硫肽类抗生素诺卡沙星的生物转化文献综述

 2022-12-24 05:12

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

  1. 课题解决问题

诺卡沙星是由东方拟无枝酸菌产生，富含噻唑环的一种硫肽类抗生素。诺卡沙星杀菌活性超强，靶点和作用机制全新，是开发新型抗耐药菌抗生素的重要目标分子。但是，由于稳定性差，水溶性低等因素，诺卡沙星一直未能被开发成药。本研究将采用生物转化的方法对诺卡沙星进行结构改造，以期获得结构新颖、成药性佳的衍生物。

  1. 研究方法与技术手段

本研究拟采用的研究手段：菌种复苏和保存技术、单菌落分离和纯菌培养、无菌操作技术、培养基培养、薄层色谱检测、高效液相检测技术、紫外检测、核磁共振、数据处理和分析。通过上述技术对细菌的发酵条件、诺卡沙星的生物转化以及结构鉴定进行研究。研究技术如图所示：

  1. 文献综述

诺卡沙星是由东方拟无枝酸菌产生，富含噻唑环的一种硫肽类抗生素。硫肽类抗生素是一类目前逐渐扩大的富含硫的高度修饰的天然多肽家族[1,6]，它的这一家族含有将近100个成员，所有成员都具有一个以6元杂环为核心、由多个五元杂环和脱水氨基酸所组成的环肽结构。它们对革兰氏阳性菌有很好的抗菌活性，但是因其较差的物理性质的限制没有开发至人类临床使用。而诺卡沙星就是其中一个典型代表。诺卡沙星包含一个大环，它以吡啶为中心串联起一个含多种噻唑和脱氢酸的大环。它在结构上与一种叫做硫代己糖的肽有关。[1]

诺卡沙星对多种革兰氏阳性菌都表现出强大的抗菌活性，包括一些多重耐药菌株，如耐甲氧西林金黄色葡糖球菌（MRSA）、乃甲氧西林的粪便肠球菌（MREF）、耐青霉素的肺炎球菌（PRSP）和抗万古霉素的肠可可菌（VREF）。诺卡沙星抗生素通过与核糖体蛋白L11.7a,8的23S rRNA区域直接相互作用，形成一个与23S rRNA和L11蛋白的复合体，阻碍肽链的延伸，抑制蛋白质的进一步合成，从而抑制细菌生长。[2]同样是作用于细菌蛋白质的合成，但与大环内酯类、恶唑烷酮类等抗菌药物具有不同的特点。

图 1 诺卡沙星化学结构

诺卡沙星杀菌活性超强，靶点和作用机制全新，是开发新型抗耐药菌抗生素的重要目标分子。但是，由于稳定性差，水溶性低等因素，诺卡沙星一直未能被开发成药。对诺卡沙星进行基因修饰和改造，在保持生物活性的同时，改善水溶性备受关注。对诺卡沙星结构的研究表明，有几个可能的化学修饰位点，如羟基吡啶、N-羟基吲哚和脱氢丙氨酸侧链等。有报道称，通过将具有不同极性基团的胺与诺卡星I侧链共轭添加可制备几种含胺衍生物。通常，由伯胺衍生的类似物具有降低的抗菌活性，从仲胺和环胺衍生的几种类似物具有与母体诺卡锡相当的抗菌活性。[2]诺卡沙星结构中氨基糖苷残基为改善水溶性提供了潜在可能。

诺卡沙星的次级代谢产物可以从许多放线菌株中分离出来。本实验拟采用的多株链霉菌对诺卡沙星进行生物转化从而获得水溶性提高但杀菌活性不受影响的次级代谢产物。生物转化的本质是某种微生物将一种物质(底物)转化成为另一种物质(产物)的过程，这一过程是由某种微生物产生的一种或几种特殊的胞外或胞内酶作为生物催化剂进行的一种或几种化学反应，简言之，即为一种利用微生物酶或微生物本身的合成技术。微生物转化的专一性强、杂质少，可以实现化学反应无法做到的转化。天然产物的多样性和其结构的复杂性，是存在于生物体内大量酶的作用结果。生物体内负责一系列重要生命活动的酶，在体外同样具有相同的催化能力。因此，只要体外的催化环境与体内相仿，则能够实现一系列复杂的，特别是用传统化学合成方法难以实现的化学反应。[5]

实验所使用的放线菌具有复杂的生长周期和次级代谢途径，为了大量获得需要的次级代谢产物，就需要使其在最适宜的条件下生长发酵，其中最主要的因素为营养、温度、pH、氧气。在微生物发酵的中后期加入诺卡沙星作为唯一碳源，一边培养，一边转化。经历一段培养期之后，对培养基进行处理，以检测诺卡沙星的生物转化产物。分析分三次进行，每次至少重复两次。[3]发酵结束后，收集滤液，通过二极管阵列检测的反相高效液相色谱分析代谢物结构。丙酮提取物浓缩至干燥，用己烷研磨/洗涤以去除脂肪物质，剩余固体溶解后在Sephadex 层析柱上进行梯度色谱分析与收集。最后通过比较红外、紫外与核磁共振的光谱数据，获得代谢物的准确特征。[7~10]

参考文献

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