微生物發(fā)酵制藥

1、微生物發(fā)酵制藥11生技3班肖雪蓮、王若晨、鄭淵銘 目錄目錄微生物藥物簡述1 1新型微生物發(fā)酵技術(shù)2 23微生物藥物應(yīng)用 定義： 微生物在其生命活動(dòng)過程中產(chǎn)生的生理活性物質(zhì)及其衍生物，包括抗生素、維生素、氨基酸、核苷酸、酶、激素、酶抑制劑、免疫調(diào)節(jié)劑等一類化學(xué)物質(zhì)的總稱，是人類控制感染等疾病，保障身體健康，以及用來防治動(dòng)、植物病害的重要藥物。一一 微生物藥物簡述微生物藥物簡述 分類 抗生素類藥物 維生素類藥物 氨基酸類藥物 核酸類藥物 酶與輔酶類藥物 酶抑制劑 免疫調(diào)節(jié)劑 甾體類激素1. 1. 抗生素類抗生素類 抗生素類是一類由微生物產(chǎn)生的在低濃度下具有抑制或殺死微生物作用的化學(xué)物質(zhì)。2. 2.

2、 維生素類維生素類 目前采用微生物技術(shù)生產(chǎn)的維生素類藥物及其中間體有維生素B2(核黃素）、維生素B12（氰鈷胺素）、2-酮基-L-古龍酸（維生素C原料）、-胡蘿卜素（維生素A前體）、麥角甾醇（維生素D2前體）等。3. 3. 氨基酸類藥物氨基酸類藥物 目前氨基酸主要用于生產(chǎn)大輸液及口服液。 精氨酸、谷氨酸鈉用于肝性昏迷的臨床搶救，解除氨毒；L-谷氨酰胺用于治療消化道潰瘍；L-組氨酸為治療消化道潰瘍輔助藥等。 目前大部分氨基酸可用發(fā)酵法生產(chǎn)。4. 4. 核酸類核酸類 核酸類物質(zhì)和氨基酸等類似，是微生物的初級代謝產(chǎn)物，它們在生物體內(nèi)收到嚴(yán)密的調(diào)節(jié)和控制，因此，用于工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)生菌都是經(jīng)過選育的突變株

3、。用微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的核苷酸類藥物及其中間體有肌苷酸、肌苷、5-腺苷酸（AMP)、三磷酸腺苷（ATP)、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD)、輔酶A(CoA)、輔酶I(CoI)、二磷酸胞苷（CDP)、膽堿等。5. 5. 酶與輔酶類藥物酶與輔酶類藥物L(fēng)-天冬酰胺酶、鏈激酶；NAD、NADP、CoA6. 6. 酶抑制劑酶抑制劑 克拉維酸、洛伐他汀 7. 7. 免疫調(diào)節(jié)劑免疫調(diào)節(jié)劑 免疫增強(qiáng)劑、免疫抑制劑 8. 8. 甾體類激素甾體類激素 可的松、地塞米松二二 新型微生物發(fā)酵技術(shù)新型微生物發(fā)酵技術(shù)2 23 3 1 1 基因工程菌基因工程菌 微生物藥物作用機(jī)制微生物藥物作用機(jī)制 發(fā)酵工程發(fā)酵工程一、發(fā)酵工程

4、一、發(fā)酵工程 概念：采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或者直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種新技術(shù)發(fā)酵工程的內(nèi)容 菌種的選育培養(yǎng)基的配制滅菌擴(kuò)大培養(yǎng)和接種發(fā)酵過程產(chǎn)品的分離提純等 菌種 一級種子搖瓶 二級種子罐培養(yǎng) 擴(kuò)大培養(yǎng) 原料 發(fā)酵培養(yǎng) 滅菌 發(fā)酵生產(chǎn) 代謝產(chǎn)物分離 基配制 微生物工業(yè)發(fā)酵過程簡圖微生物工業(yè)發(fā)酵過程簡圖發(fā)酵過程的影響因素 菌體濃度 培養(yǎng)基的影響，如碳源、氮源、微量元素等 溫度影響 PH 溶解氧發(fā)酵工程制藥特點(diǎn) 菌種是根本 理論產(chǎn)量存在“生物學(xué)變量” 常溫常壓下反應(yīng)，安全，條件簡單 純種培養(yǎng)，防污染 課制備復(fù)雜高分子化合物 分子水平，定向發(fā)酵

5、，組合生物合成等 發(fā)酵工業(yè)成本低 二、基因工程菌二、基因工程菌 將目的基因?qū)爰?xì)菌體內(nèi)使其表達(dá)，產(chǎn)生所需要的蛋白的細(xì)菌稱為基因工程菌，如：大腸桿菌。 一、概述 基因工程菌生產(chǎn)的主要產(chǎn)品： z z非蛋白質(zhì)非蛋白質(zhì)：可以通過代謝工程細(xì)胞來獲得， 產(chǎn)生新的途徑或增強(qiáng)某一途徑，從而得到新的化合物或增加產(chǎn)量。 z z蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)：現(xiàn)代基因工程重點(diǎn)產(chǎn)物?；蚬こ叹l(fā)酵技術(shù)獲得的常見藥物 細(xì)胞因子：是一類能在細(xì)胞間傳遞信息、具有免疫調(diào)節(jié)和效應(yīng)功能的蛋白質(zhì)或小分子多肽。主要有：白細(xì)胞介素（IL)、干擾素（IFN)、集落刺激因子（CSF)、腫瘤壞死因子（TNF)、紅細(xì)胞生成素（EPO) 疫苗：為了預(yù)防、控制傳染

6、病的發(fā)生、流行，用于人體預(yù)防接種的疫苗類預(yù)防性生物制品。主要有：乙肝疫苗等基因工程菌發(fā)酵 基因工程菌的培養(yǎng)過程包括： （1）通過搖瓶操作基因工程菌生長的基礎(chǔ)條件，如溫度、PH、培養(yǎng)基各種組分、碳氧比，分析表達(dá)產(chǎn)物的合成、積累對受體細(xì)胞的影響 （2）通過培養(yǎng)罐操作確定培養(yǎng)參數(shù)和控制方案及順序補(bǔ)料分批補(bǔ)料分批 培培 養(yǎng)養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)透析培養(yǎng)透析培養(yǎng)固定化培養(yǎng)固定化培養(yǎng)基因工程菌的發(fā)酵工藝宿主-載體系統(tǒng)構(gòu)建基因工程菌，必須選擇宿主和表達(dá)系統(tǒng)一般希望翻譯后的處理要簡單。常見的宿主系統(tǒng)有：大腸桿菌 G+細(xì)菌(枯草芽孢桿菌）低等真核細(xì)胞（甲醇營養(yǎng)型酵母）哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因工程菌生產(chǎn)的特點(diǎn)基因工程菌生產(chǎn)的

7、特點(diǎn)基因的不穩(wěn)定性基因的不穩(wěn)定性 基因工程菌帶有外源基因，外源基因可能在質(zhì)粒上也可能整合到染色體上，這些基因可能不穩(wěn)定。丟失外源基因的菌往往比未丟失的菌生長快得多，這樣會(huì)大大降低產(chǎn)物的表達(dá)。為了抑制基因丟失的菌的生長，一般在培養(yǎng)中加入選擇壓力，如抗生素基因不穩(wěn)定性的原因： 分離丟失當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)一個(gè)子細(xì)胞沒有接受質(zhì)粒就出現(xiàn)分離丟失 結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性 除了分離不穩(wěn)定性問題外，某些細(xì)胞保留質(zhì)粒，但質(zhì)粒結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而不產(chǎn)生外源蛋白，減少對細(xì)胞的有害影響，這就是結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性 宿主細(xì)胞調(diào)節(jié)突變 宿主細(xì)胞的突變也會(huì)造成生產(chǎn)能力的減少。這些突變通常改變細(xì)胞條件，結(jié)構(gòu)減少目標(biāo)蛋白的合成工程菌發(fā)酵制藥的基本過程上游

8、過程： （1）目標(biāo)基因的克?。?）表達(dá)載體的構(gòu)建（3）工程菌的重組構(gòu)建與保存下游過程： （1）菌種和生產(chǎn)用培養(yǎng)基的配制（2）培養(yǎng)基、發(fā)酵罐和輔助設(shè)備的無菌化操作（3）接菌與工程菌擴(kuò)大繁殖培養(yǎng)（4）最適條件下發(fā)酵培養(yǎng)，生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物（5）產(chǎn)物的提取、分離與純化，獲得合適產(chǎn)品微生物藥物作用機(jī)制完整細(xì)胞水平完整細(xì)胞水平 在敏感細(xì)胞的培養(yǎng)物中，添加待測藥物，觀察藥物對大分子合成的影響。 利用添加放射性標(biāo)記的特異性前體，對這些合成過程進(jìn)行跟蹤。部分純化的無細(xì)胞體部分純化的無細(xì)胞體系系 闡明藥物干擾的以下過程：前體物合成或酶的激活；參與的酶或細(xì)胞器；決定前體物摻入聚合物的信號系統(tǒng)等。要進(jìn)行這類研究，需要制備

9、部分純化的細(xì)胞抽提物。純化的酶系統(tǒng)純化的酶系統(tǒng) 在多酶反應(yīng)體系中，每一種成分都可能成為藥物的作用靶位置。通過放射化學(xué)法或檢測蛋白質(zhì)色譜變化或蛋白質(zhì)電泳遷移率的變化，可以鑒定出與藥物結(jié)合的靶蛋白。 微生物藥物的應(yīng)用1、 治療疾病 通常，能夠用于治療某一種疾病的候選藥物的品種很多，人們在用藥物時(shí)應(yīng)考慮多方面因素。 2、預(yù)防疾病 微生物藥物不但可以用于治療疾病，也常常用來預(yù)防臨床上可能發(fā)生的感染。但應(yīng)謹(jǐn)慎地運(yùn)用藥物，尤其是抗菌藥物。否則可出現(xiàn)弊大于利的情況，如耐藥性菌株的出現(xiàn)、引起不良反應(yīng)、過敏反應(yīng)等。3、獸醫(yī)藥中的應(yīng)用 在獸醫(yī)方面，抗生素廣泛應(yīng)用于預(yù)防和治療個(gè)體或群體動(dòng)物的疾病。個(gè)體動(dòng)物的治療用于

10、動(dòng)物感染的肺炎、支氣管炎、乳腺炎等。但對于那些用來食用的動(dòng)物，必須在屠宰或收集蛋、奶之前停用抗菌藥物很長時(shí)間，以避免藥物通過食物鏈傳遞。 4、改善畜牧業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn) 抗生素由于能提高動(dòng)物的生長速度而在動(dòng)物營養(yǎng)方面廣泛應(yīng)用了多年?？股赜绊憚?dòng)物生長的可能機(jī)制是： 抑制產(chǎn)毒素的腸道細(xì)菌； 抑制無癥狀致病菌； 抑制食物中的有害菌； 通過抑制有害菌的生長而促進(jìn)有益菌的生長。5、在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 目前，已有一定數(shù)量的微生物藥物被開發(fā)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。較為重要的應(yīng)用有： 抑制植物致病細(xì)菌感染。如鏈霉素可以用來防治歐文菌和真菌的感染； 控制植物致病真菌感染。比較重要的有殺稻瘟菌素S、多氧菌素、放線菌酮和春雷霉素等； 除草劑。研究最深入的除草劑是谷氨酰胺抑制劑二丙胺磷。6、作為研究工具 許多微生物的代謝產(chǎn)物，包括有治療和無治療價(jià)值的微生