抗生素发酵原理

硫酸双氢链霉素工艺设计

生命科学学院生物工程二班

梁力1109030202

关键词：链霉素生产技术水平发展趋势发酵分离提纯条件控制硫酸双氢链霉素

第 1 章国内外链霉素生产的研究概况

1.1 国外生产及技术水平概况

国外生产链霉素的有近二十个国家的约三十家制药公司。

1.2国内生产及技术水平概况

链霉素是我国较早投入生产的抗生素之一。生产企业曾有十几家，包括杭州药厂，扬州制药厂等。近几年仅剩华北制药厂等五家药厂生产。凭借不断的创新进步和“质量文化”的传承，目前，华北制药厂链霉素年产年产 1200 吨，占亚洲总产量 75%、世界 60%的绝对优势，华胜公司成为目前世界最大的链霉素生产企业，产量居世界第一。

1.2.1 产量及出口量

近十年来，我国链霉素的年产量一直维持在 1000 吨以上，在 1993 年以前国内产量最大的是华北制药厂，年产量在 650 吨左右，其次是大连制药厂和山东济宁抗生素厂，年产量均在 200~250 吨左右。

1.2.2 生产技术水平

国内链霉素生产水平近十年来提高不快。以发酵单位为例，1982 年在 19000~21000u/ml 之间，而 1991 年全国平均水平也仅为 21715u/ml。国内水平最高的是大连制药厂，1991 年发酵单位 22990u/m l，生产指数 0.6982 总收率最高的是华北制药厂，1991 年达 79.55% 1.2.3 产品质量

目前国内所有链霉素生产企业都能达到出口标准，一般认为华北制药广与上海第四制药厂的质量相对较好。链霉素质最方面的共性问题是：成品色级达不到新优级品标准，异常毒性偏高一生物效价偏低、澄明度不符合标准等。

1.3国内外技术水平比较和展望

我国链霉素生产最居世界前列。生产技术指标中，发酵水平与英、美公司比略显落后(英国葛兰素公司发酵单位 30000~40000u/ml，但发酵周期比我国长 1 倍，提炼收率高于葛兰素公司，我国处于领先水平。近几年链霉素工艺技术方面的研究主要有下列几方面：

1.3.1 菌种研究

主要有链霉素产生菌(Streptom—yces grlseus)之质粒研究[17]。已经证明质粒与链霉素的生物合成有关，并提出了该菌株质粒 DNA 复制的初步棋式。另外还有原生质融合，质粒 DNA 转化、DNA 重组的研究等。

1.3.2 发酵工艺研究

链霉素 B(甘露糖链霉素)的抑制，据报道链霉素 B 的生物恬性仅为链霉素的五分之一。一般用培养基中加入氯化钙，天门冬酰胺或者各氨酰胺抑制链霉素 B 的形成。另外也有报道在培养基中加入赖氨酸阻提高链霉素的发酵单位发酵过程的微机控制研究一除对罐温，罐压、pH，糖，氮，溶氧、二氧化碳进行在线数据控制外，有的企业还进行连续脉冲补料的应用研究。

1.3.3 提炼工艺研究

自七十年代至今研究报道甚少。前苏联和东欧国家有一些离子交换动力学等研究文章，如氯化钙复盐一离子交换工艺。我国的工艺比英国葛兰素公司的更为简便，曾有印度公司对我国工艺有兴趣。国内有些厂家在进行高压反渗透膜分离技术应用的研究，据悉可提高提炼总收率 0.95％～1.33％[18]。内压中空纤维膜在链霉素发酵液除菌中的应用也显示了其优

点：膜对菌体可 100%截留,过滤液澄清,黏度低,杂质少,对硫酸链霉素发酵液可取代离心工艺。目前有些厂家在进行 Ultra－flo 超滤膜的技术研究，虽然此工艺还未用于大规模的生产应用，但实验证明：Ultra－flo 超滤膜的应用，能大大提高链霉素预处理的收率，降低链霉素的损失，减少产品在母液及其他废液中的损失，有利环境保护。

1.3.4 酶技术的工艺研究

据报道，限定量的磷酸盐能诱导链霉索的形成，并导致胞内磷酸醇酶和三磷酸腺苷酶的形成。发酵 2～3d 后，胞外磷酸醑酶和蛋白酶亦在培养液中发现。当这两种酶活性高时，链霉索单位也较高。在菌种选育方面，DNA~(R—DNA)技术在链霉素菌种选育中也有发展。 DNA 重组就是在特定的核苷酸位点用限制性内切酶将一部分 DNA 从麻分子中切下来．然后再将不同的 DNA 连接在一起，新形成的杂交 DNA 再插入到宿主微生物细胞中，在宿主细胞中杂交 DNA 就象宿主正常基因片段那样进行克隆化 (复制)，继而提高抗生素的产量。

第2章链霉素生产的工艺流程

2.1 生产菌种

放线菌是与人类关系极为密切的一类微生物,它们广泛存在于不同的自然生态环境中，很多抗生素和具有生物活性的次级代谢产物均来自放线菌,链霉菌更是研究的最多的一类菌种。由于抗生素的滥用和使用不当,临床上耐药菌株不断出现,甚至出现超级耐药菌,筛选抗耐药菌的新抗生素或者寻找传统抗生素的替代品成为新的趋势。链霉菌的研究主要集中在链霉素及其改良抗生素。筛选能够抑制耐药菌株的链霉菌是今后努力的方向[5]。早期发现产链霉素的菌种是灰色链霉菌，后来又找到了产链霉素或其它类型链霉素族抗生素（如羟基链霉素、双氢链霉素）的菌种。如比基尼链霉素、灰肉链霉素等。灰色链霉菌除产生链霉素族抗生素外还产生其他族抗生素，如细菌的多肽类抗生素和杀假丝菌素、放线酮等物质。放线酮对酵母和其它真菌有很强的作用，但由于毒性大，不能用于治疗人或动物疾病。根据链霉素生物合成途径及代谢调节机制，选育链霉素生产菌应从如下几个方面着手

2.1.2 出发菌株的选择

出发菌株多采用灰色链霉菌（Streptomyces griseus）、比基尼链霉菌和灰色链霉菌等。灰色链霉菌的孢子梗直而短，不呈螺旋形，孢子数量很多，孢子乃断裂而成，呈椭圆形，气生菌丝和孢子均呈白色，单菌落生长丰满，呈梅花型或馒头型，直径为 3~4mm，基质菌丝透明，在斜面背后产生淡色色素。

2.1.2 切断支路代谢

当初级代谢和次级代谢处于分路途径时，通过选育需要初级代谢产物的营养缺陷菌株可使相应的次级代谢产物增加。据报道，采用诱变的方法获得 L-丙氨酸缺陷株，或选育苏氨酸缺陷、芳香族氨基酸缺陷变株，对提高链霉素的产量有一定的作用。

2.1.3 解除自身的反馈调节

(1) 选育抗链霉素突变株：链霉素本身也可能在链霉素合成中起反馈抑制作用，它能够完全抑制链霉胍激酶。通过在培养基中逐步增加链霉素浓度来培养产链霉素的菌株，就可以选出抗性菌株。结合诱变处理，已获得耐高浓度来培养产链霉素的菌株，就可以选出抗性菌株。结合诱变处理，已经获得耐高浓度链霉素的菌株，使链霉素的产量得到提高。 (2) 选育高浓度磷酸盐抗性突变株：由于高浓度无机磷对链霉素生物合成有抑制作用，因此选育出耐高浓度磷酸盐的新菌种，也是选育高产单位菌种的一个方向。 (3) 选育营养缺陷型的回复突变菌：一个突变株失去某种生化特征，经过 2 次突变能回复该特征。有人通过诱变获得了肌醇缺陷的回复突变株，其链霉素产量提高了 5 倍。 (4) 选育结构类似物抗性突变株：由于某些氨基酸对链霉素生物合成中的某些酶有阻遏作用，因此通过选育某些氨基酸，特别是含硫氨基酸的结构类似物抗性突变株可使链霉素产量提高。据报道，选育乙硫氨酸、蛋氨酸氧肟酸盐、硒代蛋氨酸、1,2,3-三唑、三氟蛋氨酸抗性突变株，均有助于链霉素产量的提