第三章 抗生素概述(1)

第三章抗生素概述一、抗生素的發(fā)展簡史二、抗生素的分類三、抗生素應(yīng)用及工業(yè)生產(chǎn)五、抗生素生物效價測定方法四、抗生素質(zhì)量控制抗生素（antibiotics）

生物在其生命活動過程中產(chǎn)生的（或并用化學(xué)、生物或生物化學(xué)方法衍生的），在低微濃度下能選擇性地抑制他種生物機(jī)能的化學(xué)物質(zhì)。半合成抗生素

將生物合成法制得的天然代謝產(chǎn)物，再用化學(xué)、生物或生化方法進(jìn)行分子改造，制成的各種衍生物，稱為半合成抗生素。將能抑制腫瘤、原蟲等微生物產(chǎn)物也歸入抗生素類。氨芐青霉素Amp青霉素V抗生素來源

真菌（13%）放線菌（67%）細(xì)菌（12%）初級代謝物：能量代謝或分解代謝的產(chǎn)物，微生物生長所必須的。次級代謝物：微生物在細(xì)胞分化過程中產(chǎn)生的，不是細(xì)胞生長必須的，對細(xì)胞生長并不具有明顯的作用。代謝物

1、抗生素是微生物次級代謝產(chǎn)物，對微生物本身的生存影響不大?？股氐奶攸c

2、不同種微生物能產(chǎn)生同一種抗生素，同一種微生物也能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不同的抗生素。

3、抗生素屬于低相對分子質(zhì)量的次級代謝產(chǎn)物，相對分子質(zhì)量一般不超過幾千。

4、低微濃度下能選擇性地抑制他種生物機(jī)能的化學(xué)物質(zhì)。相對分子量過大只能通過化學(xué)合成抗生素≠醫(yī)療用抗生素應(yīng)具備的條件：1、難使病原菌產(chǎn)生耐藥性2、較大的差異毒力“差異毒力”是指藥物對病原菌和宿主組織的毒力差異。在宿主體內(nèi)，對組織不發(fā)生或較小發(fā)生損害作用，而對病原菌則有較大的毒害。3、最小抑菌濃度要低抗生素的抗菌活性用最小抑菌濃度（MIC）表示，單位mg/mL。4、抗菌譜要廣抗生素對各種微生物的抗菌活性稱為抗菌譜。廣譜抗生素：例如氯霉素、金霉素、土霉素、四環(huán)素、甲砜霉素等。不僅能強力抑制大部分革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌，而且能抑制立克次體、螺旋體和某些原蟲。一、抗生素的發(fā)展簡史抗生素沒有被發(fā)現(xiàn)以前，感染性疾病一直是人類的頭號殺手，醫(yī)院外科手術(shù)感染的死亡率高達(dá)50%以上，產(chǎn)婦感染的死亡率更高。1、第一次發(fā)生在公元6世紀(jì)，從地中海地區(qū)傳入歐洲，死亡近1億人；2、第二次發(fā)生在14世紀(jì)，波及歐、亞、非；3、第三次是18世紀(jì)，傳播32個國家。1793年云南師道南所著“《死鼠行》”中描述當(dāng)時“鼠死不幾日，人死如圻堵”。痢疾常伴隨災(zāi)害發(fā)生，臨床表現(xiàn)為腹痛、腹瀉、里急后重、排膿血便，伴全身中毒等癥狀。發(fā)展中國家每天有5000名幼童死于此病，僅在孟加拉，每天死亡的兒童中就有1／3死于此病。

全球每年約出現(xiàn)8百萬新病例，并導(dǎo)致約3百萬人死亡。我國每年死于該病的人約25萬之多，是各類傳染病死亡人數(shù)總和的兩倍多。是威脅人類健康的全球性衛(wèi)生問題，并成為某些發(fā)展中國家和地區(qū)，特別是艾滋病高發(fā)區(qū)人群的首要死因。早在19世紀(jì)人們就已經(jīng)注意到微生物間的拮抗現(xiàn)象。1876年，J.廷德爾發(fā)現(xiàn)青霉屬的菌株能使試管中的細(xì)菌死亡；1877年，J.F.朱伯特科學(xué)地闡述了細(xì)菌間的拮抗作用;1885年,V.巴貝斯在固體培養(yǎng)基上觀察到葡萄球菌抑制其他葡萄球菌和炭疽桿菌生長的現(xiàn)象;1888年,E.弗羅伊登賴歇注意到綠膿桿菌和磷光桿菌有抑制其他微生物的能力;1894年,梅契尼科夫研究了綠膿桿菌對霍亂弧菌的抑制，并注意到空氣和水中的細(xì)菌也有抑菌作用。1929年，A.弗萊明發(fā)現(xiàn)在污染青霉菌落周圍的葡萄球菌有被溶解的現(xiàn)象，并把青霉產(chǎn)生的殺死葡萄球菌的物質(zhì)命名為青霉素。1939～1940年，E.B.錢恩、H.W.弗洛里再次研究青霉及其所產(chǎn)生的青霉素,1941年獲得提純制品,次年用于臨床，治療細(xì)菌感染的疾病,這是第一個用于醫(yī)療的抗生素。1944年，S.A.瓦克斯曼等從鏈霉菌中發(fā)現(xiàn)了鏈霉素，并用于治療結(jié)核病和細(xì)菌感染的疾病。從此人們對微生物產(chǎn)生抗生素的研究活躍起來，至今已發(fā)現(xiàn)微生物產(chǎn)生的抗生素約6000個,有實用價值的已有100多種。人類的平均壽命也延長了15年以上。有人說，1950年后出生的人，有1/3是靠抗生素而得以生存下來的。隨著抗生素的應(yīng)用，一方面人類疾病得以控制，健康得到保證；另一方面不合理、濫用抗生素，所帶給人類的負(fù)面影響不可低估。不合理應(yīng)用抗生素使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，使抗生素失效和抗生素對人體的毒副反應(yīng)，則可能對人類產(chǎn)生嚴(yán)重且可致命的后果?！?012年全國抗菌藥物臨床應(yīng)用專項整治活動方案》針對性要強，最好選用一種藥物;經(jīng)驗用藥應(yīng)先廣譜，菌株明確后選擇藥物;劑量要足、療程要夠;掌握既往用藥反應(yīng);選擇適宜的給藥方法按醫(yī)囑用藥:不能隨意增量或減量;有肝腎功能損壞者用藥宜慎重，有腎功能損害時要慎用。如何做到合理用藥二、抗生素的分類鏈霉菌屬最多，諾卡菌屬較少。堿性化合物多。擔(dān)子菌綱稍多，多為酸性化合物。主要來源于多黏桿菌、枯草桿菌、短芽孢桿菌、堿性、對腎有毒。地衣酸、綠藻素、蒜素、番茄素、小蘗堿等。放線菌真菌細(xì)菌其他1、根據(jù)抗生素的生物來源分類：抗感染抗生素抗腫瘤抗生素降血脂抗生素

2、按醫(yī)療作用對象分類

3、作用性質(zhì)分類繁殖期殺菌作用的抗生素靜止期殺菌作用的抗生素速效抑菌作用的抗生素慢效抑菌作用的抗生素醫(yī)用抗生素農(nóng)用抗生素畜用抗生素食品保藏用抗生素工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品防霉防腐用抗生素4、應(yīng)用范圍分類實驗試劑專用抗生素抑制或干擾細(xì)胞壁合成的抗生素抑制或干擾蛋白質(zhì)合成的抗生素抑制或干擾DNA、RNA合成的抗生素抑制或干擾細(xì)胞膜功能的抗生素作用于能量代謝系統(tǒng)的抗生素5、作用機(jī)制分類天然抗生素半合成抗生素生物轉(zhuǎn)化與酶工程抗生素基因工程抗生素6、抗生素獲得途徑分類以乙酸、丙酸為單位的衍生物糖類衍生物氨基酸、肽類衍生物7、根據(jù)抗生素的生物合成途徑分類主要有3種1、簡單氨基酸衍生物2、寡肽抗生素3、多肽類抗生素4、多肽大環(huán)內(nèi)酯抗生素5、含嘌呤和嘧啶堿基的抗生素1、糖苷類抗生素2、與大環(huán)內(nèi)酯連接的糖苷抗生素1、乙酸衍生物2、丙酸抗生素3、多烯或多炔類抗生素12345b-內(nèi)酰胺類抗生素氨基糖苷類抗生素大環(huán)內(nèi)酯類抗生素四環(huán)類抗生素多肽類抗生素8、化學(xué)結(jié)構(gòu)分類抑制肽聚糖的合成抑制蛋白質(zhì)的合成抑制蛋白質(zhì)的合成抑制蛋白質(zhì)的合成三、抗生素的應(yīng)用及工業(yè)化生產(chǎn)（一）抗生素計量表示法（單組份）“單位”是衡量抗生素有效成分的一種尺度：一是指定單位；二是活性質(zhì)量（普遍）。0.6mg青霉素鈉等于一個青霉素單位。僅以分子結(jié)構(gòu)中活性部分的質(zhì)量計算多組分抗生素活性單位1、參照單組份抗生素中活性質(zhì)量表示方法，以其中某一活性組分的質(zhì)量作為該抗生素的活性單位。2、人為指定單位（×）（二）抗生素的應(yīng)用控制細(xì)菌感染性疾病調(diào)節(jié)人體生理功能器官移植抑制腫瘤生長醫(yī)療控制病毒性感染農(nóng)業(yè)植物保護(hù)調(diào)節(jié)植物生長防止糧、棉、蔬菜、水果的病害，處理種子，促進(jìn)生產(chǎn)，并可減少使用化學(xué)農(nóng)藥造成的環(huán)境污染。抗生素比有機(jī)合成農(nóng)藥噴灑濃度低而療效高，易被土壤微生物分解，對食品危險性小，不會在人體內(nèi)積累。促進(jìn)或抑制植物生長，選擇性除草作用殺蟲：阿維菌素、瀏陽霉素、韶關(guān)霉素、南昌霉素等殺菌：井岡霉素、公主嶺霉素、武夷霉素等除草：雙丙氨膦，除禾本科和闊葉草畜牧業(yè)上的應(yīng)用：（1）用于禽畜感染性疾病控制（2）用作飼料添加劑理想飼料添加抗生素應(yīng)具有以下條件：（1）與醫(yī)用抗生素結(jié)構(gòu)類型不同，作用機(jī)制相似（2）體內(nèi)不吸收，在肉、乳、蛋中沒有蓄積殘存食品保藏上的應(yīng)用：（1）用于肉、魚、蔬菜、水果等食品的保鮮（2）用作罐裝食品的防腐劑非醫(yī)用抗生素條件易溶于水、對人無毒不損害食品外觀與質(zhì)量工業(yè)上的應(yīng)用：（1）工業(yè)制品的防霉（制霉素、放線菌素）（2）提高特定發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量（谷氨酸發(fā)酵）科學(xué)研究中的應(yīng)用：（1）用作生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究的重要工具（2）用于建立藥物篩選與評價模型（3）其他試驗應(yīng)用：防止細(xì)胞污染；組織保存等（三）抗生素工業(yè)生產(chǎn)1、抗生素工業(yè)的特點1）理論產(chǎn)量很難從物料衡算中計算出來；2）抗生素的產(chǎn)量存在著“生物學(xué)變量”，即各批發(fā)酵所得的抗生素產(chǎn)量不一；3）發(fā)酵液中有效成分濃度低。2、抗生素生產(chǎn)工藝流程菌種孢子制備種子制備發(fā)酵發(fā)酵液預(yù)處理無菌空氣消泡劑補料提取精制產(chǎn)品檢驗成品包裝

發(fā)酵水平的高低，首先受菌種這個內(nèi)因的限制，但是發(fā)酵過程的控制也有著極為重要的作用。只有良好的外界環(huán)境因素，才能使菌種固有的優(yōu)良性能得到充分的發(fā)揮。a、菌種（一）生長繁殖快、發(fā)酵單位高（三）培養(yǎng)條件粗放、發(fā)酵過程易于控制

（二）遺傳性能穩(wěn)定，在一定條件下能保持持久的、高產(chǎn)量的抗生素生產(chǎn)能力

（四）合成的代謝副產(chǎn)物少，生產(chǎn)抗生素的質(zhì)量好用微生物發(fā)酵方法生產(chǎn)抗生素，首先要有一個性能良好的菌種。（來源、保藏）野生菌優(yōu)良菌株人工選育b、孢子制備生產(chǎn)用的孢子須經(jīng)過純種和生產(chǎn)性能的檢驗，符合規(guī)定的才能用來制備種子。5-7d較大表面積的固體培養(yǎng)基數(shù)量較多的孢子c、種子培養(yǎng)目的：使孢子發(fā)芽、繁殖獲得足夠數(shù)量的菌絲，以便接種到發(fā)酵罐孢子懸浮液一級種子罐微孔壓差法火焰保護(hù)二級種子罐5%-10%d、發(fā)酵目的：主要是使微生物分泌大量的抗生素。接種量：5%-20%發(fā)酵周期：4-5d要求：不斷通入空氣和攪拌，維持一定的罐溫和罐壓分析參數(shù)：菌絲形態(tài)、殘含糖量、氨基氮、DO、pH、抗生素含量、CO2、發(fā)酵液黏度參數(shù)控制：T、通氣量、攪拌速度、補料、加酸堿、消泡劑、某些專用前體等培養(yǎng)基的配制碳源常用碳源：淀粉、葡萄糖及油脂氮源無機(jī)鹽類前體菌體利用其構(gòu)成抗生素分子中的一部分而其本身沒有顯著改變的物質(zhì)，一定條件下控制菌體合成抗生素的方向并增加抗生素的產(chǎn)量。e、提取和精制發(fā)酵結(jié)束后，對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理。依據(jù)所提取抗生素的性質(zhì)來選擇。f、成品檢驗根據(jù)藥典的要求需逐項對所生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行分析檢驗。發(fā)酵液的過濾和預(yù)處理改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)。相對純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)（高價無機(jī)離子和雜蛋白質(zhì)?？赡苁巩a(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的一相中。2024/2/21凝聚和絮凝Coagulationandflocculation

加熱法Heating調(diào)節(jié)pH值RegulationofpH雜蛋白的去除Removalofuselessprotein高價無機(jī)離子的去除Removalofinorganicion助濾劑Filteraids反應(yīng)劑

Reactant

預(yù)處理的方法2024/2/21凝聚：指在投加的化學(xué)物質(zhì)（鋁、鐵的鹽類）作用下，膠體脫穩(wěn)并使粒子相互聚集成１mm大小塊狀凝聚體的過程。絮凝：指使用絮凝劑（天然的和合成的大分子量聚電解質(zhì)）將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)，形成10mm大小絮凝團(tuán)的過程。其中絮凝劑主要起架橋作用。凝聚和絮凝2024/2/21凝聚電解質(zhì)：Al3(SO4)2，AlCl3，F(xiàn)eCl3，ZnSO4，

MgSO4絮凝劑：人工合成有機(jī)高分子聚合物天然有機(jī)高分子聚合物無機(jī)高分子聚合物高價無機(jī)離子的去除Ca2+——草酸、草酸鈉，→形成草酸鈣沉淀（注意回收草酸）

；Mg2+——三聚磷酸鈉，→形成三聚磷酸鈉鎂可溶性絡(luò)合物；Fe2+——黃血鹽，→普魯士蘭沉淀2024/2/21雜蛋白的去除方法沉淀法變性法吸附法2024/2/21固液分離過濾filtration離心Centrifugation

擴(kuò)張床吸附EBA(ExpandedBedAdsorption)發(fā)酵液的固液分離板框壓濾機(jī)真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)離心過濾機(jī)硅藻土過濾機(jī)2024/2/21板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)的過濾推動力來自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料貯槽中的氣壓。廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。

2024/2/21板框壓濾機(jī)包括板和框，多做成方形，角端均開有小孔，裝合壓緊后即構(gòu)成供濾漿或洗水流通的孔道。框的兩側(cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間，濾板用以支撐濾布并提供濾液流出的通道。2024/2/21板框壓濾機(jī)優(yōu)點缺點不能連續(xù)操作，設(shè)備笨重，勞動強度大，衛(wèi)生條件差，非過濾的輔助時間較長。過濾面積大，結(jié)構(gòu)簡單，價格低，動力消耗少，對不同過濾特性的發(fā)酵液適應(yīng)性強。它最重要的特征是通過過濾介質(zhì)時產(chǎn)生的壓力降可以超過0.1MPa,這是真空過濾器無法達(dá)到的。2024/2/21真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（rotary-drumvacuumfilter）真空過濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過濾操作的推動力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉(zhuǎn)筒式真空過濾機(jī)和帶式真空過濾機(jī)。2024/2/21結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱懸框)；濾網(wǎng)；濾布；機(jī)架。原理：

由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。離心過濾機(jī)（centrifugalfilter）2024/2/21硅藻土過濾機(jī)diatomitefilter硅藻土具有細(xì)膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水和滲透性強的特性，所以它是一種性能優(yōu)良的工業(yè)濾劑。2024/2/21以硅藻土作為過濾介質(zhì)，它是一種預(yù)涂型過濾器，預(yù)涂、過濾、反沖洗是硅藻土過濾的一般工藝過程。在釀造、飲料、酒類和水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)主要用于酒類和飲料過濾

抗生素的提取溶媒萃取法離子交換法直接沉淀法抗生素的精制藥品生產(chǎn)符合GMP規(guī)定脫色及去除熱原質(zhì)結(jié)晶和重結(jié)晶脫色色素是發(fā)酵過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，與菌種及發(fā)酵條件有關(guān)活性炭脫色熱原質(zhì)在生產(chǎn)過程中由于被污染后由雜菌所產(chǎn)生的一種內(nèi)毒素，G-產(chǎn)生的熱原反應(yīng)高于G+，是多糖磷類脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的結(jié)合體，引起惡寒高熱，甚至休克?；钚蕴课匠瑸V去除進(jìn)一步精制結(jié)晶與重結(jié)晶共沸蒸餾法柱層析法中間鹽轉(zhuǎn)移法分子篩四、抗生素質(zhì)量控制

抗生素藥物的質(zhì)量分析主要是利用生物學(xué)、物理學(xué)、藥理學(xué)和化學(xué)等相關(guān)學(xué)科的經(jīng)典的或現(xiàn)代的新技術(shù)、新方法按照國家藥典、部頒標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行依法檢驗。1）性狀描述2）鑒別試驗3）一般項目檢查4）含量測定1、性狀性狀是抗生素原料或制劑的物理外觀的一種描述，是抗生素表觀質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，外觀發(fā)生變化時，往往意味著抗生素內(nèi)在質(zhì)量有所改變。2、鑒別試驗?zāi)康模候炞C某一抗生素或其制劑確系其本身而非其他替代物。鑒別通常分為兩部分：1)抗生素本身的鑒定：專屬性強，靈敏度高的方法2)抗生素成鹽后的酸根或金屬離子的鑒定IR、HPLC、TLC等方法。3、一般項目檢查⒀注射用抗生素中不溶性顆粒一般項目檢查⑴酸堿度⑵熔點⑶比旋度⑷溶液的澄清度和顏色⑸干燥失重和水分⑹熾灼殘渣及重金屬⑺異常毒性⑻熱原⑼降壓物質(zhì)⑽無菌試驗⑾雜質(zhì)：非毒性和毒性雜質(zhì)⑿溶出度（1）酸堿度a、要適合臨床使用的要求b、要使該抗生素處于最穩(wěn)定狀態(tài)（2）熔點產(chǎn)生熔距物質(zhì)純度不夠同系物熔距較寬，易分解很少控制熔點（3）干燥失重或水分根據(jù)其化學(xué)本質(zhì)和穩(wěn)定性而定，并非水分越低越好，一般4.0%-8.0%（4）灼燒殘渣及重金屬抗生素?zé)o機(jī)雜質(zhì)炭化灰化重金屬是檢查能與H2S或Na2S作用生成有色硫化物的重金屬，導(dǎo)致加速抗生素分解。（5）異常毒性抗生素的異常毒性是用指定的溶劑配成規(guī)定劑量的藥液經(jīng)口服、靜脈注射或腹腔注射于實驗動物，通常在48h內(nèi)觀察其因非藥物本身引起的毒性反應(yīng)以死亡或存活作為觀察終點。（6）熱原

熱原是指在藥品中污染有能引起動物及人的體溫升高的物質(zhì)，一般認(rèn)為熱原反應(yīng)主要是由內(nèi)毒素引起的。家兔法（7）無菌試驗需使抗生素分解失去抗菌活性，但雜菌不受影響，或用其他物理方法使抗生素與污染的雜菌分離。例如：酶滅活、微孔濾膜法無菌試驗的成功與否關(guān)鍵在陽性與陰性對照管的生長情況。

a、陽性菌對照試驗

目的：檢查陽性菌在加入供試品的培養(yǎng)基中能否生長，以驗證供試品有無抑菌活性物和試驗條件是否符合要求。取小于100cfu的各陽性菌加至已含有供試品的培養(yǎng)基，按規(guī)定培養(yǎng)3-5天，應(yīng)有菌生長。否則無菌試驗無效。b、陰性菌對照試驗無菌檢查中，均應(yīng)取相應(yīng)溶劑和稀釋劑同法操作，并不得有菌生長。一、供試品管均澄清，或雖顯渾濁但經(jīng)確證無菌生長，判供試品符合規(guī)定；供試品中任何一管顯渾濁并確證有菌生長，判供試品不符合規(guī)定。二、若陰性對照管有菌生長，陽性對照管規(guī)定時間內(nèi)無菌生長，此次試驗無效；無菌檢查所用設(shè)備或試驗過程中環(huán)境的微生物監(jiān)控結(jié)果不符合規(guī)定，此次試驗無效；無菌試驗過程中，有可能發(fā)生引起微生物污染的因素，此次試驗無效。降壓物質(zhì)、熱原檢查和無菌試驗只是供注射用的抗生素