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凤凰网河北:-196℃下的宝藏——记华北制药药用微生物菌种资源库

发布时间:2023-01-16 09:06:04 新葡亰8883ent

稿件来源:凤凰网河北

-196℃下的宝藏——记华北制药药用微生物菌种资源库

-80℃超低温冰箱一打开,寒气逼人;-196℃液氮保藏设备一打开,雾气腾腾,皮肤一接触那里的液氮就会冻伤,在这两个设备里保藏着大量的玻璃管……这不是科幻电影中的画面,而是华北制药药用微生物菌种资源库的真实场景。

“菌种库”中保藏有具备现代工业发酵生产价值菌种3千多株,可用于微生物来源新药筛选的菌种6万多株,如此庞大的菌种资源在国内外首屈一指。如果要对其中部分菌种追本溯源,可追溯到上世纪五六十年代华北制药厂创建和发展的历史中,它们是开启中国抗生素工业化新时代的功勋。

工业底蕴:几代人六十年积淀

“追根溯源的话,菌种库最早建于上世纪五十年代,最初为车间中心实验室。库里的第一批菌种为苏联、美国菌种,可是发酵单位极低,华药人陶静之对菌种进行了改造育种,1958年底诞生了高产菌株XP-58-01。与此同时,华药人章名春等在新菌种的保藏技术上不断探索创新,为菌种保藏积累了经验。”中央研究院高级工程师王耀耀说道,多位“菌种皇后”在华药几十年发展中不断付出,建立起了育种技术体系和菌种保藏技术体系。

青霉素发酵菌种青杂3-25-103、链霉素XS-5902、土霉素77-1-6、洁霉素78-5-11……在菌种库泛黄的登记本上清晰地记录着这些早已被历史遗忘的菌种名字,它们在六七十年代抗生物工业生产上谱写了光辉的历史。随着华药“四大素”菌种选育技术的发展,库里保存的高产菌种越来越多。华药无私地支援了全国22个省市的抗生素生产菌种,朝鲜、越南、蒙古和罗马尼亚等国也都有华药厂免费支援的青霉素和土霉素菌种。

1970年,华药为了寻找新抗生素,成立新抗组。时任抗生素研究所工程师李承祯回忆道:“成立之初,华药在中国科学院微生物研究所的指导下,将从正定县城墙中发现的H-1482菌株鉴定为天兰淡红放线菌,确定为柔红霉素产生菌。”华药率先走出探索菌种筛选的新路子,先后创新研发成功了争光霉素、庐山霉素、去甲万古霉素、头孢菌素C、两性霉素B等国内空白的新药物,菌种库菌种资源也积淀越来越深厚。

“菌种保藏技术研究是菌种库的重点工作之一。”微生物所负责人任风芝介绍道,菌种特性不同所需的保藏方法有很大悬殊,存活率便是评价方法之一。去甲万古霉素产生菌与常见的抗生素产生菌不同,孢子壁非常薄,常规的沙土保藏、冷冻保藏法并不理想,菌种库研究人员通过保护液设计控制降温速率,实现液氮保藏后菌种的高活性和易复苏。

正是一代代华药人在菌种选育和保藏上的前仆后继,积累到了现在的60000多株。这些菌种为抗生素工业化生产和企业发展立下汗马功劳,其中去甲万古霉素、两性霉素B、维生素B12等仍在华药量化生产。

跋山涉水:寻觅未知菌种

每一株新菌种的发现,是土壤样本采集者身体力行的结果。从上世纪七十年代开始,华药最先致力于考察土壤结构与菌株的关系,在农业、地质部门的协助下,获得了石家庄周围土壤结构的详细资料,掌握了从不同类型的土壤中鉴别菌株的规律,先后获得了光神霉素、抗肉瘤素等有价值药物产生菌。运用这些规律指导挖土,抗菌素研究所1974年从江西庐山采集土样中分离得到一株能产生抗真菌的链霉菌,被称为庐山霉素,即现在华药华胜公司生产的两性霉素B。

八十年代,华药实验室技术员徐亲民赴日本国北里研究所学习,师从2015年诺贝尔奖得主大村智先生,他回到抗生素研究所后借鉴日本新药研究经验,带领新抗研究团队开始每年定期在全国广泛采集土壤样品,分离有用的微生物,得到了具有控制饭后高血糖作用的新微生物代谢产物异戊他定系列化合物,1999年获国家知识产权局专利授权。

“目前,我们依然是坚持‘地毯式’搜集、发掘的企业实验室。”新药筛选评价技术中心负责人路新华说道,她在2006年接过有价值菌种筛选的接力棒,感到肩膀上责任重大,“菌种是微生物药物研发的源头,优质的菌种资源至关重要。为了获得这些资源,我们坚持每年采样两次。”

“上山下乡是常态,为了寻找生物多样性丰富的地方,我们不同生境的地方都要去。每次‘挖菌行程’设计尽量详细,由于目的地为生物多样性好的自然保护区,行程基本在人口稀疏的区域,食物、住宿安排在就近的村民家中,很辛苦。”路新华团队踏遍了四川、广西等地,深入人迹罕至的山林,徒步上千公里,每次挖菌都要采集300多份土壤样品、300多份植物组织样品,每日总重量可达20公斤,菌种离开原生环境久了就会衰减、死亡,必须将它们迅速寄回处理。

不起眼的土壤可能埋藏着宝贝,新药筛选评价技术中心会对采回来的样本进行菌种分离,提取活性物质,然后再进行药效和安全性评价、临床试验等一系列程序,才有可能发现一种新药物。

摸索研究:新工艺、新药诞生地

菌种库资源的潜力是巨大的,华北制药以菌种库为“根据地”,成立了微生物药物研发技术平台和新药筛选技术评价平台,致力于选育工业微生物高产菌种和发现新药。工业微生物菌种是大生产发酵时的菌种,必须保证活性、稳定性和高质量,菌种库的一项重要工作就是为生产筛选出这样的菌种,王耀耀说道:“我们交给生产的不仅是一株菌种,还有与这株菌种相匹配的发酵生产工艺参数。”

“我们具备以摇瓶筛选和微量化培养为主的大规模筛选技术体系,针对菌种特性设计筛选模型,可以在较短时间内大幅度提高菌种的生产性能。”任风芝介绍道,“同时,将选育出的菌种进行微生物发酵过程控制、工艺优化,从而缩短工艺开发的周期,提高工艺的准确性、一致性和精确性。”目前,具备现代工业发酵生产价值的菌种涵盖了免疫抑制剂类、多肽抗耐药类、维生素类、β-内酰胺类、氨基糖苷类等。

菌种库中除了部分能进行大生产的菌种,还有6万多株菌种可用于微生物来源的新药筛选,由新药筛选技术评价平台的技术人员夜以继日地进行研究。“做发现的事情非常难,天然代谢物结构和药效的研究是智慧和大量试验的交叠。”路新华在这一领域耕耘了三十多年,“我们采用高通量筛选理念和技术建立了药物研究的筛选、发现体系,通过自主研发的积累,形成了一个微生物资源、筛选活性数据以及化合物信息组成的综合管理数据库,这个数据库在仿制药和新药筛选上能起到事半功倍的作用。”

目前,新药筛选技术评价平台已发现180多个在抗肿瘤、免疫抑制、代谢性疾病等重大疾病领域具有靶向活性的化合物,成功筛选到了那他霉素、咪唑立宾、霉酚酸、夫西地酸、非达霉素、美伐他汀转化菌等十多种菌种,已全部用于工业化生产和新产品开发,多个品种实现了国内首仿,填补了国内空白。

六十多个春秋,一代代华药人秉承“忠诚担当,追求卓越”的华药精神,矢志不渝地钻研与执着,才构筑起来数量庞大的菌种库。菌种选育、菌种保藏、工艺研究、新药筛选……每种技术的精髓在传承中形成了各种体系,并不断地交互影响、融会贯通、发扬光大,交汇成了当下微生物创新药物的研究体系,为国家医药科技进步和企业发展起到了巨大作用。

(任富亮)


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