含离子液体体系中生物转化法制备药物中间体雄烯二酮应用基础研究

批准号:
21878262
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
关怡新
依托单位:
学科分类:
B0812.生物化工与合成生物工程
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴庆喜、袁俊杰、肖霞、洪冬晓、彭虎红、肖超
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中文摘要
雄烯二酮是重要的甾体药物中间体,以自然界中丰富的植物甾醇为底物通过生物转化法生产雄烯二酮具有良好的应用前景。但是甾醇底物的低水溶性和产物的细胞毒性导致生物法效率偏低,制约了该技术的发展。本课题拟以绿色溶剂离子液体(IL)构建IL/水两相体系,结合原位萃取以解除产物对细胞活性的抑制,促进底物溶解,提高过程转化效率。首先测定不同类别IL的理化性质包括疏水性、极性、氢键碱性和IL/水液-液界面张力及相组成。研究阴阳离子结构与IL溶解和萃取性能、底物/产物传质行为及甾醇转化过程中IL生物相容性的关系。在此基础上,以生物分子乳酸和长链脂肪酸为阴离子供体,季铵盐和季鏻盐为阳离子供体设计合成新型IL用于甾醇转化过程,通过改变IL结构理性调节其性能以实现高底物投料浓度下的生物转化。探讨含IL体系生物转化机理,重点剖析IL基团对甾醇转化关键酶活性和代谢途径的作用机制。评估IL回收、生态毒性和生物可降解性,研究成果有助于推动IL绿色催化工艺的发展。
英文摘要
Androst-4-ene-3,17-dione (AD) is an important precursor of steroid drugs, and microbial transformation to produce AD from phytosterols sees a promising application. However, the poor water solubility of substrate and the cell toxicity of product are major problems causing low bioconversion efficiency. The utilization of biphasic systems involving green solvents such as ionic liquids (ILs) is one of the effective strategies, which can induce in situ product removal and has great practical significance in the innovation of green process engineering for sustainable environment. In this work, representative ILs are selected to study the relationships of ILs structures with their physicochemical properties, including hydrophobicity, polarity, H-bond basicity, the liquid-liquid interfacial tension and phase composition of IL/water system. The effects of cationic and anionic structures on ILs solvating power and extraction capability, mass transfer behavior of substrate and product, and biocompatibility of ILs with cells will be investigated. Then novel ILs, consisting of biomolecule lactic acid and long-chain fatty acid as anion donors and quaternary phosphonium and quaternary ammonium as cation donors, will be designed and regulated rationally to attain efficient bioconversion at high substrate feeding concentration. The mechanism of bioconversion process in IL/water two phase system will also be discussed, and the focus will be laid on the interactions between IL functional group and key enzyme in metabolic pathway. Furthermore, ILs recovery for environmental concerns, ecotoxicity and biodegradability will also be assessed. A general evaluation procedure of ILs application in a given whole-cell bioconversion can be expected to construct in this research, and the achievement will benefit for the development of green catalytic process involving ILs.
在对商业化离子液体进行系统评估的基础上,本文设计合成了生物相容性胆碱-氨基酸离子液体和强溶解性季铵/季鏻盐-乳酸/长链脂肪酸离子液体,建立了离子液体结构、性质与生物转化之间的关系,为新型离子液体在全细胞生物转化中的应用提供了参考。针对疏水性分枝杆菌细胞易团聚、甾醇底物低水溶性、产物抑制和甾核降解等技术难题,构建了含离子液体的共溶剂体系和两相生物转化体系应用于分枝杆菌降解植物甾醇侧链制备药物中间体雄烯二酮,并结合细胞固定化技术和原位产物分离技术等过程强化策略以提高其产量。对分枝杆菌进行全基因组测序,得到了多个甾醇侧链降解关键酶编码基因,利用分子动力学模拟手段研究了胆碱-氨基酸离子液体对关键酶结构和活性的影响,探讨了含离子液体体系中全细胞转化过程的作用机制,为多功能性离子液体的开发提供了理论指导。此外,对含深共熔溶剂体系中植物甾醇生物转化过程进行了有益的探索,研究结果有助于推动甾体药物中间体绿色合成工艺的可持续性发展。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Supercritical CO2 assisted preparation of chitosan-based nano-in-microparticles with potential for efficient pulmonary drug delivery
超临界二氧化碳辅助制备基于壳聚糖的纳米微粒,具有高效肺部药物输送的潜力
DOI:10.1016/j.jcou.2021.101486
发表时间:2021-02-23
期刊:JOURNAL OF CO2 UTILIZATION
影响因子:7.7
作者:Peng, Hu-Hong;Wang, Zi-Dan;Yao, Shan-Jing
通讯作者:Yao, Shan-Jing
DOI:10.3969/j.issn.1003-9015.2021.02.016
发表时间:2021
期刊:高校化学工程学报
影响因子:--
作者:肖超;闫啸;关怡新;姚善泾
通讯作者:姚善泾
DOI:--
发表时间:2021
期刊:化学反应工程与工艺
影响因子:--
作者:何京锴;肖霞;楼小玲;贠军贤;关怡新;姚善泾
通讯作者:姚善泾
Preparation of ROS-responsive drug-loaded hydrogels applied in wound dressings using supercritical solvent impregnation
超临界溶剂浸渍制备ROS响应性载药水凝胶应用于伤口敷料
DOI:10.1016/j.supflu.2022.105682
发表时间:2022-07
期刊:Journal of Supercritical Fluids
影响因子:3.9
作者:Jin-Zhou Rui;Hu-Hong Peng;Yi-Xin Guan;Shan-Jing Yao
通讯作者:Shan-Jing Yao
DOI:--
发表时间:2022
期刊:化学反应工程与工艺
影响因子:--
作者:芮金州;彭虎红;关怡新;姚善泾
通讯作者:姚善泾
超临界流体技术在水体系中制备药用蛋白质及复合微粒的应用基础研究
- 批准号:21476196
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:100.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:关怡新
- 依托单位:
超临界流体技术制备多孔组织工程支架的应用基础研究
- 批准号:21276225
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:85.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:关怡新
- 依托单位:
超临界溶液浸渍法制备缓控释药物微粒的应用基础研究
- 批准号:21076185
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:38.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:关怡新
- 依托单位:
接枝型智能聚合物介导的蛋白质体外折叠过程基础研究
- 批准号:20876138
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:关怡新
- 依托单位:
水力空化增强超临界辅助雾化制备气溶胶药物微粒
- 批准号:20676118
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:关怡新
- 依托单位:
折叠酶介导的蛋白质体外折叠过程基础研究
- 批准号:20476093
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:23.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:关怡新
- 依托单位:
国内基金
海外基金
