微生物制药1第一章1绪论

微生物制药

（抗生素生产工艺学）福州大学生物科学与工程学院任课教师：洪文荣E-mail:授课时间：2015年2月~5月书山有路勤为径，学海无边苦作舟。课程内容1绪论——（生物技术药物与微生物药物）2抗生素简介3β-内酰胺类抗生素4氨基糖苷类抗生素5四环素类抗生素6大环内酯类抗生素7肽类抗生素8抗真菌抗生素9抗癌抗生素10杀虫抗生素11农畜用抗生素12其他抗细菌抗生素13抗生素药理14抗生素的作用机理15微生物药物生产的GMP管理16新抗生素筛选第一章绪论第一节生物技术药物微生物药物：用微生物发酵方法生产的各种医药产品。基因工程药物：用基因重组方法将编码人体内生理活性蛋白质（多肽）的基因导入易于培养的细胞（特别是微生物细胞）中，发酵生产（表达）的蛋白质药物。细胞工程药物：通过动植物细胞核质、染色体或基因移植以及细胞融合、培养等方法，生产的各种诊断、预防或治疗用医药产品。酶工程药物：用游离或固定化酶或含酶的固定化菌体将医药中间体转化成的医药产品，或直接用于治疗的药用酶。组织工程药物：由干细胞培养、分化得到的用于修复、保养、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物。一般步骤为：干细胞→功能细胞→支架材料→组织→器官。蛋白质工程药物：在蛋白质结构与功能关系研究的基础上，对编码蛋白质的基因进行有目的地定向改造或人工合成，然后利用基因工程等手段将其克隆、表达和对表达产物进行分离纯化，获得的具有医用价值的新型蛋白质。第二节微生物药物定义：应用大规模的微生物细胞培养、代谢控制、化学提取和/或半合成技术生产的具有抗菌、抗癌、杀虫、免疫调节、代谢调节等功能的药物。地位：微生物药物开生物技术药物的先河，为各种生物技术药物的发展打下了技术基础。现状：临床应用的直接由微生物发酵生产的药物约60余种，加上半合成产品有200余种，产值约占医药工业总产值的15%。展望：发展速度快，特别是作为新药开发的前体药物，将占据越来越重要的地位。微生物药物中的抗感染药物2003年在美国市场所占的份额a.总的抗感染药物，b.抗下呼吸道感染药物。数字为销售额，百万美元。

青霉烯类，青霉烷类，头孢菌素类，大环内酯类，链阳菌素类，喹诺酮类，氨基糖苷类，噁唑烷二酮类，糖肽类，四环素类第三节微生物药物的发展简史微生物之间的拮抗现象青霉素的发现——弗莱明的贡献青霉素的二次发现——弗洛里和钱恩的贡献抗生素开发的全盛期——瓦克斯曼的贡献半合成抗生素的发展——始于半合成青霉素微生物药物应用范围的扩大——抗菌、抗癌、抗病毒、杀虫、其它药理活性现代生物技术在微生物药物开发和制造中的应用污染的霉菌菌落对金黄色葡萄球菌的拮抗作用

——拮抗现象导致青霉素的发现霉菌菌落细菌菌落弗莱明(AlexanderFleming)在工作青霉素的发现者及1945年诺贝尔生理学医学奖获得者AlexanderFleming(1881-1955)ErnstB.

Chain(1906-1979)HowardW.

Florey(1898-1968)AlexanderFleming(1881-1955)HowardW.

Florey

(1898-1968)ErnstB.Chain(1906-1979)SelmanA.Waksman(1888-1973)——放线菌及链霉素的发现者，获得1952年诺贝尔医学和生理学奖瓦克斯曼和弗莱明在一起第四节微生物药物的范畴抗生素：青霉素，头孢菌素，链霉素，红霉素，四环素，林肯霉素，柔红霉素，阿维菌素等等。维生素：维生素B2,维生素B12,维生素C,-胡萝卜素(前维生素A),麦角固醇(前维生素D2),甲基萘醌(维生素K2),泛醌(辅酶Q10),泛酸等。氨基酸：Arg，Ctr(瓜氨酸)，Glu，Gln，His，Ile，Leu，Lys，Orn，Phe，Pro，Thr，Try，Val等。核苷或核苷酸：肌苷,鸟苷,一磷酸肌苷(IMP),一磷酸黄苷(XMP),一磷酸鸟苷(GMP),三磷酸腺苷(ATP),胞二磷胆碱(CDP-choline)。药用酶和辅酶：消化酶(-淀粉酶、蛋白酶、脂酶)，溶菌酶，链激酶，纳豆激酶，沙雷氏菌肽酶，L-天冬酰胺酶，透明质酸酶，神经氨酸苷酶，辅酶A，黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD，辅酶Ⅰ)。其它药理活性物质：蛋白酶抑制剂，糖苷酶抑制剂，脂肪酸合成酶抑制剂，脂酶抑制剂，HMG-CoA还原酶抑制剂，腺苷脱氨酶抑制剂，醛糖还原酶抑制剂，免疫修饰剂，受体激活剂与受体拮抗剂。第五节微生物药物制造的工艺流程、特点与要求

（一）一次萃取反萃二次萃取脱色过滤结晶过滤洗涤过滤干燥分包装沙土管冷干管斜面米孢子摇瓶种子罐发酵罐过滤液氮管典型工艺及设备流程第五节微生物药物制造的工艺流程、特点与要求（二）菌种工艺的特点与要求菌种要求品系纯正，生产能力高，遗传性状稳定。制备的各阶段种子均要求无其它微生物污染、生命力强、保存期短。为了确保种子质量和安全，种子制备对人员、用具、设备和操作场所都要有严格的操作和管理规程。要定期对菌种进行分离复壮，以防菌种退化，确保种的纯粹和生产能力稳定。要有生产能力相同而遗传性状不同的几个备用菌种，以备现有生产菌种污染噬菌体或出现其他异常情况时替换。菌种保存应采用冷冻干燥管或液氮管，可长期保持菌种的存活和生产能力稳定。第五节微生物药物制造的工艺流程、特点与要求（三）发酵工艺的特点与要求原材料要求质量稳定（包括产地、品种、加工方法、规格、仓贮条件、仓贮时间等）。发酵起始和过程中使用的原材料、设备、空气等都要经过严格的灭（除）菌。设备（包括管道、阀门、轴封、连接部位等）密封性能好，无渗漏。发酵全过程要求用无菌压缩空气保持发酵罐内部的压力大于大气压（正压）。发酵过程要求不间断地进行通气和搅拌，以保持氧的充分供应和良好的混合状态。微生物生长与抗生素合成呈现明显的分阶段现象，故也应相应地进行分阶段控制。第五节微生物药物制造的工艺流程、特点与要求（四）提炼工艺的特点与要求微生物药物一般对热、酸、碱、酶不稳定，故应尽量在低温、清洁和严格控制的化学环境下快速操作。根据选择性、分离因素和经济性，选择适当的几步提炼工艺组合，以达到所需要的产品纯度。树立高度的质量意识，对原材料、辅料、半成品、成品和环境都要进行严格的质量监控。树立高度的安全防护意识，严格实施防火、防爆、防中毒、防窒息等安全操作规程。在提炼生产的全过程中都要树立严格的洁净和无菌概念，以防化学和生物污染，确保产品质量。第六节微生物工程制药与化学工程制药的比较微生物工程制药化学工程制药优点==========================可生产结构复杂和具有手性或光学活性特异性的药物生产过程安全（常温、常压、中性、不燃不爆、一般无毒）主要原料可再生（阳光和土地）原料纯度要求不高，易于替换设备通用生产能力易提高，产物类型可塑（突变与基因工程）==========================生产过程较简单，步骤少，反应易控制，稳定性好，收得率高反应浓度高，速度快，收得率高设备相对小，辅助设备少，投资少废水、废渣排放量少生产过程不易受污染

缺点==========================副产物多，分离精制困难反应复杂，反应速度慢反应浓度低，原料转化率低生产稳定性差设备庞大，辅助设备多，投资大；废水、废渣排放量大，处理费用高，生产过程容易受其他微生物的污染，通气、搅拌、冷却等能耗大==========================生产安全性较差（高温、高压、强酸、强碱、有毒、易燃、易爆）原料纯度要求高，不能随意替换多数原料不可再生难以生产复杂和手性纯化合物设备通用性差第七节微生物药物的研究与开发微生物药物的主要来源——土壤微生物微生物药物研究开发的一般程序微生物药物研究开发的进程微生物药物的主要来源——土壤微生物农田土壤15cm深处微生物的数量和质量细菌放线菌真菌藻菌原生动物数量(CPU/g)9.801072.01061.21052.51043.0104质量(g/g)1601602003238注：CPU——菌落形成单位不同深度土层中放线菌的数量分布第七节微生物药物研究开发的一般程序（一）第七节微生物药物研究开发的一般程序（二）微生物药物开发的一般进程0246810121416

yearsDiscovery(2~5years)(Screeningandchemicalresearch)PreclinicalTesting(2~4years)(Lab&animaltesting)PhaseⅠ(1~1.5years)(20-30healthyvolunteersforsafetyanddosage)PhaseⅡ(1~2years)(100-300patientsfordosage,efficacyandsideeffects)PhaseⅢ(2~3years)FDAReviewandApproval