生物制药论文：海洋微生物制药产业链的经济前景

摘要：总结了海洋微生物在医药方面作用的最新研究进展。结合经济、科技和环境的互相作用, 探讨了海洋微生物资源对我国制药行业潜在的突破性作用。

 

　　关键词：海洋微生物; 药物开发; 海洋生物活性物质; 海洋经济; 海洋环境;

 

　　0 引言

 

　　随着现在陆地自然资源的大力开发, 人们将视线转移到海洋。近几年, 丰富的海洋微生物资源引起了各发达国家 (如美国和日本) 以及发展中国家 (如中国) 的关注。海洋中微生物繁殖快、数量众多、种类也极其多样。在1mL的海水里大约有100万个微生物, 其中包括一些微型藻类 (蓝藻) 、放线菌、细菌、真菌和病毒等, 在制药领域具有巨大的潜力。

 

　　1 海洋微生物活性物质

 

　　生物活性物质, 指来自生物体内的对生命现象具有影响的微量物质。而海洋微生物活性物质则是指海洋中各个海洋微生物所含有的活性物质。这种微生物活性物质往往能够用于研究新的药物而在医药方面起着至关重要的作用。

 

　　1.1 海洋微生物活性物质的特点和分类

 

　　在海洋中, 数量众多的海洋微生物依靠和海中动物和植物的共生来获取营养, 但由于激烈的竞争性, 海洋微生物会代谢一些不同的有机分子来获取极其有限的资源, 而这些小分子有机物正是合成新药或者膳食补充剂的基础。海洋微生物代谢的有机化合物分子主要可以分为抗菌、抗病毒、抗肿瘤、酶抑制、维生素和极端酶。其中海洋微生物能够抗肿瘤的活性物质药物成为研究重点。海洋微生物活性物质的抗生素运用也在最近几年快速发展起来。例如共生在一种海绵内的藻青菌Oscillatoria spongeliae, 代谢时能产生名叫多溴化联苯乙醚的抗生素。除此之外, 海洋微生物产生的有机分子还具有繁殖快、种类多的特点, 相比以前从海洋生物中提取, 它摆脱了对数量的限制。现阶段对于海洋微生物有机化合物的研究还处于相对初步阶段, 接近90%以上的临床药物从微生物提取, 但如今仅有少量的海洋微生物作为天然药物用于临床, 该现状反映了人们对海洋微生物资源的认识和开发的不足。

 

　　海洋微生物通过代谢产生众多有机的且可以用于研究医药药物的活性物质, 是现在科学家利用海洋微生物的主要原因之一。这些活性物质大致可分为脂类 (如脂肪酸) 、糖类、多肽蛋白质及酶、特殊氨基酸等。在我国, 海洋微生物资源主要来源于氨基酸、多肽蛋白质、糖类、酶、萜类等, 尤其是近几年, 我国藻酸双酯钠 (PPS) 、肝糖酯等已经被批准上市。

 

　　1.2 海洋微生物活性物质的研究进展

 

　　海洋微生物活性物质卓越的生理活性这一特点, 是发掘海洋微生物制品的基础, 在医药方面 (如抗肿瘤抗癌抗病毒等) 的运用尤其显著。作为发展中国家, 我国尚不能有效地对有用的活性物质进行提纯, 在最大化高通量法、提取结构复杂的医药用海洋微生物活性物质方面, 距离发达国家仍有巨大的差距。但是很多高校和科研机构 (如浙江大学等) 已经开始对海洋资源微生物资源的开发加大了重视。表1总结了国内外正在研究的基于海洋微生物的重要海洋药物, 主要体现在以下几类药物。

 

 

　　表1 国内外正在研究的基于海洋微生物的重要海洋药物   
 

 

　　1.2.1 抗菌抗病毒类药物

 

　　此类药物的微生物来源主要是通过筛选技术和分离技术从海水海泥沼泽等区域提取, 通过直接开发或者修饰之后形成新的药物。海洋中的具有抗菌活性的微生物45%来源于放线菌。例如在门鼓浪屿区域附近的海泥中通过筛选技术得到的链霉菌亚种 (属于放线菌) S.rutgersensis subsp.Gulangyunensis产生的氨基糖苷, 能有效抑制菌种的绿脓肝菌。

 

　　1.2.2 抗肿瘤类药物

 

　　科研人员发现海洋细菌所产生的活性物质同样具有抗肿瘤的功效。新型抗肿瘤药物是重点的研究领域, 近几年筛选到了许多具有抗肿瘤的海洋细菌。如日本科学家日本冈见, 采用分离技术获得名叫Flavobacterium的一株属于黄杆菌属的海洋细菌, 其所产生的多糖增强免疫的同时能抑制肿瘤, 成为了化疗药物抗肿瘤的辅料, 并且具有75%～95%的肿瘤抑制率。

 

　　海洋放线菌中的活性物大致可分为链霉属的菌类和小单孢属的菌类。因为海洋中的放线菌产生的活性物质具有独特的功能, 所以常被人们来用抗毒及肿瘤。袁献温发现一种名为ACMA006的海洋放线菌发酵产物, 其具有极强的抗肿瘤性。

 

　　1.2.3 酶抑制剂类药物和医用酶制剂

 

　　人体内缺乏某种必要的酶会影响身体健康。另外, 酶制剂作为一种重要生物催化剂, 在医学方面有重要应用。因此研究微生物产生的酶制剂是近几年较为热门的话题。例如, 溶菌酶与抗生素联合使用能够显著增高抗生素的医疗效能, 对清理致病细菌具有良好的效果。全世界死于血栓的人数高达近千万, 研发高效的溶栓酶能够产生极大的经济和社会效果。除此之外具有酶抑制剂作用的的活性物质最近也被陆续发现。例如, 微囊藻中的蓝藻Aeruginosin 98-A, B和MicropeptinA, B能够作为胰蛋白酶抑制剂, 从而使微囊藻成为新药品的先导化合物而使人们更加重视。

 

　　2 海洋微生物药物研究的技术和方法

 

　　海洋微生物种的活性物质的开发需要先进的科技和各个领域的专家协同作用, 科技创新使海洋微生物药物的多样性能够迅速发展并且用于临床。海洋微生物的分离、鉴定及发酵培养技术对于海洋微生物药物研究至关重要并且利用活性物质的筛选分离提纯培养及高值化使用可使海洋微生物在药业方面的应用最大化。高值化使用即利用现代技术将资源开放成高附加值产品, 提高有限资源的利用率, 缓解资源的供应和需求的矛盾。要成功发现新的海洋微生物生产的活性物质, 高效采集和分离菌株成为必不可少的环节。

 

　　高效采集需要通过持续研究, 掌握目标菌株一定的规律特性。如日本微生物科学家继利用, 通过肉眼观察, 直接在深海6500m的情况下采集海底的泥沙及水的样本。这不仅刺激了海洋微生物在医药方面的研究, 也为中国未来技术的发展指明了方向。

 

　　合适的分离培养能够降低成本。例如, 扩散盒培养法通过模拟自然环境使实验对象在封闭条件下能够自由交换, 提高微生物的可培养性。再比如, 采用稀释培养法, 克服了实验室下培养基营养浓度过高抑制一些海洋微生物生长的缺点, 从而提高一些微生物的培养存活率。在此基础上发展了高通量培养法, 大幅增加了微生物的可培养性, 这个技术促进了许多变形细菌的发现。例如, Cho等通过高通量培养法, 从太平洋的近岸和深海中培养出γ-变形菌纲。Connon等根据微生物自身特性所产生的不同的代谢特性, 培养出迄今没有获得的进化枝。

 

　　现在的技术还需要更多的创新, 海洋微生物多样性和功能性是使海洋新药物迈入工业化的基础。就我国而言, 对海洋微生物药物的研究还有很多不足之处和局限性。研究技术分散, 水平尚在初级, 缺乏深度, 研究和生产难以有效合体, 从而加大产业化难度。国内研制出的新类海洋药物, 其中大部分的长期疗效还有待观察。

 

 

　　3 海洋微生物制药产业链的经济前景

 

　　随着海洋微生物药业的新品给多种疾病提供治理康复途径, 海洋微生物药物的需求将大量增加, 而海洋微生物繁殖快、产量多、种类多的特点能够保证大规模生产的产量, 促进国家GDP稳定增长。我国在新世纪前10年海洋产业生产总值年均增长率为17.1%, 高出同期GDP增速。由此可见与传统海洋产业相比, 海洋生物医药产业面临着新的发展机遇。

 

　　我国海洋蕴藏着极其丰富的海洋生物资源, 除了前文所述脂类糖类以外, 其他海洋微生物活性物质 (如肽类、聚醚类) 也需要得到重视, 进而从中发现一系列重要的抗癌抗肿瘤药物。若能不断创新基于海洋微生物的新药新功效, 将对生物医药产业链发展起到不可估量的作用。

 

　　我国制药行业尚处于原料药占主体的阶段, 仿制药仍是新兴行业, 而仿制基因工程药物的比例更高。据统计, 我国药品 (化学药品) 生产97%以上是仿制品。如我国1990年生产的783个西药品种有97.4%是仿制产品, 而海洋微生物制药业更是尚处于起步阶段。但随着中国经济的不断发展, 海洋微生物药业已被纳入经济发展的重点, 从而缓解我国药物资源压力、促使经济产业发展、实现新的技术改革, 具有巨大的发展潜力。

 

　　4 海洋微生物制药的可持续发展

 

　　海洋微生物量大、繁殖快, 若能持续发展海洋微生物制药, 可以有效推动新药创新, 具有重大意义。但前提是可持续发展, 防止过度和违规开采。这一点, 在中国尤为重要。在海洋微生物利用过程中, 切忌重复陆地资源开采利用过程中曾出现的先污染破坏再治理的现象。在重视环保、减少污染、保证海洋微生物的多样性的前提下开发海洋微生物的制药研究。

 

　　对于海洋微生物资源利用可能带来的环境影响, 需要给予足够重视。一方面继续发展更加有效的海洋微生物技术, 在有效采集的同时能够维持生态环境的平衡。另一方面积极建设海洋自然保护区作为濒危物种的基因库, 在开发的同时保证微生物的多样性和持续性。这将有利于海洋微生物资源的可持续利用。

 

　　海洋生物制药产业的发展在我国海洋经济发展中将占据十分重要的地位, 会受到国家政策、技术设备发展、环境状态等多方面因素的影响。为了高效率且持续地发展海洋微生物药业, 政府对海洋环境保护的鼓励政策需要更全面的实施, 降低对环境的破坏, 提高可持续性发展。总而言之, 好的环境才能稳固海洋经济对我国经济的持续发展。

 

　　5 结语

 

　　海洋微生物中的活性物质有巨大的发展潜力, 将为以后的制药业带来不可估量的价值, 成为生物制药行业重要的资源和研究对象。不管是从医疗应用的前景还是从相关技术创新方面, 都使其成为了未来资源开发的焦点。同时, 在开发中坚持可持续发展的理念, 将使海洋微生物资源成为中国高新行业中的潜力股。

 

　　参考文献

 

　　[1]王霞.海洋微生物药物研究进展[J].天津化工, 2012, 26 (4) :4-6.

　　[2]卢文珺.海洋微生物产物在医药卫生方面的开发利用概况[J].科技视界, 2016 (7) :282-283.

　　[3]李越中.海洋微生物资源及其产生生物活性代谢产物的研究[J].生物工程进展, 2000, 20 (5) :28-31.

　　[4]李光壁.海洋药物研究进展与展望[J].盐业与化工, 2009,

　　[5]张偲.蓝色经济的绿色发展, 海洋微生物技术可先行[J].科技导报, 2016 (4) :1.

　　[6]李冰, 徐涛, 蔡敬民.海洋微生物活性物质的研究进展[J].安徽农业科学, 2011, 39 (23) :13931-13934.

　　[7]丁金国, 姚汝华.海洋微生物药物的开发和应用[J].工业微生物, 2002, 32 (2) :26-30.

　　[8]凌娜, 季宇彬, 茅云翔.海洋微生物抗肿瘤活性物质研究进展[J].中国海洋药物, 2008, 27 (3) :51-55.

　　[9]袁献温, 杨瑞丽.一株具有抗肿瘤活性的海洋放线菌的分离和鉴定[J].微生物学通报, 2009, 36 (1) :78-83.