医学ppt第二章海洋生物技术之生物活性物质课程之三

海洋生物活性物质 MARINE BIOACTIVE SUBSTANCE,海洋生物活性物质 一、概论 二、海洋生物活性物质结构类型 三、海洋生物活性物质研究领域 四、海洋药物开发的成功案例,3.3 海洋微生物活性物质简介,海洋微生物活性物质,海洋动植物的活性物质有80%是由其共附生的微生物产生的。 如：海兔毒素巨大鞘丝藻 大环内酯类（如海鞘素、苔藓虫素等）颤藻属、前沟藻 大田软海绵酸、石房蛤毒素、西加鱼毒微藻 不饱和脂肪酸、河豚毒素等,海洋微生物的主要特点,嗜盐性 适冷性 适压性 低营养性 趋化性和附着生长：微生物黏膜 发光性,海洋微生物主要类群,细菌,放线菌,真菌,古菌,约180种 弧菌 特殊性,抗生素,酵母菌 海洋霉菌 木生真菌,多为极端 环境菌,海洋微生物资源及应用,在海洋生态系统中的作用：重要的分解者和生产者 生物活性物质：医药；酶；其他 环境净化 其他应用 危害（如赤潮）,紅潮一,紅潮二,海洋微生物种群是陆地的20倍以上，达到上亿种，但已经研究和鉴定过的还不到其总量的1%。 由于特殊的生存环境，海洋微生物拥有与陆地不同的基因和代谢途径，能生产具有特殊结构和生理活性的代谢产物，为研究与开发海洋微生物药物和其他微生物产品提供了丰富的资源。 与其它海洋生物资源相比，海洋微生物具有生长周期短、代谢易调控、菌种易改良、选育简单以及可大规模发酵实现产业化等优势。,海洋微生物产品“研发链”,目标导向 探索导向,重点项目,？,20世纪80年代以来，世界一些沿海发达国家纷纷将开发海洋作为其基本国策，把有效利用海洋生物资源、大力发展海洋生物产品作为研究重点和优先发展领域。 美、日、英、法、俄等国家分别推出了“海洋微生物专项”、“海洋微生物生物工程”、“深海之星”、“欧洲冷酶计划”等计划和项目，投入巨资发展海洋微生物技术，取得了引人注目的成就，促进了一批新兴产业的形成和发展。,技术现状与发展趋势,国际上批准的抗感染药物头孢霉素就来源于真菌； 发现的15000多个海洋天然产物中，72%来源于海洋微生物；其中约1/2具有各种生物活性；有10余个化合物已进入临床研究，如来源于 海洋蓝细菌的Cyanovirin-N（抗AIDS）已进入II/III期临床； 来源于深海嗜热古菌的Taq酶已创造了90亿美元的经济效益；低温酶在洗涤、食品工业、环境生物治理、生物催化中已得到广泛应用。,国内海洋微生物产品的研究与开发,海洋微生物天然产物：分离获得了20325株海洋微生物，分离鉴定出619个活性化合物(其中新结构129个)； 海洋微生物药物先导化合物：近10个高活性、结构新颖的抗肿瘤、抗病毒、抗菌和免疫抑制活性的天然产物确定为具有药用开发前景的先导化合物； 海洋微生物药物：1个药物进入临床研究（K-001）；2个药物基本完成临床前研究（YCP、雷普克）； 海洋微生物酶：海洋蛋白酶、溶菌酶和脂肪酶进入产业化，克隆获得了一批新颖生物酶基因(几丁质酶、-琼胶酶A和B、海洋适冷蛋白酶等)并进行了产业化前期研究； 海洋微生物农药：完成了农用海洋微生物菌株及其活性产物的实验室规模及部分田间药效评价。,完成了II期临床试验：对胃癌、肠癌、肝癌及淋巴瘤有较好疗效，多数病例生存质量提高。 获得国内外专利授权,抗肿瘤海洋新药 K-001,抗肿瘤新药真菌多糖YCP,建立了稳定的中试发酵工艺，解决了药源问题 制订原料药的初步质控标准 进行了制剂工艺的研究，确定了冻干制剂的处方 基本完成临床前研究 申请国际专利1项,Structure of the repeating unit of YCP,临床前研究,I类抗肿瘤新药藻胆蛋白-雷普克,建立了原料药的质控标准 完成了药效药理学试验，一般药理学研究 开始进行雷普克的药代动力学和长毒研究,海洋微生物酶制剂产业化,在洗涤剂、纺织、饲料、医疗等多个行业中推广 应用产品500余吨，新增产值6186.9万元 获得复合酶产品报批文1项、兽用生物制品批准 文1项及生产许可证、新产品企业标准3项，申请发明专利11项 青岛科谷酶业有限公司(总投资7424万元)，国家发改委立项， 年生产7900吨，建成发酵、提取及辅助生产车间21000,在养殖行业中的应用,在洗涤行业中的应用,重组海洋几丁质酶生产几丁寡糖中试生产,低分子量寡糖具有多种生物活性，在口腔医学、人体免疫、抗癌领域有着广泛应用 获得较为理想的几丁质酶工业生产菌株 建立几丁寡糖吨级生产线 完成高纯度几丁寡糖的制备工艺,药物先导化合物,新颖海洋生物酶,新颖海洋生物农药,发展趋势,迄今为止，国内外已从海洋微生物中发现了数千种具有广阔应用前景的活性化合物，但由于绝大多数的活性化合物在海洋微生物中含量低，成为海洋微生物产品开发应用的瓶颈。因此，菌株的选育、发酵工艺的优化与放大、活性物质的规模化制备等关键技术及其中试研究得到了极大的关注。国际上已经从海洋微生物资源的获取趋于海洋微生物产品的开发与其生产制备相关高新技术的研发上。,重点发展的关键技术,海洋微生物的大规模培养发酵技术 海洋微生物产物的大规模制备和质量控制技术 与国际接轨的海洋微生物产物的安全性评价与代谢研究等技术,第四节 海洋天然产物研究实例 美国University of Illinois. 1972年发现加勒比海背囊类动物红树海鞘(Ecteinascidia turbinata)有抗肿瘤活性成分。1990年确定其结构，为大环内酯生物碱化合物（四氢异喹啉类化合物） ；1996年全合成。目前正在进行期临床。 1972-1996(from crude extracts to total synthesis).,作用机制：通过与DNA结合后抑制肿瘤DNA转录，同时也能抑制多药耐药基因（mdr21）活性，可诱发肿瘤细胞死亡，其作用呈剂量依赖方式。研究还发现ET-743能够在高浓度时引起肿瘤细胞死亡，在低浓度可以影响肿瘤细胞周期。在美国和欧洲进行的期临床中对实体瘤显示出较好的疗效。很可能成为第一个正式应用于临床的海洋抗癌药。,加勒比海海鞘(E. turbinata)丰度有限，可以以细菌pseudomonas flourenscens中发现的safracin B为前身物质，通过半合成途径获得ET-743 。 西班牙马尔制药公司利用养殖的加勒比海海鞘增加了临床实验用ET-743的供应（每年40t）。 美国佛罗里达州规定允许采集30kg加勒比海海鞘，但取样量不能超过群体的50，不能移动天然地基。,ET-743与一种微生物的代谢物非常类似，由这种微生物可以合成ET-743。 有趣的是，ET一743与一种微生物代谢物非常类似，由这种微生物可以合成ET-743。,草苔虫bryostatins抗癌活性成分研究,草苔虫（Bugula neritina）是一种海洋底栖动物，广泛分布于世界各海洋。自1968年首次发现它的抗癌活性以来，从中已分离得到十几个大环内酯类化合物Bryostatins。 草苔虫（Bugula neritina）是一种海洋底栖动物，广泛分布于世界各海洋。自1968年首次发现它的抗癌活性以来，从中已分离得到十几个大环内酯类化合物Bryostatins。本文将从专利文献的角度追溯这些Bryostatins抗肿瘤物质的发现和研究历程。,苔藓虫的Brystatin-1 化学结构,生物勘探过程通常分为2个阶段。初级采集是从大量物种中各提取少量样本，以鉴别hit或可能的先导物，随着工艺(如小型化)的改进和天然产物化学的发展，在过去30年中初级采探阶段的对每个物种取样量显著减少。例如，在1974-1981年间，澳大利亚悉尼罗氏海洋药物研究所需要l0kg (湿重)样本来筛选、分离和鉴定一个化合物结构。而在2004年，一些研究者宣称鉴定一个活性物质结构只需100g样本，筛选水平仅为20-40g或单一样本，但通常的样本采集量为0.5-1 kg，鉴别出hit或者先导物后进行第2阶段的采集过程。,第二阶段的采集(二次采集)量比第一阶段要大，这是因为：1)一些化合物在天然产物中的浓度非常低，需要大规模的采集才能满足研发过程的需要；2)活性化合物的结构复杂性使得工业合成极其困难，且并不经济。二次采集量的大小取决于有机体中化合物的含量(通常是l0-4-l0-6，甚至低至10-9)、试验的类型和范围、需要的剂量(标准是效率最高，毒性最小，化合物的可溶性、替代物的可获得性和许可限制。1988年在加利福尼亚南部的二次采集中，从13t东太平洋苔藓虫(Bugula neritina)中仅分离到18g抗肿瘤活性化合物bryostatin1，这种化合物被用于临床前研究和临床试验。,例如东太平洋苔藓虫(一种普遍存在的污泥有机物)的二次采集集中于被证明具有高生物活性的三个地区，并且只有水深超过9m，与特定微生物Candidatus endobugusertula共生的族群才能产生bryostatin 1 。,因为bryos