微生物在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

第十六章

微生物在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用（二）教學(xué)要求1．掌握抗生素的概念、特點(diǎn)和醫(yī)用抗生素的特點(diǎn)。2．熟悉抗生素的效價(jià)和單位表示方法。3．了解抗生素效價(jià)的生物測(cè)定方法、微生物在其他藥物生產(chǎn)中的應(yīng)用。微生物種類(lèi)多、數(shù)量大、個(gè)體小、面積大、新陳代謝能力強(qiáng)、吸收多、轉(zhuǎn)化快、生長(zhǎng)旺、繁殖速度快，廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)中。如抗生素、維生素、氨基酸、酶及酶抑制劑以及微生態(tài)制劑都有是利用微生物發(fā)酵制成的。利用“工程菌”作為制藥工業(yè)的發(fā)酵產(chǎn)生菌可生產(chǎn)出更多低成本、高質(zhì)量的藥物，使得微生物在制藥工業(yè)中的應(yīng)用前景更加廣闊?？股兀菏巧镌谄渖顒?dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的，能在低微濃度下有選擇地抑制或影響他種生物功能的有機(jī)物質(zhì)。概念第一節(jié)、抗生素很早以前，人們就發(fā)現(xiàn)某些微生物對(duì)另外一些微生物的生長(zhǎng)繁殖有抑制作用，把這種現(xiàn)象稱(chēng)為抗生。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們終于揭示出抗生現(xiàn)象的本質(zhì)，從某些微生物體內(nèi)找到了具有抗生作用的物質(zhì)，并把這種物質(zhì)稱(chēng)為抗生素，如青霉菌產(chǎn)生的青霉素，灰色鏈絲菌產(chǎn)生的鏈霉素都有明顯的抗菌作用。根據(jù)抗生素的生物來(lái)源分類(lèi)：1.細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素：多黏菌素和短桿菌肽等2.放線菌產(chǎn)生的抗生素：鏈霉素、四環(huán)素等3.真菌產(chǎn)生的抗生素：青霉素和頭孢霉素等、4.植物和動(dòng)物產(chǎn)生的抗生素：蒜素、魚(yú)素等。一、抗生素的分類(lèi)根據(jù)抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)1.B-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素：青霉素、頭孢霉素2.氨基糖苷類(lèi)抗生素：鏈霉素、卡那霉素3.大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素：紅霉素、麥迪霉素4.四環(huán)素類(lèi)抗生素：金霉素、土霉素等5.多肽類(lèi)抗生素：多黏菌素、桿菌肽。根據(jù)抗生素的作用機(jī)制分類(lèi)1.抑制細(xì)胞壁合成的抗生素：青霉素、環(huán)絲氨酸2.影響細(xì)胞膜功能的抗生素：多黏菌素等3.抑制核酸合成的抗生素：絲裂霉素C等4.抑制蛋白質(zhì)合成的抗生素：鏈霉素、四環(huán)素等5.抑制生物能作用的抗生素：抗霉素、短桿菌肽根據(jù)抗生素的作用對(duì)象分類(lèi)1.抗革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的抗生素：青霉素、紅霉素等2.抗革蘭氏陰性細(xì)菌的抗生素：鏈霉素、多黏菌素等3.抗真菌的抗生素：灰黃霉素、制霉菌素等4.抗病毒的抗生素：四環(huán)霉素5.抗癌的抗生素：絲裂霉素、阿霉素等抗生素種類(lèi)產(chǎn)生菌化學(xué)結(jié)構(gòu)作用對(duì)象作用機(jī)制青霉素真菌產(chǎn)生β－內(nèi)酰胺類(lèi)抗G+細(xì)菌的影響細(xì)胞壁合成鏈霉素放線菌產(chǎn)生氨基糖甙類(lèi)抗G－細(xì)菌影響蛋白質(zhì)合成紅霉素放線菌產(chǎn)生大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗G+細(xì)菌的影響蛋白質(zhì)合成多粘菌素細(xì)菌產(chǎn)生多肽類(lèi)抗G－細(xì)菌影響細(xì)胞膜通透性四環(huán)素放線菌產(chǎn)生四環(huán)素類(lèi)抗病毒影響蛋白質(zhì)合成灰黃霉素真菌產(chǎn)生多烯類(lèi)抗真菌、病毒影響核酸合成1.差異毒力大差異毒力：即抗生素對(duì)微生物或腫瘤細(xì)胞等靶體的抑制或殺滅作用，與對(duì)機(jī)體損害程度的差異比較。由抗生素的作用機(jī)制決定，如青霉素類(lèi)抗生素能抑制革蘭陽(yáng)性菌細(xì)胞壁生成，而人和動(dòng)物的細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞壁，所以說(shuō)青霉素對(duì)人和動(dòng)物沒(méi)有作用，因此青霉素可以在臨床上用于抗感染?？梢哉f(shuō)一種抗生素它的差異毒力越大，越有利于臨床的應(yīng)用。一般的化學(xué)消毒劑對(duì)微生物和機(jī)體的毒力無(wú)明顯差異。二、醫(yī)用抗生素的特點(diǎn)2.生物活性強(qiáng)生物活性即抗菌活性是指藥物抑制或殺滅微生物的能力。一種抗生素它的抗菌活性強(qiáng)弱我們常常以最低抑菌濃度（MIC）來(lái)衡量。MIC是指抗生素能抑制微生物生長(zhǎng)的最低濃度，以μg∕ml來(lái)表示。MIC值越小，表示抗生素的作用越強(qiáng)。3.有不同的抗菌譜由于各種抗生素對(duì)微生物的作用方式不同，因而每種抗生素都有特定的抗菌譜?？咕V是指抗生素所能抑制或殺滅微生物的范圍和所需劑量。抗菌譜廣的我們稱(chēng)之為廣譜抗生素，對(duì)多種病原菌有抑制和殺滅作用。抗菌范圍窄的稱(chēng)為窄譜抗生素，比如青霉素就是窄譜抗生素，主要抑制革蘭氏陽(yáng)性菌，而抗癌抗生素的抗瘤范圍我們稱(chēng)之為抗瘤譜。4.不易使病原菌產(chǎn)生耐藥性某些病原菌耐藥現(xiàn)象日趨來(lái)重，它們引起的疾病常成為臨床治療的難題。因些一個(gè)優(yōu)良的抗生素應(yīng)不易使病原菌產(chǎn)生耐藥性。其他：良好的抗生素副作用小、不易引起超敏感反應(yīng)，吸收快，血濃度高，不易被血清蛋白結(jié)合而失活等特性。三、尋找新抗生素的基本程序從自然界分離并篩選新抗生素產(chǎn)生菌。改造現(xiàn)有的抗生素的產(chǎn)生菌，再經(jīng)篩選獲得新抗生素產(chǎn)生菌。對(duì)已知的抗生素進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，經(jīng)篩選后獲得新的半合成抗生素。新的篩選方法，應(yīng)用定向生物合成和突變生物合成的原理等。現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)生新抗生素?？股孬@得的幾條途徑：新抗生素產(chǎn)生菌的常規(guī)分離和篩選過(guò)程1.土壤微生物的分離2.篩選3.早期鑒別4.分離精制5.臨床前試驗(yàn)研究和臨床試用采土，以春秋兩季采土為宜，取5~10cm深處的土壤，以無(wú)菌生理鹽水適當(dāng)稀釋進(jìn)行涂布法分離。抗菌抗生素：一般采用瓊脂擴(kuò)散法篩選法?？鼓[瘤抗生素可以采用精原細(xì)胞核分裂抑制法、噬菌體法、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型體內(nèi)篩選取法等?？共《究股乜刹捎媒M織培養(yǎng)法、噬菌體模型法、體內(nèi)篩選法等?？股禺a(chǎn)生菌的鑒別、抗生素的鑒別。將可能產(chǎn)生新抗生素的放線菌進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，然后選擇合適的方法將有效抗生素從培養(yǎng)液中提取出來(lái)，加以精制純化。經(jīng)臨床前試驗(yàn)研究后，被審查合格的抗生素方可進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。四、抗生素的制備獲取菌種孢子制備種子制備發(fā)酵

發(fā)酵液預(yù)處理提取及精制成品檢驗(yàn)

成品包裝（1）菌種：菌種都是從自然界分離、純化及選育后獲得的。這些菌種通常采用砂土管或冷凍干燥管保存。要經(jīng)常進(jìn)行菌種選育工作，用人工方法加以純化和育種，才能保持菌種的優(yōu)良性狀不變。菌種制備要保持嚴(yán)格的無(wú)菌狀態(tài)。（2）孢子制備：將保藏的菌種進(jìn)行培養(yǎng)，制備大量孢子供下一步植被種子使用。需氧發(fā)酵制備孢子一般是在搖瓶?jī)?nèi)進(jìn)行，通過(guò)振蕩，外界空氣與培養(yǎng)液進(jìn)行自然交換獲得氧氣。培養(yǎng)基要含有生長(zhǎng)因子和微量元素，且碳源或氮源不宜過(guò)多，從而保證生產(chǎn)大量的孢子。還要嚴(yán)格控制培養(yǎng)基的pH、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間等條件。（3）種子制備：使有限數(shù)量的孢子萌發(fā)、生長(zhǎng)、繁殖產(chǎn)生足夠量的菌絲體，供發(fā)酵培養(yǎng)所用。在種子罐內(nèi)微生物菌絲大量生長(zhǎng)、繁殖，因而縮短了下一步發(fā)酵罐內(nèi)菌絲生長(zhǎng)的時(shí)間。種子罐中的培養(yǎng)液要盡可能與發(fā)酵液一致。而且要有易吸收的碳源和氮源。微生物的發(fā)酵

目前應(yīng)用微生物工業(yè)把發(fā)酵由微生物擴(kuò)大到植物、動(dòng)物，因此工業(yè)微生物學(xué)家將所有通過(guò)微生物或其他生物細(xì)胞（動(dòng)、植物細(xì)胞）或經(jīng)過(guò)生物工程改造了的“工程菌”的培養(yǎng)來(lái)制備工業(yè)產(chǎn)品或轉(zhuǎn)化某些物質(zhì)的過(guò)程，統(tǒng)稱(chēng)為發(fā)酵。微生物發(fā)酵的一般工藝微生物發(fā)酵的一般工藝也就是利用深層培養(yǎng)，進(jìn)行微生物發(fā)酵生產(chǎn)所需要產(chǎn)品的過(guò)程。微生物發(fā)酵一般分發(fā)酵與提取2個(gè)階段。其生產(chǎn)的一般工藝流程如下。微生物發(fā)酵的一般工藝（示意圖）發(fā)酵注意因素?zé)o菌操作營(yíng)養(yǎng)需要PH溫度前體通氣、攪拌及消泡發(fā)酵終點(diǎn)判斷前體是抗生素分子的前身或其組成部隊(duì)分，直接參與抗生素的生物合成而自身無(wú)顯著變化。加入前體可控制抗生素的合成方向，并增加產(chǎn)量。發(fā)酵過(guò)程中通過(guò)定期取樣分析，測(cè)定抗生素含量、發(fā)酵液PH、含糖量和含氮量、菌絲含量及形態(tài)觀察等，據(jù)此判斷合適的和罐時(shí)間。提取階段

（1）發(fā)酵液預(yù)處理多數(shù)發(fā)酵產(chǎn)品如抗生素存在于發(fā)酵液內(nèi)，有些存在于菌絲內(nèi)。發(fā)酵液預(yù)處理包括除去發(fā)酵液內(nèi)的雜質(zhì)離子（Ca2+、Mg2+、Fe3+等）以及蛋白質(zhì)，并利用板框壓濾機(jī)，使菌絲與濾液分開(kāi)，便于進(jìn)一步提取。（2）提取與精制提取方法是根據(jù)產(chǎn)品的理化性質(zhì)決定的。目前常用的提取方法有吸附法、溶媒萃取法、離子交換法和沉淀法。（3）成品檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)發(fā)酵與提取得到的成品，應(yīng)根據(jù)藥典標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的項(xiàng)目根據(jù)產(chǎn)品的性質(zhì)而定。如抗生素一般要進(jìn)行效價(jià)測(cè)定、毒性試驗(yàn)、無(wú)菌試驗(yàn)、熱原質(zhì)試驗(yàn)、水分測(cè)定等。（4）成品分裝

1.

效價(jià)效價(jià)是指在同一條件下比較抗生素的被檢品和標(biāo)準(zhǔn)品的抗菌活性，從而得出被檢品的效價(jià)，我們用百分比來(lái)表示表示：效價(jià)＝被檢品的抗菌活性∕標(biāo)準(zhǔn)品的抗菌活性標(biāo)準(zhǔn)品：是指與商品同質(zhì)的、純度較高的抗生素，每毫克含有一定量的單位，可用作效價(jià)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)。五、抗生素的效價(jià)和單位2、單位抗生素的國(guó)際單位：指經(jīng)國(guó)際協(xié)議，每毫克含一定單位的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)品，其單位即為國(guó)際單位（IU）質(zhì)量單位，是指以抗生素的生物活性部分為重量作為單位1μg＝1U1mg＝1000U。對(duì)于不同鹽類(lèi)的同一抗生素而言，只要它們的單位相同，實(shí)際有效含量是一致的?？股貑挝坏暮x分類(lèi)質(zhì)量單位類(lèi)似質(zhì)量單位質(zhì)量折算單位特定單位標(biāo)量法類(lèi)似質(zhì)量單位，是以特定的抗生素鹽類(lèi)純品的質(zhì)量為單位，包括非活性部分的質(zhì)量。質(zhì)量折算單位，與原始的生物活性相當(dāng)?shù)募兛股貙?shí)際質(zhì)量為1U加以折算。1個(gè)青霉素單位系指在50ml肉湯培養(yǎng)基內(nèi)完全抑制金黃色葡萄球菌生長(zhǎng)的最小青霉素量為U。這個(gè)量相當(dāng)于青霉素G鈉鹽0.5988μg，1mg=1670U。以特定的一批抗生素樣品的某一質(zhì)量作為一定單位，經(jīng)有關(guān)的國(guó)家機(jī)構(gòu)認(rèn)可而定。指抗生素制劑標(biāo)簽上所標(biāo)示的抗生素含量。原則上以質(zhì)量表示，但少數(shù)成份不清的抗生素，或照顧用藥習(xí)慣，仍沿用單位表示。六、抗生素的作用機(jī)制1、抑制細(xì)胞壁的合成磷霉素環(huán)絲氨酸：抑制五肽的形成萬(wàn)古霉素：陰斷二糖五肽與胞壁受體結(jié)合桿菌肽：影響肽聚糖的形成β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素如青霉素和頭孢菌素，抑制肽聚糖合成交聯(lián)中所需的轉(zhuǎn)肽酶反應(yīng)，使肽聚糖三維結(jié)構(gòu)不能形成。2、影響細(xì)胞膜的功能多黏菌素、兩性霉素3、干擾蛋白質(zhì)合成氨基糖苷類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)以及其他一些抗生素4、抑制核酸的合成博萊霉素、利福平、利福霉素、氟哌酸、氧氟沙星、阿霉素等。5、干擾的能量代謝和電子傳遞體系素養(yǎng)性太強(qiáng)，限制了在臨床上的應(yīng)用。七、細(xì)菌的耐藥性1、耐藥性的概念耐藥性是指在微生物或腫瘤細(xì)胞多次與藥物接觸發(fā)生敏感性降低的現(xiàn)象，是微生物對(duì)藥物所具有的相對(duì)抗性。耐藥性增強(qiáng)，則敏感性降低。2、耐藥性產(chǎn)生機(jī)制細(xì)菌耐藥性產(chǎn)生的遺傳機(jī)制：耐藥性可由染色體或質(zhì)粒或兩者兼有介導(dǎo)。細(xì)菌耐藥性產(chǎn)生的生化機(jī)制：產(chǎn)生使抗生素結(jié)構(gòu)改變的酶，即鈍化酶。作用靶位的改變，不能與細(xì)菌結(jié)合或能結(jié)合形成復(fù)合體但靶位仍能保持其功能。細(xì)胞通透性的改變，使藥物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)減少。3、細(xì)菌耐藥性產(chǎn)生的防止對(duì)策合理使用抗生素，可不用抗生素時(shí)盡可能不用，并注意防止交叉耐藥性，同時(shí)主張聯(lián)合用藥。尋找新藥。努力尋找具有新的化學(xué)結(jié)構(gòu)的新抗生素和改造現(xiàn)有的抗生素，以及新的酶抑制劑。加強(qiáng)抗藥機(jī)制的研究，了解細(xì)菌耐藥性的本質(zhì)，以便有針對(duì)地解決耐藥菌對(duì)人類(lèi)的危害。第二節(jié)、其他發(fā)酵產(chǎn)品1.維生素（1）維生素C（2）維生素B2（3）維生素B122.氨基酸（1）谷氨酸（2）賴(lài)氨酸谷氨酸是制造味精的原料，味精就是谷氨酸鈉鹽。另外，谷氨酸在醫(yī)療上可以用于肝昏迷、神經(jīng)衰弱、配制營(yíng)養(yǎng)注射液等。谷氨酸產(chǎn)生菌主要是棒狀桿菌屬、短桿菌屬和節(jié)桿菌屬，谷氨酸產(chǎn)生菌的共同特點(diǎn)是革蘭氏陽(yáng)性短桿菌，無(wú)鞭毛，無(wú)芽胞，生長(zhǎng)需要適量生物素，而且需要氧氣，也就是說(shuō)都是需氧菌。3酶制劑及酶抑制劑（1）酶制劑①透明質(zhì)酸酶②天冬酰胺酶③膠原酶④消化酶⑤青霉素?；涪耷嗝顾孛肝覀?cè)卺t(yī)藥方面常用的微生物酶制劑有：1.

促消化酶類(lèi)：我們利用微生物生產(chǎn)的種進(jìn)消化的酶類(lèi)有蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纖維素酶等，能夠治療消化不良、急慢性腸胃炎、食欲不振等疾病。2.

消炎酶類(lèi)：這類(lèi)酶制劑中常用的比如溶菌酶，具有抗菌、抗病毒、抗炎癥、促進(jìn)組織修復(fù)等作用，臨床上用于五官科各種粘膜炎癥或者齲齒等。3.

抗腫瘤酶類(lèi)：酶能治療某些腫瘤，比如大腸桿菌產(chǎn)生的天冬酰胺酶就是一種抗白血病的藥物。它的主要作用是水解天冬酰胺成為天冬胺酸和氨。4.

與血液有關(guān)的酶類(lèi)：是由乙型溶血性鏈球菌產(chǎn)生的鏈激酶和鏈道酶，我們習(xí)慣上稱(chēng)為“雙鏈酶”。鏈激酶能激活血漿中的溶纖維蛋白酶原轉(zhuǎn)變成溶纖維蛋白酶，鏈道酶可以溶解纖維蛋白凝塊，所以臨床上“雙鏈酶”用于治療腦血栓及溶解其他部分的血凝塊。5.

其他藥用酶類(lèi)：我們臨床上用的其他的藥用酶類(lèi)還有很多種，比如青霉素酶能分解青霉素，能治療青霉素引起的過(guò)敏反應(yīng)，也可以用于青霉素類(lèi)藥物的無(wú)菌檢驗(yàn)。葡萄糖酶能防止齲齒。（2）酶抑制劑酶抑制劑是一類(lèi)主要由微生物產(chǎn)生的小分子生物活性物質(zhì)，能抑制酶的活性，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，調(diào)節(jié)代謝，以達(dá)到治療某些疾病的目的，也可用于某些抗藥性細(xì)菌感染的治療。目前發(fā)現(xiàn)由微生物產(chǎn)生的酶抑制劑有幾十種，抑肽素是一種由鏈霉菌產(chǎn)生的蛋白酶抑制劑，可以用來(lái)治療胃潰瘍，它能與胃蛋白酶形成復(fù)合物從而抑制胃蛋白酶的