第三章 抗生素概述(1)

第三章抗生素概述一、抗生素的发展简史二、抗生素的分类三、抗生素应用及工业生产五、抗生素生物效价测定方法四、抗生素质量控制抗生素（antibiotics）

生物在其生命活动过程中产生的（或并用化学、生物或生物化学方法衍生的），在低微浓度下能选择性地抑制他种生物机能的化学物质。半合成抗生素

将生物合成法制得的天然代谢产物，再用化学、生物或生化方法进行分子改造，制成的各种衍生物，称为半合成抗生素。将能抑制肿瘤、原虫等微生物产物也归入抗生素类。氨苄青霉素Amp青霉素V抗生素来源

真菌（13%）放线菌（67%）细菌（12%）初级代谢物：能量代谢或分解代谢的产物，微生物生长所必须的。次级代谢物：微生物在细胞分化过程中产生的，不是细胞生长必须的，对细胞生长并不具有明显的作用。代谢物

1、抗生素是微生物次级代谢产物，对微生物本身的生存影响不大。抗生素的特点

2、不同种微生物能产生同一种抗生素，同一种微生物也能产生结构不同的抗生素。

3、抗生素属于低相对分子质量的次级代谢产物，相对分子质量一般不超过几千。

4、低微浓度下能选择性地抑制他种生物机能的化学物质。相对分子量过大只能通过化学合成抗生素≠医疗用抗生素应具备的条件：1、难使病原菌产生耐药性2、较大的差异毒力“差异毒力”是指药物对病原菌和宿主组织的毒力差异。在宿主体内，对组织不发生或较小发生损害作用，而对病原菌则有较大的毒害。3、最小抑菌浓度要低抗生素的抗菌活性用最小抑菌浓度（MIC）表示，单位mg/mL。4、抗菌谱要广抗生素对各种微生物的抗菌活性称为抗菌谱。广谱抗生素：例如氯霉素、金霉素、土霉素、四环素、甲砜霉素等。不仅能强力抑制大部分革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，而且能抑制立克次体、螺旋体和某些原虫。一、抗生素的发展简史抗生素没有被发现以前，感染性疾病一直是人类的头号杀手，医院外科手术感染的死亡率高达50%以上，产妇感染的死亡率更高。1、第一次发生在公元6世纪，从地中海地区传入欧洲，死亡近1亿人；2、第二次发生在14世纪，波及欧、亚、非；3、第三次是18世纪，传播32个国家。1793年云南师道南所著“《死鼠行》”中描述当时“鼠死不几日，人死如圻堵”。痢疾常伴随灾害发生，临床表现为腹痛、腹泻、里急后重、排脓血便，伴全身中毒等症状。发展中国家每天有5000名幼童死于此病，仅在孟加拉，每天死亡的儿童中就有1／3死于此病。

全球每年约出现8百万新病例，并导致约3百万人死亡。我国每年死于该病的人约25万之多，是各类传染病死亡人数总和的两倍多。是威胁人类健康的全球性卫生问题，并成为某些发展中国家和地区，特别是艾滋病高发区人群的首要死因。早在19世纪人们就已经注意到微生物间的拮抗现象。1876年，J.廷德尔发现青霉属的菌株能使试管中的细菌死亡；1877年，J.F.朱伯特科学地阐述了细菌间的拮抗作用;1885年,V.巴贝斯在固体培养基上观察到葡萄球菌抑制其他葡萄球菌和炭疽杆菌生长的现象;1888年,E.弗罗伊登赖歇注意到绿脓杆菌和磷光杆菌有抑制其他微生物的能力;1894年,梅契尼科夫研究了绿脓杆菌对霍乱弧菌的抑制，并注意到空气和水中的细菌也有抑菌作用。1929年，A.弗莱明发现在污染青霉菌落周围的葡萄球菌有被溶解的现象，并把青霉产生的杀死葡萄球菌的物质命名为青霉素。1939～1940年，E.B.钱恩、H.W.弗洛里再次研究青霉及其所产生的青霉素,1941年获得提纯制品,次年用于临床，治疗细菌感染的疾病,这是第一个用于医疗的抗生素。1944年，S.A.瓦克斯曼等从链霉菌中发现了链霉素，并用于治疗结核病和细菌感染的疾病。从此人们对微生物产生抗生素的研究活跃起来，至今已发现微生物产生的抗生素约6000个,有实用价值的已有100多种。人类的平均寿命也延长了15年以上。有人说，1950年后出生的人，有1/3是靠抗生素而得以生存下来的。随着抗生素的应用，一方面人类疾病得以控制，健康得到保证；另一方面不合理、滥用抗生素，所带给人类的负面影响不可低估。不合理应用抗生素使细菌产生耐药性，使抗生素失效和抗生素对人体的毒副反应，则可能对人类产生严重且可致命的后果。《2012年全国抗菌药物临床应用专项整治活动方案》针对性要强，最好选用一种药物;经验用药应先广谱，菌株明确后选择药物;剂量要足、疗程要够;掌握既往用药反应;选择适宜的给药方法按医嘱用药:不能随意增量或减量;有肝肾功能损坏者用药宜慎重，有肾功能损害时要慎用。如何做到合理用药二、抗生素的分类链霉菌属最多，诺卡菌属较少。碱性化合物多。担子菌纲稍多，多为酸性化合物。主要来源于多黏杆菌、枯草杆菌、短芽孢杆菌、碱性、对肾有毒。地衣酸、绿藻素、蒜素、番茄素、小蘖碱等。放线菌真菌细菌其他1、根据抗生素的生物来源分类：抗感染抗生素抗肿瘤抗生素降血脂抗生素

2、按医疗作用对象分类

3、作用性质分类繁殖期杀菌作用的抗生素静止期杀菌作用的抗生素速效抑菌作用的抗生素慢效抑菌作用的抗生素医用抗生素农用抗生素畜用抗生素食品保藏用抗生素工农业产品防霉防腐用抗生素4、应用范围分类实验试剂专用抗生素抑制或干扰细胞壁合成的抗生素抑制或干扰蛋白质合成的抗生素抑制或干扰DNA、RNA合成的抗生素抑制或干扰细胞膜功能的抗生素作用于能量代谢系统的抗生素5、作用机制分类天然抗生素半合成抗生素生物转化与酶工程抗生素基因工程抗生素6、抗生素获得途径分类以乙酸、丙酸为单位的衍生物糖类衍生物氨基酸、肽类衍生物7、根据抗生素的生物合成途径分类主要有3种1、简单氨基酸衍生物2、寡肽抗生素3、多肽类抗生素4、多肽大环内酯抗生素5、含嘌呤和嘧啶碱基的抗生素1、糖苷类抗生素2、与大环内酯连接的糖苷抗生素1、乙酸衍生物2、丙酸抗生素3、多烯或多炔类抗生素12345b-内酰胺类抗生素氨基糖苷类抗生素大环内酯类抗生素四环类抗生素多肽类抗生素8、化学结构分类抑制肽聚糖的合成抑制蛋白质的合成抑制蛋白质的合成抑制蛋白质的合成三、抗生素的应用及工业化生产（一）抗生素计量表示法（单组份）“单位”是衡量抗生素有效成分的一种尺度：一是指定单位；二是活性质量（普遍）。0.6mg青霉素钠等于一个青霉素单位。仅以分子结构中活性部分的质量计算多组分抗生素活性单位1、参照单组份抗生素中活性质量表示方法，以其中某一活性组分的质量作为该抗生素的活性单位。2、人为指定单位（×）（二）抗生素的应用控制细菌感染性疾病调节人体生理功能器官移植抑制肿瘤生长医疗控制病毒性感染农业植物保护调节植物生长防止粮、棉、蔬菜、水果的病害，处理种子，促进生产，并可减少使用化学农药造成的环境污染。抗生素比有机合成农药喷洒浓度低而疗效高，易被土壤微生物分解，对食品危险性小，不会在人体内积累。促进或抑制植物生长，选择性除草作用杀虫：阿维菌素、浏阳霉素、韶关霉素、南昌霉素等杀菌：井冈霉素、公主岭霉素、武夷霉素等除草：双丙氨膦，除禾本科和阔叶草畜牧业上的应用：（1）用于禽畜感染性疾病控制（2）用作饲料添加剂理想饲料添加抗生素应具有以下条件：（1）与医用抗生素结构类型不同，作用机制相似（2）体内不吸收，在肉、乳、蛋中没有蓄积残存食品保藏上的应用：（1）用于肉、鱼、蔬菜、水果等食品的保鲜（2）用作罐装食品的防腐剂非医用抗生素条件易溶于水、对人无毒不损害食品外观与质量工业上的应用：（1）工业制品的防霉（制霉素、放线菌素）（2）提高特定发酵产品的产量（谷氨酸发酵）科学研究中的应用：（1）用作生物化学与分子生物学研究的重要工具（2）用于建立药物筛选与评价模型（3）其他试验应用：防止细胞污染；组织保存等（三）抗生素工业生产1、抗生素工业的特点1）理论产量很难从物料衡算中计算出来；2）抗生素的产量存在着“生物学变量”，即各批发酵所得的抗生素产量不一；3）发酵液中有效成分浓度低。2、抗生素生产工艺流程菌种孢子制备种子制备发酵发酵液预处理无菌空气消泡剂补料提取精制产品检验成品包装

发酵水平的高低，首先受菌种这个内因的限制，但是发酵过程的控制也有着极为重要的作用。只有良好的外界环境因素，才能使菌种固有的优良性能得到充分的发挥。a、菌种（一）生长繁殖快、发酵单位高（三）培养条件粗放、发酵过程易于控制

（二）遗传性能稳定，在一定条件下能保持持久的、高产量的抗生素生产能力

（四）合成的代谢副产物少，生产抗生素的质量好用微生物发酵方法生产抗生素，首先要有一个性能良好的菌种。（来源、保藏）野生菌优良菌株人工选育b、孢子制备生产用的孢子须经过纯种和生产性能的检验，符合规定的才能用来制备种子。5-7d较大表面积的固体培养基数量较多的孢子c、种子培养目的：使孢子发芽、繁殖获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐孢子悬浮液一级种子罐微孔压差法火焰保护二级种子罐5%-10%d、发酵目的：主要是使微生物分泌大量的抗生素。接种量：5%-20%发酵周期：4-5d要求：不断通入空气和搅拌，维持一定的罐温和罐压分析参数：菌丝形态、残含糖量、氨基氮、DO、pH、抗生素含量、CO2、发酵液黏度参数控制：T、通气量、搅拌速度、补料、加酸碱、消泡剂、某些专用前体等培养基的配制碳源常用碳源：淀粉、葡萄糖及油脂氮源无机盐类前体菌体利用其构成抗生素分子中的一部分而其本身没有显著改变的物质，一定条件下控制菌体合成抗生素的方向并增加抗生素的产量。e、提取和精制发酵结束后，对发酵液进行预处理。依据所提取抗生素的性质来选择。f、成品检验根据药典的要求需逐项对所生产的产品进行分析检验。发酵液的过滤和预处理改变发酵液的物理性质。相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质。可能使产物转入便于后处理的一相中。2024/2/21凝聚和絮凝Coagulationandflocculation

加热法Heating调节pH值RegulationofpH杂蛋白的去除Removalofuselessprotein高价无机离子的去除Removalofinorganicion助滤剂Filteraids反应剂

Reactant

预处理的方法2024/2/21凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１mm大小块状凝聚体的过程。絮凝：指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。凝聚和絮凝2024/2/21凝聚电解质：Al3(SO4)2，AlCl3，FeCl3，ZnSO4，

MgSO4絮凝剂：人工合成有机高分子聚合物天然有机高分子聚合物无机高分子聚合物高价无机离子的去除Ca2+——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉淀（注意回收草酸）

；Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物；Fe2+——黄血盐，→普鲁士兰沉淀2024/2/21杂蛋白的去除方法沉淀法变性法吸附法2024/2/21固液分离过滤filtration离心Centrifugation

扩张床吸附EBA(ExpandedBedAdsorption)发酵液的固液分离板框压滤机真空转鼓过滤机离心过滤机硅藻土过滤机2024/2/21板框压滤机板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。

2024/2/21板框压滤机包括板和框，多做成方形，角端均开有小孔，装合压紧后即构成供滤浆或洗水流通的孔道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间，滤板用以支撑滤布并提供滤液流出的通道。2024/2/21板框压滤机优点缺点不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，对不同过滤特性的发酵液适应性强。它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压力降可以超过0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。2024/2/21真空转鼓过滤机（rotary-drumvacuumfilter）真空过滤设备以大气与真空之间的压力差作为过滤操作的推动力。生物工业中，用得较多的是转筒式真空过滤机和带式真空过滤机。2024/2/21结构：转鼓滤饼滤布滤网离心过滤机工作原理图转鼓(上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤布；机架。原理：

由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。离心过滤机（centrifugalfilter）2024/2/21硅藻土过滤机diatomitefilter硅藻土具有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特性，所以它是一种性能优良的工业滤剂。2024/2/21以硅藻土作为过滤介质，它是一种预涂型过滤器，预涂、过滤、反冲洗是硅藻土过滤的一般工艺过程。在酿造、饮料、酒类和水处理等方面得到广泛应用。目前，国内主要用于酒类和饮料过滤

抗生素的提取溶媒萃取法离子交换法直接沉淀法抗生素的精制药品生产符合GMP规定脱色及去除热原质结晶和重结晶脱色色素是发酵过程中产生的代谢产物，与菌种及发酵条件有关活性炭脱色热原质在生产过程中由于被污染后由杂菌所产生的一种内毒素，G-产生的热原反应高于G+，是多糖磷类脂质和蛋白质的结合体，引起恶寒高热，甚至休克。活性炭吸附超滤去除进一步精制结晶与重结晶共沸蒸馏法柱层析法中间盐转移法分子筛四、抗生素质量控制

抗生素药物的质量分析主要是利用生物学、物理学、药理学和化学等相关学科的经典的或现代的新技术、新方法按照国家药典、部颁标准或企业标准进行依法检验。1）性状描述2）鉴别试验3）一般项目检查4）含量测定1、性状性状是抗生素原料或制剂的物理外观的一种描述，是抗生素表观质量的一个重要指标，外观发生变化时，往往意味着抗生素内在质量有所改变。2、鉴别试验目的：验证某一抗生素或其制剂确系其本身而非其他替代物。鉴别通常分为两部分：1)抗生素本身的鉴定：专属性强，灵敏度高的方法2)抗生素成盐后的酸根或金属离子的鉴定IR、HPLC、TLC等方法。3、一般项目检查⒀注射用抗生素中不溶性颗粒一般项目检查⑴酸碱度⑵熔点⑶比旋度⑷溶液的澄清度和颜色⑸干燥失重和水分⑹炽灼残渣及重金属⑺异常毒性⑻热原⑼降压物质⑽无菌试验⑾杂质：非毒性和毒性杂质⑿溶出度（1）酸碱度a、要适合临床使用的要求b、要使该抗生素处于最稳定状态（2）熔点产生熔距物质纯度不够同系物熔距较宽，易分解很少控制熔点（3）干燥失重或水分根据其化学本质和稳定性而定，并非水分越低越好，一般4.0%-8.0%（4）灼烧残渣及重金属抗生素无机杂质炭化灰化重金属是检查能与H2S或Na2S作用生成有色硫化物的重金属，导致加速抗生素分解。（5）异常毒性抗生素的异常毒性是用指定的溶剂配成规定剂量的药液经口服、静脉注射或腹腔注射于实验动物，通常在48h内观察其因非药物本身引起的毒性反应以死亡或存活作为观察终点。（6）热原

热原是指在药品中污染有能引起动物及人的体温升高的物质，一般认为热原反应主要是由内毒素引起的。家兔法（7）无菌试验需使抗生素分解失去抗菌活性，但杂菌不受影响，或用其他物理方法使抗生素与污染的杂菌分离。例如：酶灭活、微孔滤膜法无菌试验的成功与否关键在阳性与阴性对照管的生长情况。

a、阳性菌对照试验

目的：检查阳性菌在加入供试品的培养基中能否生长，以验证供试品有无抑菌活性物和试验条件是否符合要求。取小于100cfu的各阳性菌加至已含有供试品的培养基，按规定培养3-5天，应有菌生长。否则无菌试验无效。b、阴性菌对照试验无菌检查中，均应取相应溶剂和稀释剂同法操作，并不得有菌生长。一、供试品管均澄清，或虽显浑浊但经确证无菌生长，判供试品符合规定；供试品中任何一管显浑浊并确证有菌生长，判供试品不符合规定。二、若阴性对照管有菌生长，阳性对照管规定时间内无菌生长，此次试验无效；无菌检查所用设备或试验过程中环境的微生物监控结果不符合规定，此次试验无效；无菌试验过程中，有可能发生引起微生物污染的因素，此次试验无效。降压物质、热原检查和无菌试验只是供注射用的抗生素