微生物论文微生物制药

第一篇：微生物论文微生物制药

微生物制药

【摘要】微生物制药利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯化技术进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。【关键词】微生物制药抗生素甾体激素酶及酶抑制剂

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。微生物在其生命活动过程中产生的，能以极低浓度抑制或影响其他生物机能的低分子量代谢物。微生物制药利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯化技术进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。微生物制药的生物来源是青霉素，放线菌；作用对象是抗菌药，抗肿瘤药，抗病毒药，除草剂，酶抑制剂，免疫调节剂；作用机制是抑制细胞壁合成药，影响细胞膜功能药，干扰蛋白质合成药；化学结构是抗生素，维生素，氨基酸，甾体激素，酶及酶抑制剂。

一、代表人物及主要成果

Louis Pasteur(1822～1895)法国微生物学家，化学家。对狂犬病的研究是他科学生涯中最后、也是最重要的一项工作。将狂犬患者的唾液注射到兔子体中，使兔感染狂犬病后，再将兔的脑和脊髓，制成可供免疫用的弱化疫苗，1885年在一个 9岁的被患狂犬病的狼咬伤的孩子身上试用，获得成功。这一研究成果当时被誉为“科学纪录中最杰出的一项”。巴斯德研究所就在那时筹款建立。开创了药物微生物技术的新时代。

Alexander Fleming英国细菌学家。他首先发现青霉素。后英国病理学家弗劳雷、德国生物化学家钱恩进一步研究改进，并成功的用于医治人的疾病，三人共获诺贝尔生理或医学奖。青霉素的发现，是人类找到了一种具有强大杀菌作用的药物，结束了传染病几乎无法治疗的时代；从此出现了寻找抗菌素新药的高潮，人类进入了合成新药的新时代。

Selman Abraham waksman抗生素之父瓦克斯曼，美国人。对土壤微生物产生抗生素物质进行了系统和开创性工作，发现了链霉素是结核杆菌的克星。

二、抗生素

细菌对抗生素的抗性有内在抗性(intrinsic resistance)和获得性抗性(acquired re2sistance)。内在抗性是指细菌天然对某些抗生素不敏感。获得性抗性涉及细菌遗传背景的改变。细菌可通过随机突变, 或表达潜在抗性基因获得抗性;也可通过抗性基因水平转移获得抗性。细菌可移动遗传元件(mobile genetic elements, MGE)可以在同种甚至不同种菌株间水平转移, 加速了临床上耐药及多重耐药菌株产生。【1】 链霉素（streptomycin）是一种氨基葡萄糖型抗生素，分子式C21H39N7O12。1943年美国 S.A.瓦克斯曼从链霉菌中析离得到，是继青霉素后第二个生产并用于临床的抗生素。它的抗结核杆菌的特效作用，开创了结核病治疗的新纪元。链霉素属于不含伯胺基的氨基糖苷类抗生素，可采用两种方法制备免疫原。一是利用醛基可以采用O-(羧甲基)羟基胺法，将其生成含有带羧基的半抗原衍生物，然后采用碳化二亚胺法，将带有羧基的半抗原与载体蛋白的胺基或者羧基结合。二是利用链霉素其醛基直接与载体蛋白的胺基缩和。【2】目前已发现的天然抗生素约2/ 3 来源于链霉菌。利用链霉菌产抗生素能力与链霉素抗性基因之间的对应关系定向筛选正向突变株,是目前农用抗生素科研领域的研究热点，紫外诱变是菌种选育过程中最常用的诱变方法之一,但该法导致的菌种突变是随机的,正突变株的出现频率很低,需要进行大量的筛选工作。通过将链霉素抗性筛选法与传统紫外诱变法结合,可快速、有效的获得理想的抗生素高产突变株。

三、甾体激素

甾体激素药物是仅次于抗生素的第二类药物, 由于其结构极其复杂, 目前利用全合成的方法比较困难, 通常以具有甾体母核结构的天然产物为原料采用半合成的方法改造后制得。以前生产甾体激素类药物以薯蓣皂素为起始原料, 但自20世纪70年代以来, 薯蓣资源日渐枯竭, 皂素价格不断上涨, 促使国内外一些公司寻找和开发新的甾体激素药物的原料。植物甾醇的结构特点决定了它可以作为甾体激素药物半合成的原料。微生物选择性降解甾体侧链技术的发展使这些廉价易得的甾醇充分利用成为可能。（1）植物甾醇的微生物转化

诺卡氏菌、分枝杆菌、节杆菌和假单胞杆菌等微生物都能将甾醇类化合物作为碳源利用, 而使甾醇降解。甾体微生物转化是利用微生物的酶对甾体底物的某一部位进行特定的化学反应来获得一定的产物。

（2）微生物选择性降解甾醇侧链

微生物对甾醇作用产生42AD和ADD主要包括侧链的降解, C23位羟基氧化成酮基以及C25, 6位双键的氢化。其中, 起决定作用的是侧链的降解。甾醇侧链的降解开始于C227位的羟化, 然后经过氧化, 最终截断于C217位。选择性控制微生物降解侧链的途径主要有以下两种: 加入酶抑制剂以及利用诱变技术。

（3）影响植物甾醇侧链降解收率的因素

一是发酵液中植物甾醇的溶解度，甾醇是脂溶性化合物, 在水中的溶解度很低, 因此反应中甾醇的有效浓度相当低, 这就导致反应速度和转化率偏低。因此, 应采取措施提高甾醇底物的溶解度, 使甾醇与微生物细胞有良好的接触从而提高产物收率；二是微生物细胞膜的通透性，甾体微生物降解缓慢的原因不仅在于发酵液中底物和产物溶解度低, 也在于它们进出微生物细胞的速度也很低。因此改变微生物细胞膜的通透性使甾醇底物及其转化产物能自由地出入细胞, 也是促进侧链降解的有效方法。【3】

四、微生物发酵制药

微生物有着非常强大的分解转化物质的能力,并能产生丰富的次生代谢产物,通过微生物的生长代谢和生命活动来炮制中药,可以比一般的物理或化学的炮制手段更大幅度地改变药性,提高疗效,降低毒副作用,扩大适应症。中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上,吸取了微生态学研究成果,结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术,是从中药(天然药物)制药方面寻找药物的新疗效。（1）微生物对中药发酵的作用

微生物在生长过程中会产生各种各样的生物活性物质,并易于组织工业化生产。现代工业中许多生物产品都是通过微生物发酵生产的,如各式各样的酶、抗生素。有些微生物在生长过程中可以分泌几十种胞外酶到培养基中去,微生物进行生命活动所产生的胞内酶更是有成百上千,这些丰富而强大的酶系是中药发生化学反应的物质基础,可以将药物的成分分解转化形成新的成分,这些新成分就是新的活性药物筛选的物质基础。这就是微生物可以用来发酵炮制中药的理论根据如酶法已成为中药炮制的一种方法。（2）由于微生物也会形成丰富多样的次生代谢产物,它们有些本身就是功效良好的药物;或以中药中的有效成分为前体,经微生物的代谢可以形成新的化合物或微生物的次生代谢产物和中药中的成分发生反应形成新的化合物。微生物的分解作用有可能将中药中的有毒物质进行分解,从而降低药物的毒副作用。微生物容易诱变,可以根据需要,运用现代生物技术对微生物进行改造,使之更适合中药发酵的需要。现代生物技术首先在微生物体中得到运用,也是基因工程等技术最成熟的领域。【4】

五、酶抑制剂

酪氨酸酶广泛存在于自然界中，其化学本质是含铜蛋白，是黑色素生物合成的关键酶和限速酶。酪氨酸酶的活性与色素沉着性疾病、食品褐变等均有密切关系。抑制酪氨酸酶活性对人类皮肤色素疾病的治疗、食品保鲜及农业抗虫领域具有重要意义。（1）微生物来源

从海洋红藻表面分离得到核盘霉菌中的葡萄孢菌，利用酪氨酸酶抑制活性追踪法对其代谢产物进行研究，分离得到3个含α-吡喃酮结构的化合物均对酪氨酸酶有抑制性，同时初步确定α-吡喃酮联接戊烷基时显示最强的酪氨酸酶活性抑制力。从4000余个微生物代谢产物中找到一株活性化合物产生菌，经鉴定为链霉菌，以酪氨酸酶为底物，发现链霉菌代谢产物H7264A和H7263B 均具有酪氨酸酶抑制活性。（2）酪氨酸酶抑制剂的作用机理

国内外对酪氨酸酶抑制剂的抑制机理普遍认为包括：清除氧自由基，终止自由基链的引发，削弱酪氨酸酶的供氧作用，削弱酪氨酸酶作用。酪氨酸酶抑制剂结构与底物相似，作为酪氨酸酶的竞争性底物，从而削弱酪氨酸酶对酪氨酸及其系列氧化产物的催化氧化作用。根据抑制剂与酶作用后是否引起酶永久性失活，可将酶抑制剂分为不可逆抑制与可逆抑制。【5】 【参考文献】

【1】蒋培余，细菌遗传元件水平转移与抗生素抗性研究进展[J]，微生物学通报，2006年第4期

【2】张桂贤，链霉素人工抗原的合成及其多克隆抗体的制备[J]，山东畜牧兽医，2010 年第3 期 【3】张裕卿，植物甾醇微生物转化制备甾体药物中间体的研究进展[J]，微生物学通报，2006年第2期

【4】王玉阁，微生物发酵制药的研究[ J ]，齐齐哈尔医学院学报2006 年第27 卷第2 期 【5】李娜，鲁晓翔，酪氨酸酶抑制剂的研究进展[ J ]，食品工业科学，2010年第7期 生物与环境工程学院 周素花

第二篇：微生物制药的一般工艺流程

微生物制药的一般工艺流程

微生物制药技术

工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。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。

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。(有人曾建议将动植物来源的具有同样生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的范畴，但多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。)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，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，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和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢产物统称为微生物药物。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容：

第一方面 菌种的获得

根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。

分离思路 新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。具体分离操作从以下几个方面展开。

定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。

采样：有针对性地采集样品。

增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。

分离：利用分离技术得到纯种。

发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。

第二方面 高产菌株的选育

工业上生产用菌株都是经过选育过的。工业菌种的育种是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。

工业菌种育种的方法：诱变、基因转移、基因重组。

育种过程包括下列3个步骤：(1)在不影响菌种活力的前提下，有益基因型的引入。(2)希望基因型的选出。(3)改良菌种的评价(包括实验规模和工业生产规模)。

选择育种方法时需综合考虑的因素(1)待改良性状的本质及与发酵工艺的关系(例如分批或者连续发酵试验)；(2)对这一特定菌种的遗传和生物化学方面认识的明了程度；(3)经济费用。如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少，则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术；如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识，则可选择基因重组等手段进行定向育种。

工业菌种具体改良思路：(1)解除或绕过代谢途径中的限速步骤（通过增加特定基因的拷贝数或增加相应基因的表达能力来提高限速酶的含量；在代谢途径中引伸出新的代谢步骤，由此提供一个旁路代谢途径。）(2)增加前体物的浓度。(3)改变代谢途径，减少无用副产品的生成以及提高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物、前体或产品的耐受力。(4)抑制或消除产品分解酶。(5)改进菌种外泌产品的能力。(6)消除代谢产品的反馈抑制。如诱导代谢产品的结构类似物抗性。

第三部分 菌种保藏技术

转接培养或斜面传代保藏；

超低温或在液氮中冷冻保藏；

土壤或陶瓷珠等载体干燥保藏。

第四部分 发酵工艺条件的确定

微生物的营养来源

能源，自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚铁盐。异养菌：碳水化合物等有机物，石油天然气和石油化工产品，如醋酸。

碳源，碳酸气；淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等，石油、正构石蜡，天然气，醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品 氮源，豆饼或蚕蛹水解液，味精废液，玉米浆，酒糟水等有机氮，尿素，硫酸铵，氨水，硝酸盐等无机氮，气态氮

无机盐，磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等其他矿盐，铁、锰、钴等微量元素等

特殊生长因子，硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等

培养基的确定

（1）首先必须做好调查研究工作，了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。工业生产主要应用细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类微生物。它们对营养的要求既有共性，也有各自的特性，应根据不同类型微生物的生理特性考虑培养基的组成。

（2）其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提取方法和产品质量要求等也需要有所了解，以便在选择培养基时做到心中有数。

（3）最好先选择一种较好的化学合成培养基做基础，开始时先做一些摇瓶实验;然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对各种主要碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。注意培养过程中的pH变化，观察适合于菌种生长繁殖和适合于代谢产物形成的两种不同pH，不断调整配比来适应上述各种情况。

（4）注意每次只限一个变动条件。有了初步结果以后，先确定一个培养基配比。

其次再确定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元素的营养要求，试验其最高、最低和最适用量。在合成培养基上得出一定结果后，再做复合培养基试验。最后试验各种发酵条件和培养基的关系。培养基内pH可由添加碳酸钙来调节，其他如硝酸钠、硫酸铵也可用来调节。

（5）有些发酵产物，如抗生素等，除了配制培养基以外，还要通过中间补料法，一面对碳及氮的代谢予以适当的控制，一面间歇添加各种养料和前体类物质，引导发酵走向合成产物的途径。

(6)根据经济效益选择培并基原料

考虑经济节约，尽量少用或不用主粮，努力节约用粮，或以其他原料代粮。糖类是主要的碳源。碳源的代用品主要是寻找植物淀粉、纤维水解物，以废糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工业葡萄糖代替食用葡萄糖；石油作为碳源的微生物发酵也可以生产以粮食为碳源的发酵产品。有机氮源的节约和代替主要为减少或代替黄豆饼粉、花生饼粉、食用蛋白胨和酵母粉等含有丰富蛋白质的原料为目标，代用的原料可以是棉籽饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、杂鱼粉、黄浆水或麸汁、饲料酵母、石油酵母、骨胶、菌体、酒糟，以及各种食品工业下脚料等。这些代用品大多蛋白质含量丰富，价格低廉，便于就地取材，方便运输。

培养工艺的确定：

培养条件：温度、pH值、氧、种龄、接种量、温度

工业微生物的培养法分为静置培养和通气培养两大类型。

静置培养法即将培养基盛于发酵容器中，在接种后，不通空气进行发酵，又称为厌氧性发酵。通气培养法的生产菌种以需氧菌和兼性需氧菌居多，它们生长的环境必须供给空气，以维持一定的溶解氧水平，使菌体迅速生长和发酵，又称为好气性发酵。

在静置和通气培养两类方法中又可分为液体培养和固体培养两大类型，其中每一类型又有表面培养与深层培养之分。

关于液体深层培养：

用液体深层发酵罐从罐底部通气，送入的空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解。这种由罐底部通气搅拌的培养方法，相对于由气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养法来讲，称为深层培养法。特点是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培养基中氢离子浓度等条件，选择最佳培养条件。

深层培养基本操作的3个控制点

①灭菌：发酵工业要求纯培养，因此在发酵开始前必须对培养基进行加热灭菌。所以发酵罐具有蒸汽夹套，以便将培养基和发酵罐进行加热灭菌，或者将培养基由连续加热灭菌器灭菌，并连续地输送于发酵罐内。②温度控制：培养基灭菌后，冷却至培养温度进行发酵，由于随着微生物的增殖和发酵会发热、搅拌产热等，所以为维持温度恒定，须在夹套中以冷却水循环流过。③通气、搅拌：空气进入发酵罐前先经空气过滤器除去杂菌，制成无菌空气，而后由罐底部进人，再通过搅拌将空气分散成微小气泡。为了延长气泡滞留时间，可在罐内装挡板产生涡流。搅拌的目的除了溶解氧之外，可使培养液中微生物均匀地分散在发酵罐内，促进热传递，以及为调节pH而使加入的酸和碱均匀分散等。

第五部分 发酵产物的分离提取

提取方法：

过滤

离心与沉降

细胞破碎

萃取

吸附与离子交换

色谱分离

沉析（盐析、有机溶剂沉析、等电点等）

膜分离

结晶

干燥

分离提取过程的几个注意的问题：

水质

热源去除（石棉板吸滤、活性碳吸附、过离子交换柱）

溶剂回收

废物处理

生物安全性

第三篇：化学微生物论文

化学物质对DNA复制过程的抑制作用

摘要：DNA是生物的遗传信息载体，随着细胞的复制繁殖而复制并控制蛋白质酶等的合成，从而控制微生物的活动。自从1981年研究人员发现一类酶系统中启动细菌染色体的DNA复制的成分开始，人们对DNA复制过程的研究就越发深入。继发现蛋白质dna-A后研究又发现了能抑制DNA复制过程的另一种蛋白质，即33-kDA。然而研究的深入也发现了苯噻草胺，对DNA的复制过程也有一定影响，并在实际生活中广泛应用。发现苯噻草胺与旱地植物 DNA的结合可能是BTMP A嵌入 DNA双螺旋沟槽而结合的，从而抑制DNA的复制。

关键词：化学物质；DNA复制；抑制作用；苯噻草胺

DNA是一种长链聚合物，组成单位称为脱氧核苷酸（即 A-腺嘌呤 G-鸟嘌呤 C-胞嘧啶 T-胸腺嘧啶），而糖类与磷酸分子借由酯键相连，组成其长链骨架。每个糖分子都与四种碱基里的其中一种相接，这些碱基沿着DNA长链所排列而成的序列，可组成遗传密码，是蛋白质氨基酸序列合成的依据。读取密码的过程称为转录，是以DNA双链中的一条为模板复制出一段称为RNA的核酸分子。多数RNA带有合成蛋白质的讯息，另有一些本身就拥有特殊功能，例如rRNA、snRNA与siRNA。在细胞内，DNA能组织成染色体结构，整组染色体则统称为基因组。染色体在细胞分裂之前会先行复制，此过程称为DNA复制。对真核生物，如动物、植物及真菌而言，染色体是存放于细胞核内；对于原核生物而言，如细菌，则是存放在细胞质中的类核里。染色体上的染色质蛋白，如组织蛋白，能够将DNA组织并压缩，以帮助DNA与其他蛋白质进行交互作用，进而调节基因的转录。

斯坦福大学医学院的研究人员发现了一种抑制大肠杆菌中DNA复制的蛋白质。从而使人们对基因复制过程 的认识前进了一大步。据这些研究人员说此发现有助于我们了解与胚胎发育、突变及疾病机理有关的若干 问题,对未来的遗传工程研究可能也有很大价值。据 《研究与开发杂志》报导,研究人员早在1981年就确定了一类酶系统中启动细菌染色体的DNA复制的成分,并称此成分为dna-A。之后他们就开始着手搜寻能抑制DNA复制过程的另一种蛋白质。现在他们终于找到了这种蛋白质,并命名为33-kDA。

染色体由DNA分子构成,而DNA又由两股互栩缠绕的化学亚单位构成。大 肠 杆 菌 的DNA分子含有约4百万个化学亚单位,但是只有, 245个亚单位构成复制开关。研究人员运 用基因拼接技术,花了9年的时间仔细研究这些基因开关 的组成部分。在获得了大多数起复制开关作用的分子之 后,研究人员开始搜寻细菌细胞中能够防止DNA复制的蛋白质。经过长 期的研究,他们终于分离 出了33-kDA。

研究人员发现,当起始区域中的DNA打开并形成一个 “泡”时，DNA链的复制过 程 就就开始了。蛋白质33-kDA 的作用并不是使泡又重新关上。33-kDA是一种抑制蛋白质,它能防止泡打开.只要这种蛋白存在,它就能阻止dna-A 发生作用。如果这种蛋白质不 存在 ,则泡就将长大,而两股DNA链将 起复制模板的作用。

在谈到这项发现的意义时,研究人员指出,早期的实验已表明,细菌、植物、动物和人的DNA 分子所执行的许多基本功能具有大体相同的生物化学特性。DNA的复制过程 以及染色体的组织方式 的基本原则对于所有生物是一致的。因此,上述新发现虽然是对细菌的DNA作出的,但是除了一些具体的细节之外,此发现 同样适用于植 物和动物。研究人员之所 以把往意力集 中在细菌和病毒这样一些较简单的有机物上,是因为比较容易从简单有机物中分离出所要寻找的蛋白质。

长期以来,农田杂草是困扰农民, 影响农业生产的重要因素之一,因而, 除草剂的研制与开发对我国经济发展有着重大意义。在农药新品种创研过程中,先导化合物的发现和优化是创制农药新品种的关键,获取先导化合物的途径很多, 其中, 生物合理设计是当代农药创新研究的前沿。

苯噻草胺[ 2-(2-benzo thiazo lyloxy)methyl-N-phenyl-acetam i de , I , 缩写为 BTMPA[1]是由德国拜耳公司于20世纪70年代末研制成功的酰胺类选择性内吸传导型除草剂。目前该药在日本、韩国广泛用作水田除草剂。1996年丹东农药总厂与湖南化工研究院联合开发, 合成了苯噻草胺。它主要用于防除移栽水稻田以稗草为主的禾本科杂草, 对稗草株防效达96%以上,鲜重防效达 99 %以上。此药主要通过芽鞘和根吸收,经木质部和韧皮部传导至杂草的幼芽和嫩叶,阻止杂草生长点细胞分裂伸长, 最终造成植株死亡[2]。实验室研究了苯噻草胺与稗草DNA和水稻DNA的相互作用,用紫外光谱法[3]伏安法[4-5]证实,苯噻草胺可在水田植物DNA分子表面和RNA链表面堆积,抑制DNA的复制, 阻止mRNA参与蛋白质合成,从而除草;同时还发现水稻 DNA具有解毒作用, 因而使得苯噻草胺可用于水田选择性除草[6]。苯噻草胺也可用于旱地除草。用紫外光谱法研究了BTMPA与旱地单子叶植物狗尾草DNA和玉米DNA的相互作用,发现BTMPA可嵌入旱地植物DNA双螺旋中, 使DNA解链变性而抑制DNA复制, 从而杀除旱地杂草[7]。本文研究了BTMP A与旱地杂草早熟禾DNA和旱地双子叶作物黄豆 DNA的相互作用,发现苯噻草胺能嵌入杂草DNA双链中,破坏DNA分子中碱基配对,使DNA双链解开, 抑制DNA的复制, 从而导至杂草死亡。并发现用 BTMP A 除草时, 不同杂草所需 BTMPA浓度差别显著,旱地双子叶作物黄豆 DNA有解毒作用。

研究最终发现苯噻草胺与旱地植物 DNA的结合可能是BTMP A嵌入 DNA双螺旋沟槽而结合的，从而能够达到抑制DNA复制的作用。

参考文献：

[1] 张正奇, 张洪, 钟俊松.苯噻草胺的极谱特性研究 [ J].分析科学学报, 2000 , 16(5): 397~ 399.[2] 耿贺利,张宗俭, 崔季方, 等.苯噻草胺的生物活性与应用技术研究 [ J].农药, 1999 , 38(1): 15~ 18.[3] 张正奇,向育君, 熊劲芳.苯噻草胺与水稻 DNA 和稗草 DNA作用的谱学研究 [ J].生物技术, 2004 , 14(4): 20~ 22.[4] 张正奇, 梁 辉, 向育君, 等.伏安法研究 BTMPA 对稗草DNA 复制的抑制作用 [ J].农药, 2005 , 44(4): 159~ 162.[5] 张正奇,张振乾, 曾 伟.用苯噻草胺吸附伏安法测定植物DNA [ J].化学传感器, 2004 , 24(3): 9~ 12.[6] 向育君.苯噻草胺与水稻 DNA 及稗草 DNA 相互作用研究[ D].湖南大学: 湖南大学硕士学位论文, 2003.[7] 张正奇, 王会玉, 胡 华, 等.苯噻草胺与玉米 DNA 和狗尾草 DNA作用的研究 [ J].生物技术, 2005 , 15(5): 8~ 11.

第四篇：微生物制药技术及研究前景

微生物制药技术及研究前景

摘要：在人类基因组工程和生物信息学的推动下，生物技术创新日新月异，生物医药产业正在经历一个飞速发展的新阶段，工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。本文通过对研究微生物制药技术的研究和前景的综述，介绍了微生物制药的原理和方法以及可能对人类医学事业产生的积极影响，旨在进一步明确为生物制药在社会发展过程中重要地位。

关键词：微生物制药 生物制品 抗生素

微生物来源的药物通称为生物药物，是微生物在其生命活动过程中产生的，能以极低浓度抑制或影响其他生物机能的低分子量代谢物。包括抗生素和具有其他药理作用的微生物次级代谢产物，以及以微生物次级代谢为先导化合物、通过生物或化学方法制得的衍生物。20世纪40年代青霉素问世，开创了微生物药物的新时代。抗生素在世界范围内广泛使用，使人类许多传染性疾病得到控制；随着微生物制药的发展，它们在肿瘤化疗、器官移植以及高胆固醇血症治疗等方面也发挥重要作用，成为不可缺少的药物[1]。

微生物制药在医药工业中占有重要地位，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。目前全世界为生物药物的总产量占医药工业总产值的15%左右。在我国微生物制药也是医疗工业的支柱行业之一。

1.微生物制药的概念和特点

微生物制药是利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯化技术进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产[2]。

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“饭”—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。如金色链霉菌在含氯的培养基中可形成金霉素，而在没有氯化物或在培养基中加入抑制生成氯化的物质，就产生四环素。

2.微生物制药技术

微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，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，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，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和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢产物统称为微生物药物[3]。微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。可以认为包括五个方面的内容：

2.1菌种的获得

根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来，进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。

2.2高产菌株的选育

由于为生物基因突变是对即发生的，人们正在寻求基因的定向突变经诱变剂处理的细胞中只有一部分是突变型菌株，况且，在突变型菌株中又只有一小部分是理想得的正突变体菌株，而有害突变体往往占很大比例；另一方面，从自然界筛选得来的菌株药物代谢合成能力低，野生型菌株由于长时间生长在非最适条件下，大多只产生不带10mg/L产物[4]，而对于工业生产来说，如果不尽心改良，势必造成成本过高，因而没有工业生产价值；即使是以用于工业生产的菌株，危机不断提高产量、降低成本，军中改良也是手段之一要想使菌种产量不断提高，最根本的还是要依靠本身固有的遗传特性，这就必须不断的进行军中选育、改良。

工业菌种的育种是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。育种的方法包括：自然选育、诱变育种、杂家育种、基因工程技术改良菌种。

2.2.1自然选育 自然选育是指为生物细胞群体不经人工处理的自发突变进行菌种选育的育种方法。自然选育也称自然分离，主要是对菌种加以纯化，以获得遗传背景较为均一的细胞群体。一般菌种经过多次传代或长期保存后，由于自发突变或异核体和多倍体的分离，使有些细胞的遗传性状发生改变，造成菌种不纯，生产能力下降，亦即菌种退化。因此在工业生产和发酵研究中要经常进行自然分离，纯化菌种。但微生物的自发突变频率很低，正突变频率更低，因而通过自然选育虽能提高菌种生产力或获得某种优良特性菌株，但一般俩说，效率低、进展慢，效果不显著。因此，经常将自然选育和有变育种交替使用，这样可以收到良好的效果。

2.2.2诱变育种

诱变育种使用不同的诱变剂处理微生物的细胞群体，易诱发遗传突变，然后采用渐变、快速和高效的筛选的方法，从中选出所需要的变株。采用这种方法，微生物菌种突变的频率比自发突变有大幅度的提高，但所诱发的遗传性状的改变时随机的，因而需要进行大量的筛选。诱变育种在工业微生物育种中应用最早。当前，发酵工业中使用的高产菌株，几乎都是通过诱变育种而大大提高了生产性能的菌株，故至今仍是菌种改良的主要方法之一。

诱变剂育种的方法但很多，了归纳起来可分为物理诱变剂、化学诱变剂、和生物诱变剂三大类。

物理诱变剂包括紫外线、快中子、X射线、γ射线、β射线、激光、微波等。化学诱变剂有烷化剂、嵌合剂、碱基类似物、亚硝酸、抗生素。生物诱变剂有噬菌体和转座引子。

2.2.3杂交育种

杂交育种是将两个基因型不同的亲株的某些遗传信息，通过杂交重新组合与同一个充足体重，形成新的遗传型个体的过程。杂交育种包括准性生殖、接合、原生质融合。其中原生质融合包括选出标记菌株，两亲株分别制备原生质体，原生质体的再生，融合子的选择五个步骤。

2.2.4基因工程技术改良菌种

多年来，由于大量使用甚至滥用抗生素，一直普遍出现耐药菌，人们希望有更多的新抗生素代替现有瓶中，而常规方法从微生物中发现新抗生素已经越来越难，如果采用诱变育种方法来寻找新品种，存在选育周期长、效率低以及盲目性、随机性的问题。基因工程，即重组DNA技术的实际应用，从分子水平上揭开了遗传的奥秘。随着这一技术的不断发展和完善，重组DNA技术已在微生物菌种改良中起着越来越重要的作用，在工业上已经取得有重要意义的成果。

在微生物菌种改良上，重组DNA技术可实现微生物药物的产量单位上的提高，如增加限速酶基因拷贝数，引入抗性基因和调节基因，通过克隆抗生素的全部结构基因改变表达体系提高产量。重组DNA技术还可通过以下四个方面实现菌种改良（1）阻断支路代谢，增加有效组分含量（2）构建能产生半合成抗生素中间体的基因工程菌（3）构建生产新型化合物的基因工程菌（4）引入血红蛋白基因，改善微生物的工业性状[5]。

2.3微生物药物产生菌的保藏

原始菌种一半活性较低，不能马上用于生产，必须经理自然分离和人工诱变，需要做大量的工作才能获得稳定的优质菌株，将这个优质菌株保存起来是工业菌株管理的一道必要程序，在发酵工业生产中某种产品能否持续高产，大部分依赖于菌种的稳定性。菌种保存的方法有：(1)移植培养保藏法（2）液体石蜡保藏法（3）沙土保藏法（4）麦粒保藏法（5）低温保藏法（6）冷冻干燥保藏法（7）L-干燥保藏法（8）双层管瓶保藏法（9）液氮超低温保藏法。[6]2.4微生物药物的发酵工艺

根据操作方式不同，发酵工艺分为间歇发酵，连续发酵和流加发酵三种类型，其中流加发酵在生产和科研上应用最为广泛。在发酵工艺中反映发酵过程变化的参数分为物理参数、化学参数和生物学参数三大类，这些参数的变化直接影响到发酵工业的生产率和产物品质。对发酵工艺过程影响较大的是发酵温度、pH值、溶解氧、泡沫、菌体浓度和基质、发酵时间[7]等6个方面，他们分别对发酵过程的影响这里不做赘述。发酵工艺简要步骤如下：

（1）首先要了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。根据不同类型微生物的生理特性考虑培养基的组成。

（2）其次要了解生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提取方法和产品质量。

（3）选择一种较好的化学合成培养基做基础，先做一些试验性实验，考察微生物药物的产量和品质。不断调整各种营养物质和其他物质的配比来改善产品的质量。

（5）有些发酵产物，如抗生素等，除了配制培养基以外，还要通过中间补料法，一面对碳及氮的代谢予以适当的控制，一面间歇添加各种养料和前体类物质，引导发酵走向合成产物的途径[8]。

(6)选择培养及原料时也应考虑经济效益。

2.5微生物药物的分离、精制和鉴别

2.5.1微生物药物的分离提取

微生物药物的分离提取的方法有：溶剂萃取法，离子交换法[9]。2.5.2微生物药物的精致

经过分离提取所得的产品一般仍为粗品，需要进一步精制，由于粗品的纯度较低，量很少，进一步精制主要借助色谱技术。按照分离机理，色谱法可分为媳妇色谱、分配色谱、离子交换色谱和排阻色谱。20世纪60年代以后基于技术的进步发展了高压液相色谱技术，其机理与经典色谱相同，但分离效率大大提高[10]。

2.5.3微生物药物的鉴别

迄今发现的抗生素级其他有生理活性的微生物产物已逾万种，采用各种方法和模型其目的是增加新活性化合物出现的几率，但在筛选中绝大多数化合物都是已知的，所以微生物产物的鉴别在微生物制药工业中也是一个重要步骤[11]。现阶段主要利用的微生物药物快速准确鉴别的技术是LC-UV（液相色谱-紫外光谱连用技术）、LC-MS（液相色谱-质谱联用技术）、LC-IR（液相色谱-红外连用技术）及LC-NMR（液相色谱-核磁共振连用技术）。

3.我国微生物制药的研究进展

过去5年中国创新微生物药物筛选与发现研究获进展，目前已拥有12万株40万份的药用微生物菌株和20万个微生物发酵提取品，微生物产物高通量筛选模型150多个，获得了一批微生物药物先导化合物或候选物，为创新微生物药物研发奠定了良好基础。中国医学科学院医药生物技术研究所所长蒋建东近日披露这一信息时称，中国是拥有生物多样性最多的国家，具有研究开发利用微生物药用资源优势。目前已建立了200万样次的规模化微生物药物高通量筛选平台，每年都有新的微生物药物品种申请临床批件，其中可利霉素已完成Ⅲ期临床试验，力达霉素和埃博霉素等正进行Ⅱ期临床试验。微生物药物已占全球药品市场20%以上，占中国内地市场的35%以上[12]。

4.结语与展望

微生物制药工业在医药工业中所占的比例越来越大，这种技术相比于化学合成的方法更为简便，而且经济效益也更高。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，宝曲这一科研成果成为利用微生物制药成功的典范，尤其是在心脑血管领域占有举足轻重的作用。一方面随着制药工艺的不断完善和成熟，微生物制药必然能够解决更多传统制药工艺所不能解决的问题，有利于加速医药卫生事业的发展。另一方面现代社会以追求绿色高科技，可持续发展为目标，随着能源日益稀缺传统医药发展瓶颈日趋严重，微生物制药将在医疗领域发挥重大作用。

参考文献

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第五篇：微生物制药发展及存在问题

微生物制药的发展现状以及存在问题

生物技术x班

生物制药是指运用微生物学、生物学、医学、生物化学等的研究成果，从生物体、生物组织、细胞、体液等，综合利用微生物学 化学 生物化学 生物技术 药学等科学的原理和方法制造的用于预防、治疗和诊断的制品。我国生物制药业始于上世纪 80年代，属于高科技行业 发展迅速，市场前景广阔。尽管我国生物制药业发展较快，但仍然存在一些制约其发展的因素。

微生物制药无疑属于生物制药的范畴,人们对微生物药物的认识是从抗生素开始的, 如今大多学者对微生物药物的理解是：由微生物在其生命活动过程中产生的具有生理活性(或称药理活性)的次级代谢产物及其衍生物, 当然也有学者定义微生物药物是指应用微生物直接合成或通过微生物转化生产的临床上治疗人类多种疾病的药物。尽管对微生物药物的表述不尽相同, 但它们的内涵却是一致的,即微生物药物包含以下两大部分:具有抗微生物感染和抗肿瘤作用的传统意义上的抗生素以及非抗菌的生理活性物质, 诸如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂、抗氧化剂和细胞因子诱导剂等。一，我国微生物制药的现状

相对国外发达资本主义国家，我国生物制药产业起步比较晚，经过了将近20 年的发展，以基因工程药物为核心的研制开发和产业化已经颇具规模。目前，我国集中建设了一批先进的医疗机构，开生物制药的发展现状发出了一大批新的特效药物，解决了过去用常规方法不能生产或者生产成本特别昂贵的药品的生产技术问题，这些药品对肿瘤、心脑肺血管、免疫性、内分泌等严重威胁人类健康的疑难病症起到了较好的治疗效果，且副作用明显低于传统药品。与世界先进国家的生物医药产业相比，我国生物医药产业还处于比较落后的状态，但是国家和地方政府都在不断加大对该产业的发展力度，从政策和资金等各方面不断加大投入。总体而言，中国生物制药产业未来充满希望，前景看好，中国的生物制药产业将呈继续增长态势。1，临床地位

微生物药物在临床上占据着极其重要的地位,从抗感染治疗中的临床用药来看,直接来源于微生物代谢产物的抗生素及其衍生物用量最大,品种最多。对2005 年我国医药市场的调查得出,抗感染药物的销售仍居第一位。

在抗细菌方面，20 世纪后半叶, 抗生素的发现和应用控制了大多数由细菌引起的感染, 明显降低了与感染相关的死亡率。此为微生物药物的主要应用领域,种类繁, 品种多, 用量大。临床上普遍使用的有B内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类等。抗真菌方面，此类抗生素的品种和数量较为有限,少有新品投入市场, 90 年代以前, 主要有多烯大环内酯,如制霉菌素、两性霉素,克念菌素等,以及非多烯抗真菌抗生素,如灰黄霉素、西卡宁等。近年又相继开发出微生物来源的新型抗真菌抗生素卡帕芬净、米卡芬净和anidulafungin 等。抗病毒方面，几十年来, 筛选出不少具有抗病毒活性的抗生素, 但皆因体内疗效与毒性等问题不能实际应用。但由微生物制造的中间体用于合成抗病毒药物不乏成功的例子,尽管如此, 新的抗病毒微生物药物的筛选与应用, 是医药微生物工作者面临的艰巨任务。抗肿瘤方面，抗肿瘤抗生素在抗癌药物中占有重要地位,有几十种之多, 如丝裂霉素 C、博来霉素、阿霉素、柔红霉素、放线菌素C、D 等。抗肿瘤药物是药学研究的热点领域, 正从传统的细胞毒性药物向针对机制的多环节作用的新型抗肿瘤药物发展,从植物、海洋生物以及微生物中寻找新型结构的化合物仍是肿瘤药物研发的一种有效途径。2，应用领域

微生物药物在临床上的应用已从其典型的抗感染和抗肿瘤作用, 拓展到免疫调节, 降血糖、降血脂等临床治疗。此外, 微生物药物又是农业和畜牧业中的重要药物, 广泛使用的有除草剂、动植物生长促进剂以及抗菌抗虫剂等。微生物资源丰富,尤其是对一些稀有微生物的深入研究, 必将发现新的微生物来源的药物, 应用领域也会随之而扩展。

二，我国微生物制药产业发展中存在的问题

目前，我国生物制药企业已有670家左右，全部从业人员10万多人 尽管这些企业有着很强的科研实力，也有一些企业取得了很好的成绩，一些产品已经在世界上达到先进水平，但生物制药产业具有高技术、高投入、长周期、高风险、高收益的特点，受这些特点的制约，我国生物制药产业的发展还面临着许多问题，与国际水平尤其是发达国家的水平差距很大。

1，产业结构不尽合理。企业多小散乱的问题尚未根本解决，微生物制药所占比重不高。我国生物制药企业以小型企业为主，占全部企业数量的90%左右，经济类型以民营企业和外商企业为主，与外资企业相比民营企业的盈利能力较差 具有国际竞争能力的龙头企业尚未形成，市场同质化竞争加剧。

2，创新能力不足。人才缺乏 生物技术产业化程度较低，企业在研发投入和自主知识产权方面存在致命的弱点，主要表现在产品缺乏明显优势欧美发达国家制药业50%以上的销售收入来自所谓的年销售额超过10亿美元的 重磅炸弹 药物，而仅生物制药领域就有22个 重磅炸弹 如果以年销售额超过10亿元人民币作为衡量我国药物 重磅炸弹 的标准，那么到目前为止，我国只有天津天士力集团生产的中药复方丹参滴丸达到这一标准 由此可见，我国整个生物制药产业的实力偏弱，产品小而散，而生物制药产业更是没有一个在技术和市场上有明显优势的产品 由于普遍缺乏核心技术，我国生物制药产业还处于低水平重复建设阶段。

3，生物医药系统平台建设不够。跟不上生物制药产业的发展 以大肠杆菌发酵技术以及产物纯化技术为例来说，这些都是相对简单的生物制药生产技术，容易掌握，这些产品的基因及蛋白序列没有专利保护，而生产工艺专利几乎对产品开发没有限制作用，因此我国现有不少大肠杆菌表达的干扰素 白介素 粒细胞集落刺激因子 肿瘤坏死因子等生长因子的生产企业，而他们的生产规模均在几十克/年水平（即实验室规模），然而，用动物细胞表达的技术门槛高的生物技术药物，在国内则极少有问津者。我国生物制药领域的这种浮躁作风使有限的资源不能被分配到真正有发展、代表生物制药“主流”的以哺乳动物细胞表达的产品的研发与生产上。

4，生物制药科研人才储备不足 目前我国生物制药科研人才呈现相对集中 分布不均的趋势 偏生物工程与制药工程者居多 偏工艺设计者较少 导致国家缺乏综合性高素质科研人才。

5，相关体制机制不完善 与生物产业发展相关的科研创新体制 医药卫生体制 投融资体制 产品评价及定价机制 转基因市场准入制度 政府采购制度等改革滞后 难以适应大规模产业化需要。参考文献：

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