微生物转化技术在中药资源开发中的应用研究

贺 峦，高学鹏，彭 杨

（江西应用技术职业学院，江西 赣州 341000）

1 微生物转化

中药的成分复杂庞大，一般包括几个大类：生物碱类、酯类、黄酮类、醌类、配糖体类 (皂苷)、鞣质等。由于这些活性成分在中药材中含量较低，而且杂质多，其中甚至某些成分有毒性，不仅体内转化能力弱，而且口服利用度低，起效慢。微生物转化技术是一种利用微生物产生的一系列酶，通过催化作用，提纯影响天然药物的成分含量，在增加稳定性，去除杂质的同时，提高药效，降低毒性。

2 在中药中应用微生物转化的优势

2.1 皂苷类资源微生物转化

传统中药中，我们会使用皂苷类化合物抗肿瘤、提高心血管活性、抗病毒、抗过敏、降胆固醇等。实验表明，通过微生物转化法，可以提高皂苷的生理活性，有效改变皂苷糖链结构。在皂苷类微生物转化的课题研究中，人参皂苷是目前研究最多的。从韩国传统发酵食品泡菜中，可以成功提取出药理学活性更强的CK。在pH6.0、30℃、反应72h的最佳条件下，类消化乳杆菌LH4以HPLC、TLC以及NMR分析酶反应，成功的将1.0 mg/mL的人参皂苷Rb1转化得到0.52 mg/mL的CK，摩尔转化率达到了88%。实验室技术难题已经得到了有效的攻破，LH4（类消化乳杆菌）也就有了工业制备CK的可能。在分离鉴定20（R）－人参二醇时，共发现了五种化合物，且这五种化合物被证明可具有增强抑制HSC-T6细胞增值的作用。用微生物强大的酶系统，微生物转化技术为中药现代化的发展开辟新思路，实现中草药活性成分的分解转化。因此，对于明确药物疗效和作用机理而言，采用微生物转化技术来模拟体内的代谢过程有着重要的作用。与此同时，在提高作用效果、发现新化合物及提高其皂苷含量方面，应用微生物技术转化虎杖苷、连翘苷、芍药苷、薯蓣皂苷元、积雪草皂苷和绞股蓝皂苷等都有相应的文献记载。

2.2 微生物转化黄酮类资源

现阶段黄酮类成分研究的新方向，就是在转化天然黄酮产物时应用微生物技术。黄酮类成分的研究受到限制是由于在体内外，黄酮类成分有着不同的生物活性。从南京土壤中，Wang等在10%乙醇条件下，分离得到CGMCC4913，由葛根素转化为7-O-果糖苷的葛根衍生物，其衍生物不仅抗氧化活性以及水溶性得到较大的改进，而且转化率高达97.6%。主要活性为黄酮的是多甲氧基黄酮（PMF），其生物活性多种多样，表现为抗氧化损伤以及抗癌。以活性为向导筛选，Kim首次研究PMF代谢相关的人体肠道细菌，通过对其体外表征以及生物转化的研究，最终筛选出MRG-PMF1菌种，Blautia属。通过MRGPMF1，去甲基化黄酮可以由将PMF代谢而成，其中5,7,4-三甲氧基黄酮以及5,7-二甲氧基黄酮分别代谢成为芹菜素（5,7,4-三羟基黄酮）以及白杨素（5,7-二羟基黄酮），C-4位甲氧基优先水解，这极大的提升我们对黄酮类化合物的认知。发现新的生物活性黄酮化合物，以及在人体肠道代谢过程，意义重大。为了清除自由基、改善黄酮含量以及酚酸的能力，微生物发酵处理的方法效果明显，通过比较芽孢杆菌菌种烤、蒸以及发酵等工艺，我们可以从结果中明显看出，菝葜叶总黄酮以及总酚酸的含量，在微生物发酵过后，含量显著提高，此外氧自由基吸收能力提升最为明显，尤其是米曲霉以及酿酒酵母发酵过后。在酿造工业中，雌性啤酒花球果有着非常高的应用价值，由于具有抗癌、抗炎、抗微生物、抗氧化以及雌性激素的作用，而且大量黄酮类成分，更重要的是胃肠微生物群以及黄酮类化合物的生物转化相关的微生物酶促反应下，所得的转换产物应用潜力巨大。

2.3 生物碱类资源微生物转化

由于结构较为复杂，且为环状，在植物体内的生物碱大多呈碱性，为一类含氮有机化合物，有抗癌、抗菌消炎、镇痛、解痉以及止咳平喘的作用，生理活性显著。通过合成生物学策略以及应用代谢工程，可以将中药植物中含量丰富的生物活性分子原小檗碱，由简单的苄基异喹啉，反应催化转换为复杂高级的生物碱原小檗碱。原小檗碱类生物碱，通过载体中生物的合成途径，也就是优化酿酒酵母等方法，实现了高效的合成，这一成功的案例具有里程碑的意义，实现微生物细胞工厂或者利用酶法合成，最终实现其他高价值的化合物。采用高效有力的生化途径和微生物特定的酶，生物修复是清理环境污染综合性效果最好的方法，在降解剧毒杂环化合物时，尤其是烟草生物碱，效果显著。这些嗜酸性微生物经过烟碱代谢转化后，碳和氮便成为其生长的唯一能量来源，消耗殆尽，自然就可以降解。通过吡咯烷途径或者经吡啶途径，细菌将烟碱完全降解。两通路中共同的中间关键酶，是6-羟基-3-琥珀吡啶 （HSP）羟化酶，烟碱经由该酶转化为2，5-二羟基吡啶。在观察恶臭假单胞菌作用于烟碱，并将其降解的过程中，Tang等发现并通过分析，识别降解过程中，参与的烟碱代谢酶，6-羟基-3-琥珀吡啶是由3-琥珀吡啶转化而成，整个过程中参与的催化酶还有铁氧还蛋白、molybdopterin脱氢酶以及molybdopterin结合氧化酶，同时整个过程中还进行基因的克隆表达，发现了一定量的烟碱氧化还原酶（nicA2）。上述过程的发现与探索，极大的推动自然界有毒化合物的降解，进而人类保护环境可以踏上新的征程。

3 结语

综上所述，科学技术的进步，尤其是生物科技的不断发展，让中药资源可以有较大的利用，多年的研究我们已经在加工技术、药理研究以及分离纯化等技术方面获得突破性进展。微生物转化技术一定程度上，解决化学合成这一方法无法合成某些化合物的问题。而这一技术应用在药学领域，为医药学工作者开辟新的探索道路，但是人类的知识储备有限，实现工业化生产难度很大。目前可以用来提高生物转化效率的方法，如发酵和生物转化介质、相关关键酶的合理设计以及微生物群基因库的探索等。对于中药资源的开发研究而言，微生物转化技术的研究工作意义重大，中药资源经过微生物转化处理之后，大量的衍生化合物可以被生产出来，为新药物的发展与研究开辟新的道路，是未来中医药突破的关键。