微生物藥物合成生物學研究進展

丁維登（江蘇豪森藥業集團有限公司，江蘇 連云港 222000）

微生物藥物合成生物學研究進展

丁維登（江蘇豪森藥業集團有限公司，江蘇 連云港 222000）

隨著社會的發展和科技的進步，以合成生物學為基礎的微生物藥物研發和應用領域取得了突破性進展，各種微生物藥物的出現，為醫療衛生事業發展提供了強大的技術支撐。當前微生物藥物合成生物學研究還面臨一些挑戰和困難，如何更好地應對，進一步在微生物藥物合成領域取得突破，是一項重要的研究課題。本文對微生物藥物合成生物學研究與應用進行了全面分析和論述，以供參考和借鑒。

微生物藥物；應用；發展

以合成生物學為基礎的微生物制造在天然藥物、生物基化學品等研究中具有重要的參考意義，并且隨著自然資源等日益減少，微生物制藥在環境開發與保護、疾病診斷、生物材料與能源研發等方面的作用越來越突出。合成生物學技術以科學完善的設計理論為基礎，通過對生物元件的挖掘、設計、組裝和配置等，從而打造適合人類生命循環系統的重要技術，當前合成生物學在微生物藥物領域方面的應用和開發還處于不斷摸索和試驗階段，很多技術還不成熟，所以需要不斷完善和優化，從而為人類醫學、生物學、生態環境發展等提供更多有價值的服務，開展微生物藥物合成生物學研究分析是一項必要的研究課題。

1 微生物藥物與合成生物學基本內容概述

微生物藥物是指以微生物為基礎開發的藥物，主要是從微生物次級代謝產物中提取元素進行合成的藥物。以抗生素為代表的微生物藥物在醫學控制感染、調節免疫功能、治療癌癥等方面發揮關鍵作用。

合成生物學是以理性的精細化人工設計理念為原則，在對生命系統進行分析和設計、遺傳改造和構建等方面進行研究、優化，從而形成和賦予原生命系統新的內涵和功能。

當前從放線菌、真菌等微生物中發現的微生物次級代謝產物研發的微生物藥物已經好幾百種。但是隨著化學物排重難度增大，微生物分離培養技術要求越來越高，所以對微生物藥物的直接研究和制造難度大大提升。而合成生物學技術的出現，DNA序列分析技術的發展，給微生物藥物制造帶來了契機，通過提升次級代謝產物的生物合成能力進而形成更多的微生物藥物，從而為醫療衛生事業發展提供藥物支撐。

2 合成生物學對微生物藥物發展的作用和意義

2.1 合成生物學技術為微生物藥物發展提供了新的機遇

合成生物學主要是以人工合成DNA為技術支撐和理論基礎，通過對基因組進行改造、重組，從而構建人工生物系統，進而在具體醫學等領域中得到應用。當前對于合成生物學的研究和應用很多科學家已經進行了大量實驗和論證，合成生物學在微生物藥物開發過程中，主要是以微生物次級代謝產物為研究基礎，通過和組合生物進行合成和代謝工程研發，進行結構重組形成新的微生物藥物。以青霉素為代表的微生物藥物是應用典型，由于微生物藥物結構本身比較復雜，所以在直接合成時會有很大的難度，并且還會對環境產生影響，費用較高，通過引入合成生物學技術，能夠大大降低研發費用，提高研制成功率。

2.2 合成生物學對微生物新次級代謝產物研發的重要影響

當前DNA測序技術開發水平不斷提升，在微生物基因組本身存在的次級代謝產物生物合成基因簇中的很多編碼信息，采用常規的合成或者提取技術很難開發出來，但是應用合成生物學技術，能夠將次級代謝產物生物合成基因簇中含有的生物學天然元件提取出來，從而能夠在新藥物開發領域得到應用和探索，所以合成生物學對微生物新次級代謝產物的研發也會產生很大的積極影響和突破。比如當前應用合成生物學技術在次級代謝過程中進行生物酶合成，對微生物的基因組DNA進行刪減，從而獲得新的宿主細胞結構（比如紅霉素的宿主細胞）等，進而開發出新的微生物藥物。當前比較典型的白色鏈霉菌等抗生素就是該技術的研發成果。

2.3 合成生物學技術對改善微生物藥物合成能力、提高微生物藥物質量的積極作用

微生物細胞代謝方式有很多種，就算同一種代謝方式也會有不同的代謝分支形式，所以很多微生物藥物的研發模式是多組分混合物的形式，引入合成生物學技術，能夠使微生物次級代謝產物在代謝過程中改善酶的活性，提升藥物產生菌的發酵效價，進而能夠改善微生物藥物的合成形式和藥物質量。比如當前臨床醫學應用的紅霉素抗生素、力達霉素等，隨著技術的進步，合成生物學技術的應用不斷改善這些藥物的藥性，針對不同的患者體質和治療階段可以應用不同的同類抗生素的不同合成代藥物。

2.4 合成生物學技術在微生物次級代謝產物創新再造方面的應用價值

微生物細胞內重組有多種可能性，所以可以應用合成生物學技術，調整微生物次級代謝產物的重組形式，重新進行設計組合和優化，比如將博來霉素與糖肽類抗生素進行生物合成開發，研制出雜合糖肽類抗生素，提高了藥物活性，在醫學臨床治療方面也逐漸得到了普及，提高疾病治愈率，所以在未來的微生物新藥物開發領域具有廣闊的發展空間。

當然合成生物學技術基礎體系完善，包含內容復雜，想要在微生物藥物開發領域得到廣泛應用，需要不斷研究和學習基礎資料，深入領會和把握微生物初級以及次級代謝的關系、調整結構等，還要運用設備進行反復試驗、分析和驗證，從而進行進一步應用和推廣，是一項技術性非常強的系統工程，相信隨著科技水平的提升和醫療衛生事業的不斷進步，微生物藥物合成生物學研究將會取得更大突破。

[1]郭園,趙仲麟.微生物系統定向進化與合成生物學應用研究進展[J].生物技術通報,2017,(01):76-82.