Forskningsfremskridt inden for mikrobiel transformation af pentacykliske triterpenoider
Biokonvertering eller biotransformation henviser til den proces, hvor eksogene forbindelser gennemgår visse biokemiske reaktioner under påvirkning af organismen selv eller den katalytiske virkning af aktive enzymer i kroppen, hvilket resulterer i strukturelle ændringer og produktion af værdifulde forbindelser. Det er også kendt som biokatalyse. I 1864 opdagede Pasteur, at Acetobacter kunne omdanne ethanol til eddikesyre, hvilket markerede begyndelsen på menneskets udvikling af mikrobiel transformationsteknologi. I 1950'erne brugte forskere Rhizopus nigrican til at omdanne progesteron til 11 α-hydroxyprogesteron, hvilket markerede en vigtig milepæl i biotransformationens historie.
Sammenlignet med kemisk omdannelse har biologisk omdannelse fordelene ved grøn miljøbeskyttelse, høj katalytisk effektivitet, milde reaktionsbetingelser og enkel efterfølgende behandling. Den kan ofte opnå en omdannelse, som ikke er let at opnå ved kemisk omdannelse, f.eks. glykosyleringsreaktion, og derved øge den biologiske aktivitet, reducere toksiciteten og forbedre biotilgængeligheden. Især har biotransformation høj regioselektivitet og stereoselektivitet, og der er også mange typer reaktioner, såsom oxidation, reduktion, hydrolyse, kondensation, hydroxylering, aminering, cyklisering, acylering, decarboxylering, methylering og demethylering, dehydrogenering osv., hvilket gør det lettere at opnå strukturelt nye forbindelser og give mere værdifulde blyforbindelser til udvikling af nye lægemidler. Men screening for effektive transformationsstammer blandt en lang række mikroorganismer er stadig en stor udfordring på nuværende tidspunkt.
Pentacykliske triterpenoider findes hovedsageligt i jordbaserede højere planter og kan klassificeres i tre strukturelle typer: ursolsyretype, oleanantype og lupintype. Det er blevet rapporteret, at disse forbindelser har mange biologiske aktiviteter, såsom anti-cancer, anti-diabetes, anti-virus, anti-bakteriel og anti-oxidation. Selvom mange lægeurter indeholder pentacykliske triterpenoider, har de ofte begrænsninger såsom lavt indhold, lav aktivitet eller høj toksicitet. Gennem biotransformation kan pentacykliske triterpenoider omdannes til mere værdifulde aktive ingredienser med høj aktivitet og lav toksicitet eller hovedforbindelser med nye strukturer, hvilket lægger grundlaget for yderligere strukturel modifikation og udvikling af nye lægemidler.

Det er ikke svært at se ud fra ovenstående forskning, at mikrobiel transformation kan omdanne naturlige organiske forbindelser til en række forskellige derivater, hvilket giver flere strukturelt nye forbindelser til screening af biologisk aktivitet og udvikling af nye lægemidler. Der er mange typer mikroorganismer, der er i stand til at biotransformere, hvoraf svampe er de mest almindeligt undersøgte til biotransformation af pentacykliske triterpenoider, især svampe. Reaktionstyperne omfatter hydroxylering, carbonylering, hydrolyse, carboxylering, glykosylering, reduktion, dehydrooxidering og acetylering. I svampe forekommer hydroxyleringsreaktioner oftest i positionerne C7, C15 og C21, mens der forekommer betydelige transformationer i positionerne C1, C2, C23, C24 og C30. Nogle få transformationer forekommer i positionerne C4, C5, C6, C13, C19, C25, C26 og C29. Carbonyleringsreaktioner forekommer oftest i C3- og C21-positionerne, med nogle få i C2- og C24-positionerne. Esterificeringsreaktioner forekommer hyppigst i positionerne C13 og C28 og er også fundet i positionerne C7 og C27. Dehydrogeneringsreaktionen er mest almindelig i C11-positionen og forekommer lejlighedsvis i C4-, C5- og C23-positionerne. Carboxylering er også meget almindelig i C3-, C29- og C30-positionerne. C3-, C28- og C30-positionerne er almindelige forbindelsessteder for glukose og er mest udsatte for hydrolyse- og glykosyleringsreaktioner. Der er lidt færre forskningsrapporter om omdannelse af pentacykliske triterpenoider ved hjælp af bakterier end svampe. Den mest rapporterede forskning er om bakterier, som hovedsageligt involverer reaktionstyper som hydroxylering, carbonylering, glykosylering, hydrolyse og esterificering. Disse reaktioner kan opnå hydroxylering i position C2, C1, C7, C15, C23 og C30 samt carbonylering i position C3. Men i svampe er disse typer reaktioner ikke blevet opnået. Cyclooxidation sker i position C11 og C26, spaltning sker i position C2 og C3 i A-ringen, acetylering sker i position C1, og carboxylsyre i position C28 reduceres til hydroxymethyl.
Formålet med biotransformation er at omdanne substrater til mere aktive forbindelser. Nogle transformationsreaktioner forbedrer den cytotoksiske aktivitet mod tumorceller, såsom hydroxylering i C2-, C7- og C21-positioner, methylering i C28-position, glykosylering i C3-position og monosakkaridglykosylering i C28-position. Disse transformationsprodukter giver et materielt grundlag for screening og undersøgelse af antitumorlægemiddelaktivitet. Derudover kan glykosylering i C28-position reducere blodkoagulation og give ledende forbindelser til hjerte-kar-sygdomme. Nogle omdannelsesreaktioner kan øge den antiinflammatoriske aktivitet, såsom carbonylering i C3-positionen, acetylering i C1-positionen, hydroxylering i C1-, C7-, C15-, C21- og C24-positionerne og glykosylering i C3-, C28- og C30-positionerne. Nogle omdannelsesreaktioner forbedrer den antibakterielle aktivitet, såsom glykosylering i C28- og C3-positionerne, carbonylering i C3-positionen og hydroxylering i C21-positionen, og de resulterende derivater har potentiale til at udvikle antibakterielle lægemidler. C29-carboxylering har neurobeskyttende potentiale. Med forskningen i biotransformationsteknologi af pentacykliske triterpenoider er der blevet opdaget et stort antal aktive stoffer, og disse nye transformationsprodukter fortsætter med at give nye blyforbindelser eller farmakologiske stoffer til kliniske anvendelser. Der findes mange typer mikroorganismer, og der er behov for yderligere forskning i, hvordan man kan skabe ny aktivitetsværdi for pentacykliske triterpenoider ved at screene for biotransformeringsaktive stammer.
I de senere år har den hurtige udvikling af enzymteknologi, celle- og enzymmobilisering, genteknologi, fermenteringsteknologi, metabolomik, proteomik osv. potentialet til at integrere flere gener i den samme tekniske stamme for at gennemføre flere transformationsreaktioner samtidigt, hvilket gør, at mikrobiel transformation har et bedre perspektiv i lægemiddelsyntese.