微生物生产紫杉醇的研发概况
双萜类的紫杉醇(Taxol)为1992年美国必治妥施贵宝公司开发上市的植物抗癌药物，主要机转为抑止肿瘤细胞的微管(Microtubules)合成以阻断细胞分裂致使肿瘤体积逐渐缩小。最初批准的临床用途为治疗晚期卵巢癌与非小细胞肺癌，陆续发现与抗艾滋病药物并用可治疗卡波济氏肉瘤(爱滋病患特有的恶性肿瘤)，及用于结直肠癌、膀胱癌、乳癌等，有「晚期癌症的最后一道防线」之称，居单一抗癌药物销量之冠。2000年全球紫杉醇原料药总产量约370公斤(市场规膜达1.47亿美元)，紫杉醇制剂市场约13-15亿美元，预估2007年紫杉醇原料药销售量达700公斤以上，市场规模将达2亿美元，因供不应求(全球每年需求量的1.9-4.8公吨)，故价格相当昂贵。目前紫杉醇原料来源包含自太平洋红豆杉树皮中提取，或自欧洲观赏紫杉嫩枝条或树叶等可再生资源中提取出前趋物(10-deaceeylbaccatin Ⅲ)，经半合成所得的紫杉醇。由于紫杉醇在树皮中含量约0.01%，每提取1公斤需砍剥1,000-2,000颗树皮，致使全球红豆杉濒临灭绝，美国于1992年禁止砍伐。为保护红豆杉资源，近几年各国朝化学合成(半合成)、植物细胞组织培养法、真菌发酵紫杉醇，及寻找天然植物的代用品等方向研发。
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1993年美国蒙大拿州立大学在Science杂志发表寻得可生产紫杉醇的红豆杉的共生真菌-安德鲁紫杉菌(Taxomyces andreanae，产量仅25-40 ng/L)受到各国重视。1996年陆续发现自红豆杉与其它植物分离可生产紫杉醇的共生真菌，如Strobel等自西藏红豆杉(T. wallachiana)中分离到一株产生紫杉醇的内生真菌小孢拟盘多毛孢(Pestalotiopsis microspora)，培养液中紫杉醇达50 mg/L，尼泊尔盘端鹿角菌(Seimatoantlerium nepalense)培养液产量达62-80 mg/L，其中加拿大Novopharm制药公司应用Alternaria alternta菌种工业化发酵生产紫杉醇，成为全球首次应用真菌发酵生产紫杉醇的国家。
真菌自生和共生条件的代谢途径有差异，内生真菌脱离植物体后，次级代谢产物多停止或延缓，故发酵液中加入红豆杉针叶萃取物可激活紫杉醇的合成，进而提高紫杉醇产量。而发酵液若添加合成紫杉醇的前趋物(如Baccatin III、醋酸盐(Acetate)、苯丙胺酸(Phenylalanine)、苯甲酸(Benzoic acid)、白胺酸(Leucine)等)，或不同发酵时期加入不同的糖类、不同培养基及生长条件，亦助于提高紫杉醇的产量。若需建构高紫杉醇产量内的生真菌遗传工程菌株，未来仍需进行紫杉醇的基因体、代谢途径及相关酵素的研究。
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由于紫杉醇生合成途径复杂，参与反应的酵素多达几十个(如利用geranylgeranyl diphosphate为前趋物合成紫杉醇约20个酵素反应)，藉由分离或合成关键酵素的基因，寻找合适的载体与外源基因的表达(产物)为利用基因工程技术的关键步骤。如2001年Huang Q等将异戊二烯焦磷酸异构物酶(isopentenyl diphosphate isomerase)、双牻牛基焦磷酸合成酶(geranylgeranyl diphosphate(GGPP) synthase)与紫杉二烯合成酶(Taxadiene synthase，TS)的基因转殖到大肠杆菌进行表达，通过融合DXP(1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate)合成酶基因提高异戊二烯焦磷酸异构酶的表达量，获得紫杉醇生物合成的重要中间产物紫杉二烯(Taxadiene，产量达1.3 mg/L)，成为基因工程菌合成紫杉醇中间体的先例。
随着基因体技术的发展与紫杉醇生合成研究的阐明，短期或可寻找紫杉醇内生真菌进行发酵生产，应有助于改善目前紫杉醇价格高昂、供不应求的状况，且间接减缓红豆杉资源的流失。长期则可藉由选殖紫杉醇合成酵素群(cluster)(如来自内生真菌或红豆杉)转殖到成本较低、可缩短生产时程、高量表达的宿主(如微生物或植物工厂)中进行大量生产，甚至藉由组合生物化学(Combinatorial biochemistry)进行修饰或化合物的转化，以增加化合物的多样性，进而获得更高疗效的衍生物，目前相关研究多处于实验室研发阶段，仍需各界积极投入研发，未来才可能达商品化量产。, http://www.100md.com
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1993年美国蒙大拿州立大学在Science杂志发表寻得可生产紫杉醇的红豆杉的共生真菌-安德鲁紫杉菌(Taxomyces andreanae，产量仅25-40 ng/L)受到各国重视。1996年陆续发现自红豆杉与其它植物分离可生产紫杉醇的共生真菌，如Strobel等自西藏红豆杉(T. wallachiana)中分离到一株产生紫杉醇的内生真菌小孢拟盘多毛孢(Pestalotiopsis microspora)，培养液中紫杉醇达50 mg/L，尼泊尔盘端鹿角菌(Seimatoantlerium nepalense)培养液产量达62-80 mg/L，其中加拿大Novopharm制药公司应用Alternaria alternta菌种工业化发酵生产紫杉醇，成为全球首次应用真菌发酵生产紫杉醇的国家。
真菌自生和共生条件的代谢途径有差异，内生真菌脱离植物体后，次级代谢产物多停止或延缓，故发酵液中加入红豆杉针叶萃取物可激活紫杉醇的合成，进而提高紫杉醇产量。而发酵液若添加合成紫杉醇的前趋物(如Baccatin III、醋酸盐(Acetate)、苯丙胺酸(Phenylalanine)、苯甲酸(Benzoic acid)、白胺酸(Leucine)等)，或不同发酵时期加入不同的糖类、不同培养基及生长条件，亦助于提高紫杉醇的产量。若需建构高紫杉醇产量内的生真菌遗传工程菌株，未来仍需进行紫杉醇的基因体、代谢途径及相关酵素的研究。
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由于紫杉醇生合成途径复杂，参与反应的酵素多达几十个(如利用geranylgeranyl diphosphate为前趋物合成紫杉醇约20个酵素反应)，藉由分离或合成关键酵素的基因，寻找合适的载体与外源基因的表达(产物)为利用基因工程技术的关键步骤。如2001年Huang Q等将异戊二烯焦磷酸异构物酶(isopentenyl diphosphate isomerase)、双牻牛基焦磷酸合成酶(geranylgeranyl diphosphate(GGPP) synthase)与紫杉二烯合成酶(Taxadiene synthase，TS)的基因转殖到大肠杆菌进行表达，通过融合DXP(1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate)合成酶基因提高异戊二烯焦磷酸异构酶的表达量，获得紫杉醇生物合成的重要中间产物紫杉二烯(Taxadiene，产量达1.3 mg/L)，成为基因工程菌合成紫杉醇中间体的先例。
随着基因体技术的发展与紫杉醇生合成研究的阐明，短期或可寻找紫杉醇内生真菌进行发酵生产，应有助于改善目前紫杉醇价格高昂、供不应求的状况，且间接减缓红豆杉资源的流失。长期则可藉由选殖紫杉醇合成酵素群(cluster)(如来自内生真菌或红豆杉)转殖到成本较低、可缩短生产时程、高量表达的宿主(如微生物或植物工厂)中进行大量生产，甚至藉由组合生物化学(Combinatorial biochemistry)进行修饰或化合物的转化，以增加化合物的多样性，进而获得更高疗效的衍生物，目前相关研究多处于实验室研发阶段，仍需各界积极投入研发，未来才可能达商品化量产。, http://www.100md.com