微生物与生化制药1

pH的影响与控制： 最适pH 6.2-6.8，青霉素结构在碱性条件下不稳定。 控制手段： pH高于最适pH时，可补加糖和生理酸性物质
(NH4)2SO4 NaNO3 2NH3+H2SO4 NH3+H2O+NaOH
pH低于最适pH时，可以补加氨水，尿素等，也可提 高通气促进有机酸氧化 可利用自动加入酸或碱的方法维持pH
1953年，《自然》杂 志发表了沃森和克立克的 文章“核酸的分子结 构 — DNA的一个结构模 型”。标志着DNA双螺旋 结构的建立，从此遗传学
J D Watson F H C Crick
和生物学的历史从细胞阶 段进入了分子阶段。
Kary B Mullis
1985年穆利斯发明了高 效复制DNA片段的聚和 酶链式反应（PCR）技 术，利用该技术可从极其 微量的样品中大量生产 DNA分子，使基因工程 获得了革命性发展。
Maddox J. (Nature main editor )
Is molecular biology yet a science ?
Nature 1992 (335): 201
现在有那么一群叫做分子生物学家的人， 他们的文章无 视整体的植物与动物， 也很少言及生理学。对于这些人 来说， 实验资料大部分来自所谓凝胶----
疫苗 类毒素
抗毒素
抗血清 抗体制剂
2. 来源于微生物初级代谢产物 （primary metabolites）的药物
• 氨基酸 • 核苷酸 • 辅酶 • 维生素 • 有机酸 • 乙醇
习惯上称为化学药物或生化药物
3. 来源于微生物次级代谢产物 （secondary metabolites）的药物
我国新药审批的分类 • 化药 • 中药 • 生物制品
生物制品（biological products）：以微生物、细胞、 动物或人源组织和体液等为原料，应用传统技术或现代 生物技术制造，用于人类疾病预防、治疗和诊断。
生化药物不包括： • 疫苗
• 抗生素
• 小分子植物成分
反应停（沙利度胺）：五十年恩怨 “孕妇的理想选择”？ 1957年10月1日联邦德国一家制药公司将
COOH
O COOH
OH
H
OH
前列腺素的作用： 平滑肌效应；血小板凝集；介导炎症；免疫应答 产科应用，血管舒张，抑制胃酸分泌
2. 植物来源的药用物质
早期大多数的药用物质均来自植物，在美国出售的 所有处方药中25%的药物含有最初从植物中分离出 来的活性成分。
O
CH2OH O
OH
O
C
CH3
葡萄糖
COOH
关附甲素
O CH3 C O
HO O CH3 C O N
用于治疗心率失常
药学
(下设6个二级学科)
执业药师
(考试科目)
药物分析学
药剂学
药剂学 药物化学 药物分析学 药理学 药事管理与法规 药学综合
药理学
药物化学
天然药物化学 (合成)药物化学
生药学
微生物与生化制药学
微生物药物与生化药物的内涵
微生物药物：微生物在其生命活动过程中产生的、在低 微浓度下具有生理活性的次级代谢产物及其衍生物。 生化药物：运用生物化学方法，将生物体中起重要生理 生化作用的物质，经提取、分离、纯化等手段制造出的 药物，或者将上述药物加以结构改造或人工合成创造出 的药物，通称为生化药物（biochemical drugs）。
P22
phox
gP 91
PI(3)P
cytosol RAc2 GTP
PI(3,4)P2
NADP H
H
+
pxxp
+
NADP
P67 P40
phox
phox
TP R TP R TP R TP R
pxxp
P 47
PX
PxxP
phox
PX
PxxP
SH3
SH3 SH3
SH3
P P P P P P P
SH3
pxxp
药代动力学 不良反应 批准文号
药物的开发与审批过程
选定研究对象 收集原料
筛选活性
确定活性成分
多种研究方法及体系
MTT法原理
噻唑蓝（MTT）
细胞（线粒体琥珀酸脱氢酶）
DMSO
Formazan（甲囋）
溶液（OD490）
阳性对照、阴性对照、样品梯度
试验组OD值 细胞存活率= ×100% 对照组OD值
生物技术制药：
采用现代生物技术,借助某些微生物、植物、
动物生产医药品，叫作生物技术制药。
生物技术：基因工程、细胞工程、酶工程、发
酵工程、生化工程、蛋白质工程、抗体工程。
基因工程技术对生物药物生产的重要性
克服了原料获取的难题 克服了产品安全性的问题 为从不适/危险来源材料直接提取提供了可选择方法 便于生产比天然蛋白产品更具临床优势的蛋白药物
•MEK Homo sapiens MAP kinase kinase •Mitogen-activated protein kinases （MAPK） include three subgroups, extracellular-signalregulated kinase （ERK）, c-Jun aminoterminal kinase （JNK） and p38 MAPK.
将一切生物学问题还原到DNA 水平的同时 人类必将用整体的， 综合的观点去思考生物学
第二章 微生物制药
概 述 抗生素
目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物少， 但一般认为目前人类所发现的微生物还不到自然界中微 生物总数的1%
微生物药物的分类
1. 基于微生物整体或部分实体的药物
• • • • •
微生物发酵的一般工艺（示意图）
碳源： 乳糖和葡萄糖 连续流加葡萄糖代替乳糖 氮源： 玉米浆，富含多种氨基酸及青霉素合成前体苯乙酸 玉米浆质量难控制，可用花生饼粉代替
前体： 苯乙酸，苯乙酰胺，苯乙胺，苯乙酰甘氨酸 前体对菌体生长和生物合成具有一定毒性 菌体还能氧化某些前体物质 间歇或连续添加低浓度前体
微生物与生化制药
陈光 chenguang@
药品说明书
药品名称：
通用名：对乙酰氨基酚；乙酰水杨酸 商品名：扑热息痛；阿司匹林 化学名 ห้องสมุดไป่ตู้ 英文名 汉语拼音
成分 性状 作用类别 药理作用 适应症
用法，用量 注意事项
药物相互作用
温度的影响和控制
青霉菌生长适宜温度30度，分泌青霉素适宜温度20度， 采用分段控温。 如从26度逐渐降至22度。
27度 56 h 18度 184 h 27度
产量比25度常温培养提高16%
补料控制
补加氮源可延长发酵周期，提高产量 补加非离子表面活性剂也可提高产量 加入少量可溶高分子化合物可大幅度提高产量
H RCONH
H S
青霉素F, G, K, X
N O COOR
添加苯乙酸
1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究 表面培养：1升扁瓶或锥形瓶，内装200 mL麦
麸培养基 ─── 40 u/ml
1943年沉浸培养： 5 m3 ─── 200 u/ml 当今：100 m3─200 m3 ─── 5-7万 u/ml
O
S NH2
O
COOH O O CH3
阿司匹林（Aspirin）
抗生素的发现
Alexander Fleming
Ernst Boris Chain
Howard Walter Florey
生物来源的传统药物
1. 动物来源的药物
产品 胰岛素 尿激酶 皮质类固醇 适应症 糖尿病 溶栓药 抗炎，免疫抑制 来源 牛胰岛组织 人尿液 肾上腺皮质
微生物药物研究的新热点

手性药物合成、拆分 生物转化（组合生物转化） 组合生物合成


杂合抗生素
海洋微生物代谢产物 动、植物内生菌 生物技术的应用
抗生素（antibiotics）定义的演变
早期：微生物产生的能抑制或破坏他种微生物的物质。 扩展：低浓度下，能选择性地抑制或杀死他种微生物或 肿瘤细胞的微生物次级代谢产物。 修正：低浓度下，能选择性地抑制或杀死他种微生物或 肿瘤细胞地微生物次级代谢产物和采用化学或生 物学方法制得的衍生物与结构修饰物。
大型空气压缩机
青霉素发酵工艺
产生菌：产黄青霉（Penicillium chrysogenum） 发酵单位：最高60000 U/ml 生产孢子：甘油，葡萄糖和蛋白胨培养基斜面；转种到大米固体 培养基上，25℃培养7天，孢子成熟后真空干燥，低温保存。 一级发酵：在小罐进行，使孢子萌芽成菌丝 二级发酵：大量繁殖青霉菌菌丝体 三级发酵：生产青霉素
主要的技术进展：通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。 抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接 种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。 抗生素工业的发展建立了一套完整的好氧发酵技术，大型搅拌 发酵罐培养方法推动了整个发酵工业的深入发展为现代发酵工 程奠定了基础
180M3发酵罐车间
弊端： 安全性 生产成本 成分单一
美国生物技术药物销售量增长情况（亿元）
160
160 140 120 100 80 60 40 20 0 1990 1994 1995 2004
20 51 77
世界范围生物技术药物发展概况
1995：不足4％ 2000：9％
2003，15％：600亿美元
RPTK-Ras Pathway
抑制率（%）= 1-试验组OD值/对照组OD值×100%
确定活性成分
原料保障研究
动物试验
制剂，工业化研究
野生资源 人工栽培 人工合成 组织培养
药效试验 毒性试验 药代动力学试验
制剂配方 生产工艺 稳定性研究
申请临床研究
I期临床研究
II期临床研究 申请新药证书及生产批文号 III期临床及正式生产
• 降低液体速度梯度 • 促进溶氧，除去二氧化碳 • 分散剂作用，避免成团
临床应用青霉素特点：
1. 耐酸青霉素 2. 耐青霉素酶青霉素 3. 广谱青霉素 4. 抗革兰阴性菌青霉素
5. 抗绿脓杆菌有效的广谱青霉素
1945年Brotzu从撒丁海岸阴沟出口处分离到一株头 孢子菌Cephalosporium acremonium，产生多种组分 抗生素。
抑制细胞壁生物合成的抗生素
细菌细胞壁：多糖，蛋白质，类脂，肽聚糖为基本结构。 1. β－内酰胺类
S N O
O N
S
Fleming发现青霉素时的青霉为Penicillum rubrum, 随后的 Penicillum notatum是与之非常近缘的菌株，青霉素的生产 能力仅为1～2 U/ml。后经大规模筛选与选育，发现 Penicillum chrysogenum变株Q176等高产菌株，培养方式 由表面培养变成深层发酵，使单位产量大幅提高。
反应停正式推向了市场。
治疗癫痫→抗过敏→妊娠呕吐（镇静安 眠）
“ 反应停事件 ”
1962年，西德发现在出生婴 儿中有大批无肢或短肢畸形, 俗称
“海豹胎”。
孕妇服用了当时新合成的一 种治疗妊娠呕吐的药——酞
胺哌啶酮（反应停）。
反应停 （halidomide，α-苯肽茂二酰亚胺，塞利多米 ）
H O N O O H N R O
COOH
3. 微生物来源的药物
19世纪末20世纪初出现并壮大的制药公司
Bayer, Ciba Geigy, Eli Lilly, Glaxo, Roche, Pfizer, Merck, Alcon Johnson&Johnson, NovoNordisk, Abbott, Schering-Plough, 武田，大冢
H O N O O H S N O
镇静作用
强烈致畸作用
第一章
概
述
制药工业的发展
CH HO CH3O H C N CH2
N
奎宁（Quinine）
O
O
OH CH3 O O CH3 O O OH CH3 O O OH OH OH
洋地黄毒苷（Digitoxin）
NH2
H2N N N
百浪多息（Prontosil）
类风湿发病 机 理
致病抗原
激发免疫反应及炎症反应
激活T细胞，巨噬细胞，滑膜细胞 释放淋巴因子，炎性物质 (IL-8,PGS,TNF-α等)
炎症相关细胞（淋巴细 胞，中性粒细胞，巨噬 细胞）的异常活跃
O2 -
关节及全身病变
O2
Phagosome lumen or extracellular
O2phox
抗生素
抗微生物感染抗生素 抗肿瘤抗生素
生理活性物质
酶抑制剂
受体拮抗剂
免疫调节剂
发展历程及重要性
古代利用豆腐霉菌或发霉面包治病 不同微生物间的拮抗现象 青霉素的发现（Chain, Florey） Waksman 梅泽滨夫（博来霉素、酶抑制剂HMG-CoA） 微生物学、分子生物学、细胞生物学、基因工程发展