雄甾烯二酮的微生物降解植物甾醇侧链生产研究

【摘要】在我国医药领域内，雄甾烯二酮在甾体激素类药物中成为重要的中间体。在生成雄甾烯二酮上，实行微生物降解植物甾醇侧链的方式具有诸多优点，尤其是促进了甾体植物资源的合理利用。对此，本文针对雄甾酮产生菌的选育和改良，重点分析了转化体系的优化，并对微生物选择性降解植物甾醇侧链技术进行了总结与展望。

【关键词】雄甾烯二酮；微生物降解植物甾醇侧链；生产研究

目前，我国在对雄甾烯二酮的生产上，主要从中药材等植物中提取所需物质，并利用化学合成生产出雄甾烯二酮，该工艺不仅消耗成本较大，而且对环境形成不小的污染[1]。自20世纪60年代，通过微生物转化甾体资源的研究不断发展，并在实践中得到广泛应用。其中，在微生物细胞形成的甾体转化酶的作用中，可以实行微生物选择性降解植物甾醇侧链，进而相对简单的制成雄甾烯二酮。因此，本文开展雄甾烯二酮的微生物降解植物甾醇侧链生产研究，以期促进该技术的不断发展。

一、雄甾烯酮产生菌的选育及改良

在工业微生物的发展中，菌种的分离、筛选以及改良发挥重要的作用。近几年，相关报道表明[2]，环境中可以筛选出不少能产AD的微生物。比如，在2001年，Dogra和Qazi就在土壤中分离得到玫瑰色微球菌，该菌内部存在pMQV 10质粒，并在降解胆固醇上具有较高的转化率。在菌种改料上，诱变育种是重要的手段。利用常规的诱变手段，Marcheckl等获得了分支杆菌B-3683，而且在需要抑制剂的基础上就可以降解植物甾醇的侧链，从而生产出ADD，而该菌再次诱变后能形成AD。所以，对耐受ADD、AD毒性限制的工业菌株进行筛选，可以促进ADD、AD产量的提高，而且对于耐受高浓度的底物，一般用来进行改良菌种的筛选。

在构建基因工程菌中，重组DNA技术的不断发展提供了坚实的基础。魏巍等[3]进行了转化ADD与AD关键酶基因的克隆，该物质主要来自于新金分枝杆菌。对于以上关键酶，运用基因工程的措施来予以敲除和强化，其构建基因工程菌NwIB-04可以有效积累ADD，15g/L的植物甾醇加入96h之后，ADD的产量可以达到4.95g/L，其中AD的含量仅仅在0.096g/L左右。

二、甾醇微生物转化体系的优化

1水相体系的转化

甾醇微生物转化体系作为一个可调控系统，受到了多种因素的影响。目前，存在三种优化水相中转化体系的方法，分别是提高底物的溶解性，对产物的抑制予以解除，转变细胞壁上的通透性等。（1）首先，对于底物溶解性的增加。由于反应过程中的底物的浓度相对不高，这会造成反应速度以及转化率都比较低。因此，可以采取措施来对底物的溶解度予以提高，从而缩短转化时间，并提升转化率。在实践中，可以应用表面活性剂增容法、环糊精增容法、亲水性有机溶剂预溶法来对底物的溶解度进行提高。（2）转变细胞壁的通透性。由于载体微生物降解过程比较缓慢，尤其是甾体分子在与酶反应前需要经过细胞壁以及细胞膜。因此，在甾体转化中，细胞壁的通透性发挥着重要作用。对此，可以采用表面活性剂、生物合成抑制剂等来转变细胞壁的亲水性，从而改善其通透性。（3）对产物的抑制予以解除。对于水相体系，生物转化需要对底物和产物的毒性重点考虑。对此，实施原位产物回收可以促进该问题的解决。

2、两相体系中转化

对于甾醇微生物的转化效率，一方面受到底物溶解度的影响，另一方面还受到底物以及产物降解的制约[4]。而在两相发酵系统中，可以为该问题的解决提供支持。目前，有机溶剂—水、双水相系统是比较常用的两相反应体系。其中，在有机溶剂—水两相系统中，生物催化反应一般在水溶液相中发生，辅助相一般是有机溶剂，这有助于底物溶解度的增加，并对产物的反馈抑制作用予以解除[5]；而在双水相系统中，因为可以对细胞进行放大，并且环境温和，所以在酶和细胞的转化中应用推广。对于双水相体系，一般为两种不一致的高聚物，也可以是一种无机盐以及一种高聚物，并且在水中溶解但是不会相溶的两液相体系。

三、结语与展望

综上所述，微生物选择性降解植物甾醇侧链技术的发展时间达到数十年，在菌种选育改良以及优化转化体系等方面有了显著发展。但是，在目前的工业生产中，仍然存在转化率不高的问题，对此，需要结合我国甾体生物技术的发展趋势，积极应用国际先进技术，从而促进雄甾烯二酮的微生物降解植物甾醇侧链生产的不断发展。

【参考文献】

[1] 高兴强，冯建勋，花强，等. 油水乳化体系中分枝杆菌转化植物甾醇产9α-羟基雄甾烯酮工艺研究[J]. 华东理工大学学报（自然科学版）. 2014（04）： 433-437.

[2] 张小燕，阮晖，何国庆. 微生物降解植物甾醇侧链生产雄甾烯二酮的研究进展[J]. 中国食品学报. 2012（07）： 162-170.

[3] 刘梅珍，李恒，杨春霞，等. 固定化Colletotrichum lini ST-1转化去氢表雄酮为三羟基雄甾烯酮[J]. 食品与发酵工业. 2014（06）： 1-7.

[4] 张怀成，王风清，马昱澍，等. 分枝杆菌转化甾醇产9α-羟基雄甾烯酮促进剂的筛选[J]. 化学与生物工程. 2013（12）： 55-58.

[5] 李会，张明杰，张晓梅，等. 三羟基雄甾烯酮高转化菌株的选育及工艺优化[J]. 生物工程学报. 2013（11）： 1687-1691.