新月弯孢霉替代蓝色犁头霉的可行性

    杨顺楷    四川 成都

近年，我们实验室开展了针对我国传统基本糖皮质激素之一——氢化可的松生产线的瓶颈工段霉菌氧化进行技术改造研发，拟采用新月弯孢霉（Curvularia lunata） AS 3.4381替代1963年选出投产至今还在使用的蓝色犁头霉菌种（Absidia coerulea）AS 3.65。实验室研发已经达到的技术水平是：采用新菌种新月弯孢霉生长培养好的活性菌丝，在磷酸缓冲液介质体系中顺次连续两批次生物转化RS制氢化可的松重量收率已达到国际先进水平（55-60%）；此外，尚有20%的该小型丝孢真菌新月弯孢霉固有副产物14ɑ-羟基-RS副产物（可以降低到10%），因此探讨该副产物的应用潜力如前所述就很有必要。

现在已经广泛了解作为丝孢真菌的新月弯孢霉（Curvularia lunata）或者它的有性型世代（Cochliobolus lunatus）能够向C21甾体——孕烷甾体化合物C11b-位引入羟基，已知成为最有效的生物催化剂菌种之一，且活性菌丝生物转化底物RS和RSA C11b-羟化酶比活性分别为21um/g.h和7.1um/g.h，显然选择RS作为转化底物进行C11b-羟化反应速度比之RSA快得多；加之，结合我们实验室建立的行之有效的两级发酵生长培养及顺次连续两批次生物转化操作工艺都表明有高的生物催化活性，高的操作稳定性及较高的区域和立体选择性。这就为新月弯孢霉替代现有工业菌种蓝色犁头霉的生物制造新工艺提供了可靠的科技研发基础。

结合当前我国工业生产已达100t/a氢化可的松产出量而言（大部分出口外商作为合成新型甾体药的中间体），対伴生的副产物低效利用的表皮醇（11a-羟基-RS，再用化学法生产可的松或强的松）及其长期忽视菌丝吸附甾体的损失量（至少10%）而言，这对每年耗用我国薯蓣皂素资源500t/a也是非经济性低效利用，且这一现状已经持续40余年，不符合新世纪化学化工绿色制造（提高资源利用率，降低能耗，对环境友好）的理念。

       霉菌氧化长期徘徊原因探讨

所谓的霉菌氧化，从生物化学本质而言，就是在基本糖皮质甾体药物之一——氢化可的松工业生产中，依赖半合成原料薯蓣皂素经多步化学合成到RSA。化学合成工艺接近国外先进水平，再经最后一步关键的也是最昂贵的生物制造步骤，即微生物合成工艺——C11b-羟基的引入（化学法不能实现）使用丝状真菌蓝色犁头霉AS3.65，成为了长期以来最不理想的低效的生物转化工段，氢化可的松重量收得率在43-45%之间长期徘徊。因此如何进一步地促进生物法较高效引入C11b-羟基化新工艺，有更好的区域和立体选择性，减少或降低副产物的生成一直是业内追求的首要目标。主要针对生成的11ɑ-羟基-RS（表皮醇）副产物可以低效利用，造成多年来固守“一步法”的粗放发酵工艺;加之蓝色犁头霉AS3.65固有的较低立体选择性，虽然该菌对RSA有较高的C21-OAc水解活性，能完成RSA到氢化可的松有43-45%重量收率，但是与国际先进水平比较，从薯蓣皂素计算为27%，而我国为19%的总收得率比较而言，霉菌氧化工艺的C11b-羟基化的《甾体微生物工程》，数十年来已形成了难以提升的“天花板效应”。问题在于化学合成人事安排一直处于强势地位，而生物背景的研发工作从菌种选育到工艺的改进应用一直弱势，故造成了化学化工与生物学科交叉的研发过程一直难于有效融合，C11b-羟基的霉菌氧化工段成为了整个工艺的“短板”。

       科学合理的设想

可以合理推断，如采用新月弯孢霉新工艺替代蓝色犁头霉的传统霉菌氧化，以现有的业内共计需耗用薯蓣皂素500t/a半合成原料，仅产出100t/a氢化可的松计算，至少可增加5t/a氢化可的松产品；同时还有相当数量的 14ɑ-羟基-RS新型甾体中间体可用于开发前述的心血管及乳腺癌细胞抑制剂新药或供出口此高值的甾体中间体，符合当前全球流行的“生物炼制”和国家“十二五”工业生物技术生物制造的理念，可有力促进我国传统皮质甾体激素药物产业业的技术进步和技术改造，在这一进程中逐步使我国从甾体药业大国成为名符其实的甾体药业强国。