薯蓣皂素是一种重要的天然产物，具有多种重要的生理活性；且是合成大多数甾体药物的首选前体物，在甾体医药工业中占有不可取代的地位。作为激素类物质，大多数甾体化合物是人体内分泌系统的直接效应物，一方面对维持人类生长发育、繁衍生息具有重要意义，另一方面释放到自然界的甾体化合物，是一大类污染物，会严重干扰人体内分泌系统的平衡。基于甾体化合物这种正反两方面的意义，本课题对薯蓣皂素的微生物转化与降解进行了研究，并取得了以下重要成果： ①筛选了八株能有效转化降解薯蓣皂素的微生物，并最终选择了代表性菌株IBL-14作为深入研究的模型。通过对IBL-14的菌体形态、培养特征，细胞壁组份分析以及基于16S rDNA的系统发育分析，IBL-14被鉴定为Streptomyces vivginiae，详细分析表明，该菌株是一株新菌。 ②对菌株IBL-14的培养过程进行了研究，确立了培养基及培养参数，解决了IBL-14在培养过程中易产生菌球的难题，建立了IBL-14的三步扩增培养工艺；随后对IBL-14代谢薯蓣皂素的特点进行了研究，结果表明薯蓣皂素的投加时机对薯蓣皂素的转化与降解具有重要影响，并讨论了产生这种现象的原因在于“降解适应性”。 ③分离鉴定出11个IBL-14代谢薯蓣皂素的衍生物，其中9个为新化合物，如(异)纽替皂酮、6-甲氧基-6-脱氢薯蓣皂酮、6-双甲氧基-7α-羟基薯蓣皂酮等均为结构十分新颖的化合物，它们的发现有助于研究开发具有重要生理活性的薯蓣皂素类甾体化合物。 ④根据反应关系及各产物的结构信息，构建了薯蓣皂素在IBL-14中的代谢途径，经检索比较，发现这是一条崭新的甾体化合物微生物代谢途径，该途径的发现对于理解薯蓣皂素等甾体化合物在自然界中的降解机制具有重要的参考价值。 ⑤经分析，在薯蓣皂素的代谢途径中共有四个重要的酶反应，其中C25位叔碳羟基化与C6甲氧基化是非常新颖的甾体化合物微生物转化类型，它们的发现丰富了甾体化合物的微生物转化技术。 ⑥叔碳羟基化是IBL-14的一个重要而新颖的功能，IBL-14可在薯蓣皂酮的C25位叔碳位点引入羟基生成异纽替皂酮，在酸性温和条件下，异纽替皂酮(吡喃F环)极易发生F环重排生成纽替皂酮(呋喃F环)，该反应的发现第一次实现了由微生物转化法大量制备稀有呋喃F环螺旋皂苷元类化合物。 ⑦底物拓展实验发现金刚烷及D/L薄荷醇也可被IBL-14叔碳羟基化。对比实验发现，虽然结构相似，薯蓣皂酮、金刚烷及薄荷醇的类似物却并不能被IBL-14在相应位点进行羟基化。尤其是薯蓣皂酮与其结构类似物差别十分微小，但IBL-14对它们的羟化选择性却表现的显著不同；而薄荷醇的结构类似物——异丙基苯酚，反而是IBL-14叔碳羟化酶的有效抑制剂；通过对所试底物的结构及物化参数的比较分析，发现造成IBL-14叔碳羟化酶对底物选择性差异的主要原因在于这些化合物的电子分布特点，并因此提出了以下假设：在IBL-14叔碳羟基化酶的疏水性口袋里，可能有一个具有较强电子供给能力的重要区域(含有某种氨基酸残基，例如Tyr，Trp,Phe与His)，该区域负责底物的识别，能与底物中具有较强电子接受能力的基团相结合以识别底物，但如果某化合物具有过强的电子接受能力则可能与该区域发生稳定结合，从而成为该酶的抑制剂(例如异丙基苯酚)。 ⑧为了推广IBL-14在环境修复领域中的应用价值，研究了IBL-14对肾上腺皮质激素、性激素(雄甾激素、雌甾激素、孕激素)及蛋白同化激素的降解效果，实验发现IBL-14对这三大类甾体化合物的典型代表物都可进行有效降解，这说明IBL-14是一株非常有价值的甾体化合物降解菌，可用于处理甾体污染物，修复环境；但实验也发现，IBL-14对某些特殊的甾体化合物，如C6位有基团修饰的甾体药物，并不能进行完全彻底的降解。 综上所述，本论文描述了一株能有效转化降解甾体化合物的新菌株S.virginiae IBL-14;并以之为模型，构建了薯蓣皂素的转化代谢途径，从而揭示了一种新的甾体化合物微生物代谢机制，这有助于理解甾体污染物在自然环境中的降解历程：同时，薯蓣皂素新颖衍生物的发现揭示了IBL-14的一些重要而新颖的功能，如叔碳羟基化、甲氧基化等，这些反应的发现丰富了甾体化合物的微生物转化类型，为稀有呋喃螺旋皂苷元类化合物及甾体药物新颖衍生物的制备提供了有力的手段。