[01281442]生物转化法制备单唾液酸四己糖神经节苷脂

本项目属于糖生物学学科。单唾液酸四己糖神经节苷脂钠（GM1）是糖鞘脂的一种,其分子结构由神经鞘氨醇、脂肪酸和寡糖组成。GM1是一种治疗神经退行性疾病的临床药物,目前是临床上治疗各种创伤性和心脑血管疾病的神经损伤、各种慢性病后期的神经功能障碍（如糖尿病后期的肢体麻木）、脑萎缩、老年痴呆、智力障碍等疾病的重要药物。临床效果十分明显,治疗效果明显好于其他同类药物,具有疗效显著、毒副作用低等优点。 国内外有数家制药企业生产GM1,如阿根廷TRB Pharma S.A公司、山东齐鲁制药、北京赛生公司等。神经节苷脂结构复杂,无法像干扰素、白介素、胰岛素等可以利用基因工程的方法获得。目前,GM1的生产主要是从动物脑组织,如猪脑、牛脑中进行提取。制备过程中用到大量的氯仿、甲醇等有机试剂,造成了环境污染。此外,由于猪脑组织的总神经节苷脂中,GM1的含量较低,仅为10-20%,大部分是多唾液酸神经节苷脂,如GD1a、GD1b、GD3和GT1b等。直接提取时大部分的多唾液酸神经节苷脂被当作废弃物丢弃掉,最后提取得到的GM1还不到神经节苷脂总脂的10%,利用酸碱水解的方法,虽然可以提高GM1的产率,但由于化学水解法专一性差,副产物种类多,为后续的纯化工作带来了难度,一方面造成了猪脑原材料的浪费,另一方面也增加了成本。因此寻找一种可以替代化学水解法,实现多唾液酸神经节苷脂向GM1定向转化,提高GM1的产率,节约原料,降低环境污染的方法是十分必要的。 本项目利用生物转化法,以神经节苷脂总脂为底物,利用重组唾液酸水解酶Cce Sia-1将多唾液酸神经节苷脂转化为GM1,转化产物中未引入额外种类神经节苷脂,转化率≥95%。提高GM1的产率为原有的5倍,具体创新点如下： 1. 发明了一种具有唾液酸水解酶活性蛋白质的制备方法,由该方法制备的唾液酸水解酶将多唾液酸神经节苷脂转化为GM1。 2. 发明了一种利用Cce Sia-1蛋白质催化多唾液酸神经节苷脂转化为GM1的方法,通过酶学性质研究,转化条件优化,获得了适用于工业化生产的生物转化制备GM1的方法和流程,转化产物中GM1含量由原有的10%提高到50%。 3. 发明了一种具有唾液酸水解酶活性的蛋白质Cce Sia-1及其编码基因与相关生物材料,该蛋白质不但具有较高的唾液酸水解酶活性,而且能将多唾液酸神经节苷脂转化为GM1。 4. 发明了一种利用微生物生物转化制备GM1的方法。通过微生物筛选获得了一株高效率转化制备GM1的野生型菌株,优化了生物转化的条件,包括培养基配方、温度、pH等条件,建立了一种利用微生物生物转化多唾液酸转化为GM1的方法,提高GM1的产率。 本项目自研发以来,共申请中国发明专利4项,全部获得授权,发表SCI论文2篇,产品经国家电化学和光谱研究分析中心鉴定,产品GM1纯度98.9%,项目技术使用单位吉林省奇健生物技术有限公司认为,利用本项目技术生产GM1,可以减少原料猪脑的用量,减少在GM1制备过程中酸碱和有机试剂的用量,降低了企业的污染物处理工作强度和难度,减少环境污染。