高通量筛选在微生物制药中的应用进展初探

发表时间:2017/10/12   来源:《健康世界》2017年15期   作者:姜帆
[导读] 本文笔者依据多年积累的经验,从以下几个方面对高通量筛选使用到微生物制药中的具体情况进行分析。

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摘要:本文笔者依据多年积累的经验,从以下几个方面对高通量筛选使用到微生物制药中的具体情况进行分析,并提出自己的一些看法,提供给相关人士,供以借鉴。
关键词:高通量筛选;微生物制药;应用;分析

        所谓高通量筛选(high throughput screening,HTS)又可以称之为大规模集群式筛选。通常情况下,该帅选分成以下几个子系统一起构成:第一个是高容量化合物库;第二个是自动化操作;第三个是高灵敏度检测;第四个是高特异筛选模型;第五个是高效率数据处理,属于当前新生的一种筛选技术。该筛选的主要理论是建立在反向药理学(reverse pharmacology)衍生出来的,简单的说是将受体、酶等相关分子、细胞水平药物作用当作主要研究对象,从当前具备的化合物库里面筛选出适合的先导化合物,然后在这个基础上对其组织、器官等相关部门做好认真的研究。对此,本文主要从以下几个方面进行分析,并提出自己的一些看法,供以借鉴。
        1、微生物药物高通量筛选样品库发展现状
        在我国,科技部自“九五”期间开始资助支持国内筹建国家新药(微生物)筛选实验室,“十五”、“十一五”期间又以筛选平台的形式资助支持微生物药物高效筛选。十年来,我国微生物药物的筛选技术有了长足的进步。在药物筛选微生物资源方面已经建立了近15万株的筛选用菌株库和20万个微生物发酵液提取品的样品库。高通量微生物药物筛选模型已达到150种,年筛选量已由“十五”期间的20万样次,发展到“十一五”期间的100万样次。通过大量的规模化的筛选,已经获得一批药物先导化合物和药物候选物,有些已经进入临床前研究阶段。就微生物药物的筛选规模和水平来讲,我国的创新微生物药物筛选已达到国际先进水平。
        2、髙通量筛选在微生物制药领域中的应用
        2.1在微生物来源的先导化合物发现中的应用
        2.1.1针对微生物代谢产物化合物库的高通量筛选
        针对微生物代谢产物化合物库的高通量筛选过程一般为首先构建适宜的高通量筛选模型,再利用微量滴定板对微生物代谢产物库中的化合物进行高通量筛选,通过相应的检测技术筛选目标化合物,最后对目标化合物进行活性验证,以获得可供进一步开发的先导化合物。
        在以ApoA-1为靶点的基因表达上调剂的高通量筛选过程中,相关研究人员等构建了重组荧光素酶报告基因质粒并转染至人肝癌细胞HepG2,利用荧光素酶表达活性的变化为检测指标,成功构建了ApoA-1基因表达上调剂高通量筛选模型。对样品库中5000余种化合物进行筛选,获得4个具有治疗动脉粥样硬化潜力的活性化合物。
        由此可见,以微生物代谢产物化合物库为对象的筛选,与组合化学品库的高通量筛选虽然筛选对象不同,但原理与方法基本相同,所以该方法较为成熟、规范。
        2.1.2针对微生物发酵液提取品库的高通量筛选
        微生物代谢产物中含有大量不为人知的新型化合物,在现有的微生物代谢产物化合物库中不能保证完全收纳。同时,不同类型的微生物代谢产物的药理活性会有所侧重,在针对某一靶点筛选先导化合物时,选择特定类型的微生物的代谢产物提取物进行筛选,将会提高效率,事半功倍。所以针对微生物发酵液提取品的高通量筛选是十分必要的,是对微生物天然代谢产物化合物库高通量筛选的重要补充。



        在H1N1神经酰胺酶抑制剂的筛选过程中,相关研究人员利用基因工程手段将截短型H1N1神经酰胺酶基因克隆到载体中,构建重组质粒并转化至毕赤酵母中,获得了能够分泌表达截短型H1N1神经酰胺酶的重组菌株,构建了新型神经酰胺酶抑制剂的高通量筛选模型。利用此模型对20000多个微生物发酵液提取物进行了筛选,获得6种活性提取物。
        在钙调磷酸激酶抑制剂的筛选过程中,我国一些研究人员对海洋微生物发酵提取品进行了高通量筛选。研究者将含有CDRE::lacZ融合基因的Pmrk212质粒导入酵母细胞中,获得酵母报告菌株,以紫外吸收光谱作为检测方法,构建了钙调磷酸激酶抑制剂的高通量筛选模型。然后对81个海洋海绵动物中所分离的微生物发酵提取物进行筛选,发现3个菌株的发酵提取物具有钙调磷酸激酶抑制活性,其菌株编号分别为SM8、FMK7A、FMK1B。
        总之,针对微生物代谢产物的高通量筛选,可分别以微生物天然代谢产物化合物库及微生物发酵提取物为筛选对象来进行,两者互相渗透,相辅相成,其最终目标均为高效率地获得药物先导化合物。近年来,高通量筛选技术在微生物来源的先导化合物早期发现过程中的应用在国内蓬勃发展,并在创新型微生物药物的开发过程中发挥了极大的作用。
        2.2在菌株筛选中的应用
        相关人员在对微生物菌株采取高通量的方式进行筛选的过程中,主要的目的是为了得到具有一定特殊性的菌株,并且筛选选择的对象可以分为以下几种:第一种是自然界中分离所得的菌株;第二种是原始菌株的突变株;第三种是利用生物手段得到的工程菌株。相关人员在实际筛选的时候,需要研制出适量的培养基,而且还需要对微生物做好相应的缩小化培养,这样做的目的是为了把微生物菌株安排到合适的地方进行繁殖提供便利。相关人员可以使用不同类型的检测手段来对目的产物含有的浓度亦或是相关生化指标做好详细的检测,从而得到相应的阳性菌株,并采取复筛的方式得到具有特殊性的菌株。
        我国一些研究人员通过对原始菌株系类中含有突变株里面采取高通量筛选法获得了阿维菌素高产菌株,并且有着较高的产量。基于该模型的构建来看,相关研究人员将以往的液体培养基替换成当前的固体培养基,这样做的目的是能够在96孔微量滴定板得到相应的S.avermitilis系列突变株。不仅仅如此,这些研究人员通过建立相应的模型,并且采取高通量筛选的方法来对原始菌株突变得到的738株突变株进行研究。在第一次筛选的时候应用该筛选手段。经过第一次筛选以后可以得到116株,而这些菌株就可以进入到下一个阶段,经过多次筛选以后可以得到有38株的产量要比以往菌株产量提高了大概10%。
        3、结语
        通过以上内容的论述,可以得知:在最近几年里,高通量筛选新型技术的不断完善也提升了筛选水平,进一步促使大量的化合物进入到相关研究中。从当前微生物制药行业的发展形势来看,该筛选技术在其中发挥出了自身的价值,然而也会在发挥作用的同时存在某些不足之处,主要体现在以下几方面:第一,髙通量筛选大部分都倾向于筛选小分子化合物库,但是却没有对相关产物的筛选引起过多的重视;第二,新的作用靶点及其相关微量分析手段还应当有待考察。不管怎样,高通量筛选作为一种新型筛选方法,并且和当代药物筛选手段一起渗透在微生物代谢产物里面,相信在未来的发展中可以促使微生物制药领域得到更好的发展。

参考文献:
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