甾体化合物的微生物转化研究进展
2021-11-24李伟解宝玥王俊伟
李伟 解宝玥 王俊伟
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甾体化合物在自然界中有着广泛存在，微生物转化是指微生物细胞把复杂的外源物质做特定结构装饰这一过程，也就是将微生物作为载体，经由菌体于代谢过程当中所产生的酶来催化外源性底物发生反应。甾体类化合物的微生物转化无论是对新一代的甾体药物、还是关键中间体的合成，皆不失为是有力工具。
1 甾体类化合物的微生物转化工艺
甾体微生物转化工艺主要有以下两个阶段：①菌体生长：在此阶段，目的是为菌体提供充足营养，为菌体的生长提供有利的生长条件；为了进一步提高甾体化合物的转化成功率，也要予以菌体充足的生长繁殖时间，在确保其合适菌体浓度之后，加入底物转化；通常细菌需要12-24h 的培养时间、真菌需要24-72h 的培养时间。②底物转化：在历经了前期菌体大量生长繁殖之后，菌体产酶催化底物转化成产物。
但是在底物转化的这一过程当中，需考虑到底物是存在疏水性的，所以添加底物时要辅助一些助溶举措。例如先在乙醇和甲醇等有机溶剂当中溶解底物，再将其加入发酵培养基当中。
但是这样的方式却存在一定的转化缺陷，如底物常会于培养基中析出；加入底物的有机溶剂会产生对菌体的毒性作用，抑制菌体生长；底物浓度过高也会带给菌体毒性作用。因此，研究学者也对如何提高甾体类化合物溶解度的新技术展开了研究。
2 甾体化合物微生物转化率提高的方法
2.1 固定化细胞转化技术的应用
固定化细胞用于甾体化合物微生物转化过程，能够针对有毒溶剂来保护反应环境。同时，固定化技术能够保证微生物催化剂得到循环性利用。但是该方法的缺点表现在：存在固定化系统传质的限制、生产率较低。
2.2 新型溶剂的应用
以选择生物相容性非水溶剂为前提，培养基的设计无疑是研究的新方向。如对绿色溶剂的研究，像是超临界流体：离子液体与天然油，再比如其它的液态聚合物，也都可以作为有机溶剂的替代品。有相关研究指出，在硅B 油培养基当中，Mycobacteriumsp.NRRL3805B 可以高效转化植物甾醇为AD[1]。
2.3 浊点体系的应用
在有关研究中，提出对浊点系统于甾体微生物转化过程中的效能，指出浊点系统不仅可以影响发酵上游过程，而且还能有效分离产物[2]。
2.4 环化糊精的应用
环糊精的各种作用、特别是改性环糊精，在甾醇微生物转化过程中已经得到广泛应用。它的应用能够有效增加类固醇的溶解度，并刺激细胞的生长，促进细胞膜通透性。
2.5 优化菌株改良与发酵工艺
（1）进行优良菌种的培育。在工业微生物的发展过程当中，对具备转化能力的菌株进行筛选及改良有积极意义。虽然说在自然环境当中所得到的转化菌株有一定的转化能力，但是原始菌株的不同、其转化能力也是有差异性的，所以得到转化率高或是可以作为工业化生产的原始菌株有限。继而，想要进一步提高菌株转化甾醇的能力，有必要采取微生物工业育种手段，目的是对原始菌株进行改良，从而得到高产菌株。
①物理诱变。包括紫外诱变、离子束、激光、超声波等物理诱变育种方法，其中紫外诱变广为使用。具体而言是借助于胸腺嘧啶二聚体来将基因复制打乱，从而使得碱基序列错乱发生突变。该方法的应用优势在于所需设备简单、操作安全便捷，诱发率高。
②化学诱变。化学诱变方法指的是经化学诱变剂和DNA 分子作用来对DNA 分子结构进行改变，具体根据不同的作用方式可分成：烷化类、移码突变剂、碱基类似物三类。
③基因重组。重组DNA 技术的发展，给构建基因工程提供了良好的支持条件。如实验报道中[3]，通过重组细胞色素P450 在大肠杆菌中的表达，实验得到可将孕酮转化为3β-羟基-5-雄甾-17-酮的突变菌株。
④复合诱变。基于诱变方法的多种多样，仅采用一种诱变手段于生物诱变过程中的应用已不能再满足工业育种需求，因此，近年来人们也将研究的焦点放在使用两种或两种以上诱变方法上。
（2）优化发酵工艺。微生物生长离不开丰富的营养支持，良好的pH 值、温度条件以及溶氧条件均有利于促进菌体的正常生长，并利于促进发生酶促反应。菌体生长时，保证良好的基础条件能够为微生物生长与繁殖提供有力保障，继而缩短大量菌体繁殖以及产生相应酶的时间。菌体进入底物转化时，需要做好对各种转化反应条件的控制，例如温度控制、搅拌速度、合适的通气量等。转化时维护菌体良好生长是获得较多酶的根本途径。因微生物产酶条件与生长条件有一定差异性，因此对影响转化的物理条件（通气、挽拌等）、培养基的组成（微量元素、碳源等）非常必要。
3 讨论
甾体化合物在细胞当中有着重要的生物功能，同时也表现出有多样活性，近年以来，微生物系统在甾体生产中的应用有了更多的认知。但目前，利用微生物转化筛选得到的甾体药物或中间体种类还是不多，还有很多存在转化甾体药物的菌株尚未被发现。因此，对筛选有转化甾体能力的菌株进行研究、得到有价值的转化产物具有极大的现实价值。
