[00818351]培南类抗生素中间体绿色合成关键技术开发及产业化

该项目涉及精细化学工程及生物化学工程研究领域。培南类抗生素是抗菌谱广、抗菌活性强的非典型β-内酰胺抗生素，应用于治疗呼吸系统感染、败血症、泌尿系统感染及多重耐药菌感染等。中国是培南类原料药的主要生产地，已具有生产培南类抗生素母核中间体4-AA、侧链中间体和原料药（API）的全部技术。培南类抗生素在国内公立医疗机构的市场已突破百亿规模，市场需求潜力很大。但由于该产品的生产成本高，药品价格明显高于其它同类药效的药物，致使其用量受到很大限制。又因为培南侧链中间体生产过程中存在污染重、能耗大、成本高等问题，因此，迫切需要进行绿色产业升级，提高培南类抗生素原料药收率，降低原料药生产成本。 项目根据培南类侧链结构特点设计了全新的侧链中间体手性吡咯烷结构，并研发了手性源原料L-羟脯氨酸的生物合成工艺，完善和优化了侧链中间体生产工艺。生产工艺具有高效、低碳、绿色的优点。项目在实施过程中，得到科技部国际科技合作专项、河北省发改委战略新兴产业发展项目和河北省科技厅重大科技成果转化专项的资助。项目建设完成后，产品已在国内外制药企业进行销售和使用。 科技创新如下：1.构建高效L-羟脯氨酸工程发酵菌株：采用基因工程技术对羟化酶基因C端截短，密码子同义转换和mRNA二级结构调整，获得了表达活性高、可溶性的羟化酶。然后通过代谢工程技术将生物体内影响L-羟脯氨酸合成的四条旁路代谢途径阻断，采用过表达L-羟脯氨酸合成途径上关键酶（γ-谷氨酰激酶、谷氨酸半醛脱氢酶和羟化酶）基因的方式增强目标羟基化反应，构建了发酵葡萄糖生成L-羟脯氨酸的工程大肠杆菌。 2.建立L-羟脯氨酸生物发酵生产线：应用自动关联控制系统，对工程菌发酵进行自动化多级参数关联调节，在48 h生产周期内，转化效率高达96%，发酵单位达70 g/L。通过优化膜分离和重结晶工艺，L-羟脯氨酸的纯度≥99%，收率≥85%，降低平均单位能源成本及废水排放，有效提高生产效益。 3.设计新的手性吡咯烷化合物：以烯丙氧基甲酰基保护吡咯烷1-位的氨基、以苯甲酰基保护巯基的全新手性吡咯烷结构，产品含量>99%，最大单杂<0.5%，稳定性更优。 4.优化培南侧链中间体生产工艺：将工艺中第二、第三步改进为“一锅法”，简化工艺操作；4-位基团实现100%的取代和手性反转，产品收率较传统工艺提高20%，降低生产成本，完成侧链中间体整体生产工艺的绿色化升级。获得授权发明专利6项、SCI检索文章2篇、中文核心文章2篇，制定企业标准2项。承担的三个产业化项目均已通过验收。该项目通过河北大学、河北师范大学和河北博伦特药业有限公司的产学研合作，实现产业化生产，建成一条L-羟脯氨酸生物发酵生产线、两条培南侧链中间体生产线。产品已在近10家国内外制药企业进行应用，近三年新增销售额4.1亿元，利税1.3亿元，促进了河北省医药产业的绿色可持续发展。