微生物药上演“私人订制”




各种新型流行病和超级细菌,非典型肺炎,禽流感等耐药菌株的出现,使微生物药物开发面临着药物创新,品种更新,生产效率提高等多重挑战。

最近,2014年国家“973”项目名单公布,“生物装置介入治疗膀胱癌的研究”获得批准。该研究利用合成生物学和其他方法修饰细菌和T淋巴细胞,并针对不同患者的癌症基因,组装最合适的生物“导弹”以准确杀死癌细胞。虽然这种通过合成生物学进行癌症治疗的“私人定制”方法尚未应用于临床,但类似的情节已经在微生物药物中进行了。

近日,《中国科学报》记者从中国科学院“合成生物学”领域的科技主题前沿论坛上了解到,通过合成生物学原理,人工设计和构建新的生物通路和系统。它非天然或优越。天然生物系统的功能已成为微生物药物生产和创新的新战略。

现代药房的奇迹

根据微生物(特别是放线菌和真菌)的次级代谢产物的不同生物活性开发的药物被称为微生物药物。

上海交通大学生命科学与技术学院教授冯燕表示,微生物药物作为现代医学的重要组成部分,目前已有100多个品种,全球市值超过300亿美元。 ,占医药市场份额的20%以上。

在她看来,微生物药物可谓是现代药学的奇迹。例如,最典型的抗生素,其广泛使用使人的寿命延长至少15年。从现代研究的角度来看,由于产生细菌的微生物药物的多样性,合成途径,药物结构,调控机制等,它对人体健康也有多重影响,如抗菌,抗肿瘤,降胆固醇,抗病毒,抗糖尿病等

然而,冯燕还指出,各种新型流行病和超级细菌,非典,禽流感等耐药菌株的出现,也使微生物药物开发面临药物创新,品种更新等多重挑战。提高生产效率。

据记者了解,由于微生物药物的结构比较复杂,完全依靠化学合成是困难和不经济的,甚至污染环境,合成生物学为解决这些问题提供了更好的选择。生物合成提供了新的策略

合成生物学可以转化现有生物,从头开始合成具有预定功能的人工生物系统,甚至设计自然界中不存在的生物。因此,该学科也被称为“人造生命”。

中国科学院上海有机化学研究所研究员刘文告诉记者,合成生物学通过设计和合成新的活性化合物来组装一种新的生物成分,装置和系统,以达到特定的生物学功能。这一概念也为传统药物化学和新兴化学生物学提供了新的意义,有效地促进了药物的发现。

对于微生物药物,合成生物学与机械工程相当。冯燕说,微生物药物的合成途径非常复杂,通常涉及十几到十几个调节基因和环境因素,甚至涉及其他药物的合成。对于这种复杂的系统工程,很难通过简单的代谢工程方法来实现。

“因此,我们希望利用合成生物学的概念,为原始药物骨架添加新的氧化,还原,手性等模块,并设计和修改原药,以提高疗效并产生新的活性。”冯燕说。

在她看来,合成生物学可以为微生物药物的创新和优越性提供新的策略。 “例如,对于产生药物的细菌,它可以通过一些系统干预和标准化控制在标准底盘细胞中生产,并且可以调节生产过程以提高产量。”

中国医学科学院医学生物技术研究所研究员洪斌也表示,合成生物学应用于微生物药物的开发。虽然研究内容与生物合成,代谢工程等有一些重叠,但它强调人工生物系统。因此,次级代谢途径的设计和重新配置更客观。

可以说,通过定向,路径组装,底盘整合等设计,合成生物学的应用已经实现了微生物药物的有效创造,例如生产新的抗生素如聚酮和氨基环醇衍生物。如抗癌药物和伏格列波糖等糖尿病药物。

挑战仍然存在

尽管合成生物学在提高现有微生物药物合成水平和产生微生物的次级代谢物方面发挥着独特的作用,但人类对生物系统的理解仍然非常有限,人工设计的代谢途径无法得到充分保证。可以执行预期的功能。因此,微生物药物合成生物学的研究仍然充满挑战。“当使用合成生物学进行微生物药物研究时,有必要将理性和非理性研究策略结合起来,并通过反复替换,测试和筛选,有可能实现预期目的和假设。”洪斌说。

例如,为了在微生物中重建青蒿酸的生物合成途径,加利福尼亚大学团队花费了数千万美元的研究经费和150多个工作小时来寻找合适的基因并组织它们。并协调他们的表达,最后一种生产青蒿素的新方法。

冯燕指出,化学工业现在已经非常成熟,并且对于一些重要的化学反应合成,它可以找到类似于手册的数据库给予指导。然而,生物系统只是一个复杂的“天书”,次生代谢产物的生物合成反应数据库供不应求。

在刘文看来,生物合成的最大问题是可控性远远低于化学合成。 “对于特定的天然产物,必须使所有酶蛋白参与其生物合成和功能。对于非天然产物,有必要设计具有催化反应功能的酶蛋白,甚至整个生物合成途径。“

目前,我国许多研究机构和大学已经开展了微生物药物合成生物学研究,“973”,“863”等重大科技计划和重大新药创新也资助了相关项目或项目。

然而,在许多专家看来,中国仍需要不断研究微生物药物合成生物学的一些基本学科,更深入地了解自然与微生物一级和二级代谢的关系及其调控机制。更多成果和技术突破。

[关键词]微生物药物;菌;耐心;策略

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时间:2019-03-03 20:14:45 来源:凤凰娱乐注册 作者:匿名