生物药物的概念一

五、当前寻找新微生物药物的热点
1 、建立新的筛选模型，寻找非抗生素 类生理活性物质。 2 、利用基因工程技术构建能产生新的 次级代谢产物的基因工程菌。 3 、扩大微生物来源，寻找新的生理活 性物质传统的土壤微生物。
六、当前寻找新微生物药物的热点
1、建立新的筛选模型，寻找非抗生素类生理活性 物质。 2、利用基因工程技术构建能产生新的次级代谢产 物的基因工程菌。 3、扩大微生物来源，寻找新的生理活性物质。 4、应用定向生物合成和突变生物合成的原理来寻 找新的次级代谢产物。 （1）根据已知抗生素的生物合成机理，通过改变 培养基成分，控制发酵条件，进行定向生物合成来 寻找新的次级代谢产物。 （2）通过对已知抗生素产生菌进行诱变处理，使 一些沉默的基因得以激活而产生新的生理活性物质
2 、按原料来源来分
（1）人体组织来源的生物药物：
如：人血液制品类、人胎盘制品类、人尿制品类
（2）动物组织来源的生物药物： 如：动物脏器制药 （3）植物组织来源的生物药物:如 如：常山碱、黄莲素、白果酸等 （4）微生物来源的生物药物： 如：抗生素、氨基酸、维生素、酶等。 （5） 海洋生物来源的药物 如：海藻酸、螺旋藻等
③ 利用基因置换的方法构建单组分产生菌 当多组分抗生素生物合成的遗传背景完 全搞清楚后，可以采用体外定向转换基因的 方法来构建单组分产生菌，实例为阿维菌素 单组分产生菌的构建。
七、微生物工程 （一）“发酵”一词的涵义
1、起源 源自拉丁文“fervere”，原意是“沸腾”，用于描 述酵母作用于果汁或发芽谷物浸出物（如麦汁）时 所呈现的外观。 2、生化：厌氧的产能分解代谢。 3、发酵工业：泛指通过微生物的大量培养而形成产 物的过程，可以是无氧或有氧代谢，产品可以是菌 体本身，或是代谢产物。 4、扩展：泛指培养生物细胞（含动物、植物和微生 物细胞）来制得产物的所有过程。 糖类经厌氧代谢而产生CO2。
核苷酸 B- 内 酯 酰 胺 类 酮类 肽类 糖肽类 大环内酯类 氨基糖苷类 安莎类 聚酯类 萜类 其它 合计
3、筛选途径及方法
v v v v 微生物学 样品的采集（土样） 各种各样菌种的分离 发酵培养以增加代谢 产物多样化 再次发酵 化学 v 活性化合物的鉴别 v 理化属性/排重 v 分离/纯化 v 结构阐明
三种生物学方法： ① 用发酵方法获得单组分利产物 原理：由于有些抗生素生物合成酶的基质特异 性不高，在发酵液中加入不同的前体物质，往往 会影响产物的组分。利用此原理可以获得单组分 产物。 例：青霉素发酵，加入苯乙酸或苯乙酸胺，就 可获得最有效的单组分青霉素G；多肽类环孢菌素 发酵培养基中加入特定氨基酸，可提高相应组分 的含量，加DL－a－氨基丁酸，只产生环孢菌素A， 抑制其它组分的形成；博莱霉素发酵中，加入精 胺，可选择性合成博莱霉素A5。 补加前体是提高有效组分合成的途径。
c.生物合成中个别（或少数）酶反应差异的途径
如阿维菌素生物合成中，存在C5－OH上是否甲基化， C22、C23上是否脱水，C25上并入的是异丙基还是异丁基 等的差异，形成38个组分。要获得特殊组分的产生菌，从上 述多组分形成机制考虑，采用诱变方法，破坏不需组分的生 物合成或形成（或并入）的基因，以阻止不需要组分的形成， 即可获得有效的单组分产生菌。 NTG 处理天然的合成 8 个组分的阿维菌素产生菌，阻断 C5－OH上的甲基化反应，得到只产游离C5－OH的4个B组 分（B1a，B2a，B1b，B2b） 产生菌，同样处理，截断缬氨 酸及其降解产物2－氧－异戊酸的并入能力，得到了只产4个 A 组分（ A1a，A2a，B1a，B2a） 的变株，即常规诱变处理 和理性化筛选的方法，仍可获得单组分产生菌。 利用基因置换的方法构建单组分产生菌
② 利用菌株诱变和定向筛选的方法获得单组分产生菌 很难找出其共性方法。总的说来从2个方面考虑。 A. 提高有效组分前体合成的方法 例：我国 “麦迪霉素 ”发酵，除形成原有的 A1、A2等 组分外，由于其生物合成的最后一步酶反应的C3－OH 上的酰化反应，其酰化酶的特异性不强。 丙酰辅酶A 酰化反应 主组分麦迪霉素A1 乙酰辅酶A 柱晶白霉素A6 由于内源或外源丙酰辅酶A的量不占主体，并有相 当量的乙酰辅酶A，所以我国产的“麦迪霉素”是含有麦 迪霉素A1和柱晶白霉素A6等多组分的产品，改名麦白 霉素。
分子生物学、药理学 v作用靶选择 v 筛选方法设计/实施 v 高产出筛选系统 v 活性的鉴定 v有效性研究
主要措施和方法：
（1）在整个筛选过程中初筛是非常重要的步骤。意 味着体外筛选和体内筛选模型是关键。 （2）用不同营养和控制条件来寻找新的次级代谢产 物。特定的条件适合某种代谢物的产生，而改变条 件又适合另一些代谢产物的合成。 （3）通过化学改造，将今创造和筛选出比母体在活 力、生物利用度或毒性上或二者、三者兼优的衍生 物。 (4) 重新评估已知的抗生素可以发现新的微生物药 物。典型例子：环孢菌素A，它是作为抗真菌药筛 选获得的，后来发现它具有免疫调节作用。在临床 肾移植治疗中是一个强有效的免疫抑制剂。
不同来源的微生物 所产生的具有各种结构的活性物质
化合物数 结构分类 灰色链霉 菌 2 2 16 17 1 11 7 1 1 0 112 170 放线菌 吸水链霉菌 5 8 3 20 2 77 22 5 42 0 80 264 诺卡氏菌 5 7 13 12 22 10 18 72 5 0 55 219 霉菌 曲霉菌，青霉菌 2 2 8 55 0 4 0 0 0 21 190 282
3、按生理功能和用途分类
（1）治疗药物 如：各种抗生素、药用酶类等 （2）预防药物 如：疫苗、抗菌剂等 （3）诊疗药物 如：单克隆抗体、诊断试剂。 （4）其它生物医药产品。
如：生化制剂、保健品、化妆品、食品、 医用材料等。
三、微生物药物的概念
微生物药物的定义为：由微生物在其生命 活动过程中产生的具有生理活性（或称药理活 性）的次级代谢产物及其衍生物，包括： 抗生素 受体 拮抗剂 抗氧 化剂 酶抑 制剂
3、检验上的特殊性
因此生物药物不仅要理化检验指标，更要有生物活性 检验指标。
（பைடு நூலகம்）、生物药物的分类
1、按药物的化学本质和化学特性来分 （1）氨基酸及其衍生物类药物 （2）多肽和蛋白质类药物 （3） 酶与辅酶类药物 （4）核酸及其降解物和衍生物类药物 （5） 糖类药物 （6） 脂类药物 （7）细胞生长因子类 （8） 生物制品类
B. 截断低效组分的生物合成（或前体并入途 径）的方法。
形成多组分抗生素生物合成的途径有： a.直线式生物合成途径 如红霉素A的生物合成中，有未甲基化前体 红霉素C，后续反应形成的E、F等。 b.分叉式生物合成途径 典型例子：庆大霉素多组分的形成，从巴龙 霉胺合成的庆大霉素 X2就开始分支，分支1合成 庆大霉素 C1，C2； 分支 2 合成 C1a，C2b（ 即小 诺米星），二个分支产物共同形成多组分的庆大 霉素。
一、生物药物的概念
1、生物药物：泛指包括生物制品在内的生 物体的初级和次级代谢产物或生物体的某一 组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗 的医药品。 2、生物技术制药： 采用现代生物技术人为 地创造一些条件，借助某些微生物、植物或 动物来生产所需的医药品，叫做生物技术制 药。
分子生物学 微生物学 生物化学 现代生物技术 遗传学 细胞生物学 化学工程
排重数据库的产生
过 程 菌株采集 菌株分离 菌株发酵 样品制备 初筛 再次发酵 扩大生物试验 分离和纯化 结构测定 菌种分类 适用的信息 地理和生态环境 生长特性、分离条件和形态学 在不同培养基上的生长特性 粗略估计化合物的极性和酸碱度 在靶测定体系中的灵敏度、特异性和活性 重现性和稳定性 关于活性、特异性生物和微生物活性的进一步信息 理化性质（如溶解分配系数、 TLC（ 薄板层析）、 HPLC以及光谱分析等） 已知或新结构 种的确定
农业生物技术 医药生物技术 生物技术疫苗 生物技术诊断 家畜生物技术 海洋生物技术
二、生物药物概述
（一）生物药物的来源 1、定义 指运用生物学、医学、生物化学等的研究成果， 从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用 物理学、化学、生物化学、生物技术和药学等学 科的原理和方法制造的一类用于防预、治疗和诊 断的制品。 2、原料来源 以天然的生物材料为主，包括人体、动物、植 物、微生物和各种海洋生物等。如用免疫法制得 的动物原料，用基因工程技术制得的微生物或其 它细胞原料等。
（二）生物药物的特性
1、药理学特性
（ 1 ）治疗的针对性强，治疗的生理、生化 机制合理，疗效可靠。 （2）药理活性高， （3） 毒副作用小，营养价值高 （ 4 ） 生理副作用常有发生。如免疫反应、 过敏反应等
2、在生产、制备中的特殊性
（1）原料中的有效物质含量低，杂质多且含量高。 提取、纯化工艺复杂。 （2） 稳定性差。 如被自身的酶水解等；理化因素的破坏等，如温度、 压力、PH、重金属等。 （3） 易腐败。 因此生产过程中对低温、无菌操作要求严格。 （4） 注射用药有特殊要求。 所以对药品制剂的均一性、安全性、稳定性、有效性 等都有严格的要求。
b. 增加外源前体的方法
如“麦迪霉素”缺乏丙酸辅酶A前体，驯化丙酰胺的 同化菌，在发酵液中加入丙酰胺，即可被转化为丙酰辅 酶A用来合成麦迪霉素A1，A1达80％。
c.直接提供调节剂的方法
如柱晶白霉素10个组分之多，C3－OH上的乙酰化酶受 丁酸盐的阻遏，为了从多组分产物中获得C3-OH是游离状 态的柱晶白A5，必须向菌体发酵液提供丁酸盐调节剂，以 阻遏乙酰化酶。直接加入丁酸盐，对菌体又会产生抑制作 用，所以筛选丁酰胺同化菌。利用菌体的酰胺酶，从加入 的丁酰胺中不断释放出活性丁酸盐，即可防止丁酸盐的抑 制作用，并可有效地阻遏酰化酶。利用变株，在发酵液中 加入丁酸胺，使柱晶白A5含量达80％以上。
5 、对已知的化合物进行化学改造来寻找 效果更好的生理活性物质。如： （1）扩大抗菌谱， （2）克服细菌耐药性， （3）改进对细胞的通透性， （4）改善化学和代谢稳定性， （5）提高血浆和组织浓度， (6) 增强与宿主免疫系统的协调作用， （7）达到一天给药一次的临床效果， （8) 减少副作用。
抗生素单组分产生菌的筛选
由于抗生素生物合成具有下列主要特征： ①生物合成途径比较复杂 ②生物合成酶的基质特异性不高 ③生物合成产物往往是结构相近的多组分 ④多组分抗生素的构效关系非常明显 ⑤生物合成的调节机制比较复杂 为获得最有效的单组分产品， 可采用精细的分离技术 （如色谱层析）从多组分产物中分离出有效产品，如 妥普霉素 黑暗链霉菌 卡那霉素B 安普霉素等多组分产物
其它多组分抗生素的形成，也有类似情况， 结合实例说明如何通过提高前体产量来获得单组 分产生菌的方法。 a. 增加内源前体的方法 例：麦里多霉素有用组分Ⅲ，它的C3－OH是 丙酰化，丙酰辅酶A与门冬氨酸系的氨基酸有密 切关系，都是提高组分Ⅲ的作用，该菌体受缬氨 酸的明显抑制，所以筛选耐缬氨酸变株，麦里多 霉素Ⅲ含量从40％提高到75%，解除氨基酸合成 的控制提高异亮氨酸产量的结果。
免疫 调节剂
四、寻找微生物药物的基本途径和方法
1、微生物是具有潜在治疗效用的新结构化 合物的无穷源泉 （1） 微生物分布广。 （2） 种类多。 （3）易变异。 (4）微生物的次级代谢产物的多样性和新 颖性 。
2、涉及主要微生物类型
几种主要放线菌产生的活性物质数量
产生菌 Streptomyces griseus 灰色链霉菌 Streptomyces hygroscopicus 吸水链霉菌 Streptomyces lavendulae 浅紫灰链霉菌 Streptomyces antibioticus 抗生链霉菌 Streptomyces fradiae 弗氏链霉菌 Micromonospora spp. 小单孢菌 Nocardia spp. 诺卡氏菌 活性物质的数目 187 286 129 95 76 386 270