微生物制药工艺学

微生物制药:利用微生物技术，通过高度工程化的综合性技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。

微生物制药的一般过程:一般包括菌体生产及代谢产物或转化产物的发酵生产。其主要内容包括生产菌种的选育培养及扩大，培养基的制备，设备与培养基的灭菌，无菌空气的制备，发酵工艺控制，产物的分离、提取与精制，成品的检验与包装等。

微生物制药品种: 包括抗生素、维生素、氨基酸、核酸、酶及酶抑制剂、免疫抑制剂、生物制品、甾体激素等药物。

抗菌谱：抗生素对各种微生物的抗菌活性称为抗菌谱。微生物制药的特点：1.生物反应机理非常复杂，较难控制，反应液中杂质也多，不容易提取、分离。2.反应通常在常温常压下进行，条件温和，能耗小，设备较简单。

3.原材料来源丰富，价格低廉，过程中废物的危害性较小。

4.反应液中底物浓度不应过高，产物浓度不应过高，导致生产能力下降，设备体积庞大。

5.微生物能够高度选择地进行氧化、还原、脱氢、脱氨及官能团引入或去除等反应，易产生复杂的高分子化合物。

6.微生物发酵过程是微生物菌体非正常的、不经济代谢过程，生产过程中应为其代谢

活动提供良好的环境。因

此，需防止杂菌污染，要进

行严格冲洗、灭菌，空气需

要过滤等。7.生产周期长，

生产稳定性差，技术复杂，

不确定因素多，废物排放及

治理要求高，难度大。8.对

要求无菌的药品，其最后一

道工序必须在洁净车间内

完成，所有接触该药物的设

备、容器必须灭菌，而操作

者亦需进行检验及工作前

的无菌处理等。9.最大特点

是高技术含量、智力密集、

全封闭自动化、全过程质量

控制、大规模反应器生产和

新型分离技术综合利用等。

次级代谢：微生物在一定的

生长时期(一般是稳定生长

期），以初级代谢产物为前

体，合成一些对微生物的生

命活动没有明确功能的物

质的过程

次级代谢产物: 微生物在细

胞分化过程中产生的，往往

不是细胞生长所必需的代

谢产物，对细胞生长并不具

有明显的作用，而且通常由

一簇结构相似的化合物组

成。

典型的次级代谢产物：抗生

素、生物碱、萜类、色素、

酶抑制剂等。

抗生素按化学性质分类：1、

β-内酰胺类（青霉素类、

头孢菌素类、碳青霉烯类及

单环内酰胺类）2、氨基糖

苷类（链霉素、双氢链霉素、

新霉素、卡那霉素、庆大霉

素、春雷霉素和有效霉素

等）3、大环内酯类抗生素

（红霉素、竹桃霉素、麦迪

霉素、制霉菌素）4、四环

类抗生素（金霉素、土霉素

和四环素）5、多肽类（多

黏菌素、放线菌素和杆菌

肽）

在微生物发酵制药工艺中，

如何确定最适发酵条件？

抗生素生产工艺过程：菌种

→孢子制备→种子制备→

发酵→发酵液预处理→提

取精制→产品检验→成品

发酵过程主要控制：罐温、

通气量和搅拌转速、罐压、

补料、加酸碱、消泡剂、某

些专用前体、促进剂或抑制

剂的用量。

青霉素发酵生产工艺流程：

(图) 控制要点(图)

青霉素的产生菌是产黄青

霉，其共生长发育各阶段的

主要特征：

链霉素产生菌是灰色链霉

菌，提取和精制的工艺流程

（图）链霉素发酵生产采用

三级或四级发酵培养，离子

交换法分离精制产品。其过

程一般包括斜面孢子培养、

摇瓶种子培养、二级或三级

种子罐扩大培养、发酵培养

及提取精制等。

四环素、土霉素的发酵液预

处理用酸化的原因：四环素

能和钙盐、镁盐、蛋白质等

形成不溶性络合物。在发酵

过程中这些不溶性络合物

积聚在菌丝内，而发酵液中

四环素浓度不高。发酵结束

后，四环素大部分沉积在菌

丝中，发酵液中仅有100～

300U／mL的浓度。发酵液

首先要进行酸化等处理，使

菌丝中的单位被释放出来。

二步发酵法生产古龙酸的

工艺流程（图）

生产维生素的方法有三种：

提取法，化学合成法及生物合成法。

VB12 的前体是氯化钴、硝酸钴。

在四环素生产中抑氯剂的作用：加入竞争性的抑氯剂NaBr和抑氯剂2-巯基苯并噻唑，抑制氯原子进入四环素的分子结构中去，从而阻止金霉素的合成，促进四环素合成，使金霉素在总产量中低于5％。

医疗用抗生素具备的条件：（1）难使病源菌产生耐药性（2）较大的差异毒力（3）最小抑菌浓度要低（4）抗菌谱要广

微生物转化在生产工艺上有如下特点:①可减少化学合成步骤，简化生产流程，缩短生产路线。②能提高产物的收率和产品质量，降低成本。③可进行化学法难以实现的反应。如甾类化合物C11上的加氧(即羟化)等反应，化学法难以实现，常采用微生物法处理。④微生物转化避免和减少了强酸、强碱或化学有毒物质，改善了生产环境。一般流程（图）

基因工程药物: 又称生物技术药物，指采用基因工程技术研制的，能预防和治疗某种疾病但含量极微而难以用传统方法制取的特殊药物。

基因工程药物：根据人们的愿望设计的基因，在体外剪切组合，并和载体DNA 连接，然后将载体导入靶细胞(微生物、哺乳动物细胞)，使目的基因在靶细胞中得到表达,最后将表达的目的蛋白质纯化及做成制剂,从而成为蛋白类药或疫苗。基因工程药物制造的一般流程：获得外源（目的）基因→组建DNA重组体→构建基因工程菌→培养工程菌→产物分离纯化→除菌过滤→产品的检验→包装质粒不稳定性由以下几种原因引起:⑴质粒复制不稳定性⑵质粒分配不稳定性⑶质粒结构不稳定性⑷培养环境条件引起的质粒不稳定性

提高质粒稳定性的策略：⑴通过基因操作策略构建高稳定性的重组质粒⑵优化培养条件及过程控制。GMP是指从负责指导药品生产质量控制的人员和生产操作者的素质到生产厂房、设施、建筑、设备、仓储、生产过程、质量管理、工艺卫生、包装材料与标签，直至成品的贮存与销售的一整套保证药品质量的管理体系。

GMP洁净区的等级（图）各种抗生素的产生菌：青霉素（产黄青霉菌）、红霉素（红霉素链霉菌）、四环素（金色链霉菌、土霉素（龟裂链霉菌）、链霉素（灰色链霉菌）、古龙酸（氧化葡萄糖酸杆菌（小菌）、巨大芽孢杆菌（大菌））、VB12（费氏丙酸杆菌、谢氏丙酸杆菌）