【關鍵詞】 微生物藥物
MBS是指抗生素產生菌經過物理、化學等誘變因素的作用或通過基因改造，生物合成途徑中的某一位點發生突變，喪失合成完整抗生素分子的能力而成為阻斷突變株。在發酵培養這種阻斷突變株時，添加某種天然的或化學合成的化合物——突變合成元（muta- synthon）參與生物合成並獲得新抗生素的方法和過程。廣義的MBS還包括利用生物合成途徑改變獲得原抗生素的代謝產物和利用阻斷突變株積累一些原始菌株所不能積累的抗生素中間體。
1969年，Shier用MBS方法對新黴素進行結構改造。1975年，Nagaoka等用“idiotroph”——獨需型（特需型）來描繪那些需要加入外源前體完成新衍生物合成的突變株，並用“mutational biosynthesis”——突變生物合成來描繪這種技術。1977年Rinehart將這種技術定義為“mutasysthesis”。按照Rinehart的解釋，利用MBS技術製備新衍生物應包括:①突變株的獲得;②突變合成元的獲得;③添加的突變合成元被細胞吸收並參與新衍生物合成。此外，後續工作還應包括新衍生物的分離和結構鑒定，以及生物活性評價。
本文按結構類別介紹MBS技術在微生物藥物領域的研究應用，特別是近年來結合基因技術進行MBS研究的新進展。
1 突變生物合成在氨基糖苷類抗生素中的應用1～5］
氨基糖苷類抗生素是臨床上重要的抗感染藥物，但存在一定程度的腎、耳毒性。因此，對已有品種進行改造，開發對耐藥菌有效、腎（耳）毒性相對較小的新品種一直是新藥研究人員追尋的目標。20世紀70年代，人們利用MBS技術對氨基糖苷類抗生素進行改造，獲得成功，特別是涉及2-脫氧鏈黴胺（2-deoxystrepta-mine，DOS）獨需型阻斷突變株的研究。如Rosi等通過誘變獲得慶大黴素產生菌絳紅色小單孢菌（Micromo-nospora purpurea）D-突變株後，添加鏈黴胺，生成2-羥基-慶大黴素，該化合物對含有2”-腺苷腺化酶的慶大黴素耐藥菌有較強活性，毒性低，在臨床上被廣泛使用。這方麵的研究Rinehart等曾進行過總結，本文不做詳細敘述。
值得提出的是，20世紀80年代趙敏等通過誘變獲得a位點（Fig.1）阻斷的突變株JIM-401，該突變株代謝產物中慶大黴素C 2b （GM C2b ）組分即小諾米星的產量大大提高，並實現工業化生產;再以JIM-401為出發菌株，獲得c位點阻斷的突變株JIM-202，該突變株的代謝產物中慶大黴素C1a （GM C 1a ）的積累量大大增加（含量在85%以上），在其2-脫氧鏈黴胺1-N位引入一個乙基，經半合成獲得新化合物1-N-乙基慶大黴素C1a （etimicin，依替米星）;再以JIM-202為出發菌 株，獲得b位點阻斷的突變株JIM121，其代謝產物中 西索米星（sisomicin）組分的產量大大增加。
目前，丁酰苷菌素、卡那黴素、慶大黴素、妥布黴素、新黴素、鏈黴素等氨基糖苷類抗生素的生物合成基因簇的研究取得了可喜的成就，這為利用MBS方法結合現代基因技術對氨基糖苷類抗生素進行改造提供了有利條件。
2 核苷類抗生素的MBS研究［6，7］
Nikkomycin是唐德鏈黴菌（Streptomyces tendae）Tü901產生的一種核苷肽類抗生素，與幾丁質合成酶底物UDP-N-乙酰葡萄糖胺有類似結構，競爭性抑製幾丁質合成酶，幹擾真菌細胞壁的合成，是一種低毒的抗真菌及殺蟲劑。
尿嘧啶和4-甲酰基-4-咪唑啉-2-酮是nikkomycin生物合成途徑中的兩個中間體，分別對應Z和X組分。1984年，Delzer等通過誘變獲得pyr - 突變株。該突變株不能合成以尿嘧啶為中間體的nikkomycin。添加23種N-雜環化合物進行MBS研究，其中胸腺嘧啶、5-羥甲基尿嘧啶和5-氟尿嘧啶可被利用合成新的衍生物。
1999年，Bormann等采用基因工程方法進行MBS的研究，構建了L-賴氨酸-2-氨基轉移酶失活突變株S.tendae nikC，該突變株不能合成nikkomycin I，J，X，Z肽基側鏈的前體呱啶-2-羧酸，積累了nikkomycin的核苷成分。當添加吡啶甲酸時，可恢複產生nikkomycin I，J，X，Z;添加苯甲酸，獲得Bx和Bz組分（如Fig.2所示）。Bx和Bz比X，Z有較高的pH穩定性，Bx對白念珠菌有更高的抑菌活性。
此外，Bormann等還構建了產nikkomycin LX 和L 的突變株，獲得的新衍生物也顯示出很好的抗菌活性。目前，nikkomycin產生菌分子生物學特性的研究已經取得了巨大的成就，通過MBS技術並結合基因手段，相信會有更多更優質的產品出現。
3 Clorobiocin的MBS研究［8，9］
Clorobiocin、新生黴素（novobiocin）和coumer-mycin（香豆黴素）是由鏈黴菌產生的一類具有抑製 DNA旋轉酶活性的抗生素，同屬於氨基香豆素家族，
Fig.2 MBS of nikkomycin 能夠與細菌DNA旋轉酶B亞基緊密結合，有效抑製該酶活性，實現抗菌作用。對氨基香豆素類抗生素的研究主要集中在clorobiocin和新生黴素，兩者的結構如Fig.3所示，包括三個部分:ring A，3-異戊烯基-4-羥基-苯甲酰（3-prenyl-4-hydroxybenzoyl，DMAHB）;ring B，3-氨基-4，7-二羥基香豆素（3-amino-4，7-dihy-droxycoumarin，ADHC）;ring C，諾維糖（L-noviose）。2004年Galm等通過基因手段構建了clorobiocin產生菌異戊烯基轉移酶失活突變株——cloQ - 。該突變株不能合成DMAHB前體。添加DMAHB類似物（如Fig.4所示）獲得了28種clorobiocin衍生物。體外活性研究發現，新衍生物對大腸埃希菌DNA旋轉酶抑製活性是新生黴素的50%～200%，但即使是活性最高的衍生物，其活性僅為clorobiocin的50%;對枯草芽孢杆菌ATCC14893的生長抑製活性比新生黴素和clorobiocin都低;大部分新衍生物對葡萄球菌均有效。
4 糖肽類抗生素的MBS研究
活性與萬古黴素相當，但對厭氧菌尤其是梭狀芽孢杆菌的抑製活性要高得多。因此，balhimycin具有很好的臨床價值。
目前，對balhimycin等糖肽類抗生素的結構改造研究主要集中在非蛋白組成氨基酸，如β-羥基酪氨酸（Hty）、3，5-二羥基苯基甘氨酸（Dpg）和4-羥基苯基甘氨酸（Hpg）等。
2002年，Pek等第一次用MBS技術對balhimycin進行研究（Fig.6a），刪除過氧化氫酶基因bhp的一段序列，獲得Hty合成阻斷突變株。添加Hty，修複bal-himycin生產能力;添加外消旋3-氟-β-羥基酪氨酸合成了fluorobalhimycin;添加2-氟，3，5-二氟-β-羥基酪氨酸也合成了相應的fluorobalhimycins;D/L-酪氨酸以及酪氨酸酚羥基被氟取代或位置改變的類似物，未能摻入到新衍生物的合成，說明酚羥基的重要性。活性研究表明，所有的氟化balhimycin衍生物對枯草芽孢杆菌都有抑製活性。
2004年，Weist等刪除Dpg編碼基因dpgA的一段序列，獲得Dpg合成阻斷突變株。添加Dpg，修複balhimycin生產能力;添加4種單、雙取代羥基、甲氧基的Dpg類似物（Fig.6b）均獲得了新衍生物;通過添加實驗，Weist等共獲得20多種糖基化方式不同的衍生物。有趣的是，添加3-單取代-苯基甘氨酸，合成的新衍生物有一部分在7位Dpg和5位Hpg間缺少正常balhimycin的AB-環聯芳鍵。 CDA CDA（calcium-dependent antibiotic）是由天藍色鏈黴菌（Streptomyces coelicolor）A3產生的酸性脂肽類抗生素，其結構與達托黴素（daptomycin）類似，分子中有許多D-氨基酸和非蛋白組成氨基酸，與免疫抑製劑環孢菌素、抗腫瘤藥物博來黴素和抗菌藥物萬古黴素同屬於非核糖體合成肽（nonribosomal peptides）家族。CDA的結構如Fig.7所示，根據R 6 、R 9 、R10 和R 11 上取代基的不同，分為CD A 1b 、CD A 2b 、CD A 3b 、CD A4b 、CD A 2a 、CD A 4a 等組分。英國曼徹斯特理工 大學（UMIST）和Sanger研究所對CDA基因簇結構研究結果顯示，82Kb的基因簇序列包含了至少40個開放閱讀框（SCO3210-SCO3249），並利用分子手段結合現代分離檢測技術對各閱讀框的功能和CDA的生物合成途徑進行了研究和推理。
2002年，Hojati等利用分子生物學手段獲得4-羥基-苯乙醇酸合成酶基因hmaS（SCO3229）被破壞的突變株，該突變株不能合成CDA分子重要的結構單元4-羥基-苯基甘氨酸（Hpg）。添加外消旋4-羥基-苯乙醇酸或4-羥基-苯乙醛酸或L-Hpg可恢複CDA的生產能力;添加苯乙醇酸、苯乙醛酸、苯酰甘氨酸類似物（脫羥基或羥基被鹵元素取代），獲得了芳香側鏈4位羥基被H取代的衍生物CDA 2d 和被F取代的 R6 R 9 R10 R11 CAD1b OH OPO3 H2 H H-H CAD 2a OH OPO3 H2 CH 3 π-bond CAD2b OH OPO 3 H2 CH3 H-H CAD3a OH OH H π-bond CAD3b OH OH H H-H CAD 4a OH OH CH 3 π-bond CAD4b OH OH CH3 H-H CAD2d H OPO3 H2 CH3 H-H CAD1ta F OPO 3 H 2 CH 3 π-bond CDA 2td F OPO3 H 2 CH3 H-H Fig.7 Structure of CDA analoguesCDA 2fd ;而添加4-氯苯乙醛酸以及含對氯和對甲氧基的類似物，均未得到類似CDA2fd 的衍生物。
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