1 微生物转化技术

1.1 微生物转化技术及应用

微生物转化是指利用微生物细胞的酶系将一种特定底物转化为另一种特定产物的过程 。例如将虎杖苷（底物）经微生物转化可以产生白藜芦醇（产物），以姜黄素为底物可以经微生物转化为二氢姜黄素和四氢姜黄素等。微生物将底物转化为产物的过程是利用了微生物细胞本身的生命活动，主要是微生物胞内或胞外的某一种或某一系列的酶来生物催化的。从大范畴上讲，微生物转化是有机化学合成的一个分支方向，在修饰天然产物的结构时的应用越来越广泛。微生物的转化方法有如下特点：

第一是反应条件温和、高效、环保及立体选择性强，反应条件比较温和，设备简单易操控。通常来说，微生物都是在常温常压的条件下进行代谢活动，微生物转化的条件就是微生物生长和代谢能适合的外界条件，所以转化过程中所选择的最适温度和PH 都会比较温和。同时，相对温和的反应条件不容易造成目标产物的化学键断裂，复杂结构的天然化合物分子能够在转化过程中保持化学结构的稳定。

第二是微生物转化反应具有特异性，微生物转化过程中发挥酶的底物专一性，即只对某一种或一类底物具有反应效应，对基团立体结构以及反应区域都有选择性，所以不需要对底物进行基团保护和解保护。

第三是微生物转化利用的是微生物的自身代谢活动，生物转化的反应周期短。一般来说微生物生长迅速、代时短，目标物质转化反应是在微生物某一个阶段的生长周期内进行，所以当微生物细胞出现老化或者死亡状态时，转化反应就基本结束了。

第四是成本较低，对环境相对友好。产物也相对专一，省去了对产物反复分离提取纯化的过程。在微生物转化过程中，减少了加热、冷却、PH 调节等操作。因此，相比较于其它化学反应的转化过程，微生物转化技术能够减少对环境的污染并降低生产成本。

1.2 微生物转化技术的类型

微生物转化技术能够对具有复杂结构的化合物进行修饰改造。通过文献检索分析，生物转化中多使用菌种最多的是霉菌，其次为酵母菌和细菌。微生物转化反应类型包括羟基化反应、甲基化反应、糖基化反应、脱氢反应、水解反应、开环反应等，在转化过程中有一部分化合物会发生多个类型的反应连续混合等复杂的变化。因此，通过微生物转化技术来获得具有新型结构的天然产物，从而为生物活性天然产物的研究应用奠定基础。

1.2.1 羟基化反应

羟基化是微生物转化技术的一种常见的重要转化反应类型，应用广泛，由于所形成的羟基基团的结构简单，多种微生物都具有羟基化修饰能力。1950 年，有研究通过黑根霉的转化将黄体酮羟基化。有报道称底物炔雌醇被镰刀菌LZ0202 菌株转化为6α-羟基-17α-乙炔基雌二醇，真菌雅致小克银汉霉AS3.2028 对香紫苏醇进行一次和二次羟基化反应转化,可产生2α-OH 香紫苏醇、3β-OH 香紫苏醇、18-OH 香紫苏醇和19-OH 香紫苏醇等。另外还有菌种Botrytis cinerea 和 Rhizopus stolonifer 等都可以羟基化改造特定底物。

1.2.2 糖基化反应

糖基化是天然药物的分子结构修饰改造过程中经常用到的一种结构修饰方法。在红霉素、阿霉素、两性霉素等发酵型抗生素中，都含有糖基结构，其赋予抗生素至关重要的药物理化性质。利用微生物转化技术糖基化修饰天然药物的分子结构，已经有了很多报道。例如，丁娟芳和蒋洁蓉等人报道了一株氧化微杆菌Microbacterium oxydans CGMCC 1788 的静息细胞及细胞提取液可以将葛根素转化为葛根素-7-O-葡萄糖苷，糖基化增加了葛根素的生物利用度。有报道称利用地衣芽孢杆菌自身酶系的转化作用，能够在埃博霉素母核A 的C7 位上分别添加葡萄糖、甘露糖等多种不同的糖基，进一步的活性筛选实验表明埃博霉素A 的甘露糖基修饰体具有明显增强的体外活性。

1.2.3 脱氢反应

脱氢反应在化合物的分子结构修饰改造中应用普遍，这一反应能够使底物脱掉两个或更多氢原子，从而形成不饱和键。此过程在有机合成实验中非常难以发生，但是利用生物反应可以简单迅速地完成，例如利用微生物法进行天然甾体化合物转化，C1,2 位置通过脱氢反应导入双键后会增加其抗炎作用。截至目前已有多项报道表明菌种Arthrobacter simplex ，Bacillus sphaericu ，Mucor plumbeus 以及 Rhodococcus erythropolis 等都可以通过自身代谢反应来对特定底物的特定部位进行脱氢反应生成不饱和键。

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