微生物学在制药工程专业中的应用

微生物学在制药工程专业中的应用 自古以来，人类在日常生活和生产实践中，已经觉察到微生物的生命活动及其所 发生的作用。中国的神衣本草经中，有白僵蚕治病的记载。 左传中，有用麦曲 治腹泻病的记载。 医宗金鉴中，有关于种痘方法的记载。1796 年，英国人琴纳发明 了牛痘苗，为免疫学的发展奠定了基石。 什么是微生物？微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们都是 一些体积微小（一般0.1mm） 、构造简单的低等生物。微生物学是生物学的分支学科之 一。它是在分子、细胞或群体水平上研究各类微小生物的形态结构、生长繁殖、生理 代谢、遗传变异、生态分布和分类进化等生命活动的基本规律，并将其应用于工业发 酵、医学卫生和生物工程等领域的科学，其根本任务是发掘、利用、 和保护有益微生 物，控制、消灭或改造有害微生物，为人类社会的进步服务。本文重点讲述微生物学 在制药工程专业方面中的应用。 一、 微生物学在制药专业的重要性 在药理学中，抗菌药物的作用机理需要联系真菌、细菌细胞结构分析。抗菌药物 主要包含了四种作用机理：一是抗菌药物对形成细胞壁起了抑制作用；二是细胞膜发 挥工程时抗菌药物可对其实施抑制作用；三是在形成细菌细胞蛋白质的过程中会受到 来自抗菌药物产生的影响；四是细菌在形成时会受到抗菌药物产生的抑制作用。 在药物制剂中，微生物一旦将药物污染后，将会分解药物中的有效成分，改变药 物的性质，进一步促使药物失去效果，除此之外，存在于药物中的代谢微生物也会给 人们身体带来损伤。为了尽量避免污染微生物，需要在清洁、干净的室内生产药物制 剂。决定清洁室内空气清洁度的是药物的品级、试剂类型、生产环节等步骤所产生的 质量技术要求。GPM 在此方面也做出了详细的要求。 在生物制药发酵工艺中，最关键的因素就是微生物，微生物也是生物制药的重要 材料来源，生物制药获得材料的主要途径就是微生物发酵技术。所以培育和储藏微生 物菌种，微生物的培养以及控制微生物发酵的整体过程便成了生物制药技术的保障。 大多数微生物制品用的都是微生物或者是其加工过的代谢产物制成的。 在分析检验药物技术中，微生物学检查药品内容包括：一无菌检查灭菌试剂，例 如眼外伤制剂、注射制剂、重组 DNA 药物等生物制品，要求在这些制品中不能检验出 活的微生物。不管是哪一种微生物污染了无菌制品，都有可能威胁到人的健康和生命。 二限度检查没有明确规定的灭菌微生物制剂， 微生物学作为制药专业的关键平台，在专业课程那个发挥了重要作用，因此在制 药专业技术中微生物知识技术是不可或缺的。 二、 微生物学在制药用水的消毒和制药企业洁净室中的应用 制药用水有饮用水、纯化水、注射用水和灭菌注射用水四种。其中注射用水为纯 化水经蒸馏所得的水，应符合细菌内毒素实验要求。注射用水可用作直接接触无菌药 品的包装材料的最后一次精洗用水、无菌原料药精制工艺用水、直接接触无菌原料药 的包装材料的最后洗涤用水、无菌制剂的配料用水等。注射用水还可作为配制注射剂、 滴眼剂等的溶剂或稀释剂及容器的精洗。注射用水必须在防止细菌内毒素产生的设计 条件下生产、储藏及分装。 制药用水的消毒，通常是使用紫外灯照射。由于使用方便，紫外灯处理是很普及 的控制微生物和消毒的形式。水以控制的流速暴露在紫外灯下，紫外灯可以灭活微生 物的 DNA，阻止复制并因此使细菌减少。进入紫外线的给水必须没有悬浮固体，因为它 们可以“遮蔽”细菌阻止其与紫外光充分接触。紫外线在处理的水中没有残留，因此， 只有在紫外光可直接接触微生物时才有效。 对于现代制药企业来讲，洁净的生产环境是产品质量的重要保障。许多药品的生 产流程，要求在洁净区内完成，特别是对于那些要求无菌的制剂，对生产环境的洁净 度、微生物限度的要求更为苛刻。无菌制剂是高风险的产品，特别是对于采用无菌生 产工艺生产的产品，如注射液，其灌装等工序都要求在无菌环境下进行。对生产过程 的微生物监控，如浮游菌、沉降菌的检测，毕竟都只是事后的，虽然监控到的污染不 一定直接和产品的污染成正比，但至少大大增加了产品染菌的风险，又由于抽样检验 的随机性，不一定能抽检到染菌的样品，所以为降低产品染菌的风险，必须采取有效 的环境灭菌措施。就洁净区空间灭菌来讲，目前最常用的方法有臭氧、紫外灯照射和 药剂熏蒸三种。 三、 微生物学在制药废水的生物降解中的应用 制药工业废水主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以 及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水四大类。其废水的特点是成分复杂、有机物 含量高、毒性大、色度深和含盐量高，特别是生化性很差，且间歇排放，属难处理的 工业废水。随着我国医药工业的发展，制药废水已逐渐成为重要的污染源之一，如何 处理该类废水是当今环境保护的一个难题。 随着水污染处理技术的发展，出现了许多新的处理技术，其中由于生物降解处理 工业废水中的有毒污染物效果明显，现已成为降解有毒有机污染物主要方法之一。微 生物在制药废水的处理过程中起着重要的作用,因此只有充分了解环境微生物学和群落 演替规律等生物学特性,才能提高废水处理中的生物学效能,提高制药废水的处理效果。 筛选出对工业废水中各类不同的有毒有机污染物均有较强降解能力的微生物，可以提 高生物处理法对废水中有毒类有机污染物的处理效果。利用微生物降解的方法处理含 高浓度有机污染物的工业废水具有处理成本低、经济效益好、无二次污染等优点。 四、 微生物制药技术 微生物制药技术是工业微生物技术的最主要组成部分。微生物药物的利用是从人 们熟知的抗生素开始的，抗生素一般定义为：是一种在低浓度下有选择地抑制或影响 其他生物机能的微生物产物及其衍生物。近年来，由于基础生命科学的发展和各种新 的生物技术的应用，由微生物产生的除抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质的报 道日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性 已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。但这些物质均为微生物次级代谢产物，其 在生物合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面都有共同的特点，把它们通称为抗 生素显然是不恰当的，于是不少学者认为，把微生物产生的这些具有药理活性的次级 代谢产物统称为微生物药物。于此微生物药物应包括：具有抗微生物感染和抗肿瘤的 作用的传统的抗生素以及特异性酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂、抗氧化剂等。 半个世纪以来微生物转化在药物研制中一系列突破性的应用给医药工业创造了巨 大的医疗价值和经济效益。微生物制药工业生产的特点是利用某种微生物以“纯种状 态” ，也就是不仅“种子”要优而且只能是一种，如其它菌种进来即为杂菌。对固定产 品来说，一定按工艺有它最合适的培养基，来供它生长。培养基的成分不能随意更改， 一个菌种在同样的发酵培养基中，因为只少了或多了某个成分，发酵的成品就完全不 同。 微生物制药技术作为一项新兴的技术，在世界各国卫生医疗、环境保护等领域已 经取得了卓越的成绩。欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代 化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位。如 胰岛素、氨基酸、牛痘等微生物制药技术成熟发展的产物。21 世纪初在微生物制药领 域中，现代社会以追求绿色高科技，可持续发展为目标，随着能源日益稀缺