第十六章_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 成品检验
发酵液预处理 成品包装
提取及精制
（ 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。 （ 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。
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。
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 将可能产生新抗生素的放线菌进行扩大培养，然后选择 合适的方法将有效抗生素从培养液中提取出来，加以精 3.早期鉴别 制纯化。 4.分离精制 5.临床前试验研究和临床试用
通气、搅拌及消泡
生素的合成方向，并增加产
量。
发酵终点判断
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 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
便有针对地解决耐药菌对人类的危害。
第二节、其他发酵产品
1.维生素 2.氨基酸 （1）维生素C （1）谷氨酸 （2）维生素B2 （2）赖氨酸 （3）维生素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。
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。
3.有不同的抗菌谱
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。
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。
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。
③ 加强抗药机制的研究，了解细菌耐药性的本质，以
微生物发酵的一般工艺（示意图）
发酵过程中通过定期取样分
发酵注意因素
析，测定抗生素含量、发酵 无菌操作 前体是抗生素分子的前身或 液PH、含糖量和含氮量、 营养需要 其组成部队分，直接参与抗 菌丝含量及形态观察等，据 PH 生素的生物合成而自身无显 此判断合适的和罐时间。 温度 著变化。加入前体可控制抗 前体
抗生素单位的含义分类 ①质量单位 质量单位，是指以抗生素的生 类似质量单位，是以特定的抗生 以特定的一批抗生素样品 物活性部分为重量作为单位 ②类似质量单位 素盐类纯品的质量为单位，包括 的某一质量作为一定单位， 1 μg＝1U 1mg＝1000U。对 ③质量折算单位 非活性部分的质量。 经有关的国家机构认可而 指抗生素制剂标签上所标示的抗 于不同盐类的同一抗生素而言， ④特定单位 定。 质量折算单位，与原始的生物活性相当的纯抗生素实际质 生素含量。原则上以质量表示， 只要它们的单位相同，实际有 ⑤标量法 量为1U加以折算。1个青霉素单位系指在 50ml肉汤培养基 但少数成份不清的抗生素，或照 效含量是一致的。
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。
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。
顾用药习惯，仍沿用单位表示。 内完全抑制金黄色葡萄球菌生长的最小青霉素量为 U。这个 量相当于青霉素G钠盐0.5988μ g，1mg=1670U。
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 成交联中所需的转肽酶反应，使肽聚糖三维结构不能 形成。
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。
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。
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）
（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。
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
4. 与血液有关的酶类：是由乙型溶血性链球菌产生的 链激酶和链道酶，我们习惯上称为“双链酶”。链激 酶能激活血浆中的溶纤维蛋白酶原转变成溶纤维蛋白 酶，链道酶可以溶解纤维蛋白凝块，所以临床上“双 链酶”用于治疗脑血栓及溶解其他部分的血凝块。 5. 其他药用酶类：我们临床上用的其他的药用酶类 还有很多种，比如青霉素酶能分解青霉素，能治疗青 霉素引起的过敏反应，也可以用于青霉素类药物的无 菌检验。葡萄糖酶能防止龋齿。
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。
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
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。
七、细菌的耐药性
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
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。
概 念
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。
一、抗生素的分类
根据抗生素的化学结构分类 根据抗生素的生物来源分类： 根据抗生素的作用机制分类 根据抗生素的作用对象分类 1. 1.B细菌产生的抗生素：多黏菌素和短杆菌肽等 内酰胺类抗生素：青霉素、头孢霉素 1. 抑制细胞壁合成的抗生素：青霉素、环丝氨酸 1. 抗革兰氏阳性细菌的抗生素：青霉素、红霉素等 2. 2. 放线菌产生的抗生素：链霉素、四环素等 氨基糖苷类抗生素：链霉素、卡那霉素 2. 影响细胞膜功能的抗生素：多黏菌素等 2. 抗革兰氏阴性细菌的抗生素：链霉素、多黏菌素等 3. 3. 真菌产生的抗生素：青霉素和头孢霉素等、 大环内酯类抗生素：红霉素、麦迪霉素 3. 抑制核酸合成的抗生素：丝裂霉素 C等 3. 抗真菌的抗生素：灰黄霉素、制霉菌素等 4. 4. 植物和动物产生的抗生素：蒜素、鱼素等。 四环素类抗生素：金霉素、土霉素等 4. 抑制蛋白质合成的抗生素：链霉素、四环素等 4. 抗病毒的抗生素：四环霉素 5. 多肽类抗生素：多黏菌素、杆菌肽。 5. 抑制生物能作用的抗生素：抗霉素、短杆菌肽 5. 抗癌的抗生素：丝裂霉素、阿霉素等
抗生素产生菌的鉴别、抗生素的鉴别。 抗菌抗生素：一般采用琼脂扩散法筛选法。抗肿瘤抗生 采土，以春秋两季采土为宜，取5~10cm深处的土壤， 素可以采用精原细胞核分裂抑制法、噬菌体法、实验动 以无菌生理盐水适当稀释进行涂布法分离。 物模型体内筛选取法等。抗病毒抗生素可采用组织培养 法、噬菌体模型 法、体内筛选法等。 经临床前试验研究后，被审查合格的抗生素方可进入临床 试验阶段。
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。
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。
抗生素种类 产生菌 青霉素 链霉素 红霉素 多粘菌素 四环素 灰黄霉素 真菌产生 放线菌产生 放线菌产生 细菌产生 放线菌产生 真菌产生
化学结构
作用对象
作用机制 影响细胞壁合成 影响蛋白质合成 影响蛋白质合成 影响细胞膜通透性 影响蛋白质合成 影响核酸合成
β －内酰胺类 抗G+细菌的 氨基糖甙类 大环内酯类 多肽类 四环素类 多烯类 抗G－细菌 抗G+细菌的 抗G－细菌 抗病毒 抗真菌、病毒
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。
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。