抗生素微生物在药学中的应用.ppt

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1、抗生素-微生物在药学中的应用,一 发酵的概念：发酵是指利用生物体（包括微生物、植物细胞、酵母菌等）的代谢功能，使有机物分解的生物化学反应过程。,1.微生物菌体发酵 是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。用于面包制作的酵母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵是比较传统的菌体发酵工业。新的菌体发酵可用来生产药用真菌，如香菇菌、依赖虫蛹而生存的冬虫夏草菌、与天麻共存的密环菌等药用菌。2.微生物酶发酵 酶普遍存在于动物、植物和微生物中。因为微生物种类多、产酶的品种多、生产容易和成本低等特点，所以目前工业应用的酶大多来自微生物发酵。3.微生物代谢产物发酵 微生物代谢产物很多。在菌体对数生长期所

2、产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质和糖类等是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物。,二、微生物发酵的类型,4.微生物的转化发酵 微生物的转化是利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。可进行的转化反应包括：脱氢反应、氧化反应、脱水反应、缩合反应、氨化反应、脱氨反应等。5.生物工程细胞的发酵 是指利用生物工程技术所获得的细胞，如DNA重组的“工程菌”，细胞融合所得的“杂交”细胞等进行培养的新型发酵。此类发酵的

3、产物多种多样，如用基因工程菌生产胰岛素、干扰素等。,优良的微生物菌种是发酵工业的基础和关键，微生物资源非常丰富，广泛分布于土壤、水和空气中，尤以土壤中为最多1.从微生物分类学的角度把所需菌种分为：细菌类如短杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌等；酵母菌如啤酒酵母、酒精酵母、汉逊酵母和假丝酵母等；霉菌如黄曲霉、红曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放线菌如各种抗生素，链、庆大等。2.作为工业微生物发酵使用的菌种，通常有以下特点：(1)具有稳定的遗传学特性。(2)微生物生长和产物的合成对于基质没有严格的要求。(3)生长条件易于满足。(4)具有较高的各种酶活力。（5）对于包含体，要求在

4、细胞破碎是不易破碎，而在目的产物的分离提出时，则易破碎。,三、微生物发酵工业所用菌种,1.微生物发酵过程是一个典型的化工过程。2.微生物发酵过程是一个典型的代谢控制发酵。3.微生物发酵工业又是一个有别于化工过程的一个工业。微生物发酵主要有以下几个特征：（1）反应条件温和。通常由于微生物的生理特性，要求温度为3040、pH值中性偏酸性如酵母、霉菌、放线菌的发酵和pH值中性偏碱性如细菌的发酵。（2）无菌发酵，整个反应过程要求无菌。培养基无菌、空气无菌、补料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾气也要求进行无菌处理。（3）非连续性生产。微生物的生理特性决定了发酵过程的非连续性，大部分的工业发酵是以间歇

5、操作为基础进行的，目前可以实现连续化生产的是啤酒的连续化生产。,四、微生物发酵的基本特征,五、工业发酵的工艺流程,生物发酵工艺多种多样，但基本上包括菌种的选育、菌种培养基的配制、扩大培养和接种、发酵过程下游处理即分离提纯等几个过程。,找到合适的菌种是发酵工程的前提。人们最初是从自然界寻找所需要的菌种，如谷氨酸发酵时常用菌有谷氨酸棒状杆菌等。但这种方法得到的菌种，产量一般都比较低。20世纪40年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理菌种，使菌种产生突变，以筛选出符合要求的优良菌种。随着细胞工程、基因工程等技术的日益成熟，科学家开始构建工程细胞或工程菌，用它们进行发酵，甚至能生产出一般

6、微生物所不能生产的产品。,一、菌种的选育,在大规模的发酵生产中，需要将选育出的优良菌种经过多次扩大培养，让它们达到一定数量以后，再进行接种。,二、菌种培养基的配制,培养基是选择出的菌种生活的环境，对菌种有多方面的影响，所以至关重要。一般来说，培养基的配方要经过反复的实验才能确定。另外，发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。,三、扩大培养和接种,发酵过程一般是在发酵罐内进行的，发酵罐是一种圆柱形的容器，

7、容量从几升到几百万升，罐上除有通气、搅拌、接种、加料、冷却等装置外，还有对温度、pH、通气量与转速等发酵条件进行检测和控制的装置。发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。,四、发酵过程,发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵母菌和细菌）两大类，如果产

8、品是菌种，分离方法一般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能成为正式产品。,五、分离提纯,工艺流程,菌种保藏（strain conservation),定义：将有用的微生物以特定培养形态在特定的环境条件下存放，以保持种的存活、纯粹和遗传性状的稳定。一、条件及原理 1.低营养2.干燥3.隔氧4.低温,降低代谢速率或使细胞处于休眠状态,5.密封 保持干燥、隔氧、纯粹,中国微生物菌种保藏中心,American Type Culture Collection(ATCC),United States of

9、 America.National Collection of Type Cultures(NCTC),United Kingdom.Institute for Fermentation,Osaka(IFO),Japan.,二、常用的菌种保藏方法1 单纯传代保存法（斜面或穿刺）4冰箱或15室温，保存期3-6个月适用于细菌或酵母2 结合单孢子分离的传代保存法斜面孢子悬浮液稀释涂布单细胞分离培养挑菌高产菌株的筛选高产菌株的保藏4冰箱或15室温，3-6个月 适用于遗传不稳定的菌种,既保藏了菌种，又保持了生产能力,3 米孢子保存密封，4冰箱3-6个月；真空抽干后密封，保藏6-12个月。适用于霉菌的保藏

10、4 庭院土保藏法灭菌庭院土为保藏介质，培养，真空干燥，密封4冰箱一年以上保存期适用于霉菌、放线菌和形成芽孢的细菌的保藏,5 沙土管保存过筛、灭菌并干燥的沙土为保藏介质，接种，真空干燥、密封，4冰箱保存，1-3年保存期。适用于霉菌、放线菌和形成芽孢的细菌的保藏6 孢子或营养细胞悬浮液保存悬浮于灭菌的10%-20%甘油介质，低温冰箱（-50-70）1-2年,7 冷冻干燥管保存（lyophilization freeze-drying),8 液氮管保存(storage in liquid nitrogen),9、基因工程菌的保藏,由载体质粒等携带的外源DNA片段通常是遗传不稳定的、且很易丢失其外源质

11、粒复制子。质粒基因通常为宿主细胞生长非必需。一般情况下当细胞丢失这些质粒时，生长速度会加快。当培养基中加入抗生素时，抗生素提供了一有利于携带质粒的细胞群体的极有用的生长选择压。而且在运用基因工程菌进行发酵时，抗生素的加入可帮助维持质粒复制与染色体复制的协调。我们建议基因工程菌应保藏在含低浓度选择剂的培养基中。,普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC）中国科学院微生物研究所，北京中国科学院武汉病毒研究所，武汉。农业微生物菌种保藏管理中心（ACCC）中国农业科学院土壤肥料研究所，北京。工业微生物菌种保藏管理中心（CICC）中国食品发酵工业科学研究所，北京。医学微生物菌种保藏管理中心（CMCC）中国

12、医学科学院皮肤病研究所，南京中国药品生物制品检定所，北京。中国预防医学科学院病毒学研究所，北京,中国抗生素菌种保藏管理中心（CACC）中国医学科学院医药生物技术研究所，北京；四川抗生素工业研究所，成都；华北制药集团抗生素研究所，石家庄。兽医微生物菌种保藏管理中心（CVCC）中国兽医药品监察所，北京。林业微生物菌种保藏管理中心（CFCC）中国林业科学研究院，北京。中国典型培养物保藏中心（CCTCC）武汉大学，武汉。,第十六章 抗生素,抗生素：是生物在其生命活动过程中所产生的，能在低微浓度下有选择地抑制或影响他种生物功能的有机物质。医用抗生素的条件：1、显著的差异毒力 2、一定范围的抗菌谱,抗生素

13、的分类,根据抗生素的生物来源分类：1.细菌产生的抗生素2.放线菌产生的抗生素3.真菌产生的抗生素4.植物和动物产生的抗生素,根据抗生素的化学结构分类,1.B-内酰胺类抗生素2.氨基糖苷类抗生素3.大环内酯类抗生素4.四环素类抗生素5.多肽类抗生素,根据抗生素的作用机制分类,1.抑制细胞壁合成的抗生素2.影响细胞膜功能的抗生素3.抑制核酸合成的抗生素4.抑制蛋白质合成的抗生素5.抑制生物能作用的抗生素,1.差异毒力较大差异毒力由抗生素的作用机制决定，如青霉素类抗生素能抑制革兰阳性菌细胞壁揆民，而人和动物的细胞没有细胞壁，所以说青霉素对人和动物没有作用，因此青霉素可以在临床上用于抗感染。可以说一种

14、抗生素它的差异毒力越大，越有利于临床的应用。,医用抗生素的特点,2.抗菌活性强抗菌活性是指药物抑制或杀灭微生物的能力。极微量的抗生素就可以微生物起作用。一种抗生素它的抗菌活性强弱我们常常以最低抑菌浓度（MIC）来衡量。MIC是指抗生素能抑制微生物生长的最低浓度，以gml来表示。MIC值越小，表示抗生素的作用越强。,3.有不同的抗菌谱由于各种抗生素对微生物的作用方式不同，因而每种抗生素都有特定的抗菌谱。所谓抗菌谱就是指抗生素所能抑制或杀灭微生物的范围和所需剂量。抗菌谱广的我们称之为广谱抗生素，对多种病原菌有抑制和杀灭作用。抗菌范围窄的称为窄谱抗生素，比如青霉素就是窄谱抗生素，主要抑制革兰氏阳性菌

15、，而抗癌抗生素的抗瘤范围我们称之为抗瘤谱。,4.不良反应少和副作用小 一种好的抗生素应该说用了以后，不良反应和副作用要小一些，也就是对我们人体毒性要小，而对病原菌要有强杀伤力，但这只是理想的抗生素，一般的抗生素或多或少都会对人体有一些不良反应或副作用。,第二节 抗生素产生菌的分离和筛选,1.土壤微生物的分离2.筛选3.早期鉴别4.分离精制5.药理试验和临床试用,抗生素的制备,第五节 抗生素的主要作用机制,1、抑制细胞壁的合成2、影响细胞膜的功能3、干扰蛋白质的合成4、抑制核酸的合成5、干扰细胞的能量代谢和电子传递体系,抗生素,细 菌,人 体,RESISTANCE,PHARMACODYNAMIC

16、S,INFECTION,IMMUNITY,SIDE EFFECTS,PHARMACOKINETICS,抗生素、细菌、人体,第六节 细菌的耐药性与控制策略,耐药性（drug resistance）是指微生物或肿瘤细胞对药物所具有的相对抵抗性。耐药性程度：以该药对细菌的最小抑菌浓度（MIC）表示,一、细菌耐药性的分类固有耐药性（intrinsic resistance）获得耐药性（acquired resistance）染色体突变 质粒介导的耐药性 转座子介导的耐药性二、细菌耐药性的基因控制 基因突变导致的耐药性 R质粒决定的耐药性,三 细菌耐药性的生化机制（一）钝化酶的产生（二）药物作用靶位的改

17、变（三）细胞壁通透性的改变和主动外排机制,四 细菌耐药性的控制策略,合理使用抗菌药物；严格执行消毒隔离制度；加强药政管理；新抗菌药物和质粒消除剂的研制；抗菌药物的“轮休”。,第七节 抗生素的微生物学检测,1.抗生素的效价和单位效价是指抗生素有效成分的含量，也就是说在同一条件下比较抗生素的被检品和标准品的抗菌活性，从而得出被检品的效价，我们用百分比来表示表示：效价被检品的抗菌活性标准品的抗菌活性抗生素的单位：我们一般采用重量单位，是指以抗生素的生物活性部分为重量作为单位1g1U1mg1000U，抗生素的国际单位：IU（每毫克含一定单位的标准品，这个单位就是国际单位）,1.抗生素的效价的微生物学测定抗生素的效价测定可以采用物理方法，也可以是化学方法，也可以是微生物学方法，因为微生物学方法反映该抗生素的抗菌活性，而且样品用量少，灵敏度高，我们现在大多采用微生物学方法来测定抗生素的效价。微生物学方法测定有稀释法、比浊法和琼脂扩散法。其中以琼脂扩散法中的管碟法最常用。管碟法的原理是利用抗生素在培养基里扩散渗透作用比较标准品和待检品两者的对试验菌产生的抑菌圈的大小，最后来判定待检抗生素溶液的效价。计算的方法我们用二剂量法来计算。,