9-在制药工业中的应用

辽阳职业技术学院化工系制药微生物第9章微生物在制药工业中的应用1.掌握抗生素的概念、特点、分类、单位表示和效价的微生物学测定法，了解抗生素产生菌的筛选方法及生产过程。2.了解微生物在医药工业其他方面的重要应用。辽阳职业技术学院化工系制药微生物抗生素：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。概念辽阳职业技术学院化工系制药微生物抗生素的分类根据抗生素的生物来源分类：1.细菌产生的抗生素2.放线菌产生的抗生素3.真菌产生的抗生素4.植物和动物产生的抗生素辽阳职业技术学院化工系制药微生物根据抗生素的化学结构分类1.B-内酰胺类抗生素2.氨基糖苷类抗生素3.大环内酯类抗生素4.四环素类抗生素5.多肽类抗生素辽阳职业技术学院化工系制药微生物抗生素种类产生菌化学结构作用对象作用机制青霉素真菌产生β－内酰胺类抗G+细菌的影响细胞壁合成链霉素放线菌产生氨基糖甙类抗G－细菌影响蛋白质合成红霉素放线菌产生大环内酯类抗G+细菌的影响蛋白质合成多粘菌素细菌产生多肽类抗G－细菌影响细胞膜通透性四环素放线菌产生四环素类抗病毒影响蛋白质合成灰黄霉素真菌产生多烯类抗真菌、病毒影响核酸合成辽阳职业技术学院化工系制药微生物根据抗生素的作用机制分类1.抑制细胞壁合成的抗生素2.影响细胞膜功能的抗生素3.抑制核酸合成的抗生素4.抑制蛋白质合成的抗生素5.抑制生物能作用的抗生素辽阳职业技术学院化工系制药微生物1.差异毒力较大差异毒力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揆民，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。医用抗生素的特点辽阳职业技术学院化工系制药微生物2.抗菌活性强抗菌活性是指药物抑制或杀灭微生物的能力。极微量的抗生素就可以微生物起作用。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。辽阳职业技术学院化工系制药微生物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。所谓抗菌谱就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。辽阳职业技术学院化工系制药微生物4.不良反应少和副作用小一种好的抗生素应该说用了以后，不良反应和副作用要小一些，也就是对我们人体毒性要小，而对病原菌要有强杀伤力，但这只是理想的抗生素，一般的抗生素或多或少都会对人体有一些不良反应或副作用。辽阳职业技术学院化工系制药微生物抗生素产生菌的分离和筛选1.土壤微生物的分离2.筛选3.早期鉴别4.分离精制5.药理试验和临床试用辽阳职业技术学院化工系制药微生物抗生素的制备菌种孢子制备种子制备发酵发酵液预处理提取及精制成品检验成品包装辽阳职业技术学院化工系制药微生物微生物的发酵•发酵的概念发酵的原始含义发酵最初来自拉丁语“发泡”一词，是指果汁或麦芽谷物受酵母菌作用产生CO2的现象。巴斯德研究酒精发酵之后提出发酵是酵母菌在无氧状态下呼吸产生能量的过程，产生的能量可供酵母菌生存，并在产能的过程中得到产物即酒精和CO2。工业微生物中发酵的含义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。辽阳职业技术学院化工系制药微生物微生物的发酵•发酵的类型以发酵产品的类型分类1.微生物菌体发酵2.微生物酶的发酵3.微生物其他代谢产物的发酵4.微生物转化发酵辽阳职业技术学院化工系制药微生物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。辽阳职业技术学院化工系制药微生物微生物发酵的一般工艺（示意图）辽阳职业技术学院化工系制药微生物微生物发酵的一般工艺•发酵阶段发酵阶段是指微生物菌种在适宜的培养液内，在一定的培养条件下，微生物生长繁殖，生物合成所需产物的过程。（1）菌种发酵所用的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。菌种制备的整个过程要保持严格的无菌状态。（2）孢子制备胞子制备就是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。所用的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。此外，还要严格控制培养基的pH、培养温度、培养时间等条件。（3）种子制备种子制备是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。辽阳职业技术学院化工系制药微生物微生物发酵的一般工艺•提取阶段发酵结束后，只有对发酵液中的产物通过一系列物理、化学方法进行分离、提取及精制，如下图所示。才能得到合乎规定的纯品，此为微生物发酵的提取阶段。（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）成品分装生产的成品一般是大包装的原料药，以供制剂厂进行小包装或制剂加工，也有一些工厂在无菌条件下用自动分装机械进行小瓶分装。辽阳职业技术学院化工系制药微生物发酵产品的分离纯化工艺简图辽阳职业技术学院化工系制药微生物影响微生物发酵的因素影响发酵的因素有培养基成分、pH值、温度、含氧量、泡沫（空气通入后经搅拌形成大量泡沫，应及时用消沫剂消除）及杂菌和噬菌体的污染等。它们互相影响，互相制约，对每一个环节都应严格要求。尤其要注意无菌操作，防止杂菌和噬菌体的污染。辽阳职业技术学院化工系制药微生物发酵药物产品1.抗生素根据抗生素的化学结构分类（1）β-内酰胺类抗生素如青霉素类、头孢霉素类及其衍生物。（2）氨基糖苷类抗生素如链霉素、卡那霉素。（3）大环内酯类抗生素如红霉素、麦迪霉素等。（4）四环素类抗生素如四环素、金霉素、土霉素等。（5）多肽类抗生素多黏菌素、杆菌肽等。辽阳职业技术学院化工系制药微生物发酵药物产品2.维生素（1）维生素C（2）维生素B2（3）维生素B123.氨基酸（1）谷氨酸（2）赖氨酸辽阳职业技术学院化工系制药微生物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。谷氨酸生物合成途径大致为葡萄糖经糖酵解（EMP）和己糖磷酸支路（HMP）2种途径生成丙酮酸，再氧化成乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环，生成α－酮戊二酸，再经谷氨酸脱氢酶的作用，在NH4＋的存在下生成L－谷氨酸，这就是谷氨酸棒状杆菌的谷氨酸合成大致途径。辽阳职业技术学院化工系制药微生物发酵药物产品4.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青霉素酶辽阳职业技术学院化工系制药微生物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。辽阳职业技术学院化工系制药微生物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。辽阳职业技术学院化工系制药微生物（2）酶抑制剂酶抑制剂是一类主要由微生物产生的小分子生物活性物质，能抑制酶的活性，增强机体免疫力，调节代谢，以达到治疗某些疾病的目的，也可用于某些抗药性细菌感染的治疗。目前发现由微生物产生的酶抑制剂有几十种，抑肽素是一种由链霉菌产生的蛋白酶抑制剂，可以用来治疗胃溃疡，它能与胃蛋白酶形成复合物从而抑制胃蛋白酶的作用。泛涎菌素是淀粉酶的特异性抑制剂，可以用来防止肥胖症、糖尿病等。小奥德国蘑酮具有降血压的作用。辽阳职业技术学院化工系制药微生物发酵药物产品5.菌体制剂（1）酵母片（2）活菌制剂辽阳职业技术学院化工系制药微生物从上个世纪70年代起，我国、美国、日本、英国等国家的医药科技工作者，对灵芝进行了深入研究与临床试验，已经证明灵芝含18种人体所需要的营养成份，14种对产生治疗有效的药理成份。并证实灵芝多糖是灵芝扶正固本、滋补强壮、延年益寿的主要成分。很多人认为，栽培的灵芝不如野生的灵芝，其实未必如此，日本生物学家直井幸雄指出：不是每种野生灵芝都可服用的，野生灵芝没有经过精心栽培和照料，品质很差，当人们发现时，灵芝不是老化而变质，就是已被虫蛀，有的甚至含有毒素，而且灵芝成熟未采集，经过三年时间有效成份就开始自行分解，因此不宜服用。所以说其实原木栽培的灵芝为什么比野生的好。抗肿瘤作用、保肝解毒作用、对心血管系统的作用、抗衰老作用、抗神经衰弱作用、治疗高血压、治疗糖尿病、对慢性支气管炎、支气管哮喘作用、抗过敏作用、美容作用。辽阳职业技术学院化工系制药微生物Ø灵芝茶:灵芝切片10克,水冲泡或煎煮代茶饮,可用于治疗甲亢、失眠、便糖、腹泻等症。Ø灵芝孢子粉：是灵芝发育后期弹射释放出来的种子，生物学上称担孢子，集中起来后呈末状，通称灵芝孢子粉，它的利用和研究是近几年来新发现的，灵芝孢子粉在自然环境下收集非常困难，大约出产1000公斤原木灵芝才能收集1公斤孢子粉，每个孢子直径只有5-8微米，孢子内含有比灵芝更丰富的多醣肽、腺嘌呤核苷、蛋白质、酶类、硒元素等特殊成分，灵芝孢子粉在增强免疫，抑制肿瘤的药效方面远远超过其母体灵芝。辽阳职业技术学院化工系制药微生物Ø灵芝白酒：可用于治疗甲亢、失眠、便糖、腹泻等症。Ø灵芝黄酒：治积年胃病。Ø灵芝麦片粥:治神经衰弱、夜不安眠症。Ø灵芝猪肉汤:治肝硬化。Ø灵芝三七饮:,治冠心病和心绞痛。Ø灵芝黄豆粉:灵芝30克,黄豆90克,焙干炒熟磨粉,日服3次,每次9一15克,开水冲服,治冠心病。Ø灵芝黑白木耳汤:滋补肺、胃,活血润燥,强心补脑,可防癌抗癌,降血压降血脂,预防冠心病。Ø灵芝红枣茶:灵芝4一6克,红枣9枚。改良贫弱体质,提高免疫力,安神养心,更有助美容,可常服。辽阳职业技术学院化工系制药微生物（抗生素的微生物学检测1.抗生素的效价和单位效价是指抗生素有效成分的含量，也就是说在