“十五”国家科技攻关计划生物工程技术项目系列报道 （14）
核苷酸制备新技术研究
南京工业大学制药与生命科学学院  应汉杰 吕浩 贺沁婷
　　核苷酸是人体内重要的代谢物质，我国对5′-核苷酸的研究已有近40年，但由于在关键技术方面没有大的突
破，在产品质量和生产成本方面仍无法与美国Pechiney、Ross及德国Pharmawaldhof等国际大公司竞争，严重制
约着我国核苷酸产业的发展。
    一、攻关完成情况   
　　课题组在菌株改造、发酵条件、酶解、分离和结晶工艺等方面均取得了突破。首次将气升式发酵技术应用于生
产磷酸二酯酶，最终酶活达3500μ/mL以上。通过对磷酸二酯酶的酶解动力学研究和优化酶解工艺条件，使酶解产
量达到25～35g/L。通过自行设计改性分离介质，使阳离子树脂的吸附容量提高到3.0%～4.0%，其中5′-尿苷单
磷酸（UMP）和5′-鸟苷单磷酸（GMP）的离子交换收率＞95%，5′-胞苷单磷酸（CMP）和5′-腺苷单磷酸（AMP）
离子交换收率＞93%。采用高效环保的纳滤膜脱盐浓缩，比传统蒸发浓缩节约能耗60%。首次利用溶析和盐析的协
同作用结晶核苷酸钠盐，AMP、CMP、GMP和UMP钠盐的结晶收率分别稳定在92%、90%、95%和90%，产品纯度超过
98%。在连续结晶器和间歇结晶器中实现了腺苷酸和胞苷酸的溶液结晶，收率分别为95%和92%，纯度分别可达99.8%
和99.5%，其晶体质量得到明显改善，且无需加酒精，大大降低了成本。利用高效液相色谱分析4个产品纯度均＞
98%，产品质量符合国际标准。在国家生化工程技术中心已建成300L和3t/a生产线各1条。
    二、国内外研究进展
　　日本从60年代最先开始进行核苷酸工业化生产技术研究。目前世界上主要有3种方法生产核苷酸：化学合成
法、微生物发酵法及RNA酶解法。化学法所用的试剂昂贵且有一定的毒性，无法应用于工业化生产；发酵法主要是
利用微生物菌株的生物合成途径，该方法仅适于生产5′-肌苷酸和GMP，而其余3个核苷酸目前为止还没有用发酵
法生产的例子；酶解法生产5′-核苷酸是历史最长、技术最成熟的生产方法。在日本，几乎所有的核苷酸（GMP除
外）都是以RNA为底物酶解得到的。利用桔青霉发酵生产出的核酸酶P1与从酵母中提取的RNA反应，即可得到4
种5′-核苷酸的混合物，将该混合物经离子交换树脂分离纯化，得到4种核苷酸的纯品。利用酶法生产核苷酸，
核酸酶P1降解RNA可以1次得到4种核苷酸的混合物，且酶反应收率较高，但后提取过程存在分离纯化难度大、
生产周期长、提取工艺繁琐等问题。酶解法生产工艺简单、原料来源丰富、成本低廉，原料RNA可以从啤酒废酵母
中提取得到，很适合工业化大规模生产。
    三、新工艺特点
　　本工艺采用酶法制备核苷酸，针对酶解法中存在的酶解效率低、分离困难等问题，应用新型的离子注入技术诱
变筛选出高产菌株，采用气升式发酵罐发酵生产核酸酶P1, 通过调整酶解工艺，获得4个核苷酸的混合物，设计
新型的分离和结晶工艺，得到4个核苷酸单品（见图1）。
   （1）首次应用离子注入诱变技术筛选菌株，在核苷酸生产中采用新型气升式发酵罐设备，有效克服传统固体发
酵酶产量低、后续工艺耗时长、工序繁琐和设备占地面积大等缺点。
   （2）进一步研究酶解动力学、热力学条件，从理论上对放大工艺进行指导，优化工艺条件。
   （3）采用离子交换方法进行下游分离操作，筛选和改进分离介质，并将新型的离子交换装置——模拟移动床应
用于分离工艺。
   （4）应用新型萃取结晶技术获得优良晶体。
    四、市场推广应用前景
　　核苷酸可以增强机体免疫功能，调节人体的整体营养与代谢平衡，促进机体的生长发育，同时还可以促进脂质
代谢，提高智力、增强记忆力，并能修复肝脏及小肠等器官的损害部分，改善肠道内的微生物菌群组成。 美国、
日本等发达国家在食品特别是婴幼儿奶粉中添加了核苷酸，其市场需求达1000t/a。此外，核苷酸在治疗心血管疾
病、中枢神经系统疾病、循环与泌尿系统用药及抗病毒、抗肿瘤等方面有着特殊的疗效。5’-核苷酸不但本身能够
作为药物使用，而且还是许多药物的生产原料，如N-乙酰神经氨酸、N-乙酰唾液酸、CDP-胆碱、CDP-甘油、CTP、
UTP、cAMP、UDP-乙酰氨基葡萄糖、6-硫代GMP、 UDP-单糖类等上百种化合物，作为药物和医药中间体，其需求量
在800～1000t/a。核苷酸产业的发展能为我国奶业提供优良的添加剂，带动上百种核苷酸衍生物产业的发展，为
生物化工和精细化工的研究开发注入新的活力。