微生物发酵制药

6、作为研究工具
许多微生物的代谢产物，包括有治疗和无治疗价值的微生物药物，由 于它们特殊的作用机制，在生物学研究中是重要的研究工具。① 细 胞代谢中生物分子功能的阐明。蛋白质合成过程中许多细节就是采用 了放线菌酮和氯霉素等抑制剂而得到阐明的；② 绘制微生物遗传图 谱。大肠杆菌RNA聚合酶基因在染色体上的定位就是利用其对利福平 的抗性而定位的；③遗传操作。抗菌药物的抗性基因可以作为优良的 遗传标记。
3. 氨基酸类药物
目前氨基酸主要用于生产大输液及口服液。
• 精氨酸、谷氨酸钠用于肝性昏迷的临床抢
救，解除氨毒；L-谷氨酰胺用于治疗消化
道溃疡；L-组氨酸为治疗消化道溃疡辅助
药等。
• 目前大部分氨基酸可用发酵法生产。
4.
核酸类
• 核酸类物质和氨基酸等类似，是微生物的初级代谢 产物，它们在生物体内收到严密的调节和控制，因
分类
• • • • • • • • 抗生素类药物 维生素类药物 氨基酸类药物 核酸类药物 酶与辅酶类药物 酶抑制剂 免疫调节剂 甾体类激素
1. 抗生素类
• 抗生素类是一类由微生物产生的在低浓度下 具有抑制或杀死微生物作用的化学物质。
2. 维生素类
• 目前采用微生物技术生产的维生素类
药物及其中间体有维生素B2(核黄素）、 维生素B12（氰钴胺素）、2-酮基-L古龙酸（维生素C原料）、β -胡萝卜 素（维生素A前体）、麦角甾醇（维生 素D2前体）等。
工程菌发酵制药的基本过程
上游过程： • （1）目标基因的克隆（2）表达载体的构建（3）工 程菌的重组构建与保存 下游过程： • （1）菌种和生产用培养基的配制（2）培养基、发酵 罐和辅助设备的无菌化操作（3）接菌与工程菌扩大
繁殖培养（4）最适条件下发酵培养，生产目标产物
（5）产物的提取、分离与纯化，获得合适产品
6. 酶抑制剂
克拉维酸、洛伐他汀
7. 免疫调节剂
免疫增强剂、免疫抑制剂
8. 甾体类激素
可的松、地塞米松
二
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新型微生物发酵技术
发酵工程
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基因工程菌
微生物药物作用机制
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一、发酵工程
• 概念：采用现代工程技术手段，利用
微生物的某些特定功能，为人类生产 有用的产品，或者直接把微生物应用 于工业生产的一种新技术
基因不稳定性的原因： • 分离丢失 当细胞分裂时一个子细胞没有接受质粒就出现分离丢失
• 结构不稳定性
除了分离不稳定性问题外，某些细胞保留质粒，但质粒结构发
生改变，而不产生外源蛋白，减少对细胞的有害影响，这就是结
构不稳定性 • 宿主细胞调节突变 宿主细胞的突变也会造成生产能力的减少。这些突变通常改变 细胞条件，结构减少目标蛋白的合成
宿主-载体系统 构建基因工程菌，必须选择宿主和表达系统一般希
望翻译后的处理要简单。常见的宿主系统有：
G+细菌 (枯草芽孢 杆菌）
低等真核细 胞（甲醇营 养型酵母）
大肠杆菌
哺乳动物 细胞
基因工程菌生产的特点
基因的不稳定性 • 基因工程菌带有外源基因，外源基因可能
在质粒上也可能整合到染色体上，这些基
因可能不稳定。丢失外源基因的菌往往比 未丢失的菌生长快得多，这样会大大降低 产物的表达。为了抑制基因丢失的菌的生 长，一般在培养中加入选择压力，如抗生 素
发酵工程的内容
菌种的选育 培养基的配制 灭菌 扩大培养和接种
发酵过程
产品的分离提纯等
• 菌种
一级种子摇瓶 扩大培养
二级种子罐培养
• 原料
发酵培养 基配制
灭菌
发酵生产
代谢产物分离
微生物工业发酵过程简图
发酵过程的影响因素
• 菌体浓度
• 培养基的影响，如碳源、氮源、微量
元素等
• 温度影响
• PH
• 溶解氧
• 一、概述
• 基因工程菌生产的主要产品：
• z非蛋白质：可以通过代谢工程细胞来获得，
• 产生新的途径或增强某一途径，从而得到新的化合物 或增加产量。 • z蛋白质：现代基因工程重点产物。
基因工程菌发酵技术获得的常见药物
• 细胞因子：是一类能在细胞间传递信息、具有免疫调
节和效应功能的蛋白质或小分子多肽。主要有：白细 胞介素（IL)、干扰素（IFN)、集落刺激因子（CSF)、 肿瘤坏死因子（TNF)、红细胞生成素（EPO) • 疫苗：为了预防、控制传染病的发生、流行，用于人 体预防接种的疫苗类预防性生物制品。主要有：乙肝 疫苗等
微生物药物 作用机制
完整细胞水平 在敏感细胞的培养物中， 添加待测药物，观察药 物对大分子合成的影响。 利用添加放射性标记的 特异性前体，对这些合 成过程进行跟踪。
部分纯化的无细胞体 系 阐明药物干扰的以下 过程：①前体物合成 或酶的激活；②参与 的酶或细胞器；③决 定前体物掺入聚合物 的信号系统等。要进 行这类研究，需要制 备部分纯化的细胞抽 提物。
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发酵工程制药特点
• 菌种是根本 • 理论产量存在“生物学变量” • 常温常压下反应，安全，条件简单 • 纯种培养，防污染 • 课制备复杂高分子化合物 • 分子水平，定向发酵，组合生物合成等
• 发酵工业成本低
二、基因工程菌
• 将目的基因导入细菌体内使其表达，产生所需要的蛋
白的细菌称为基因工程菌，如：大肠杆菌。
此，用于工业生产的产生菌都是经过选育的突变株。 用微生物发酵技术生产的核苷酸类药物及其中间体 有肌苷酸、肌苷、5‘-腺苷酸（AMP)、三磷酸腺苷
（ATP)、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD)、辅酶A(CoA)、 辅酶I(CoI)、二磷酸胞苷（CDP)、胆碱等。
5. 酶与辅酶类药物
L-天冬酰胺酶、链激酶；NAD、NADP、CoA
基因工程菌发酵
• 基因工程菌的培养过程包括：
• （1）通过摇瓶操作基因工程菌生长的基础条件，
如温度、PH、培养基各种组分、碳氧比，分析
表达产物的合成、积累对受体细胞的影响 • （2）通过培养罐操作确定培养参数和控制方案 及顺序
基因工程菌的培养方式
补料分批 培 养
连续培养
透析培养 固定化培养
基因工程菌的发酵工艺
4、改善畜牧业产品的生产
抗生素由于能提高动物的生长速度而在动物营养方面广泛应用了多年。 抗生素影响动物生长的可能机制是：① 抑制产毒素的肠道细菌；② 抑制无症状致病菌；③ 抑制食物中的有害菌；④ 通过抑制有害菌的 生长而促进有益菌的生长。
5、在农业上的应用
目前，已有一定数量的微生物药物被开发应用于农业。较为重要的应 用有：① 抑制植物致病细菌感染。如链霉素可以用来防治欧文菌和 真菌的感染；② 控制植物致病真菌感染。比较重要的有杀稻瘟菌素S、 多氧菌素、放线菌酮和春雷霉素等；③ 除草剂。研究最深入的除草 剂是谷氨酰胺抑制剂二丙胺磷。
微生物药物不但可以用于治疗疾病，也常常用来预防临床上可能发生的感染。 但应谨慎地运用药物，尤其是抗菌药物。否则可出现弊大于利的情况，如耐 药性菌株的出现、引起不良反应、过敏反应等。
3、兽医药中的应用
在兽医方面，抗生素广泛应用于预防和治疗个体或群体动物的疾病。个体动 物的治疗用于动物感染的肺炎、支气管炎、乳腺炎等。但对于那些用来食用 的动物，必须在屠宰或收集蛋、奶之前停用抗菌药物很长时间，以避免药物 通过食物链传递。
纯化的酶系统 在多酶反应体系中， 每一种成分都可能成 为药物的作用靶位置。 通过放射化学法或检 测蛋白质色谱变化或 蛋白质电泳迁移率的 变化，可以鉴定出与 药物结合的靶蛋白。
微生物药物的应用
1、 治疗疾病 2、预防疾病
通常，能够用于治疗某一种疾病的候选药物的品种很多，人们在用药物时应 考虑多方面因素。
微生物发酵制药
11生技3班 肖雪莲、王若晨、郑渊铭
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微生物药物简述 新型微生物发酵技术
微生物药物应用
一
定义：
微生物药物简述
• 微生物在其生命活动过程中产生的生理活
性物质及其衍生物，包括抗生素、维生素、
氨基酸、核苷酸、酶、激素、酶抑制剂、 免疫调节剂等一类化学物质的总称，是人 类控制感染等疾病，保障身体健康，以及 用来防治动、植物病害的重要药物。