微生物在医药领域的应用

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四、抗生素的制备
获取菌种 孢子制备 种子制备 发酵 发酵液预处理 提取及精制 成品检验
成品包装
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(1)菌种:菌种都是从自然界分离、纯化及选育后获得的。 这些菌种通常采用砂土管或冷冻干燥管保存。要经常进行 菌种选育工作,用人工方法加以纯化和育种,才能保持菌 种的优良性状不变。菌种制备要保持严格的无菌状态。
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微生物的发酵
目前应用微生物工业把发酵由微生物扩大到植 物、动物,因此工业微生物学家将所有通过微 生物或其他生物细胞(动、植物细胞)或经过 生物工程改造了的“工程菌”的培养来制备工业产 品或转化某些物质的过程,统称为发酵。
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微生物发酵的一般工艺
微生物发酵的一般工艺也就是利用深层培养,进 行微生物发酵生产所需要产品的过程。微生物发 酵一般分发酵与提取2个阶段。其生产的一般工艺 流程如下。
(2)孢子制备:将保藏的菌种进行培养,制备大量孢子供 下一步植被种子使用。需氧发酵制备孢子一般是在摇瓶内 进行,通过振荡,外界空气与培养液进行自然交换获得氧 气。培养基要含有生长因子和微量元素,且碳源或氮源不 宜过多,从而保证生产大量的孢子。还要严格控制培养基 的pH、培养温度、培养时间等条件。
(3)种子制备:使有限数量的孢子萌发、生长、繁殖产生 足够量的菌丝体,供发酵培养所用。在种子罐内微生物菌 丝大量生长、繁殖,因而缩短了下一步发酵罐内菌丝生长 的时间。种子罐中的培养液要尽可能与发酵液一致。而且 要有易吸收的碳源和氮源。
合体但靶位仍能保持其功能。 c. 细胞通透性的改变,使药物进入细胞内减少。
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3、细菌耐药性产生的防止对策
① 合理使用抗生素,可不用抗生素时尽可能不用,并 注意防止交叉耐药性,同时主张联合用药。
② 寻找新药。努力寻找具有新的化学结构的新抗生素 和改造现有的抗生素,以及新的酶抑制剂。
提取方法是根据产品的理化性质决定的。目前常用的提 取方法有吸附法、溶媒萃取法、离子交换法和沉淀法。 (3)成品检验
经过发酵与提取得到的成品,应根据药典标准进行检测, 检测的项目根据产品的性质而定。如抗生素一般要进行效 价测定、毒性试验、无菌试验、热原质试验、水分测定等。 (4)成品分装
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抗生素种类 产生菌
化学结构
作用对象
作用机制
青霉素 真菌产生 β-内酰胺类 抗G+细菌的 影响细胞壁合成
链霉素 放线菌产生 氨基糖甙类 抗G-细菌
影响蛋白质合成
红霉素 放线菌产生 大环内酯类 抗G+细菌的 影响蛋白质合成
多粘菌素 细菌产生 多肽类
抗G-细菌
影响细胞膜通透性
四环素 放线菌产生 四环素类
(二)教学要求 1.掌握抗生素的概念、特点和医用抗生素的特点。 2.熟悉抗生素的效价和单位表示方法。 3.了解抗生素效价的生物测定方法、微生物在其 他药物生产中的应用。
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微生物种类多、数量大、个体小、面积大、新陈代谢 能力强、吸收多、转化快、生长旺、繁殖速度快,广 泛应用于制药工业中。如抗生素、维生素、氨基酸、 酶及酶抑制剂以及微生态制剂都有是利用微生物发酵 制成的。利用“工程菌”作为制药工业的发酵产生菌可 生产出更多低成本、高质量的药物,使得微生物在制 药工业中的应用前景更加广阔。
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七、细菌的耐药性
1、耐药性的概念 耐药性是指在微生物或肿瘤细胞多次与药物接触发生
敏感性降低的现象,是微生物对药物所具有的相对抗 性。耐药性增强,则敏感性降低。
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2、耐药性产生机制
① 细菌耐药性产生的遗传机制:耐药性可由染色体或 质粒或两者兼有介导。
② 细菌耐药性产生的生化机制: a. 产生使抗生素结构改变的酶,即钝化酶。 b. 作用靶位的改变,不能与细菌结合或能结合形成复
成交联中所需的转肽酶反应,使肽聚糖三维结构不能 形成。
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2、影响细胞膜的功能 多黏菌素、两性霉素 3、干扰蛋白质合成 氨基糖苷类、四环素类、大环内酯类以及其他一些抗
生素 4、抑制核酸的合成 博莱霉素、利福平、利福霉素、氟哌酸、氧氟沙星、
阿霉素等。 5、干扰的能量代谢和电子传递体系 素养性太强,限制了在临床上的应用。
抗病毒
影响蛋白质合成
灰黄霉素 真菌产生 多烯类
抗真菌、病毒 影响核酸合成
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二、医用抗生素的特点
1.差异毒力大
差异毒力:即抗生素对微生物或肿瘤细胞等靶体的 抑制或杀灭作用,与对机体损害程度的差异比较。 由抗生素的作用机制决定,如青霉素类抗生素能抑 制革兰阳性菌细胞壁生成,而人和动物的细胞没有 细胞壁,所以说青霉素对人和动物没有作用,因此 青霉素可以在临床上用于抗感染。可以说一种抗生 素它的差异毒力越大,越有利于临床的应用。一般 的化学消毒剂对微生物和机体的毒力无明显差异。
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2、单位
抗生素的国际单位:指经国际协议,每毫克含一 定单位的国际标准品,其单位即为国际单位(IU)
抗生素单位的含义分类 ① ② ③ ④ ⑤质量质类质特标量为量似量定量折1U算加单质折单法单以位 量 算 位位折单 单,算位 位与。原1个始青的霉指生但素抗素少物质物1对言际类素非以某有单μ活生含数量活于有似盐活,特一关g位性素量成=单性不效质类性只定质的系相制。份1位部同含量纯部要的量国指U当剂原不,分盐量单品分它一作家在的标则清是为类是位的的们批为机5签上的纯0指重的一,质质的抗一构1m上以抗抗lm以量同致是量量单生定认肉所质生生g抗作一的以为。位素单可汤=标量素素生为抗。特单相样位而培1示表,实素单生定位同0品,定养的示或际0的位素的,,的经。基0抗,照质生而抗包实U内。生括
由于各种抗生素对微生物的作用方式不同,因 而每种抗生素都有特定的抗菌谱。抗菌谱是指 抗生素所能抑制或杀灭微生物的范围和所需剂 量。抗菌谱广的我们称之为广谱抗生素,对多 种病原菌有抑制和杀灭作用。抗菌范围窄的称 为窄谱抗生素,比如青霉素就是窄谱抗生素, 主要抑制革兰氏阳性菌,而抗癌抗生素的抗瘤 范围我们称之为抗瘤谱。
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3酶制剂及酶抑制剂 (1)酶制剂
①透明质酸酶 ②天冬酰胺酶 ③胶原酶 ④消化酶 ⑤青霉素酰化酶 ⑥青霉素酶
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我们在医药方面常用的微生物酶制剂有: 1. 促消化酶类:我们利用微生物生产的种进消化 的酶类有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶等, 能够治疗消化不良、急慢性肠胃炎、食欲不振等疾 病。 2. 消炎酶类:这类酶制剂中常用的比如溶菌酶, 具有抗菌、抗病毒、抗炎症、促进组织修复等作用, 临床上用于五官科各种粘膜炎症或者龋齿等。 3. 抗肿瘤酶类:酶能治疗某些肿瘤,比如大肠杆 菌产生的天冬酰胺酶就是一种抗白血病的药物。它 的主要作用是水解天冬酰胺成为天冬胺酸和氨。
通气、搅拌及消泡 此生判素断的合合适成的方和向罐,时并间增。加产
发酵终点判断
量。
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提取阶段
(1)发酵液预处理 多数发酵产品如抗生素存在于发酵液内,有些存在于菌丝
内。发酵液预处理包括除去发酵液内的杂质离子(Ca2+、 Mg2+、Fe3+等)以及蛋白质,并利用板框压滤机,使菌丝 与滤液分开,便于进一步提取。 (2)提取与精制
完全抑制金黄色葡萄球菌顾生长用的药最习小惯青,霉仍素沿量用为单U位。表这示个。量 相当于青霉素G钠盐0.5988μg,1mg=1670U。
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六、抗生素的作用机制
1、抑制细胞壁的合成 磷霉素 环丝氨酸:抑制五肽的形成 万古霉素:阴断二糖五肽与胞壁受体结合 杆菌肽:影响肽聚糖的形成 β-内酰胺类抗生素如青霉素和头孢菌素,抑制肽聚糖合
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4.不易使病原菌产生耐药性 某些病原菌耐药现象日趋来重,它们引起的疾 病常成为临床治疗的难题。因些一个优良的抗 生素应不易使病原菌产生耐药性。 其他:良好的抗生素副作用小、不易引起超敏 感反应,吸收快,血浓度高,不易被血清蛋白 结合而失活等特性。
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三、寻找新抗生素的基本程序
抗生素获得的几条途径: ① 从自然界分离并筛选新抗生素产生菌。 ② 改造现有的抗生素的产生菌,再经筛选获得新抗生
素产生菌。 ③ 对已知的抗生素进行结构改造,经筛选后获得新的
半合成抗生素。 ④ 新的筛选方法,应用定向生物合成和突变生物合成
的原理等。 ⑤ 现代分子生物学技术设计产生新抗生素。
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概 抗生素:是生物在其生命活动过程中所产生的,

能在低微浓度下有选择地抑制或影响他种生物 功能的有机物质。
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一、抗生素的分类
根据根抗根根据生据据抗素抗抗生的生生素作素素的用的的作对生化用象物学机分来结制类源构分分分类类类: 1. 抗1革11.抑..细兰B制-菌氏内细产阳酰胞生性胺壁的细类合抗菌抗成生的生的素抗素抗:生:生多素青素黏:霉:菌青素青素霉、霉和素头素短、孢、杆红霉环菌霉素丝肽素氨等等酸 2. 抗2革22.影..放兰氨响线氏基细菌阴糖胞产性苷膜生细类功的菌抗能抗的生的生抗素抗素生:生:素链素链:霉:霉链素多素霉、黏、素卡菌四、那素环多霉等素黏素等菌素等 3. 抗3真33.抑..真菌大制菌的环核产抗内酸生生酯合的素类成抗:抗的生灰生抗素黄素生:霉:素青素红:霉、霉丝素制素裂和霉、霉头菌麦素孢素迪C霉等霉等素素等、 4. 抗4病44.抑..植毒四制物的环蛋和抗素白动生类质物素抗合产:生成生四素的的环:抗抗霉金生生素霉素素素::、链蒜土霉素霉素、素、鱼等四素环等素。等 5. 抗5癌5.抑.的多制抗肽生生类物素抗能:生作丝素用裂:的霉多抗素黏生、菌素阿素:霉、抗素杆霉等菌素肽、。短杆菌肽
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2.生物活性强
生物活性即抗菌活性是指药物抑制或杀灭微 生物的能力。一种抗生素它的抗菌活性强弱 我们常常以最低抑菌浓度(MIC)来衡量。 MIC是指抗生素能抑制微生物生长的最低浓 度,以μg∕ml来表示。MIC值越小,表示 抗生素的作用越强。
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3.有不同的抗菌谱
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第一节、抗生素
很早以前,人们就发现某些微生物对另外一些微生物的 生长繁殖有抑制作用,把这种现象称为抗生。随着科学 的发展,人们终于揭示出抗生现象的本质,从某些微生 物体内找到了具有抗生作用的物质,并把这种物质称为 抗生素,如青霉菌产生的青霉素,灰色链丝菌产生的链 霉素都有明显的抗菌作用。
新抗生素产生菌的常规分离和筛选过程
1.土壤微生物的分离 2.筛选 3.早期鉴别 4.分离精制 5.临床前试验研究和临床试用
采以抗素物将合制经试土菌可生可适临无模验纯,抗以素能的床菌型化阶以生采产方前生体。段春素用生法试。理内秋:精菌新将验盐筛两一原的抗有研水选季般细鉴生效究适取采采胞别素抗后当法土用核、的生,稀等为琼分抗放素被释。宜脂裂生线从审进抗,扩抑素菌培查行病取散制的进养合涂毒5法法鉴行液格布抗~筛、别扩中的法生10c选噬。大提抗分素m法菌培取生离可深。体养出素。采处抗法,来方用的肿、然,可组土瘤实后加进织壤抗验选以入培,生动择精临养床 法、噬菌体模型 法、体内筛选法等。
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五、抗生素的效价和单位
1. 效价 效价是指在同一条件下比较抗生素的被检品和标 准品的抗菌活性,从而得出被检品的效价,我们 用百分比来表示表示: 效价=被检品的抗菌活性∕标准品的抗菌活性 标准品:是指与商品同质的、纯度较高的抗生素, 每毫克含有一定量的单位,可用作效价测定的标 准。
③ 加强抗药机制的研究,了解细菌耐药性的本质,以 便有针对地解决耐药菌对人类的危害。
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第二节、其他发酵产品
1.维生素 (1)维生素C 2.氨基酸 (2)维生素B2 (1)谷氨酸 (3) 维 生 素(2)赖氨酸 B12
谷氨酸是制造味精的原料,味精就是谷氨酸钠盐。另外, 谷氨酸在医疗上可以用于肝昏迷、神经衰弱、配制营养 注射液等。 谷氨酸产生菌主要是棒状杆菌属、短杆菌属和节杆菌属, 谷氨酸产生菌的共同特点是革兰氏阳性短杆菌,无鞭毛, 无芽胞,生长需要适量生物素,而且需要氧气,也就是 说都是需氧菌。
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微生物发酵的一般工艺(示意图)
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发酵注意因素
无菌操作 营养需要 PH 温度 前体
发前酵体过是程抗中生通素过分定子期的取前样身分或 析其,组测成定部抗队生分素,含直量接、参发与酵抗 液生PH素、的含生糖物量合和成含而氮自量身、无显 菌著丝变含化量。及加形入态前观体察可等控,制据抗
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