微生物在中药生产中的应用课件

微生物在中药生产中的应用 微生物与中药在中药家族中有一类特殊的成员 微生物 中药材 中药现代化研究的工具 中药二次开发 拓展中药资源 中药药理研究 微生物相关中药的形成方式 一 以腐生生活方式形成的大型药用真菌 如灵芝 猴头 木耳 香菇等 这些真菌基本上都可以实现人工栽培 二 由天然微生物发酵植物性中药材料形成 如神曲 红曲等 主要是酵母和丝状真菌 三 植物和微生物共生形成的中药 如天麻是蜜环菌和天麻植物的共生体 天麻植物依靠蜜环菌提供营养 猪苓也是由于蜜环菌侵入猪苓菌核形成的共生体 由蜜环菌提供营养 猪苓 Grifolaumbellata Pers Pil t 是一种药用真菌 隶属于真菌门 担子菌纲 多孔菌目 多孔菌科 猪苓菌核生于地下 多年生 是传统的中药材 猪苓子实体俗称 猪苓花 或 千层蘑菇 味道鲜美 可食 猪苓菌核有利水渗湿 祛痰 解毒的功能 现代研究发现它有抗癌作用 生产商品化药物 猪苓多糖注射剂 和 猪苓多糖胶囊 的原药材是猪苓菌核 药材现状 用量增长产量锐减 人口的增加和老龄化加快 导致猪苓用量大增 环境恶化和无序采挖 导致天然猪苓产量锐减 猪苓人工栽培技术有待完善 人工栽培猪苓技术早已实验成功 但由于栽培技术要求高 工序繁杂 需要3 4年方能采收 且单产低 收益少 因此发展缓慢 由菌丝形成菌核的关键技术没有解决 种苓来源问题成为猪苓大规模栽培的瓶颈问题 3 5年收获 老苓做药材 灰苓和部分生活力较强的黑苓留作种苓 还无法象其它食用菌可以由菌丝开始制种栽培 猪苓人工栽培示意图 猪苓菌核生长发育规律 白苓 灰苓和黑苓 一般情况下 分别代表当年 次年和第三年三个生长年限 猪苓与蜜环菌 猪苓菌核与蜜环菌之间存在较特殊的真菌间的共生关系 蜜环菌侵入猪苓菌核以后 二者之间发生侵染与防御的斗争 最终结果是猪苓菌核从蜜环菌获得营养 得以生长繁殖 猪苓与伴生菌 郭顺星教授曾经从野生猪苓菌核的穴中分离到一株与猪苓菌核形成密切相关的伴生菌 伴生菌作为一种生物调节因子 与猪苓共培养时可以促进猪苓菌丝形成菌核 猪苓菌的次生代谢产物 猪苓酮类成分 是猪苓的特征性成分 根据报道有毛发再生活性和抗癌活性 对猪苓酮A G的细胞毒作用研究结果表明 猪苓酮A G对白血病1210 L 1210 细胞的增殖均有剂量依赖性的抑制作用 猪苓酮A PolyporusteroneA 2 3 14 20 22 Pentahydroxyergost 7 en 6 one 猪苓酮B PolyporusteroneB 2 3 14 20 22 Pentahydroxyergost 7 24 28 dien 6 one 猪苓酮B 猪苓酮A 猪苓的次生代谢产物 猪苓多糖 近年来研究的很多 并成功地商业化应用 猪苓多糖注射剂 猪苓多糖胶囊 进行猪苓研究的国家 生物学研究 中国 南韩 日本 栽培研究 中国 南韩 化学成分研究 日本 中国 南韩 四 寄生真菌侵染活体昆虫形成的虫菌复合体 其实质是昆虫的致病菌 如冬虫夏草 僵蚕 蛹虫草等 五 微生物侵染植物后 植物抵抗微生物的侵染而形成的植物抗毒素 如龙血竭 沉香等 血竭的形成机制 龙血树受到外部机械损伤 虫蛀的木质和年老髓部中空的内轮木质 年长日久 细胞中的树脂就会不断积累 使木质部硬化形成一不易透水和通气的保护层 这一富含树脂的紫红色木质部可供中药直接应用 血竭形成与真菌侵入有关 龙血竭的形成是因为龙血树树干外部受到机械或虫蛀损伤后感染真菌等微生物 从而引起的龙血树植物体的防御作用 产生次生代谢物质 特异性真菌作用于龙血树材质可促成血竭的形成 沉香 沉香树在遭受到雷击 风折 虫害感染或人畜危害等各种伤害时 自身会分泌树脂修补受伤部位 某些伤口由于在开放期感染真菌 受伤部位难以完成真正意义上的愈合 因此开启了为治疗创伤持久的 奇妙的沉香制造与累积的过程 甚至经历数百年漫长岁月 才诞生了珍惜的沉香 中药的微生物转化研究 可以借助不同真菌产生的丰富酶系来炮制中药 达到产生新的药用成分 提高有效成分含量 降低不良反应的目的 薏苡仁的微生物转化研究结果表明 经转化后的薏苡仁不仅原有抗癌组分的量提高 还出现了新的抗癌组分 天然药物的生物转化研究与组合化学理论相结合 提出 中药生物组合化学 的概念 并建议将其用于复杂天然药物的筛选和研制 开发具有中国特色的 新的高效活性先导化合物 利用微生物对延胡索中镇痛成分延胡索乙素进行了转化 有两个菌株的转化物活性高于底物 经进一步分离 最终得到了两个转化产物 活性明显高于延胡索乙素 以不同的中药材料为固体基质 通过接种不同的真菌获得不同的 药性菌质 通过对 药性菌质 进行药理模型筛选后 可以获得不同的中药产品 达到对中药增效 扩用 减毒的作用 培养槐耳菌发酵中药 获得的发酵菌质药用效果比常规培养的槐耳菌质明显增强 使乙型肝炎e抗原临床转阴率由33 提高到50 微生物应用于药理研究 由于一些微生物具有与动物和人相类似的代谢途径 能产生相同或类似的代谢产物 利用这些微生物对中药的一些有效成分进行药理和毒理研究就变得十分可行 特别是可以在难合成药物和辅助确定代谢途径方面发挥重要作用 在药物开发的早期阶段提供药物代谢的可能途径 中药以口服为主 它们必然在消化道中与肠道菌接触 肠道菌的代谢对中药的作用不容忽视 有些中药可能通过人体的消化酶或肠道菌的代谢后才起作用 如消化道对天然药物中的糖苷吸收较差 糖苷首先必须经肠道菌水解为相应的苷元才能被吸收 柴胡皂苷在大鼠体内经肠道菌转化成代谢产物后才能被吸收并发挥其药理作用 淫羊藿苷的肠菌代谢产物对白细胞介素 6产生的促进作用比原药更强 口服人参皂苷的抑瘤效应源于人参皂苷被肠菌转化的代谢物能抑制肿瘤新生血管的形成 抑制黑色素瘤B16 F10细胞的生长和转移 诱导Lewis肺癌细胞凋亡 目前 人们已研究了肠内细菌对苦杏仁苷类 香豆素类 黄酮类 蒽醌类以及萜类化合物的代谢作用 并鉴定了其代谢产物 微生物诱生中药有效成分 用组织培养方法来生产中药的有效成分是解决中药资源紧张的重要手段 是中药现代化的重要内容之一 在组织培养中用发根农杆菌诱导组培物产生发状根 由发状根形成次生代谢产物已成为利用中药组织培养物产生次生代谢产物的常用方法 到目前为止 人们已建立了80多种植物的发状根无性系 其中不少是药用植物 Yoshikawa等的研究表明 人参的发状根在无外源激素的条件下进行培养 人参皂苷含量 Rb Rg 可达干质量的0 95 而天然栽培根仅为0 4 因此人参发状根完全有可能代替天然人参作药用 黄遵锡从短叶红豆杉诱导出发状根 选育出的5株无性系20天后生物量增加9倍 紫杉醇的量是愈伤组织的1 3 8 0倍 此外 在植物与微生物的相互作用中 真菌能诱导植物中特定次生产物的积累 使植物产生对这些病原微生物的抗性 例如 丹参是一种重要的药用植物 利用丹参毛状根和丹参转化细胞生产丹参酮等次生代谢物成为研究的热点 大丽轮枝菌c激发子V44和酵母提取物分别诱导丹参毛状根和丹参转化细胞后 丹参中过氧化物酶活力显著提高 且有利于次生代谢产物的积累 微生物与中药栽培 内生菌主要指在其生活史的某一阶段存在于健康植物的组织中 不形成明显侵染的一类微生物 内生菌可以促进宿主的生长 发育 增强对不良环境的抵抗力 甚至会促进宿主植物某些代谢产物的形成 深入研究中药内生菌 对研究中药的活性成分和栽培可能具有重要意义 内生真菌与宿主植物某些活性成分的形成有密切关系 对于不同地方的相同物种来说 其内生真菌类群是不同的 这可能是形成中药道地性的原因之一 开唇兰小菇 石斛小菇 兰小菇等3种小菇属内生真菌 对兰科濒危药用植物铁皮石斛 金线莲的生长有促进作用 接种3种内生真菌后 铁皮石斛苗的生长量高于对照3 5倍 石斛小菇 兰小菇对铁皮石斛原球茎增殖也有明显促进作用 接种3种真菌的金线莲苗 侧芽及侧根数均显著高于对照 内生真菌对铁皮石斛苗的作用 统计分析发现36株菌株中的8个菌株对铁皮石斛苗有促生长作用 1 0cm 统计分析发现96株