微生物制藥1第一章1緒論

微生物制藥

（抗生素生產(chǎn)工藝學(xué)）福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院任課教師：洪文榮E-mail:授課時間：2015年2月~5月書山有路勤為徑，學(xué)海無邊苦作舟。課程內(nèi)容1緒論——（生物技術(shù)藥物與微生物藥物）2抗生素簡介3β-內(nèi)酰胺類抗生素4氨基糖苷類抗生素5四環(huán)素類抗生素6大環(huán)內(nèi)酯類抗生素7肽類抗生素8抗真菌抗生素9抗癌抗生素10殺蟲抗生素11農(nóng)畜用抗生素12其他抗細(xì)菌抗生素13抗生素藥理14抗生素的作用機(jī)理15微生物藥物生產(chǎn)的GMP管理16新抗生素篩選第一章緒論第一節(jié)生物技術(shù)藥物微生物藥物：用微生物發(fā)酵方法生產(chǎn)的各種醫(yī)藥產(chǎn)品。基因工程藥物：用基因重組方法將編碼人體內(nèi)生理活性蛋白質(zhì)（多肽）的基因?qū)胍子谂囵B(yǎng)的細(xì)胞（特別是微生物細(xì)胞）中，發(fā)酵生產(chǎn)（表達(dá)）的蛋白質(zhì)藥物。細(xì)胞工程藥物：通過動植物細(xì)胞核質(zhì)、染色體或基因移植以及細(xì)胞融合、培養(yǎng)等方法，生產(chǎn)的各種診斷、預(yù)防或治療用醫(yī)藥產(chǎn)品。酶工程藥物：用游離或固定化酶或含酶的固定化菌體將醫(yī)藥中間體轉(zhuǎn)化成的醫(yī)藥產(chǎn)品，或直接用于治療的藥用酶。組織工程藥物：由干細(xì)胞培養(yǎng)、分化得到的用于修復(fù)、保養(yǎng)、促進(jìn)人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)的生物替代物。一般步驟為：干細(xì)胞→功能細(xì)胞→支架材料→組織→器官。蛋白質(zhì)工程藥物：在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，對編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行有目的地定向改造或人工合成，然后利用基因工程等手段將其克隆、表達(dá)和對表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行分離純化，獲得的具有醫(yī)用價值的新型蛋白質(zhì)。第二節(jié)微生物藥物定義：應(yīng)用大規(guī)模的微生物細(xì)胞培養(yǎng)、代謝控制、化學(xué)提取和/或半合成技術(shù)生產(chǎn)的具有抗菌、抗癌、殺蟲、免疫調(diào)節(jié)、代謝調(diào)節(jié)等功能的藥物。地位：微生物藥物開生物技術(shù)藥物的先河，為各種生物技術(shù)藥物的發(fā)展打下了技術(shù)基礎(chǔ)?，F(xiàn)狀：臨床應(yīng)用的直接由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的藥物約60余種，加上半合成產(chǎn)品有200余種，產(chǎn)值約占醫(yī)藥工業(yè)總產(chǎn)值的15%。展望：發(fā)展速度快，特別是作為新藥開發(fā)的前體藥物，將占據(jù)越來越重要的地位。微生物藥物中的抗感染藥物2003年在美國市場所占的份額a.總的抗感染藥物，b.抗下呼吸道感染藥物。數(shù)字為銷售額，百萬美元。

青霉烯類，青霉烷類，頭孢菌素類，大環(huán)內(nèi)酯類，鏈陽菌素類，喹諾酮類，氨基糖苷類，噁唑烷二酮類，糖肽類，四環(huán)素類第三節(jié)微生物藥物的發(fā)展簡史微生物之間的拮抗現(xiàn)象青霉素的發(fā)現(xiàn)——弗萊明的貢獻(xiàn)青霉素的二次發(fā)現(xiàn)——弗洛里和錢恩的貢獻(xiàn)抗生素開發(fā)的全盛期——瓦克斯曼的貢獻(xiàn)半合成抗生素的發(fā)展——始于半合成青霉素微生物藥物應(yīng)用范圍的擴(kuò)大——抗菌、抗癌、抗病毒、殺蟲、其它藥理活性現(xiàn)代生物技術(shù)在微生物藥物開發(fā)和制造中的應(yīng)用污染的霉菌菌落對金黃色葡萄球菌的拮抗作用

——拮抗現(xiàn)象導(dǎo)致青霉素的發(fā)現(xiàn)霉菌菌落細(xì)菌菌落弗萊明(AlexanderFleming)在工作青霉素的發(fā)現(xiàn)者及1945年諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎獲得者AlexanderFleming(1881-1955)ErnstB.

Chain(1906-1979)HowardW.

Florey(1898-1968)AlexanderFleming(1881-1955)HowardW.

Florey

(1898-1968)ErnstB.Chain(1906-1979)SelmanA.Waksman(1888-1973)——放線菌及鏈霉素的發(fā)現(xiàn)者，獲得1952年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎瓦克斯曼和弗萊明在一起第四節(jié)微生物藥物的范疇抗生素：青霉素，頭孢菌素，鏈霉素，紅霉素，四環(huán)素，林肯霉素，柔紅霉素，阿維菌素等等。維生素：維生素B2,維生素B12,維生素C,-胡蘿卜素(前維生素A),麥角固醇(前維生素D2),甲基萘醌(維生素K2),泛醌(輔酶Q10),泛酸等。氨基酸：Arg，Ctr(瓜氨酸)，Glu，Gln，His，Ile，Leu，Lys，Orn，Phe，Pro，Thr，Try，Val等。核苷或核苷酸：肌苷,鳥苷,一磷酸肌苷(IMP),一磷酸黃苷(XMP),一磷酸鳥苷(GMP),三磷酸腺苷(ATP),胞二磷膽堿(CDP-choline)。藥用酶和輔酶：消化酶(-淀粉酶、蛋白酶、脂酶)，溶菌酶，鏈激酶，納豆激酶，沙雷氏菌肽酶，L-天冬酰胺酶，透明質(zhì)酸酶，神經(jīng)氨酸苷酶，輔酶A，黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD，輔酶Ⅰ)。其它藥理活性物質(zhì)：蛋白酶抑制劑，糖苷酶抑制劑，脂肪酸合成酶抑制劑，脂酶抑制劑，HMG-CoA還原酶抑制劑，腺苷脫氨酶抑制劑，醛糖還原酶抑制劑，免疫修飾劑，受體激活劑與受體拮抗劑。第五節(jié)微生物藥物制造的工藝流程、特點與要求

（一）一次萃取反萃二次萃取脫色過濾結(jié)晶過濾洗滌過濾干燥分包裝沙土管冷干管斜面米孢子搖瓶種子罐發(fā)酵罐過濾液氮管典型工藝及設(shè)備流程第五節(jié)微生物藥物制造的工藝流程、特點與要求（二）菌種工藝的特點與要求菌種要求品系純正，生產(chǎn)能力高，遺傳性狀穩(wěn)定。制備的各階段種子均要求無其它微生物污染、生命力強(qiáng)、保存期短。為了確保種子質(zhì)量和安全，種子制備對人員、用具、設(shè)備和操作場所都要有嚴(yán)格的操作和管理規(guī)程。要定期對菌種進(jìn)行分離復(fù)壯，以防菌種退化，確保種的純粹和生產(chǎn)能力穩(wěn)定。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。菌種保存應(yīng)采用冷凍干燥管或液氮管，可長期保持菌種的存活和生產(chǎn)能力穩(wěn)定。第五節(jié)微生物藥物制造的工藝流程、特點與要求（三）發(fā)酵工藝的特點與要求原材料要求質(zhì)量穩(wěn)定（包括產(chǎn)地、品種、加工方法、規(guī)格、倉貯條件、倉貯時間等）。發(fā)酵起始和過程中使用的原材料、設(shè)備、空氣等都要經(jīng)過嚴(yán)格的滅（除）菌。設(shè)備（包括管道、閥門、軸封、連接部位等）密封性能好，無滲漏。發(fā)酵全過程要求用無菌壓縮空氣保持發(fā)酵罐內(nèi)部的壓力大于大氣壓（正壓）。發(fā)酵過程要求不間斷地進(jìn)行通氣和攪拌，以保持氧的充分供應(yīng)和良好的混合狀態(tài)。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(yīng)相應(yīng)地進(jìn)行分階段控制。第五節(jié)微生物藥物制造的工藝流程、特點與要求（四）提煉工藝的特點與要求微生物藥物一般對熱、酸、堿、酶不穩(wěn)定，故應(yīng)盡量在低溫、清潔和嚴(yán)格控制的化學(xué)環(huán)境下快速操作。根據(jù)選擇性、分離因素和經(jīng)濟(jì)性，選擇適當(dāng)?shù)膸撞教釤捁に嚱M合，以達(dá)到所需要的產(chǎn)品純度。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(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控。樹立高度的安全防護(hù)意識，嚴(yán)格實施防火、防爆、防中毒、防窒息等安全操作規(guī)程。在提煉生產(chǎn)的全過程中都要樹立嚴(yán)格的潔凈和無菌概念，以防化學(xué)和生物污染，確保產(chǎn)品質(zhì)量。第六節(jié)微生物工程制藥與化學(xué)工程制藥的比較微生物工程制藥化學(xué)工程制藥優(yōu)點==========================可生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和具有手性或光學(xué)活性特異性的藥物生產(chǎn)過程安全（常溫、常壓、中性、不燃不爆、一般無毒）主要原料可再生（陽光和土地）原料純度要求不高，易于替換設(shè)備通用生產(chǎn)能力易提高，產(chǎn)物類型可塑（突變與基因工程）==========================生產(chǎn)過程較簡單，步驟少，反應(yīng)易控制，穩(wěn)定性好，收得率高反應(yīng)濃度高，速度快，收得率高設(shè)備相對小，輔助設(shè)備少，投資少廢水、廢渣排放量少生產(chǎn)過程不易受污染

缺點==========================副產(chǎn)物多，分離精制困難反應(yīng)復(fù)雜，反應(yīng)速度慢反應(yīng)濃度低，原料轉(zhuǎn)化率低生產(chǎn)穩(wěn)定性差設(shè)備龐大，輔助設(shè)備多，投資大；廢水、廢渣排放量大，處理費(fèi)用高，生產(chǎn)過程容易受其他微生物的污染，通氣、攪拌、冷卻等能耗大==========================生產(chǎn)安全性較差（高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有毒、易燃、易爆）原料純度要求高，不能隨意替換多數(shù)原料不可再生難以生產(chǎn)復(fù)雜和手性純化合物設(shè)備通用性差第七節(jié)微生物藥物的研究與開發(fā)微生物藥物的主要來源——土壤微生物微生物藥物研究開發(fā)的一般程序微生物藥物研究開發(fā)的進(jìn)程微生物藥物的主要來源——土壤微生物農(nóng)田土壤15cm深處微生物的數(shù)量和質(zhì)量細(xì)菌放線菌真菌藻菌原生動物數(shù)量(CPU/g)9.801072.01061.21052.51043.0104質(zhì)量(g/g)1601602003238注：CPU——菌落形成單位不同深度土層中放線菌的數(shù)量分布第七節(jié)微生物藥物研究開發(fā)的一般程序（一）第七節(jié)微生物藥物研究開發(fā)的一般程序（二）微生物藥物開發(fā)的一般進(jìn)程0246810121416

yearsDiscovery(2~5years)(Screeningandchemicalresearch)PreclinicalTesting(2~4years)(Lab&animaltesting)PhaseⅠ(1~1.5years)(20-30healthyvolunteersforsafetyanddosage)PhaseⅡ(1~2years)(100-300patientsfordosage,efficacyandsideeffects)PhaseⅢ(2~3years)FDAReviewandApproval