加强生物催化与生物转化技术在我国药物源头创新中的应用
进入21 世纪,人类面临着前所未有的生存与发展危机。资源、能源和环境危机已经成为人类社会可持续发展的瓶颈问题。生物催化与生物转化是以微生物或酶作为催化剂,以可再生资源取代化石资源,大规模生产人类所需的化学品、医药、能源、材料等,是解决人类目前面临的资源、能源和环境危机的有效手段。生物催化与生物转化是生物学、化学、过程科学的交叉,是学科发展的前沿技术。世界经合组织指出,以生物催化与生物转化为核心的工业生物技术是可持续工业发展最有希望的技术。由于巨大的社会需求和科学技术的进步,有力地推动了新一代工业生物技术的快速发展。目前生物催化与生物转化技术正在迅速向药物创制领域渗透,并将成为我国药物源头创新最有希望的技术之一。
①中药的活性成分本身就是生物催化与生物转化的产物。中药的活性成分是我国药物源头创新的重要来源,如青蒿素等很多新药的创制即来源于此。
②利用生物催化与生物转化往往可以生成一些结构新颖的产物,很多产物往往是从自然界或有机合成的方法难以获得,从而为新药开发提供了难得的先导化合物。如具有抗肿瘤活性的海葵毒素(polytoxin) 具有64 个手性中心。
③生物催化与生物转化利用生物酶系的多样性(biodiversity) ,同类天然产物的生物转化往往会产生一系列结构类似的化合物群,并结合现代药理学的实验手段,对该化合物群进行构效关系研究,从中筛选出新的高活性或低毒性的天然活性先导化合物。对临床疗效确切的中药成分或天然药物进行多样性生物催化与生物转化,从而可以发现具有me2too 功能的新药。
④设计和构建定向生物催化与生物转化过程体系,为新药的大规模制造提供理论指导。从生物转化与生物转化反应的多样性中,筛选出有价值的定向生物催化与生物转化反应及其相应的高效生物催化剂(酶) ,然后利用酶工程技术、细胞工程技术、基因工程技术、代谢工程技术和过程工程技术等,构建基于单酶、多酶或全细胞催化的高效的定向生物催化与生物转化过程体系。例如可以将低活性的廉价人参二醇组总皂苷定向转化为具有高抗肿瘤活性的人参皂苷Rg3 和Rh2 等。
总之,生物催化与生物转化将极大地丰富了天然先导化合物群的来源,和高通量药物筛选技术结合,这对我国药物源头创新具有重大意义
