第三章發(fā)酵工程制藥第一節(jié)發(fā)酵工程制藥概述第二節(jié)抗生素類藥物概述

1、第三章 發(fā)酵工程制藥發(fā)酵工程制藥概述抗生素類藥物概述-內(nèi)酰胺抗生素的生產(chǎn)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的生產(chǎn)四環(huán)素類抗生素的生產(chǎn)氨基糖苷類抗生素的生產(chǎn) 思考題發(fā)酵工程制藥概述發(fā)酵工程制藥的研究范疇發(fā)酵工程制藥的工藝特點與要求發(fā)酵工程藥物研究開發(fā)的一般程序發(fā)酵工程制藥的研究范疇發(fā)酵工程藥物包括抗生素在內(nèi)，一系列通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)的抗細菌、抗真菌、抗病毒、抗腫瘤、抗高血脂、抗高血壓作用的藥物，以及抗氧化劑、酶抑制劑、免疫調(diào)節(jié)劑、強心劑、鎮(zhèn)定劑、止痛劑等的總稱。 包括：抗生素、維生素、氨基酸、核苷或核苷酸、藥用酶和輔酶、其他藥理活性物質(zhì)。發(fā)酵工程制藥的工藝特點與要求發(fā)酵工程藥物生產(chǎn)的工藝過程：發(fā)酵液預處理菌種孢子

2、種子發(fā)酵無菌空氣提取精制產(chǎn)品檢驗產(chǎn)品包裝菌種工藝的特點與要求（1）菌種要求品系純正，生產(chǎn)能力高，遺傳性狀穩(wěn)定。（2）制備的各階段種子均要求無其它微生物的污染、生命力強、保存期短。（3）為了確保種子質(zhì)量和安全，種子制備對人員、用具、設備和操作場所都要有嚴格操作和管理規(guī)程。（4）要定期對菌種進行分離復壯，以防菌種退化，確保菌種的純粹和生產(chǎn)能力穩(wěn)定。（5）要有生產(chǎn)能力相同而遺傳性狀不同的幾個備用菌種，以備現(xiàn)有生產(chǎn)菌種污染噬菌體或出現(xiàn)其他異常情況時替換。（6）菌種保存應采用冷凍干燥管或液氮管，可長期保持菌種存活和生產(chǎn)能力穩(wěn)定。發(fā)酵工藝的特點與要求（1）原材料要求質(zhì)量穩(wěn)定；（包括產(chǎn)地、規(guī)格、倉儲條件及儲

3、藏時間）（2）發(fā)酵起始和過程中使用的原材料、設備、空氣等都要經(jīng)過嚴格的滅菌；（3）設備密封性能好，無滲漏；（4）發(fā)酵全過程要求用無菌壓縮空氣、保持罐內(nèi)壓力大于大氣壓；（5）發(fā)酵過程要求不間斷地進行通氣和攪拌，以保持氧的充分供應和良好的混合狀態(tài)；（6）微生物生長與抗生素合成呈現(xiàn)明顯的分階段現(xiàn)象，故也應進行分階段的控制。提煉工藝的特點與要求（1）微生物藥物一般對熱、酸、堿、酶不穩(wěn)定，故應盡量在低溫、清潔和嚴格控制的化學環(huán)境下快速操作；（2）根據(jù)選擇性、分離因素和經(jīng)濟性，選擇適當?shù)膸撞教釤捁に嚱M合，以達到所需要成品純度；（3）樹立高度的質(zhì)量意識，對原材料、輔料、半成品、成品和環(huán)境都要進行嚴格的質(zhì)量監(jiān)

4、控；（4）樹立高度的安全防護意識，嚴格實施防火、防爆、防中毒、防窒息等安全操作規(guī)程；（5）在提煉生產(chǎn)的全過程中都要樹立嚴格的潔凈和無菌概念，以防化學和生物污染，確保成品質(zhì)量。發(fā)酵工程藥物研究開發(fā)的一般程序篩選菌株有無活性搖瓶培養(yǎng)其他篩選無粗提物（2050%）小罐培養(yǎng)有無活性放棄無活性檢驗純化物（90%）是否穩(wěn)定純化穩(wěn)定性檢驗修飾或放棄否是否新藥是否有效化學研究動物實驗菌株鑒定是否新活性申報專利是否放棄放棄否否是否有毒毒理研究放棄是臨床試驗否是是否安全報批生產(chǎn)放棄是否抗生素類藥物概述抗生素的定義抗生素的發(fā)展史抗生素的命名抗生素的分類抗生素的抗菌譜抗生素劑量表示法抗生素的定義抗生素是生物在其生命活

5、動過程中產(chǎn)生的、在低微濃度下能選擇性地抑制他種生物機能的有機物質(zhì)。生物大部分是微生物（放線菌、真菌、細菌）、另外還有植物、動物。生命活動過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物（天然抗生素）衍生化（半合成）。低微濃度抗生素的生理活性非常高，濃度在微摩爾甚至納摩爾?？股氐陌l(fā)展史1929年Fleming偶然發(fā)現(xiàn)了青霉素，10年后（1939），青霉素開始用于醫(yī)學方面（與二戰(zhàn)有關）。1929年1959年，是從土壤微生物中尋找抗生素的時期。發(fā)現(xiàn)能用于醫(yī)療的抗生素30幾種。主要是Waksman小組。20世紀60年代，半合成抗生素迅速發(fā)展。1959年，Batchelor獲得了青霉素母核6-氨基青霉烷酸（6-APA），并研究半

6、合成青霉素和頭孢菌素C，得到了耐酸、可口服及對青霉素耐藥菌有效的廣譜青霉素。1970年1975年，是抗生素工業(yè)飛躍發(fā)展的時期，在此期間大量半合成抗生素進入臨床。 抗生素的發(fā)展史我國起步較晚。1949年北京生物制品研究所成立青霉素研究室，1950年上海成立青霉素研究所。1952年在上海召開抗生素座談會。1953年5月1日，青霉素在上海第三制藥廠正式投入生產(chǎn)，開創(chuàng)了中國抗生素工業(yè)。1958年，亞洲最大的抗生素聯(lián)合企業(yè)華北制藥廠建成投產(chǎn)，投產(chǎn)了青霉素、鏈霉素、土霉素和紅霉素等品種。隨后全國陸續(xù)建立起一批微生物發(fā)酵藥廠。1966年我國獨立發(fā)現(xiàn)第一個創(chuàng)新霉素。抗生素的命名1、凡是由動植物或菌類產(chǎn)生的抗生

7、素，其命名根據(jù)動物學、植物學菌屬學的名稱而定。如：青霉素、鏈霉素、赤霉素、灰黃霉素、蒜素、黃連素、魚素等。2、抗生素的化學結(jié)構(gòu)或性質(zhì)已經(jīng)明確了的可根據(jù)其族命名。如：四環(huán)素、氯四環(huán)素、氯霉素等。3、對一些有紀念意義或按抗生素產(chǎn)生菌的分離地方命名及習慣上已采用的俗名仍可繼續(xù)使用。如：創(chuàng)新霉素、正定霉素、平陽霉素、井崗霉素、金霉素、土霉素等。抗生素的分類（一）根據(jù)抗生素的來源分類1、放線菌產(chǎn)生的抗生素主要有紅霉素、四環(huán)素、鏈霉素、新生霉素、萬古霉素、利福霉素等堿性化合物2、真菌產(chǎn)生的抗生素主要有青霉素、頭孢菌素、灰黃霉素等3、細菌產(chǎn)生的抗生素多黏桿菌、枯草桿菌、短芽孢桿菌、桿菌肽4、其他生物（動物、

8、植物、海洋生物等）產(chǎn)生的抗生素動物：溶菌酶、紅血球素、魚素等。植物：蒜素、番茄素、白果酸、白果醇、常山堿等地衣或藻類生物：地衣酸、綠藻素等抗生素的分類（二）根據(jù)抗生素的作用對象分類1、抗革蘭陽性菌的抗生素：青霉素、紅霉素、新生霉素、桿菌肽2、抗革蘭陰性菌的抗生素：鏈霉素、多黏菌素3、廣譜抗生素：四環(huán)素類、氯霉素類、廣譜青霉素類、第三代頭孢菌素4、抗真菌的抗生素：制霉菌素、灰黃霉素、兩性霉素。5、抗腫瘤的抗生素：自力霉素（絲裂霉素）、更生霉素（放線菌素B）、更新霉素、平陽霉素、阿霉素。5、抗結(jié)核分支桿菌的抗生素：鏈霉素、新霉素、利福霉素、環(huán)絲氨酸6、抗病毒、噬菌體及原蟲的抗生素：魚素、蒜素、巴龍

9、霉素抗生素的分類（三）根據(jù)抗生素的作用機制分類1、抑制細胞壁合成的抗生素青霉素類、頭孢菌素類、萬古霉素、桿菌肽和環(huán)絲氨酸等2、影響細胞膜功能的抗生素多黏菌素類、制霉菌素、兩性霉素B 3、抑制細胞蛋白質(zhì)合成的抗生素大環(huán)內(nèi)酯類抗生素、四環(huán)類抗生素、氨基糖苷類抗生素4、抑制細胞核酸合成的抗生素新生霉素、灰黃霉素、利福平5、抑制細胞生物能作用的抗生素抑制電子轉(zhuǎn)移的竹桃霉素、抗霉素，抑制氧化磷酸化的短桿菌素、寡霉素?？股氐姆诸悾ㄋ模└鶕?jù)抗生素的化學結(jié)構(gòu)分類1、-內(nèi)酰胺類抗生素青霉素、頭孢菌素結(jié)構(gòu)特點：都有一個-內(nèi)酰胺的四元環(huán)2、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素紅霉素、麥迪霉素、利福霉素結(jié)構(gòu)特點：含有一個大環(huán)內(nèi)酯的配糖

10、體，以苷鍵和13個分子的糖相連。3、四環(huán)類抗生素四環(huán)素、金霉素、土霉素結(jié)構(gòu)特點：以四并苯為母核。4、氨基糖苷類抗生素鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素結(jié)構(gòu)特點：都含有一個六元脂環(huán)，環(huán)上有羥基及氨基取代物，分子中既含有氨基糖苷，也含有氨基環(huán)醇結(jié)構(gòu)?？股氐姆诸?、多肽類抗生素放線菌素、短桿菌肽、多粘菌素結(jié)構(gòu)特點：含有多種氨基酸，經(jīng)肽鍵縮合成線狀、環(huán)狀或帶側(cè)鏈的環(huán)狀多肽類化合物。6、多烯大環(huán)內(nèi)酯類抗生素制霉菌素、兩性霉素B結(jié)構(gòu)特點：含有大環(huán)內(nèi)酯，內(nèi)酯中有共軛雙鍵。7、苯烴基胺類抗生素氯霉素8、蒽環(huán)類抗生素正定霉素、阿霉素9、其他抗生素創(chuàng)新霉素、磷霉素抗生素的抗菌譜（1）選擇性（2）最小的抑菌濃度（MIC：

11、minimal inhibitory concentration能夠抑制微生物生長的最低抗生素濃度）（3）抗菌譜（抗菌素對各種微生物的抗菌活性）抗生素劑量表示法1、稀釋單位以抑制某一標準菌株生長發(fā)育的最高稀釋度（即最小劑量）作為效價單位。如：青霉素以50ml肉湯培養(yǎng)液中完全抑制金黃葡萄球菌標準菌株發(fā)育所需要的最小劑量作為青霉素效價的1個單位。 稀釋單位：U/mg、U/ml用于初期的抗生素或新抗生素，這些往往是不純的制品抗生素劑量表示法2、質(zhì)量單位以抗生素的有效成分（即生理活性部分）的質(zhì)量作為抗生素的單位，稱為質(zhì)量單位。如：1U=1g鏈霉素堿；1U=0.6g青霉素G鈉鹽（1稀釋單位=0.6g）其

12、他各種抗生素1U=1g。發(fā)酵工程是指采用現(xiàn)代工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術。發(fā)酵工程的內(nèi)容包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等方面。發(fā)酵工程有三個發(fā)展階段：農(nóng)產(chǎn)手工加工近代發(fā)酵工程現(xiàn)代發(fā)酵工程 現(xiàn)代發(fā)酵工程技術是與其他生物技術密不可分的，通過育種技術、基因工程和細胞工程技術可以改變發(fā)酵菌種的特性，形成新的突變種或工程菌；同時，發(fā)酵工程技術又是其他各項生物技術形成生產(chǎn)力的基本途徑。亞歷山大弗萊明爵士（Sir Alexander Fleming，1881年8月6日1955年3月11

13、日），蘇格蘭生物化學家，出生在蘇格蘭的洛克菲爾德（Lochfield），家中世代務農(nóng)。1906年從倫敦圣馬里亞醫(yī)院（St. Marys Hospital）醫(yī)科學校畢業(yè)。1928年弗萊明在倫敦大學講解細菌學，那時弗萊明正為了撰寫一篇有關葡萄球菌（Staphylococcus spp.）的回顧論文，在實驗室里培養(yǎng)大量的金黃色葡萄球菌（S. aureus），七月下旬霉菌孢子掉進這個培養(yǎng)皿之中，8月份弗萊明本人在鄉(xiāng)下度假，9月3日返回實驗室。這時弗萊明發(fā)現(xiàn)長滿細菌的培養(yǎng)皿有個角落長了一塊青霉菌（Penicillium notatum），周圍卻沒有細菌滋長，弗萊明馬上意識到霉菌可能有殺菌作用，并將這個現(xiàn)象發(fā)表在1929年的英國實驗病理學期刊。 1