血细胞-3D渲染乔治亚大学(UGA)开发了一种合成4-羟基香豆素(4HC)的新方法,该方法有望比目前使用的方法更便宜且更环保。

西蒙妮·蒙托纳蒂

4HC是具有抗凝血特性的分子(通过维生素K的拮抗作用),被用作生产特定药物(例如华法林和乙酰氨基香豆酚)的起始化合物,这些药物因其在治疗血栓栓塞性疾病中的作用而闻名。目前,该分子的生产是通过化学合成和使用石油产品来进行的,这导致了使用不可再生资源和产生潜在有害副产物的双重缺陷。

由UGA工程学院团队开发并在以下网站上发布的新方法: 自然通讯 承诺在各个工艺步骤中完全消除石油的使用,从而限制了生产成本并避免了潜在的有害副产物。该技术涉及细菌的使用 大肠杆菌 为了将单糖转化为生产抗凝剂所需的复杂分子。令人惊讶地,掺入单一酶以消除限制生物合成机理有效性的瓶颈就足够了。通过代谢工程技术获得的最优化指出了这种新的生物合成机制的规模化潜力,这使得有效合成4HC和原位合成华法林成为可能。但是,所开发的方法也可以用于生产以4HC为母体化合物的其他药物,例如乙酰氨基香豆酚,Dicumarol和苯丙香酚。

研究人员强调了该研究涉及的药物类别的重要性,尽管该药物已于60年前被批准用于医疗用途,但它仍然是治疗血管阻塞(美国和欧洲的某些疾病引起,据估计,每年约有80万受害者。例如,华法林是世界上使用最广泛的口服抗凝药之一,2008年全球市场价值约3亿美元。此外,在欧洲也有流行的Acenocoumarol和Phenprocoumon,它们具有相同的基本结构,其中4HC是接近的前身。然而,研究人员的志向是将微生物生物合成的应用也扩展到其他药物产品的制备中。实际上,同一小组已经将类似的方法应用于水杨酸合成,该水杨酸合成用于生产阿司匹林和护肤产品。

目前,用于生产微生物生物合成4HC的技术仅在实验室水平上进行了测试,但研究人员认为,该技术也可以轻松应用于工业水平。我们问 林玉恒,导致这项新技术的研究的作者之一,阐述了这种方法的优势,应用和可能的未来发展。

This technique does not use petroleum-based products and it produces no harmful byproducts: are the performances in terms of 时间 and quality of production at the same level compared to the chemical synthesis?

经过下游分离和纯化过程后,最终产品的质量应与石油基化学品的质量相同甚至更高。我们在实验室中创建的4HC非常适合用于制备抗凝剂产品,如华法林。但是很难比较“time”在微生物过程和化学过程之间,因为它们具有不同的机理。微生物生产的最大优势当然是可持续性,环境兼容性和较低的生产成本。工程微生物“eat”非常便宜且可再生的原料(如糖和甘油),并能生产高价值的化合物。

通过微生物合成,节省的能源和成本的价值是多少?

Currently this work is still on the lab scale. So at this 时间 it is difficult to accurately calculate the energy and cost savings. In any case our aim is to reduce the cost by at least 50% than the current commercial production approach.

您认为通过这种技术可以有效地生产化学和制药行业的其他产品吗?

到目前为止,已经通过微生物方法商业生产了各种分子,包括生物燃料(例如乙醇和生物柴油),散装化学品(例如琥珀酸,丙酮酸和乳酸),营养药品(例如氨基酸)和药物(例如抗生素) 。另外,许多其他有价值的化合物的大规模生产也在开发中。代谢工程和合成生物学的发展将使微生物产生更复杂的药物(例如华法林,青蒿素,紫杉酚)。

如果将这种方法论扩展到工业生产水平,是否还能将其应用于中小型工厂,或者所需的需求可能会限制中小企业的参与?

该技术实际上可以应用于中小型企业,但它需要工作场所和某些设备,例如生物反应器和分离系统。关于投资,这实际上取决于生产规模。

实验是在小规模上进行的:需要哪些改进才能使该技术有效地应用于工业水平?

在当前阶段,我们已经看到了其在实验室规模上的商业化潜力:对于实际的商业化生产,需要进一步的放大实验以优化生产条件并最小化成本。

UGA正在开展哪些其他有关化学和制药行业生产过程的环境可持续性的项目?

UGA还有其他一些此类项目。工学院的许多教授都专注于大宗化学品和药品的可持续生产:该学院还活跃于与生物技术应用相关的各个领域:生化,生物转化工程,生物能源,生物医学等。

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