牟尧(上海师范大学200234)
【摘要】大环内酯类抗生素作为临床治疗感染疾病的首选药物，加强其基因工程中基因结构和生物合成的深入研究和应用基因工程技术对大环内酯类抗生素的结构进行合理改造，对增强其药物价值具有重要的意义。本文主要从大环内酯类抗生素的生物合成、酮内酯类抗生素的结构基因工程修饰、必特螺旋霉素的生物合成、麦迪霉素的基因重组等热点问题进行了综述。
【关键词】大环内酯PKS组合生物合成聚酮
【中图分类号】R915【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2013）06-0010-02
大环内酯类抗生素是一种具有大内酯环基本化学结构的抗生素，多为碱性亲脂性化合物。该类化合物通过与核糖核蛋白体的50S亚单位结合，可对肽酰基转移酶起到抑制作用，从而阻止肽链增长，妨碍核糖核蛋白移位，对细菌蛋白质的合成起到抑制的作用，在临床治疗感染疾病中发挥着重要的药用价值。近年来，随着医学技术和生物工程技术的不断发展，大环内酯类抗生素的基因工程研究进展不断加快，一方面，人们已从基因结构和生物合成全方位、更深入的进行了大环内酯类抗生素的基因工程的研究，另一方面，在上述研究的基础上，人们还有目的、有计划的应用基因工程技术对大环内酯类抗生素的结构进行改造，创造出了一些体内外抗菌活性高、临床治疗效果显著的新型大环内酯类抗生素。
1.大环内酯类抗生素的生物合成
大环内酯类抗生素多为碱性亲脂性化合物，而这类碱性亲脂性化合物的属性又为聚酮类化合物。在聚酮类化合物生成过程中有一必不可少的机制，即多酶体系——聚酮合酶(PKS)催化作用。组成PKS的多肽上均携带有酶，而这些酶正是参与聚酮生物合成所必须的。每个结构域的酶只参与整个聚酮碳链中的一步反应。那么聚酮类化合物合成途径中关键酶的整个基因簇功能是如何实现的呢？
PKS多酶体系由一个起始组件和多个延伸组件共同构成，其功能和结构都比较复杂。主要是因为每一个延伸组件都能将一个特异的乙酰辅酶A前体添加到聚酮链上，且还能特异改变β-酮基。因此，聚酮链结构的组成主要由PKS中延伸组件的组成次序来决定[1]。
目前PKS分为PKSI，PKSII和PKSHI。在基因工程研究上，研究者认为对PKS的组成单元进行基因操作可产生新的化合物。寿佳丽，裘娟萍[2]在多杀菌素的研究领域中，为研究出杀虫谱覆盖范围更广的药剂，通过基因工程技术的应用，改造了多杀菌素的生物合成和化学修饰，生成了一种多杀菌素结构类似物——丁烯基多杀菌素。他们在研究中使用基因阻断法对丁烯基多杀菌素合成相关的基因（bus）的功能进行确定，发现丁烯基多杀菌素的生物合成主要是由PKS5个头尾相连的基因构成的基因簇，这些基因簇来负责在C21上合成丁烯基替代多杀菌素相应位置上的乙基，进而实现合成大环内酯结构。同时，在该基因簇AI和AⅡ间之间，不含有非PKS功能的插入因子，因此，该化合物的生物合作打破了传统红霉素PKS基因工程的保守序列，比多杀菌素具有更多的衍生物，进而扩大药用范围。
2.酮内酯类抗生素的结构基因工程修饰
随着细菌感染疾病临床治疗中大环内酯类抗生素的广泛应用，疾病的抗药性也越来越强。因此，研究具备更好药物动力学性质的大环内酯类抗生素药物成为广大药学研究工作者探讨的重要课题。酮内酯类抗生素是通过基因工程结构修饰技术用羰基取代了大环内酯3位上的克拉定糖，合成的14元环大环内酯类抗生素的衍生物。李赞，徐进宜，顾觉奋在其研究中表明：酮内酯类抗生素生物合成路径的主要依据是大环内酯3位上的克拉定糖显示出诱导细菌耐药的特性，因此，为将该特性除去，采用水解的方法用羰基取代了大环内酯3位上的克拉定糖，进而生成酮内酯类抗生素化合物。且生成的酮内酯有2个作用靶点：A752和A2058。当细菌发挥强烈的抗药性时，酮内酯的这2个作用靶点联合作用可发挥强大的抗菌活性，具有更好药物动力学性质。
BAL19403是近年来研发的已经进入临床的同类脂类药物。智会静，尤启冬指出BAL19403的生物合成从化合物2(克拉霉素)到化合物10a的合成是C-11，12位环内酯的经典合成方法，但保留了3位上的克拉定糖，而在C-11，12位间的环氨基甲酸酯用环内酯代替。从化合物9化合物10b是酮内酯的经典合成方法。因此，BAL19403作用于细菌核糖体的结构具有立体选择性的芳基侧链特性，相较于克林霉素、红霉素和四环素，BAL19403对敏感菌株和耐药菌株具有更好的抗菌活性。
3.必特螺旋霉素的生物合成和麦迪霉素的基因重组
近年来，在大环内酯类抗生素的研究中，许多研究者致力于通过基因工程技术来提高大环内酯类抗生素的生物合成水平的研究，以期提高其药用价值。其中，必特螺旋霉素的生物合成和麦迪霉素的基因重组最具代表性。
3.1必特螺旋霉素的生物合成必特螺旋霉素是由工程菌StmptomycesspiramyceticusWSJ-l产生的一组4”-异戊酰化的螺旋霉素。但近年来研究发现必特螺旋霉素主组分的产量不高，其药物价值尚未完全发挥。因此，在药学的基因工程研究中广大药学工作者广泛开展了如何提高其生物合成水平的探讨。杨永红指出在必特螺旋霉素的生物合成中可改善异戊酰基前体供应对提高螺旋霉素的生物合成水平具有促进作用。在其研究中，构建了两组重组质粒，一组插入插入强启动子PermE*的S.lividansTK24[pKC-ist-ist]最为观察组，一组未插入强启动因子作为对照组。结果发现观察组的螺旋霉素的4”-异戊酰化水平比对照组提高了近4倍。同时，他们指出增加4”-异戊酰基转移酶活性也可以提高螺旋霉素的生物合成水平。且实验证明双拷贝ist基因的S.lividansTK24[pKC-ist-ist]比单拷贝的对螺旋霉素的4”-异戊酰化水平提高近1倍。因此，改善异戊酰基前体供应和增加4”-异戊酰基转移酶活性可以提高螺旋霉素的生物合成水平，促进其药物价值更好的发挥。
3.2麦迪霉素的基因重组麦迪麦迪霉为16元大环内酯类抗生素，与红霉素具有相同的作用机制、抗菌谱、耐药性。2008年，为获得结构新颖的、且对红霉素耐药菌有效的大环内酯类抗生素，Miuta等报道以MDMA1和美欧卡霉素为前体研究系列衍生物的生物合成。2011年，朱岩等采用基因重组技术以生米卡链霉菌(Streptomycesmycarofaciens)突变株为研究对象，选育麦迪霉素高产菌株。在研究中，通过2轮亲株灭活原生质体融合技术实现基因组重排。经测定，基因重排后筛选得到的突变株，麦迪霉素生产能力较出发菌株提高了1.1倍。
4.总结
大环内酯类抗生素在临床治疗感染疾病中发挥着重要的药用价值。利用基因工程技术对大环内酯类抗生素的基因结构和生物合成进行合理改造，开发出新抗生素逐渐成为医学研究的热点。近年来，相关研究人员在酮内酯类抗生素的开发中，主要致力于克服大环内酯类抗生素诱导细菌产生耐药性的研究，并取得了具有理论意义和实践意义的成果。在今后的研究中，有待研究人员进行进一步的探究，向第三代大环内酯类抗生素深入。
参考文献
[1]叶丽娟，王辂.刺糖多胞菌合成多杀菌素的基因研究[J].国外医药（抗生素分册）.2009,30(4):164-170
[2]寿佳丽，裘娟萍.新型生物农药——丁烯基多杀菌素[J].农药.2011,50(4):239-243