic biosynthesis, research progress on erythromycin biosynthesis mechanism and erythromycin derivatives were reviewed, and the prospects were studied. 红霉素( erythromycin) 作为人类发现的第一个大环内酯类抗菌药物，它的临床应用可追溯到20世纪50 年代，红霉素等大环内酯类抗生素主要用于治疗由革兰氏阳性菌引起的多种感染，不良反应为对消化道的刺激作用[1]，在临床和畜用上都具有良好的治疗效果，属人畜共用药物，由于红霉素在动物体内代谢时间较长，因此不可避免地在动物体内产生残留，其毒、副作用给人蓄带来危害[2]。对红霉素类抗生素的分析一直是药物分析中令人注目的研究课题，因此，自红霉素问世以来，红霉素衍生物的研究一直是抗菌药物研究的重要领域之一。 霉素最早于1952 年从红色糖多孢菌(Saccharopolyspora erythraea)，当时命名为红霉素链霉菌（Streptomyces erythreus)的发酵产物里分离得到。红霉素A 是发酵液的主要产物, 结构上由一个十四元环内酯及在大环内酯上接合两个糖基组成.目前关于红霉素的生物化学方面的研究有许多报道，包括生物合成途径的阐明、关键酶结构的鉴定和催化机制的推导，以及产生菌的全基因组测序等，这为红霉素的组合生物合成提供了丰富的理论基础。也正因为如此，红霉素成为当今组合生物合成研究最为热点的模式化合物。由于大部分天然产物的结构十分复杂，采用化学方法进行合成或结构修饰往往非常困难[3]，近年来发展的组合生
?综 述? 红霉素衍生物的研究进展 张召真,冯润良1,张国库2 (曲阜市人民医院 曲阜 273100;11济南大学化学化工学院 济南 250022;21山西潞安矿业集团公司总医院 长治 046204) 摘要:红霉素A是目前临床常用的大环内酯类抗生素,但由于抗菌谱窄、酸稳定性差,其应用受到限制。第二代大环内酯类抗生素具有良好的抗菌活性和酸稳定性,但是目前耐药性问题成为当务之急。本文主要综述了目前红霉素结构改造的研究进展,为解决耐药性问题提供良好途径。 关键词:红霉素衍生物 研究 进展 中图分类号:R97811+5 文献标识码:A 文章编号:1672-7738(2005)06-0419-03 R ecent advances in E rythromycin derivatives Zhang Zhao2zhen,Feng Run2liang1,Zhang Guo2ku2 (Qufu People’s Hospital,Qufu,273100;11Chemical Engineering and Technology of Ji’nan University, Ji’nan,250022;21G eneral Hospital of Shanxi Lu’an Mine Group,Changzhi,046204) Abstract:Erythromycin A has been routinely used in clinical treatment1However,Erythromycin is hindered by its narrow antimi2 crobial spectrum and poor stability in acid solution1The second generation macrolide antibiotics has the satisfactory antibacterial activi2 ty and the stability in acid1But the tolerance has been the urgent problem1This article summarized the structure reform of Ery2 thromycin to offer the pretty pathway to solve the tolerance1 K ey w ords:Erythromycin derivatives;research;development 红霉素A是目前临床常用的大环内酯类抗生素,主要用于治疗由革兰氏阳性菌引起的呼吸道感染、性病、皮肤以及软组织感染等疾病。但抗菌谱窄、酸稳定性差和交叉耐药等缺点,致使其应用受到一定程度的限制。二十世纪八十年代诞生的第二代大环内酯半合成抗生素,如克拉霉素、阿齐霉素等,克服了红霉素A酸不稳定性的缺点,使抗菌活性得到提高,药代动力学特性也得以改善。但是,在过去的二十多年里,大环内酯类抗生素与其他抗生素一样面临着越来越严重的耐药性问题。近年来,在对红霉素衍生物进行化学结构修饰以寻找对耐药菌有效的新大环内酯类活性化合物研究方面,取得了重大进展,形成了酮内酯(K etolides)、酰内酯(Acylides)、氨基甲酸酯等大环内酯类衍生物。 1 酮内酯 111泰利霉素 法国Roussel-Uclaf公司先后报道了具有临床意义的化合物HMR-3004(RU-004,1)和泰利霉素(Telithromycin,2),二者抗革兰阳性菌的活性优于红霉素A、第二代大环内酯类抗生素等,对部分革兰阴性菌也有抑制作用,尤其是对诱导型耐药金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌和固有型耐药肺炎链球菌以及流感嗜血菌显示良好抗菌活性,体内活性也高于红霉素A等,对酸稳定性好[1] 。
毕业论文 题目：红霉素类药物的研究概述 系别：生物工程系 专业：生物技术 姓名：韩高丽 学号：0 9 2 4 07 1 0 5 指导教师：张现青 河南城建学院 2011年5月20日
目录 摘要................................................ I ABSTRACT ................................................ II 第一章前言. (4) 1.1红霉素类药物概述 (4) 1.2.红霉素类药物的功能 (5) 1.2.1红霉素类药物的药效学 (5) 1.2.2红霉素类药物的药动学 (6) 1.3红霉素类药物的研究意义 (6) 1.4红霉素类药物的最新研究现状 (7) 第二章红霉素类药物的大规模生产 (9) 2.1红霉素生产的菌种 (9) 2.2.红霉素大规模生产的工艺流程 (9) 2.2.1种子制备 (10) 2.2.2制备培养基 (10) 2.2.3灭菌 (13) 2.2.4发酵 (13) 2.2.5预处理 (13) 2.2.6分离 (13) 2.2.7成盐 (14) 2.2.8结晶 (14)
2.2.9抽滤 (14) 2.2.10成品 (14) 2.2.11废液处理 (14) 2.2.12 红霉素母体的其它药物生产 (15) 第三章红霉素类药物的国内外生产现状 (16) 3.1国内主要生产现状 (16) 3.2国外主要生产现状 (17) 3.3红霉素生产中存在的问题 (18) 3.4关于红霉素生产的建议 (18) 参考文献 (20) 致谢 (22)