微生物发酵生产紫杉醇研究进展

内生真菌紫杉醇生物合成的研究现状与展望1 紫杉醇的特性紫杉醇（Paclitaxel）是一种植物生物碱，是紫杉树的树皮中发现的一种稀有天然产物，具有抗肿瘤活性，它抑制细胞分裂，使抗癌药物的收效率更高，使得其在临床肿瘤治疗中得到了广泛应用，但因天然来源的不可控性，其抗癌药效和价格变得不可控，临床使用被大大受限。

2 内生真菌紫杉醇生物合成为此，生物合成工艺就成为紫杉醇研发领域的大家族，其中，内生真菌作为有能力定向合成紫杉醇抗癌活性物质的有机底物，已经成为研究热点。

内生真菌通过表观遗传调控、代谢再生等机制根据不同宿主环境进行了多种适应性演化，紫杉醇的分子质量大，具有复杂的结构，在合成紫杉醇的过程中，要复杂构建复杂的催化系统，为此，需要开发内生真菌的表观遗传调控技术进行基因挖掘，优化代谢途径、开发催化剂等，才能实现内生真菌紫杉醇生物合成。

3 现状与展望近年来，许多研究学者通过不同的靶标基因，结合紫杉醇工艺研发领域的技术元素，进行内生真菌紫杉醇生物合成的研究，取得了一定的成果。

例如，利用脱落酸基因实现内生真菌中紫杉醇代谢过程的表观遗传调控，研究抗癌活性物质表观遗传型之间的差异，在野生内生真菌中开发特定催化剂和酶体系，从而将紫杉醇生物合成成功引入内生真菌，产量比传统工艺提高十倍以上。

然而，由于紫杉醇生物合成对紫杉醇结构和微环境要求极高，为此，将内生真菌直接运用于紫杉醇生物合成，要像固定化酶那样开发，才能实现工业化生产，因此，内生真菌紫杉醇生物合成的可行性仍有待验证。

随着抗肿瘤药物研发技术不断发展和提高，内生真菌紫杉醇生物合成也还会继续发展和深入研究，为抗癌药物的抗肿瘤活性提供更多保证。

紫杉醇的研究进展1.概述紫杉醇是从紫杉(Taxus brevifolia)树皮中所提得，是红豆杉属植物中的一种复杂的次生代谢产物。

1971年由 Wani 等首先从短叶红豆杉中提取分离出来。

于1992年12月紫杉醇被FDA批准上市，目前紫杉醇已成为世界公认的强活性广谱抗癌药物。

然而由于这种天然化合物资源极其有限，严重的限制了其研究和应用的进度。

同时尖锐的供需矛盾也在医学、化学和植物组织培养领域中引起了一场非同寻常的广泛研究，以增加这种化合物的来源和寻找高效、低毒、来源丰富的紫杉醇类似物。

已成为目前全球销售量排名第一的抗肿瘤药物。

它的作用方式和药理及临床特性均具有独特之处,被称癌症化疗上的新突破。

紫杉醇，英文名称 Paclitaxel，别名，，特素，化学名称5β，20-环氧-1，2α，4，7β，10β，13α-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13[（2’R，3’S）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯]，分子量 853.92，分子式C47H51NO14。

熔点为213~216℃。

紫杉醇具有高度亲脂性,不溶于水,血浆蛋白结合率 89%~98%,终末半衰期平均值为 5.3~l7.4h, 主要经肝脏代谢,肾脏清除仅 5%。

[1] 结构式如下：2紫杉醇的药用植物资源及药源植物中有效含量研究红豆杉为红豆杉科植物,也称紫杉,全世界约有11种,主要分布于北半球,我国有4种1变种,主要分布于甘肃、陕西、安徽、湖北、湖南、广西、贵州、四川、云南等省区[2-3]。

研究表明[4],植物中紫杉醇含量在万分之二以下,极其低微。

短叶红豆杉树皮中紫杉醇含量最高,其次为中间红豆杉树皮;东亚产四种红豆杉中,云南红豆杉枝叶中紫杉醇含量最高东北红豆杉和美丽红豆杉次之,短叶醇含量则以短叶红豆杉叶最高,东北红豆杉及云南红豆杉次之。

植物中紫杉醇的含量极低,从植物中提取不能满足临床需求,因此大力种植红豆杉、植物细胞培养、化学合成等是解决紫杉醇来源的重要方法。

紫杉醇药源的研究进展毕业论文随着生物技术的发展，加之人们对于生命科学的不断探索，许多天然药物的药源也随之被不断研究，其中就包括了一种具有抗肿瘤特性的天然化合物——紫杉醇。

紫杉醇作为一种著名的抗肿瘤活性成分，已经成为了肿瘤治疗领域的一个研究热点。

本文旨在对紫杉醇的药源及研究进展进行探讨。

一、紫杉醇的药源紫杉醇是一种从红豆杉科植物中提取的天然生物碱，其主要产自于太平洋西北部及加拿大地区的云杉树（Taxus brevifolia Nutt），同时也有些产自于欧洲、亚洲等地的兴安落叶松（Taxus chinensis）及四川云杉（Taxus wallichiana Zucc. var. Mairei），其中以加拿大云杉树为最为优质的原材料。

这些植物当中主要以云杉为最为优质的紫杉醇药源。

紫杉醇主要由云杉树的树皮、树干、叶片等部位提取，这些部位都含有不同程度的紫杉醇，但重要的是树皮和树干部分的含量最为丰富。

而提取紫杉醇的方法主要有两种：一种是利用化学方法提取，如用乙酸乙酯等有机溶剂从云杉树的树皮、树干、叶片等部位中进行提取；另一种是利用生物技术手段进行提取，如利用云杉拟南芥转基因的方法进行人工合成。

无论是哪种方法，其提取效率都受到很多因素的影响，如采集季节、采集地区、提取方法等因素均能影响提取效率。

二、紫杉醇的药理作用及研究进展1. 紫杉醇的药理作用紫杉醇作为一种重要的抗肿瘤植物成分，在药理作用方面表现出了多种作用机制。

目前研究表明，紫杉醇主要通过干扰细胞微管的动态稳定发挥其药理作用，从而阻止肿瘤细胞的有丝分裂，使细胞周期停滞在G2/M期，最终导致肿瘤细胞的死亡。

同时，紫杉醇还表现出免疫调节、抗氧化、抗炎、抗血小板聚集等多种作用。

2. 紫杉醇的研究进展紫杉醇作为一种重要的抗肿瘤药物，在研究方面也备受关注。

在分子结构方面，研究人员已经对其分子结构、合成及修饰等方面进行了深入的探讨，以提高其药效及副作用降低。

在药理作用研究方面，研究人员也比较关注其作用机制及副作用等问题，以期更好地应用于临床。

真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究真菌发酵法生物合成抗癌药物紫杉醇的研究一、引言癌症是当今世界严重威胁人类健康的重大疾病之一，寻找有效的抗癌药物一直是医学和生物学领域的研究热点。

紫杉醇作为一种重要的抗癌药物，具有独特的作用机制和显著的临床疗效。

传统的紫杉醇提取方法主要依赖于从红豆杉属植物中提取，然而红豆杉生长缓慢，资源有限，这限制了紫杉醇的大量生产。

因此，探索新的紫杉醇生产方法具有重要的现实意义。

真菌发酵法生物合成紫杉醇作为一种有潜力的替代方法，受到了广泛的关注。

二、紫杉醇的结构与作用机制1. 紫杉醇的化学结构紫杉醇是一种复杂的二萜类化合物，其分子结构包含多个手性中心和独特的官能团。

它的基本结构由紫杉烷环和侧链组成，紫杉烷环是一个刚性的四环结构，侧链则连接在紫杉烷环的特定位置上。

这种复杂的结构赋予了紫杉醇独特的物理和化学性质。

2. 紫杉醇的抗癌作用机制紫杉醇主要通过促进微管蛋白聚合，抑制微管解聚，从而稳定微管结构来发挥抗癌作用。

在细胞分裂过程中，微管是构成纺锤体的重要成分，紫杉醇稳定微管的作用会导致纺锤体无法正常形成，进而阻断细胞的有丝分裂过程，使癌细胞停止增殖并最终死亡。

此外，紫杉醇还可能通过其他机制影响癌细胞的生物学行为，如调节细胞信号传导通路、诱导细胞凋亡等。

三、真菌发酵法生物合成紫杉醇的研究进展1. 产紫杉醇真菌的筛选与鉴定研究人员从自然界中广泛筛选能够产生紫杉醇的真菌。

通过对不同环境样本（如土壤、植物组织等）进行分离培养，然后利用高效液相色谱（HPLC）等分析方法检测培养物中是否含有紫杉醇。

经过大量的筛选工作，已经发现了一些能够产生紫杉醇的真菌菌株，如紫杉霉属（Taxomyces）、拟盘多毛孢属（Pestalotiopsis）等。

对这些产紫杉醇真菌进行准确的分类鉴定，有助于深入了解它们的生物学特性和代谢途径。

2. 真菌发酵条件的优化为了提高真菌发酵生产紫杉醇的产量，需要对发酵条件进行优化。

产紫杉醇内生真菌小罐发酵条件的研究紫杉醇是一种二萜类化合物,是当前公认的广谱、活性强的抗癌药物之一。

目前紫杉醇的生产主要依赖于从红豆杉树皮中提取。

红豆杉是生长非常缓慢的树种,且紫杉醇在树皮中的含量非常低。

近年来地球人口和癌发率呈爆发性增长,人们对紫杉醇的需求量亦明显增大。

为了解决红豆杉资源短缺与紫杉醇需求量的日益增加的矛盾,人们对紫杉醇生产的方法进行了多方面的研究,包括化学全合成、红豆杉细胞培养及微生物发酵法。

而微生物发酵法因生产紫杉醇优势明显,其研究和开发越来越受到国内外研究学者的广泛关注。

本论文以微生物发酵提高紫杉醇产量作为目的,通过单因子试验、P-B试验设计及响应面分析对紫杉醇产生菌HDF1-3 5L发酵罐分批发酵条件进行优化。

主要研究方法和结果如下:1、采用单因子试验设计方法对5L发酵罐发酵培养基中氮源进行优化,分别用尿素、豆饼水解液、玉米浆和蛋白胨代替改良S-7培养基中的氮源物质。

试验结果表明,豆饼水解液对紫杉醇产量影响最大,紫杉醇产量可达到513.21μg/L;2、利用Plackett-Burman法对发酵培养基中亚油酸等16种添加物进行优化设计试验,结果得到显著的影响因素为VB6、两性霉素和果糖;3、在Plackett-Burman试验基础上进行最陡爬坡和Box-Behnken试验设计,通过响应面法对主要影响因子进行评价与优化,并得到影响HDF1-3菌株发酵产紫杉醇的二次多项式回归模型,利用SAS9.1软件对该模型进行显著性检验。

试验结果表明当VB6、两性霉素和果糖的添加量分别为17.34mg/L、16.63mg/L和69.85mg/L时,可使发酵液中紫杉醇产量有大幅度提高;4、利用单因子试验对发酵工艺参数进行优化,优化后发酵培养的最佳条件为:0～8d的温度为28℃,转速为120r/min,通氧量为3L/min;9～14d的温度为26℃,转速为100r/min,通氧量为2L/min,紫杉醇产量最大可达558.14μg/L;5、在5L发酵罐中进行确定初始碳源蔗糖的添加量和补加蔗糖试验,对补料工艺条件进行了优化,得到的最佳试验设计条件为添加初始蔗糖的浓度为13.1g/L,在发酵的第8d补加蔗糖的浓度为10g/L,能得到最大的紫杉醇产量,为581.43μg/L,比优化前的产量提高了28.3%。

1. 引言提高内生真菌发酵产物中紫杉醇产量是当前生物制药领域的热门研究课题之一。

紫杉醇是一种重要的抗癌药物，广泛应用于临床治疗，但由于其在采集和合成过程中存在一定的局限性，因此通过内生真菌发酵产物生产紫杉醇成为一种备受瞩目的替代方法。

本文将探讨一种提高内生真菌发酵产物中紫杉醇产量的方法，帮助读者深入了解该技术。

2. 内生真菌发酵产物中紫杉醇产量的挑战在研究内生真菌发酵产物中紫杉醇产量的方法之前，我们首先要了解目前存在的挑战。

目前的研究发现，内生真菌发酵产物中紫杉醇的产量普遍较低，这主要受到以下因素的影响：- 发酵条件的优化不足；- 紫杉醇合成代谢途径的瓶颈；- 生物制剂高效配方的研究不足。

3. 提高内生真菌发酵产物中紫杉醇产量的方法针对上述挑战，我们提出了一种综合性的方法来提高内生真菌发酵产物中紫杉醇产量，具体包括以下几个方面：3.1 发酵条件的优化通过对内生真菌发酵产物的发酵条件进行优化，可以提高紫杉醇的产量。

优化发酵条件包括但不限于：培养基成分、发酵温度、pH值、氧气供应等。

我们的研究发现，合理的发酵条件可以提升内生真菌生产紫杉醇的效率，为紫杉醇的高产量奠定基础。

3.2 代谢途径的优化内生真菌产生紫杉醇的代谢途径中存在一些瓶颈，通过优化这些瓶颈酶的活性以及代谢途径中相关基因的表达水平，可以提高紫杉醇的合成效率。

我们通过基因工程技术和酶工程技术，成功解决了内生真菌代谢途径中的瓶颈问题，从而显著提高了紫杉醇的产量。

3.3 高效配方的研究生物制剂的高效配方对内生真菌发酵产物的紫杉醇产量也有重要影响。

我们进行了大量的筛选实验，发现了一些能够提高内生真菌产紫杉醇的有效成分，并优化了这些成分的比例和配方，为内生真菌产紫杉醇的高效生产提供了有效手段。

4. 总结与展望通过以上方法的综合应用，我们成功提高了内生真菌发酵产物中紫杉醇的产量，实现了紫杉醇的高效生产。

未来，我们将进一步深入研究内生真菌的生理特性、新型工程菌的构建等方面，进一步提高紫杉醇的产量并拓展其应用领域。

化工 进 展·392·CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2012年第 31卷第 2期进展与述评微生物发酵法生产紫杉醇的研究进展张昕欣 1，吴翰桂1，奚立民1，王玲萍 2（1台州职业技术学院生物与化学工程系，浙江台州 318000；2浙江海正药业股份有限公司，浙江台州 318000） 摘 要：微生物发酵生产紫杉醇由于其环境友好、工艺简单、成本低廉的优势，近年来被认为是解决紫杉醇生 产原料来源危机的良好方法。

由于单位发酵液中紫杉醇产量太低，迄今为止尚没有一株可以进行工业化生产的 产紫杉醇菌株问世。

本文就微生物发酵法生产紫杉醇的研究现状进行了总结分析，主要包括紫杉醇产生菌的筛 选、发酵培养基的优化、微生物体内紫杉醇合成相关酶基因的克隆及产紫杉醇菌种的改良。

关键词：紫杉醇产生菌；培养基优化；菌种改良 中图分类号：Q 939.79文献标志码：A文章编号：1000–6613（2012）02–0392–05Recent research and prospect on microbial producing taxolZHANG Xinxin 1，WU Hangui 1，XI Limin 1，WANG Lingping 2（1 Departement of Biological and Chemical Engineering ，Taizhou Technical College ，Taizhou 318000，Zhejiang ，China； 2Hisun Pharmaceutical Co. Ltd.，Taizhou 318000，Zhejiang ，China ）Abstract ： F o r its environmentally acceptable ， r e latively simple and inexpensive features ，microor-ganisms fermentation has been investigated as a potential alternatives to solve the crisis of raw material. No commercial fermentation strain has been used so far ，because of the low production. The aim of this study is to review and analysis the present status of research on paclitaxel-producing by microorganisms ，screening of paclitaxel-producing microorganisms ，optimization of the culture medium ，genes of the paclitaxel biosynthesis and improvement of the taxol-producing microorganisms. Key words ：taxol-producing microorganisms ；optimization of the culture medium ；improvement of strain紫杉醇（taxol ）是在 20世纪 60年代早期从太 平洋紫杉中分离出来的一种二萜类生物碱（图 1）， 经研究发现其具有广泛的抗癌活性[1]。

发酵法生产紫杉醇的工艺研究(孙春艳S2009134 )一、项目立项依据（立项的必要性及需求分析）紫杉醇(paclitaxel，商品名Taxol)是从红豆杉属植物树皮中提取分离出来的一种次生代谢物，是一种二萜类衍生物，是当前公认的广谱、活性强的抗癌药物之一。

由于其具有显著抗癌效果，现已成为临床上治疗肿瘤的重要药物。

紫杉醇的活性就表现在两个方面：1.对于迅速分裂的肿瘤细胞，紫杉醇“冻结”有丝分裂纺锤体，从而使肿瘤细胞停止在G2期和M期，直至死亡。

2.紫杉醇也作用于巨噬细胞上的肿瘤坏死因子(TNF)受体，促使释放白细胞介素(IL)-1、TNF-2、IL-6、干扰素(IFN)-1、IFN-2对肿瘤细胞起杀伤或抑制肿瘤细胞迁移作用。

紫杉醇在临床上的研究既有抗癌方面的作用又有治疗非癌症方面的作用。

在癌症方面，对晚期卵巢癌、转移性乳腺癌、食道癌、肺癌、头颈部癌和鳞状细胞癌均有明显疗效。

在非癌症方面，对类风湿性关节炎、抗疟作用、多囊性肾病、卡波海里是肉瘤有良好的治疗及抑制作用。

随着生活水平的提高，环境污染日益加剧，给人类健康造成了危害，同时人类癌症的发生随之日益加剧，所以人们对紫杉醇的需求也随之增加。

紫杉醇在Taxus属植物树皮中含量仅为0.01%，每提取1公斤要砍伐1000-2000棵树的树皮。

据估测，紫杉醇正式应用于临床后，每年约需200公斤以上，按现在的提取得率0.03%计算，每年要收集700吨树皮来提取。

即使全部天然资源采伐，也只能满足短期需要，并造成对森林和人类生存环境以及生物多样性不可弥补的损失，因此紫杉醇的原料保障就成为该药能否成功走向市场的的关键。

但因资源匮乏，单纯从含量甚微的天然红豆杉植物中提取紫杉醇无法满足临床需求，故紫杉醇的药源问题已引起人们的极大关注。

发酵法生产紫杉醇优点很多，既能保护生态环境，又能快速的生产出所需要的药品，是值得研究应用的。

针对紫杉醇的需求量的增加，药源少的问题，运用发酵的方法生产紫杉醇，降低它的价格，为广大人民所用，就成了迫在眉睫的任务。

发酵法生产紫杉醇的工艺研究(孙春艳S2009134 )一、项目立项依据（立项的必要性及需求分析）紫杉醇(paclitaxel，商品名Taxol)是从红豆杉属植物树皮中提取分离出来的一种次生代谢物，是一种二萜类衍生物，是当前公认的广谱、活性强的抗癌药物之一。

由于其具有显著抗癌效果，现已成为临床上治疗肿瘤的重要药物。

紫杉醇的活性就表现在两个方面：1.对于迅速分裂的肿瘤细胞，紫杉醇“冻结”有丝分裂纺锤体，从而使肿瘤细胞停止在G2期和M期，直至死亡。

2.紫杉醇也作用于巨噬细胞上的肿瘤坏死因子(TNF)受体，促使释放白细胞介素(IL)-1、TNF-2、IL-6、干扰素(IFN)-1、IFN-2对肿瘤细胞起杀伤或抑制肿瘤细胞迁移作用。

紫杉醇在临床上的研究既有抗癌方面的作用又有治疗非癌症方面的作用。

在癌症方面，对晚期卵巢癌、转移性乳腺癌、食道癌、肺癌、头颈部癌和鳞状细胞癌均有明显疗效。

在非癌症方面，对类风湿性关节炎、抗疟作用、多囊性肾病、卡波海里是肉瘤有良好的治疗及抑制作用。

随着生活水平的提高，环境污染日益加剧，给人类健康造成了危害，同时人类癌症的发生随之日益加剧，所以人们对紫杉醇的需求也随之增加。

紫杉醇在Taxus属植物树皮中含量仅为0.01%，每提取1公斤要砍伐1000-2000棵树的树皮。

据估测，紫杉醇正式应用于临床后，每年约需200公斤以上，按现在的提取得率0.03%计算，每年要收集700吨树皮来提取。

即使全部天然资源采伐，也只能满足短期需要，并造成对森林和人类生存环境以及生物多样性不可弥补的损失，因此紫杉醇的原料保障就成为该药能否成功走向市场的的关键。

但因资源匮乏，单纯从含量甚微的天然红豆杉植物中提取紫杉醇无法满足临床需求，故紫杉醇的药源问题已引起人们的极大关注。

发酵法生产紫杉醇优点很多，既能保护生态环境，又能快速的生产出所需要的药品，是值得研究应用的。

针对紫杉醇的需求量的增加，药源少的问题，运用发酵的方法生产紫杉醇，降低它的价格，为广大人民所用，就成了迫在眉睫的任务。