第六章微生物发酵制药(1)

• 微生物发酵药物是运用微生物学和生物化学的理 论、方法和研究成果，从微生物菌体或其发酵液 中分离、纯化得到的—些重要生理活性物质。微 生物药物可分以下几类：以微生物菌体为药品、 以微生物酶为药品、以菌体的代谢产物或代谢产 物的衍生物作为药品以及利用微生物酶特异性催 化作用的微生物转化获得药物等，包括微牛物菌 体、蛋白质、多肽、氨基酸、抗生素、维生索、 酶与辅酶、激素及生物制品等。这些物质在维持 生命正常活动的过程中非常重要。
投产了青霉素，1958年建设了以生产抗 生素为主的华北制药厂，投产了青霉素、 链霉素、土霉素和红霉素等品种、随着 全国陆续建立起—批微生物发酵药厂， 在1957午我国开始了氨基酸发酵的研究， 其中拧氨酸的发酵于1964年获得了成功， 并投入生产。
• 50年代还开始了核酸类物质的发酵研究， 之后投入了生产。在维生素生
• 微生物酶发酵：
• 目前许多医药用酶制剂是通过微生 物发酵制得的，如用于抗癌的天冬 酰胺酶和用于治疗血栓的纳豆激酶 和链激酶等。
• 并随着基因工程的飞速发展，许多 在动、植物中含量极低的药用酶通 过基因重组的方式，可以在原核微 生物或真核微生物的基因组中通过 发酵得以表达，这样大大降低了生 产成本，拓宽了酶的来源。
• 思考题： • 1.简述微生物发酵制药的研究范围. • 2.制药微生物的选择的要求有哪些？ • 3.简述制药微生物菌株筛选的一般步骤及方
案. • 4.防止菌种退化措施一般有哪些？ • 5.简述诱变育种的原理。
第六章微生物发酵制药
• 第一节 概述 • 微生物发酵制药的历史悠久。在免疫学
方面，我同早在宋朝真宗(998—1022)年 代就开始利用接种人痘的免疫技术预防 天花病 。到1796年英国医生E.Jenner利 用接种牛痘苗预防天花并获得成功。
• 复方氨基酸制剂主要为重症患者提供合 成蛋白质的原料．以补充消化道摄取的 不足。
• (3)核苷酸类药 利用微生物发酵工艺生 产的该类药物有肌昔酸、肌苷、5－腺苷 酸(AMP)、腺三磷(ATP)、黄素腺嘌吟二 核苷酸(FAD)、辅酶A(CoA)、辅酶I(C01) 等。
• (4)维生素类药 日前微生物微浓度 下能抑制或影响活的机体生命过程 的次级代谢产物及其衍生物。目前 已发现的抗生素有抗细菌、抗肿瘤、 抗真菌、抗病毒、抗原虫、抗藻类、 抗寄生虫、杀虫、除草和抗细胞毒 性等的抗生素。
• 具不完全统计，从40午代至今，已 知的抗生素总数不少于9000种，其 主要来源是微生物，特别是土壤微 生物，占全部已知抗生素的70％左 右．至于有价值的抗生素，几乎全 是出微生物产生。
• (2)氨基酸类药物 目前氨基酸类药物
分成个别氨基酸制剂和复方氨基酸制剂
两类，前者主要用于治疗某些针对性的
疾病，如用精氨酸和鸟氨酸治疗肝昏迷，
解除氨毒；光氨酸用于抗过敏、肝炎及 白细胞减少症；L—谷氨酰胺用于治疗消 化道溃疡。蛋氨酸用于防治肝炎、肝坏 死、脂肪肝；L—组氨酸常作为治疗消化 道的辅助药物等。
• 随着细胞融合技术和基因工程的问世， 为微生物制药来源菌的获得提供了一种 有效的手段。工程菌和融合子经发酵后 生产原来微生物所不能产生的药物或提 高生产效率。同时近年来发酵工艺及其 控制的研究也得到了发展，利用计算机 在线控制以及固定化细胞技术为微生物 发酵制药工业带来了新的发展空间。
• 我国微生物发酵制药工业起步较晚，建 国后，在发展原料药为主的方针指导下， 于1953年5月l日在上海第三制药厂正式
• 直到l0年后，才打破了这个框框，通过 动物试验，把青霉素从细菌学家的好奇 物质转变为医学上具有活力的物质 。
• 微生物发酵的药物必须借助发酵工程来 完成，发酵工程技术的开创性研究及在 生产过程中成功的应用为40年代青霉素。
• 为以后的微生物发酵制药乃至发酵工程 提供了新的概念和模式，成为以后微生 物工业兴旺发达的开端。这一深层发酵 技术也激发了氨基酸发酵、维生素发酵 以及酶制剂生产等的研究。
• 微生物发酵制药的研究范围
• 微生物发酵制药是利用微生物进行药物 研究、生产和制剂的综合性性应用技术 科学。研究内容包括微生物制药用菌的 选育，发酵以及产品的分离和纯化工艺 等。
• 主要讨论用于各类药物发酵的微生物来 源和改造、微生物药物的生物合成和调 控机制、发酵工艺与主要参数的确定、 药物发酵过程的优化控制、质量控制等。
• 微生物代谢产物发酵：微生物在其 生产和代谢的过程中，产生的各种 初级代谢产物和次级代谢产物中许 多是可以用于制作药物的。如初级 代谢产物中的氨基酸、蛋白质、核 酸、类脂、糖类以及维生素等，次 级代谢产物中的抗生素、生物碱、 细菌素等。
• 微生物代谢产物发酵：微生物在其 生产和代谢的过程中，产生的各种 初级代谢产物和次级代谢产物中许 多是可以用于制作药物的。如初级 代谢产物中的氨基酸、蛋白质、核 苷酸、类脂、糖类以及维生素等， 次级代谢产物中的抗生素、生物碱、 细菌素等。
• 近年来，随着生物工程的发展，尤 其是基因工程和细胞工程技术的发 展，使得发酵制药所需的微生物菌 种不仅仅局限在天然微生物的范围 内，已建立起了新型的工程菌株， 以生产天然菌株所不能产生或产量 很低的生理活性物质，拓宽了微生 物制药的研究范围。
• 微生物发酵药物的分类
• 微生物药物可以按生理功能和临床 用途来分类，还可以按产品类型来 分类，但通常按其化学本质和化学 特征进行分类。
• 产方面，我国于70年代成功地研究出 “二步发酵法”生产维生素C的技术，在 国际上处于先进水平。
• 简述“二 步法”生产工艺：
• D-山梨醇——（醋酸杆菌/氧化）L-山梨 醇——（假单孢菌/生物转换）2-酮-L-古 洛糖酸——（内脂化/烯醇化）L-Vc
• 其他药物如酶制剂，我国在60年代后期 就巳开始了研究与生产；高科技的基因 工程药物近年来已形成研究热点．为我 国赶超世界先进水平奠定了基础。
微生物发酵生产的品种包括：维生素C的 原料2一酮基—古龙酸、维生素A的前体 b—类胡萝卜素、维生素D2的前体麦角缁 醇、维生素B2(核黄素)、维生素B12(钻
胺素)等。
• (5)缁体类激素 在缁体激素的生产过程中，一 些特异的转化反应需要借助微生物的作用
• (6)治疗酶及酶抑制剂 药用酶主要有助消化酶 类、消炎酶
• 微生物菌体发酵：即以获得具有药用菌体 为目的的发酵。如帮助消化的酵母菌片和 具有整肠作用的乳酸菌制剂等，还有近年 来研究日益高涨的药用真菌。如香菇类、 灵芝、金针菇等。这些微生物都可以通过 发酵培养的手段来生产出天然产品具有同 等疗效的产物。另外一些具有致病能力的 微生物苗体，经发酵培养，再减毒或灭活 后，可以制成用于自动免疫的生物制品。
• 到19世纪末，L.Pasteur．P.Enrich和 Von Rehiring等陆续发明了预防或治疗 各种细菌性传染性疾病的疫苗和类毒素 等。
• 此后，利用微生物生产疫苗的研究获得 了蓬勃的发展。
• 直到第二次世界大战初期，随着人们对 抗生索，尤其是对青霉素重要件的认识， 才大大推动了微生物发酵制药的发展。 1929年Fleming偶然发现了青霉素，但当 时人们认为动物试验结果不能指导人的 医学实践。
• 类，心血管疾病治疗酶、抗肿瘤酶类以及其他酶 类几类。其中许多
• 都可以用微生物发酵生产，如蛋白酶、纤维素酶、 脂肪酶、链激酶、
• 脲激酶、天冬酰氨酶、超氧化物歧化酶等。