第13讲 第三章 药发酵工程制药 第一节 发酵工程制药概

第13讲第三章药发酵工程制药第一节发酵工程制药概第三章发酵工程制药发酵工程制药概述抗生素类药物概述β-内酰胺抗生素的生产大环内酯类抗生素的生产四环素类抗生素的生产氨基糖苷类抗生素的生产思考题发酵工程制药概述发酵工程制药的研究范畴发酵工程制药的工艺特点与要求发酵工程药物研究开发的一般程序发酵工程制药的研究范畴发酵工程药物包括抗生素在内，发酵工程药物包括抗生素在内，一系列通过微生物发酵生产的抗细菌、抗真菌、抗微生物发酵生产的抗细菌、抗真菌、病毒、抗肿瘤、抗高血脂、病毒、抗肿瘤、抗高血脂、抗高血压作用的药物，以及抗氧化剂、酶抑制剂、的药物，以及抗氧化剂、酶抑制剂、免疫调节剂、强心剂、镇定剂、调节剂、强心剂、镇定剂、止痛剂等的总称。

包括:抗生素、维生素、氨基酸、包括:抗生素、维生素、氨基酸、核苷或核苷酸、药用酶和辅酶、核苷酸、药用酶和辅酶、其他药理活性物质。

发酵工程制药的工艺特点与要求发酵工程药物生产的工艺过程: 无菌空气菌种孢子种子发酵发酵液预处理提取精制产品检验产品包装菌种工艺的特点与要求 (1)菌种要求品系纯正，生产能力高，遗传性状稳定。

菌种要求品系纯正，生产能力高，遗传性状稳定。

( 2 ) 制备的各阶段种子均要求无其它微生物的污染、生命制备的各阶段种子均要求无其它微生物的污染、力强、保存期短。

力强、保存期短。

( 3 ) 为了确保种子质量和安全，种子制备对人员、用具、为了确保种子质量和安全，种子制备对人员、用具、设备和操作场所都要有严格操作和管理规程。

设备和操作场所都要有严格操作和管理规程。

( 4 ) 要定期对菌种进行分离复壮，以防菌种退化，确保菌要定期对菌种进行分离复壮，以防菌种退化，种的纯粹和生产能力稳定。

种的纯粹和生产能力稳定。

( 5 ) 要有生产能力相同而遗传性状不同的几个备用菌种，要有生产能力相同而遗传性状不同的几个备用菌种，以备现有生产菌种污染噬菌体或出现其他异常情况时替换?替换。

( 6 ) 菌种保存应采用冷冻干燥管或液氮管，可长期保持菌菌种保存应采用冷冻干燥管或液氮管，种存活和生产能力稳定。

种存活和生产能力稳定。

发酵工艺的特点与要求 (1)原材料要求质量稳定;(包括产地、规格、仓原材料要求质量稳定;(包括产地、规格、储条件及储藏时间) 储条件及储藏时间) (2)发酵起始和过程中使用的原材料、设备、空气发酵起始和过程中使用的原材料、设备、等都要经过严格的灭菌; (3)设备密封性能好，无渗漏; 设备密封性能好，(4)发酵全过程要求用无菌压缩空气、保持罐内压发酵全过程要求用无菌压缩空气、力大于大气压; (5)发酵过程要求不间断地进行通气和搅拌，以保发酵过程要求不间断地进行通气和搅拌，持氧的充分供应和良好的混合状态; (6)微生物生长与抗生素合成呈现明显的分阶段现象，故也应进行分阶段的控制。

故也应进行分阶段的控制。

提炼工艺的特点与要求 ( 1 ) 微生物药物一般对热、酸、碱、酶不稳定，故应尽量微生物药物一般对热、酶不稳定，在低温、在低温、清洁和严格控制的化学环境下快速操作; ( 2 ) 根据选择性、分离因素和经济性，选择适当的几步提根据选择性、分离因素和经济性，炼工艺组合，炼工艺组合，以达到所需要成品纯度; ( 3 ) 树立高度的质量意识，对原材料、辅料、半成品、成树立高度的质量意识，对原材料、辅料、半成品、品和环境都要进行严格的质量监控; ( 4 ) 树立高度的安全防护意识，严格实施防火、防爆、防树立高度的安全防护意识，严格实施防火、防爆、中毒、中毒、防窒息等安全操作规程; ( 5 ) 在提炼生产的全过程中都要树立严格的洁净和无菌概念，以防化学和生物污染，确保成品质量。

以防化学和生物污染，确保成品质量。

发酵工程药物研究开发的一般程序筛选菌株摇瓶培养有无活性小罐培养粗提物(20~50%) 活性检验有无活性纯化纯化物(>90%) 稳定性检验否是否稳定化学研究是否新药否是否新活性是临床试验报批生产是是否安全否放弃否放弃修饰或放弃菌株鉴定申报专利是动物实验是否有效毒理研究是否有毒否否是放弃放弃无放弃无其他筛选抗生素类药物概述 ? ? ? ? ? ? 抗生素的定义抗生素的发展史抗生素的命名抗生素的分类抗生素的抗菌谱抗生素剂量表示法抗生素的定义抗生素是生物生物在其生命活动过程中产生的生命活动过程中产生的、生物生命活动过程中产生的在低微浓度低微浓度下能选择性地抑制选择性地抑制他种生物机低微浓度选择性地抑制能的有机物质。

? 生物生物——大部分是微生物(放线菌、真菌、细菌)、另外还有植物、动物。

? 生命活动过程中产生的生命活动过程中产生的——代谢产物(天然抗生素)?衍生化(半合成)。

? 低微浓度低微浓度——抗生素的生理活性非常高，浓度在微摩尔微摩尔甚至纳摩尔。

纳摩尔。

微摩尔纳摩尔抗生素的发展史 ? 1929年Fleming偶然发现了青霉素年青霉素，10年后(1939)，青青霉素霉素开始用于医学方面(与二战有关)。

? 1929年 , 1959年，是从土壤微生物中寻找抗生素的时期。

年年发现能用于医疗的抗生素抗生素30几种。

主要是Waksman小组。

抗生素 ? 20 世纪 60 年代，半合成抗生素迅速发展。

1959 年， Batchelor获得了青霉素母核—6-氨基青霉烷酸(6-APA)，并研究半合成青霉素和头孢菌素C，得到了耐酸、可口服及对青霉素耐药菌有效的广谱青霉素。

? 1970年 , 1975年，是抗生素工业飞跃发展的时期，在此年年期间大量半合成抗生素进入临床。

抗生素的发展史我国起步较晚。

? 1949年北京生物制品研究所成立青霉素研究室， 1950年上海成立青霉素研究所。

1952年在上海召开抗生素座谈会。

? 1953年5月1日，青霉素在上海第三制药厂上海第三制药厂正式投上海第三制药厂入生产，开创了中国抗生素工业。

? 1958年，亚洲最大的抗生素联合企业华北制药厂华北制药厂建成投产，投产了青霉素、链霉素、土霉素和红霉素等品种。

? 随后全国陆续建立起一批微生物发酵药厂。

1966 年我国独立发现第一个——创新霉素。

抗生素的命名 ? 1、凡是由动植物或菌类产生的抗生素，其命名根据动物学、植物学菌属学的名称而定。

如:青霉素、链霉素、赤霉素、灰黄霉素、蒜素、黄连素、鱼素等。

? 2、抗生素的化学结构或性质已经明确了的可根据其族命名。

如:四环素、氯四环素、氯霉素等。

? 3、对一些有纪念意义或按抗生素产生菌的分离地方命名及习惯上已采用的俗名仍可继续使用。

如: 创新霉素、正定霉素、平阳霉素、井岗霉素、金霉素、土霉素等。

抗生素的分类 (一)根据抗生素的来源分类 1、放线菌产生的抗生素主要有红霉素、四环素、链霉素、新生霉素、万古霉素、利福霉素等——碱性化合物 2、真菌产生的抗生素主要有青霉素、头孢菌素、灰黄霉素等 3、细菌产生的抗生素多黏杆菌、枯草杆菌、短芽孢杆菌、杆菌肽 4、其他生物(动物、植物、海洋生物等)产生的抗生素动物:溶菌酶、红血球素、鱼素等。

植物:蒜素、番茄素、白果酸、白果醇、常山碱等地衣或藻类生物:地衣酸、绿藻素等抗生素的分类 (二)根据抗生素的作用对象分类 1、抗革兰阳性菌的抗生素:青霉素、红霉素、新生霉素、杆菌肽 2、抗革兰阴性菌的抗生素:链霉素、多黏菌素3、广谱抗生素:四环素类、氯霉素类、广谱青霉素类、第三代头孢菌素 4、抗真菌的抗生素:制霉菌素、灰黄霉素、两性霉素。

5、抗肿瘤的抗生素:自力霉素(丝裂霉素)、更生霉素(放线菌素 B)、更新霉素、平阳霉素、阿霉素。

5、抗结核分支杆菌的抗生素:链霉素、新霉素、利福霉素、环丝氨酸 6、抗病毒、噬菌体及原虫的抗生素:鱼素、蒜素、巴龙霉素抗生素的分类 (三)根据抗生素的作用机制分类 1、抑制细胞壁合成的抗生素青霉素类、头孢菌素类、万古霉素、杆菌肽和环丝氨酸等 2、影响细胞膜功能的抗生素多黏菌素类、制霉菌素、两性霉素B 3、抑制细胞蛋白质合成的抗生素大环内酯类抗生素、四环类抗生素、氨基糖苷类抗生素 4、抑制细胞核酸合成的抗生素新生霉素、灰黄霉素、利福平 5、抑制细胞生物能作用的抗生素抑制电子转移的竹桃霉素、抗霉素，抑制氧化磷酸化的短杆菌素、寡霉素。

抗生素的分类 (四)根据抗生素的化学结构分类 1、β-内酰胺类抗生素青霉素、头孢菌素结构特点:都有一个β-内酰胺的四元环 2、大环内酯类抗生素红霉素、麦迪霉素、利福霉素结构特点:含有一个大环内酯的配糖体，以苷键和1,3个分子的糖相连。

3、四环类抗生素四环素、金霉素、土霉素结构特点:以四并苯为母核。

4、氨基糖苷类抗生素链霉素、卡那霉素、庆大霉素结构特点:都含有一个六元脂环，环上有羟基及氨基取代物，分子中既含有氨基糖苷，也含有氨基环醇结构。

抗生素的分类 5、多肽类抗生素放线菌素、短杆菌肽、多粘菌素结构特点:含有多种氨基酸，经肽键缩合成线状、环状或带侧链的环状多肽类化合物。

6、多烯大环内酯类抗生素制霉菌素、两性霉素B 结构特点:含有大环内酯，内酯中有共轭双键。

7、苯烃基胺类抗生素氯霉素 8、蒽环类抗生素正定霉素、阿霉素9、其他抗生素创新霉素、磷霉素抗生素的抗菌谱 ? (1)选择性 ? ( 2 ) 最小的抑菌浓度 ( MIC : minimalinhibitory concentration能够抑制微生物生长的最低抗生素浓度) ? (3)抗菌谱(抗菌素对各种微生物的抗菌活性)抗生素剂量表示法 1、稀释单位以抑制某一标准菌株标准菌株生长发育的最高稀释标准菌株度(即最小剂量)作为效价单位。

如:青霉素以50ml肉汤培养液中完全抑制金黄葡萄球菌标准菌株发育所需要的最小剂量作为青霉素效价的1个单位。

? 稀释单位:U/mg、U/ml 用于初期的抗生素或新抗生素，这些往往是不纯的制品抗生素剂量表示法 2、质量单位以抗生素的有效成分(即生理活性部分)的质量作为抗生素的单位，称为质量单位。

如:1U=1g链霉素碱;1U=0.6g青霉素G钠盐 (1稀释单位=0.6g) 其他各种抗生素1U=1g。

发酵工程是指采用现代工程技术手段，程技术手段，利用微生物的某些特定功能，某些特定功能，为人类生产有用的产品，有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。

种新技术。

发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵扩大培养和接种、过程和产品的分离提纯等方面。

发酵工程有三个发展阶段: 农产手工加工——近代发农产手工加工——近代发酵工程——现代发酵工程酵工程——现代发酵工程现代发酵工程技术是与其他生物技术密不可分的，通过育种技术、现代发酵工程技术是与其他生物技术密不可分的，通过育种技术、基因工程和细胞工程技术可以改变发酵菌种的特性，基因工程和细胞工程技术可以改变发酵菌种的特性，形成新的突变种或工程菌;同时，工程菌;同时，发酵工程技术又是其他各项生物技术形成生产力的基本途径。