微生物在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

微生物在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用第1頁/共46頁微生物在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用第2頁/共46頁微生物與中藥在中藥家族中有一類特殊的成員---微生物。中藥材:中藥現(xiàn)代化研究的工具:中藥二次開發(fā)、拓展中藥資源、中藥藥理研究。

第3頁/共46頁微生物相關(guān)中藥的形成方式

一、以腐生生活方式形成的大型藥用真菌:如靈芝、猴頭、木耳、香菇等。這些真菌基本上都可以實現(xiàn)人工栽培。第4頁/共46頁第5頁/共46頁第6頁/共46頁第7頁/共46頁第8頁/共46頁第9頁/共46頁二、由天然微生物發(fā)酵植物性中藥材料形成，如神曲、紅曲等，主要是酵母和絲狀真菌。第10頁/共46頁第11頁/共46頁三、植物和微生物共生形成的中藥，如天麻是蜜環(huán)菌和天麻植物的共生體，天麻植物依靠蜜環(huán)菌提供營養(yǎng)；豬苓也是由于蜜環(huán)菌侵入豬苓菌核形成的共生體，由蜜環(huán)菌提供營養(yǎng)。第12頁/共46頁第13頁/共46頁豬苓[Grifolaumbellata(Pers.)Pilát]是一種藥用真菌。隸屬于真菌門、擔子菌綱、多孔菌目、多孔菌科。豬苓菌核生于地下，多年生，是傳統(tǒng)的中藥材。豬苓子實體俗稱“豬苓花”或“千層蘑菇”，味道鮮美，可食。第14頁/共46頁豬苓菌核有利水滲濕、祛痰、解毒的功能。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)它有抗癌作用。生產(chǎn)商品化藥物“豬苓多糖注射劑”和“豬苓多糖膠囊”的原藥材是豬苓菌核。第15頁/共46頁藥材現(xiàn)狀：用量增長產(chǎn)量銳減人口的增加和老齡化加快，導(dǎo)致豬苓用量大增。環(huán)境惡化和無序采挖，導(dǎo)致天然豬苓產(chǎn)量銳減。第16頁/共46頁豬苓人工栽培技術(shù)有待完善

人工栽培豬苓技術(shù)早已實驗成功。但由于栽培技術(shù)要求高，工序繁雜，需要3-4年方能采收，且單產(chǎn)低、收益少，因此發(fā)展緩慢。由菌絲形成菌核的關(guān)鍵技術(shù)沒有解決，種苓來源問題成為豬苓大規(guī)模栽培的瓶頸問題。第17頁/共46頁3～5年收獲，老苓做藥材，灰苓和部分生活力較強的黑苓留作種苓。還無法象其它食用菌可以由菌絲開始制種栽培。豬苓人工栽培示意圖第18頁/共46頁豬苓菌核生長發(fā)育規(guī)律白苓、灰苓和黑苓:

一般情況下，分別代表當年、次年和第三年三個生長年限。豬苓與蜜環(huán)菌：豬苓菌核與蜜環(huán)菌之間存在較特殊的真菌間的共生關(guān)系，蜜環(huán)菌侵入豬苓菌核以后,二者之間發(fā)生侵染與防御的斗爭，最終結(jié)果是豬苓菌核從蜜環(huán)菌獲得營養(yǎng)，得以生長繁殖。豬苓與伴生菌：郭順星教授曾經(jīng)從野生豬苓菌核的穴中分離到一株與豬苓菌核形成密切相關(guān)的伴生菌。伴生菌作為一種生物調(diào)節(jié)因子，與豬苓共培養(yǎng)時可以促進豬苓菌絲形成菌核。第19頁/共46頁豬苓菌的次生代謝產(chǎn)物

豬苓酮類成分：是豬苓的特征性成分,根據(jù)報道有毛發(fā)再生活性和抗癌活性。對豬苓酮A～G的細胞毒作用研究結(jié)果表明，豬苓酮A～G對白血病1210（L-1210）細胞的增殖均有劑量依賴性的抑制作用。第20頁/共46頁豬苓酮A(PolyporusteroneA)2,3,14,20,22-Pentahydroxyergost-7-en-6-one

豬苓酮B(PolyporusteroneB)2,3,14,20,22-Pentahydroxyergost-7,24(28)-dien-6-one

豬苓酮B豬苓酮A第21頁/共46頁豬苓的次生代謝產(chǎn)物豬苓多糖：近年來研究的很多，并成功地商業(yè)化應(yīng)用(豬苓多糖注射劑,豬苓多糖膠囊)。第22頁/共46頁進行豬苓研究的國家生物學(xué)研究：中國、南韓、日本。栽培研究：中國、南韓?；瘜W(xué)成分研究：日本、中國、南韓。第23頁/共46頁四、寄生真菌侵染活體昆蟲形成的蟲菌復(fù)合體，其實質(zhì)是昆蟲的致病菌。如冬蟲夏草、僵蠶、蛹蟲草等。第24頁/共46頁第25頁/共46頁五、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，如龍血竭、沉香等。

第26頁/共46頁血竭的形成機制

龍血樹受到外部機械損傷，蟲蛀的木質(zhì)和年老髓部中空的內(nèi)輪木質(zhì)，年長日久，細胞中的樹脂就會不斷積累，使木質(zhì)部硬化形成一不易透水和通氣的保護層，這一富含樹脂的紫紅色木質(zhì)部可供中藥直接應(yīng)用。血竭形成與真菌侵入有關(guān)，龍血竭的形成是因為龍血樹樹干外部受到機械或蟲蛀損傷后感染真菌等微生物，從而引起的龍血樹植物體的防御作用，產(chǎn)生次生代謝物質(zhì)。特異性真菌作用于龍血樹材質(zhì)可促成血竭的形成。

第27頁/共46頁沉香:

沉香樹在遭受到雷擊、風(fēng)折、蟲害感染或人畜危害等各種傷害時，自身會分泌樹脂修補受傷部位。某些傷口由于在開放期感染真菌，受傷部位難以完成真正意義上的愈合，因此開啟了為治療創(chuàng)傷持久的、奇妙的沉香制造與累積的過程。甚至經(jīng)歷數(shù)百年漫長歲月，才誕生了珍惜的沉香。

第28頁/共46頁中藥的微生物轉(zhuǎn)化研究可以借助不同真菌產(chǎn)生的豐富酶系來炮制中藥，達到產(chǎn)生新的藥用成分、提高有效成分含量、降低不良反應(yīng)的目的。薏苡仁的微生物轉(zhuǎn)化研究結(jié)果表明，經(jīng)轉(zhuǎn)化后的薏苡仁不僅原有抗癌組分的量提高，還出現(xiàn)了新的抗癌組分。第29頁/共46頁天然藥物的生物轉(zhuǎn)化研究與組合化學(xué)理論相結(jié)合，提出“中藥生物組合化學(xué)

”的概念，并建議將其用于復(fù)雜天然藥物的篩選和研制，開發(fā)具有中國特色的、新的高效活性先導(dǎo)化合物。利用微生物對延胡索中鎮(zhèn)痛成分延胡索乙素進行了轉(zhuǎn)化，有兩個菌株的轉(zhuǎn)化物活性高于底物，經(jīng)進一步分離，最終得到了兩個轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，活性明顯高于延胡索乙素。第30頁/共46頁以不同的中藥材料為固體基質(zhì)，通過接種不同的真菌獲得不同的“藥性菌質(zhì)”，通過對“藥性菌質(zhì)”進行藥理模型篩選后，可以獲得不同的中藥產(chǎn)品，達到對中藥增效、擴用、減毒的作用。培養(yǎng)槐耳菌發(fā)酵中藥，獲得的發(fā)酵菌質(zhì)藥用效果比常規(guī)培養(yǎng)的槐耳菌質(zhì)明顯增強，使乙型肝炎e抗原臨床轉(zhuǎn)陰率由33％提高到50％。第31頁/共46頁微生物應(yīng)用于藥理研究

由于一些微生物具有與動物和人相類似的代謝途徑，能產(chǎn)生相同或類似的代謝產(chǎn)物，利用這些微生物對中藥的一些有效成分進行藥理和毒理研究就變得十分可行，特別是可以在難合成藥物和輔助確定代謝途徑方面發(fā)揮重要作用，在藥物開發(fā)的早期階段提供藥物代謝的可能途徑。

第32頁/共46頁中藥以口服為主，它們必然在消化道中與腸道菌接觸，腸道菌的代謝對中藥的作用不容忽視，有些中藥可能通過人體的消化酶或腸道菌的代謝后才起作用。如消化道對天然藥物中的糖苷吸收較差，糖苷首先必須經(jīng)腸道菌水解為相應(yīng)的苷元才能被吸收。柴胡皂苷在大鼠體內(nèi)經(jīng)腸道菌轉(zhuǎn)化成代謝產(chǎn)物后才能被吸收并發(fā)揮其藥理作用；淫羊藿苷的腸菌代謝產(chǎn)物對白細胞介素-6產(chǎn)生的促進作用比原藥更強；第33頁/共46頁口服人參皂苷的抑瘤效應(yīng)源于人參皂苷被腸菌轉(zhuǎn)化的代謝物能抑制腫瘤新生血管的形成，抑制黑色素瘤B16-F10細胞的生長和轉(zhuǎn)移，誘導(dǎo)Lewis肺癌細胞凋亡。目前，人們已研究了腸內(nèi)細菌對苦杏仁苷類、香豆素類、黃酮類、蒽醌類以及萜類化合物的代謝作用，并鑒定了其代謝產(chǎn)物。第34頁/共46頁微生物誘生中藥有效成分

用組織培養(yǎng)方法來生產(chǎn)中藥的有效成分是解決中藥資源緊張的重要手段，是中藥現(xiàn)代化的重要內(nèi)容之一。在組織培養(yǎng)中用發(fā)根農(nóng)桿菌誘導(dǎo)組培物產(chǎn)生發(fā)狀根，由發(fā)狀根形成次生代謝產(chǎn)物已成為利用中藥組織培養(yǎng)物產(chǎn)生次生代謝產(chǎn)物的常用方法。到目前為止，人們已建立了80多種植物的發(fā)狀根無性系，其中不少是藥用植物。

第35頁/共46頁Yoshikawa等的研究表明，人參的發(fā)狀根在無外源激素的條件下進行培養(yǎng)，人參皂苷含量(Rb、Rg)可達干質(zhì)量的0.95％，而天然栽培根僅為0.4％，因此人參發(fā)狀根完全有可能代替天然人參作藥用。第36頁/共46頁黃遵錫從短葉紅豆杉誘導(dǎo)出發(fā)狀根，選育出的5株無性系20天后生物量增加9倍，紫杉醇的量是愈傷組織的1.3～8.0倍。

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此外，在植物與微生物的相互作用中，真菌能誘導(dǎo)植物中特定次生產(chǎn)物的積累，使植物產(chǎn)生對這些病原微生物的抗性。例如，丹參是一種重要的藥用植物，利用丹參毛狀根和丹參轉(zhuǎn)化細胞生產(chǎn)丹參酮等次生代謝物成為研究的熱點，大麗輪枝菌c激發(fā)子V44和酵母提取物分別誘導(dǎo)丹參毛狀根和丹參轉(zhuǎn)化細胞后，丹參中過氧化物酶活力顯著提高，且有利于次生代謝產(chǎn)物的積累。

第38頁/共46頁微生物與中藥栽培

內(nèi)生菌主要指在其生活史的某一階段存在于健康植物的組織中、不形成明顯侵染的一類微生物。內(nèi)生菌可以促進宿主的生長、發(fā)育，增強對不良環(huán)境的抵抗力，甚至?xí)龠M宿主植物某些代謝產(chǎn)物的形成。深入研究中藥內(nèi)生菌，對研究中藥的活性成分和栽培可能具有重要意義。內(nèi)生真菌與宿主植物某些活性成分的形成有密切關(guān)系，對于不同地方的相同物種來說，其內(nèi)生真菌類群是不同的，這可能是形成中藥道地性的原因之一。

第39頁/共46頁開唇蘭小菇、石斛小菇、蘭小菇等3種小菇屬內(nèi)生真菌，對蘭科瀕危藥用植物鐵皮石斛、金線蓮的生長有促進作用。接種3種內(nèi)生真菌后，鐵皮石斛苗的生長量高于對照3～5倍，石斛小菇、蘭小菇對鐵皮石斛原球莖增殖也有明顯促進作用；接種3種真菌的金線蓮苗，側(cè)芽及側(cè)根數(shù)均顯著高于對照。

第40頁/共46頁第41頁/共46頁第42頁/共46頁內(nèi)生真菌對鐵皮石斛苗的作用bfedac統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)36株菌株中的8個菌株對鐵皮石斛苗有促生長作用。第43頁/共46頁1.0cmbfedac統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)96株菌株中