第二章 药源微生物及微生物药物的筛选技术

第二章 药源微生物及微生物药物 的筛选技术
第一节 重要的药源微生物类群 第二节 药物微生物的筛选技术 第三节 药物筛选的发酵转化工艺 第四节 化学筛选 第五节 筛选模型
第一节 重要的药源微生物类群
一、放线菌
1、分布 主要生境土壤 2、特点 G+,好氧，链霉菌 3、应用 氨基糖苷类，聚酮类，多肽类，核苷类
二、发酵条件的选择
• 通常通过向培养基中添加无机酸、CaCO3、 磷酸盐、氨水或Na2CO3来调节pH。
举例：
• 在杆菌肽的合成过程中，添加短连脂肪酸会 引起菌体和次级代谢产物产量同时下降。
6、温度
• 据报道，一株嗜冷链霉菌在15℃时可产生 一种抗细菌的代谢产物A-60，但在28℃由 于产生了一种可使A-60失活的酶而不能产 生该产物。
二、芽孢杆菌属
1、分布 主要生境土壤 2、特点 G+,好氧或兼性厌氧，枯草芽孢杆菌 3、应用 Ｂt,杆菌肽,短杆菌肽
三、假单胞菌属
1、分布 多居于土壤,恶劣环境 2、特点 G-,好氧 3、应用 硝吡咯菌素,莫匹罗星
四、粘细菌
1、分布 广泛 2、特点 复杂生活史,子实体 3、应用
Ambruticin安布替星,Myxothiazol粘噻唑, Epothilone A和B
相模霉素 相模原小单孢菌
Co2+
刺激N-甲基化
A因子
灰色链霉菌
Co2+
刺激产生
双丙胺磷
吸水链霉菌
Co2+
刺激P-甲基化
林可霉素 白地霉抗菌素
诺尔斯菌素
林肯链霉菌 灰色链霉菌 诺尔斯链霉菌
Mg3(PO4)2 Zn2+，Fe2+，Mg2+
Zn2+
减少NH4+的含量 减少PO43-的含量
刺激产生
庆大霉素
紫红小单孢菌
8、渗透压
• 对于海洋微生物和陆地微生物来说，可以耐受的 NaCl浓度是不同的。嗜盐菌生长3%-5%的NaCl 浓度，而陆地微生物低于2%。
• 在常规的发酵中，真菌和链霉菌的菌丝体会互相 缠绕形成各种大小的菌团。因此常加入沸石、硅 藻土、高岭土和其他天然矿物质颗粒。
• 环糊精添加
例如加入0.2%-1.0%的β-环糊精可以提高兰卡杀 菌素的产量大约10倍。
第三节详细讲解
四、活性测定
抗菌药物：非致病菌为对象，采用琼脂扩散 法测定活性，筛选生物活性物质。 也可以使用耐药和超敏菌种。
抗癌药物：细胞实验
五、化合物的分离纯化
第三章详细讲解
六、产物结构鉴定
用HPLC、LC－MS、NMR等，分析鉴定 活性物质。 其他现代的筛选技术如靶向筛选、高通量 筛选、高内涵筛选等可以结合使用。
微生物制药 Microbial Pharmaceutics
主讲教师：陈静博士 山东轻工业学院食品与生物工程学院
讲授内容
第一章 药物微生物与微生物药物 第二章 药源微生物及微生物药物的筛选技术 第三章 微生物药物的发酵技术 第四章 抗生素及耐药性 第五章 抗生素生产实例 第六章 疫苗 第七章 基因工程药物 第八章 生物转化与甾体药物
Ca2+
刺激N-甲基化
β-内酰胺 带小棒链霉菌
Fe2+
降低PO43-的抑制
作用
3、前体物质 虽然机制还不是很清楚，但研究发现， 加入氨基酸、短链脂肪酸、或者醇类， 通常可以刺激次级代谢产物的产生。 这种增强作用可能是添加物形成了目 标化合物的合成前体。
4、胞内诱导物 微生物次级代谢产物的生物合成常常受胞 内低分子量的诱导物质的调节。
举例：
工业上含氯四环素的生产
2、金属离子 许多金属离子能够刺激次级代谢产物的 产生，可能发生在转甲基（Co 2+ ）， 降解过程（Cu2+，Mg 2+ ），以及其他 反应步骤中。
表2-1 金属离子对微生物生物活性次级代谢产物合 成的影响
次级代谢产物
产生菌
金属离子
作用
棒曲霉素
荨麻青霉
Mn2+
பைடு நூலகம்
刺激产生
七、微生物鉴定
1、形态学 2、生理生化 3、分子生物学方法
第三节 药物筛选的发酵转化工艺
一、影响次级代谢产物合成的因素
1、营养因素
营养因素对于微生物的生长是必不可少的，但有些 营养因子对于次级代谢产物的合成具有负面影响。
通常，有抑制作用的营养物质是葡萄糖或其他易吸 收的碳源，氨水或其他易吸收的氮源，以及无机磷 酸盐或其他可产生磷酸盐的成分。
生物活性鉴定
物
筛
化合物的分离纯化
选
流
结构测定
程
微生物鉴定
新物质
样品的采集
开发研究 临床试验
新药开 发？
临床前药理
一、样品的采集
1、环境中有机质的含量及种类 2、采集季节 3、含水量 4、酸碱度
二、微生物的分离
1、预处理 2、分离
（1）富集培养基进行富集培养 （2）平板划线 （3）斜面保藏
三、发酵
粘细菌次级代谢产物的特点
（1）种类多 （2）结构新 （3）衍生物多 （4）化合物产生菌株的特异性不强 （5）作用对象特别
五、曲霉菌属和青霉菌属
1、分布 多居于土壤,温暖环境,植物,人或动物 2、特点 丝状真菌,多种孢子 3、应用 青霉素,洛伐他汀,灰黄霉素
六、海洋微生物
1、分布 沉积物细菌,深海细菌,共栖细菌,共生细菌 2、应用 抗肿瘤、抗心血管病、免疫调节剂、抗生素 海洋微生物活性物质的研究进展（自学）
七、极端微生物
1、分布和分类 嗜热菌,嗜冷菌,嗜碱菌,嗜盐菌,嗜酸菌,嗜压菌 2、应用
从1株嗜热菌Pseudomonas akbalia得到了
抗真菌化合物pyochelin 抗肿瘤药物,抗抑郁药物等 极端环境微生物源活性物质的研究进展（自
学）
第二节 药物微生物的筛选技术
微生物的分离 新
微
生
发酵
物 药
表2-2 诱导微生物活性次级代谢产物合成的胞内因子
胞内诱导物
产生菌
诱导产生的次级代谢产物
A因子
灰色链霉菌
链霉素
B因子
地中海诺卡菌
利福霉素
I因子
灰色链霉菌
柔毛霉素
诱导物质 弗吉尼亚链霉菌
维及霉素
5、pH
• 在生长允许的范围内，pH对微生物次级代 谢产物产生的影响很大。一些研究发现，微 生物生长的最适pH并不是次级代谢产物合 成的最适pH。
7、通气和搅拌
• 氧气是好氧微生物生长所必需的，可以通 过摇床摇动、通气、或搅拌使氧气溶解在 液体培养基中。对个别微生物来说，不同 的溶解氧对生物活性产物的产生有很大的 影响。
• 举例：
一株链霉菌500r/min转速时，枝肌醇霉素和 氯癌霉素同时合成，而在 250r/min时，这 两种物质都不能合成，但合成链丝霉素。