四川大学生物制药技术复习资料

第一篇：四川大学生物制药技术复习资料

生物制药技术复习资料

一、生物药物生产原料选择的主要原则。生物药物的特性及种类。

主要原则：有效成分含量高，原料新鲜；来源丰富，易得；原料产地较近；杂技含量少；原料成本低；易提取。特性：（1）药理学特性：治疗的针对性强；药理学活性高；毒副作用小，营养价值高；生理副作用常有发生。（2）生产、制备中的特殊性：原料中的有效物质含量低；稳定性差；易腐败；注射用药有特殊要求。（3）检验上的特殊性：要有理化检验指标，和生物活性检验指标。分类：

按药物化学本质和化学特性分类：（1）氨基酸及基衍生物类（2）多肽和蛋白质类（3）酶和辅酶类（4）核酸及基降解物和衍生物类（5）糖类（6）脂类（7）细胞生长因子类（8）生物制品类（9）小动物制剂（10）动物器官或组织制剂

按原料来源分类：（1）人体组织（2）动物组织（3）植物组织（4）微生物（5）海洋生物来源的药物

按生理功能和用途分类：（1）治疗药物（2）预防药物（3）诊断药物（4）其他

二、生物药物提取分离制备方法的工艺过程。在对生物药物进行提取操作时，选择提取试剂需注意的问题。

工艺流程：

1、生物药物原料的选择、预处理与保存

2、生物药物的提取：（1）生物组织与细胞破碎：磨切法，压力法，反复冻融法，超声波震荡破碎法，自溶法，酶溶法（2）选择合适的溶剂进行提取

3、生物药物的分享纯化：（1）蛋白质类药物的分享纯化：沉淀法，亲和层析法，疏水层析法（2）核酸类药物的分离纯化：提取法，发酵法（3）糖类：沉淀法，离子交换层析法（4）脂类：沉淀法，吸附层析法，离子交换层析法（5）氨基酸类：沉淀法，吸附法，离子交换法

试剂的选择：

1、对所需要提取的活性成分溶出度较高，对杂技较低。

2、不破坏活性成分。

3、利于后续预处理。

4、对环境影响较小，有利于回收和处理。

5、对设备要求不高。

6、成本较低。

7、对人体无害

三、基因工程制药的主要工艺过程

获得目的基因，组建重组质粒，构建基因工程菌（或细胞），培养工程菌，产物的分离纯化，质量控制，产品检验包装

四、目的基因及其获取方法和要求，构建cDNA文库法分离目的基因主要步骤。

获取方法：构建基因文库法，构建cDNA文库法，DNA的化学合成法，PCR法，反转录法 要求：不含多余干扰成分，纯度高，片段大小适合重组操作

主要步骤：选择分享表达目的基因的组织或细胞，制备总体RNA和mRNA-cDNA第一链和第二链的酶促合成和分级分离，与各种接头连接并克隆到载体，包装及转染宿主菌，在培养基上生长繁殖成重组菌落或噬菌斑，筛选出含有目的基因的克隆，cDNA文库的质量检测及保存

五、基因工程菌的培养方式，连续式发酵对基因工程产品大规模生产的优势。影响基因工程菌发酵的主要因素有哪些？如何进行基因工程菌发酵条件的研究。

培养方式：分批培养，补料分批培养，连续培养，透析培养，固定化培养

/ 5

连续培养优势：

1、可为微生物提供恒定的生长环境，控制其比生长速率，2、可实现将工程菌的生长阶段和基因表达阶段分开进行两阶段连续培养，并可通过优化速率水平，稀释率和比生长速率这三个参数，保证在第一阶段培养时质粒稳定，在第二阶段获得最高表达水平或最大产率。

影响基因工程菌发酵的主要因素：

1、培养基的影响。

2、接种量的影响。

3、温度的影响。

4、溶解氧的影响。

5、诱导时机的影响。

6、诱导表达程序的影响。

7、pH的影响

研究内容：

1、选择宿主菌：研究不同宿主菌对外源基因表达的影响

2、基因工程菌的生长曲线测定3发酵条件对外源基因表达的影响

4、重组质粒稳定性研究

六、以包涵体表达形式的基因工程药物的分离纯化过程和方法，分离纯化出具有活性的蛋白质的一般步骤及其操作要点。如何进行分离纯化的研究。过程方法及操作要点：

1、菌体细胞的收集与破碎（既要使菌体破碎率尽可能高，又要保持包涵体的完整性）

2、包涵体的分离，洗涤与溶解（通过离心法使包涵体与上清液中的碎片及杂质蛋白分开。包涵体的洗涤基本原则：杂质去除率尽可能高而不溶解包涵体中的目的蛋白。溶解包涵体的试剂选择基本原则：（1）对目的蛋白的溶解性强，选择性好，（2）保护蛋白质的生物活性（3）安全性（4）适合后续各种纯化操作（5）价廉）

3、变性蛋白的纯化（对包涵体抽提物采用柱层析、凝胶过滤、离子交换层析和HPLC等方法进一步分离纯化）

4、蛋白质的复性（恢复可溶性和生物活性，就考虑影响因素：蛋白质尝试，杂质含量，重折叠速度，氧化还原剂用量和比例，重折叠配体的掺入，温度，pH和离子强度等）分离纯化研究：

1、破菌研究：破菌方法及其条件研究，镜检评价其破碎效果，原则是使菌体破碎率尽可能高，又要保持包涵体的完整性

2、包涵体的分离和洗涤研究：（1）分离包涵体时的离心力和时间的考察，（2）洗涤剂及其他浓度，用量研究（3）洗涤时间和温度研究

3、目的蛋白的变性（抽提）研究：（1）变性剂及其浓度、用量的研究（2）变性操作时间和温度研究（3）变性操作后的固液分离研究。

4、变性蛋白的纯化研究：对包涵体抽提物可采取柱层析，凝胶过滤，离子交换层析和HPLC等方法进一步分离纯化。

5、变性蛋白的复必研究：考察比较不同复性方法对目的蛋白复性效果的影响。

6、目的蛋白的高度纯化研究：对经复性后得到的目的蛋白进行进一步高度纯化，以满足不同的需要。

七、基因工程药物质量控制的必要性及其质控要点，基因工程药物最终产品的质量控制特点及要点。必要性：

1、它是利用获得细胞作为表达系统来制备产品，所获得的蛋白质往往分子量较大，并且具复杂的表达结构

2、许多基因工程药物都是参与人休一些生理功能精密的蛋白质，在极微量的差别的情况下产生显著效应

3、宿主细胞中表达的外源基因在翻译，转录及工艺放大的过程中会产生变化、质控要点：

1、原料的质量控制。

2、生产的质量控制。

3、最终产品的质量控制

质控特点：任何单一的分析方法都无法满足对该类产品的检测要求，它需要综合生物化学，2 / 5

免疫学，微生物学，细胞生物学和分子生物学等多门学科的理论和技术，才能切实保证基因工程产品的安全有效。

八、目的基因高效率表达的方式，全面提高目的基因表达水平的措施和方法。表达方式：

1、目的基因的不溶性高效表达：包涵体形式。

2、目的基因的可溶性高效表达：直接得到有生物活性的目的蛋白；

3、目的基因的高效分泌表达： 措施：

提高目的基因表达水平的措施(上游阶段)1.对基因工程宿主菌进行改造。2.选择能高密度表达的宿主菌。3.选择能提高目的蛋白表达质量的宿主菌

提高目的基因表达水平的措施(下游阶段)1.提高工程菌的质粒稳定性。2.对重组菌进行高密度培养。3.减少乙酸等抑制性副产物的形成。4.选择能提高目的蛋白表达质量的方法

九、酶工程制药的主要内容

1、药用酶的生产：发酵生产，分离纯化，分子修饰

2、酶法制药：酶催化反应、固定化、非水相催化

十、酶法制药研究中涉及到的研究项目及内容

1、原料的选择及反应的研究。

2、酶或酶系的选择研究。

3、酶催化反应最佳工艺条件研究。

4、产物的分离纯化研究

十一、植物细胞的生理特性，植物细胞培养的基本流程和技术。生理特性：

1、比微生物细胞大得多；

2、具有群体生长特性，单细胞难以生长，繁殖；

3、对剪切力敏感，抗张力强度大，抗剪切力小；

4、生长速度慢，操作周期长；

5、容易结成细胞团；

6、大多植物细胞的生长及次级代谢物的生产都要求一定的光照和时间，且不同波长的光具有不同的效果

基本流程：

1、外植体的获得及预处理；

2、获得悬浮细胞株

3、悬浮细胞株筛选

4、植物细胞的扩大培养；

5、大规模培养 基本技术：

1、植物细胞的获得技术；

2、植物细胞的选育与改良技术；

3、植物细胞培养技术；

4、植物细胞培养次级代谢产物技术；

5、植物细胞培养生物转化技术

十二、植物细胞获取的主要方法及其操作过程

主要方法：从外植体直接分离，组织诱导获取，原生质体再生 操作过程：

1、外植体的选择与预处理

2、直接分离：（1）机械捣碎法：先将外植体轻轻捣碎，然后通过过滤和离心分离细胞（2）酶解法：利用果胶酶，纤维素酶等处理，分离出具有代谢活性的细胞

3、愈伤组织诱导法：（1）诱导培养基的制备（2）外植体植入诱导培养基中培养生成愈伤组织（3）愈伤组织继代培养

十三、植物细胞培养中提高植物次生代谢物生产的途径。

1、添加诱导因子；

2、前体饲喂：在植物细胞培养中加入次生代谢物合成的前体物质；

3、两相法培养；

4、培养条件的控制；

5、在培养基中添加代谢产物合成抵制剂；

6、其他，如选育高产细胞株，二步法培养，新型生物反应器等

十四、植物细胞培养制药的培养方法。愈伤组织培养的基本过程和操作

/ 5

培养方法：

按培养对象分：愈伤组织培养，原生质体培养，小细胞团培养 按培养基类型分：固体培养，液体培养

按培养方式：悬浮细胞培养，固定化细胞培养 基本操作和过程：

1、愈伤组织培养基的配制；

2、愈伤组织的选择；

3、接种；

4、培养

十五、植物细胞培养次级代谢物生产的基本工艺过程，如何对植物细胞培养次级代谢物生产制药及植物细胞培养生物转化制药进行研究 工艺过程：

1、外植体的选择与处理；

2、植物细胞的获得；

3、植物细胞的扩大培养；

4、植物细胞悬浮培养；

5、次级代谢物的分离纯化 研究的内容：

1、外植体的选择和处理研究；

2、愈伤组织诱导；

3、植物细胞的诱变、筛选；

4、细胞悬浮培养的研究；

5、提取分离与纯化方法研究

十六、动物细胞的生理特点，生产用动物细胞的种类及其特点，工程细胞库的种类及要求，细胞的冷冻保存与复苏技术及其操作要领

生理特点：

1、动物细胞的分裂周期长；

2、细胞生长需贴附于基质，并有接触抑制现象；

3、正常二倍体细胞的生长寿命有限；

4、对环境敏感；

5、对培养基要求高；

6、蛋白质的合成途径和修饰功能与细菌不同 细胞种类及特点：

1、原代细胞：增殖能力有限，需大量动物

2、二倍体细胞体：传代寿命有限，具有明显的贴壁依赖和接触抑制特点，无致癌性

3、转化细胞系：具有无限繁殖超额能力，倍增时间较短，对培养条件和生长因子要求较低

4、融合细胞系：杂交特性

5、重组工程细胞系

工程细胞库的种类及要求：

1、原始细胞库（MCB）:储存于MCB的细胞应该是单一来源的均质细胞，对二倍体细胞应该是群体倍增水平尽可能低的细胞。储存时需有该细胞的详细档案，包括该细胞系的历史，我和对各种有害因子的检查结果

2、生产用细胞（MWCB）储存于MWCB的细胞应该是从MCB来的，或从单一安瓿来，或从多个安瓿在融化即刻混合在一起的然后经培养扩增达一定数量后，再分装储存形成的细胞库。该细胞库同样需要建档案，而且需进行无菌性的无细胞交叉污染的检查 细胞的冷冻保存与复苏技术及其操作要领：

常用技术是液氮冷冻保存法，主要采用加入适量保护剂的缓慢冷冻法保存细胞。步骤：细胞悬液制备，加保护剂，分装和封口，液氮冻存。

复苏一般采用快速融化法，以保证细胞外结晶快速融化，以避免慢速融化水分渗入细胞内，再次形成胞内结晶损伤细胞。

十七、动物细胞体外培养的生长与增殖过程，动物细胞与微生物细胞和植物细胞在培养上的区别，动物细胞培养的方法和操作方式及其特点 生长与增殖过程：原代培养期，传代培养期，衰退期

培养区别：

1、动物细胞无细胞壁，且大多哺乳动物细胞附着在固体或半固体的表面才能生长

2、对营养要求严格，除氨基酸，维生素，盐类，葡萄糖或半乳糖外，还需要血清

3、动物细胞对环境敏感，包括pH，溶氧，温度，剪切应力都比微生物有更晋严的要求，4 / 5

培养方法及特点：

1、悬浮培养：适用于一切各类的悬浮细胞和兼性贴壁细胞。优点：操作简便，培养条件较均一，传质和传氧较好，容易扩大规模培养。缺点：较难采用灌流培养，细胞密度一般较低

2、贴壁培养：适用于一切贴壁细胞和兼性贴壁细胞。优点：适用的细胞各类广，较易采用灌流培养，细胞密度高，缺点：操作比较麻烦，需要合适的贴附材料和足够的面积，培养条件不均一，传质和传氧较差。

3、贴壁－悬浮培养：将悬浮培养和贴壁培养两者结合，优势互补，主要方法有：微载体培养，包埋和微囊培养，结团培养。操作方法及特点：

1、分批式操作：细胞和培养基一次性加入反应器进行培养

2、流加式操作：不断加入营养成分而不取出条件培养基

3、半连续式操作：每隔一段时间取出部分培养物，补充同样数量新鲜培养基

4、连续式操作：连续地加入新鲜培养基，同时等速地取出反应器内的培养液（包括细胞）

5、灌流式操作：不断取出部分条件培养基（无细胞），补充等量新鲜培养基

十八、动物细胞培养制药的基本工艺过程。目前用哺乳动物细胞大规模培养生产蛋白工业化过程的主要通用技术平台及其特点

动物细胞－捣碎－组织碎片－酶处理－单个细胞－离心收集细胞－营养培养－培养瓶培养－消化处理－接种－扩大培养－种子细胞液氮保存－取出细胞种子－种子解冻复活培养－扩大培养－接种－大规模培养－产物分离纯化－产品 技术平台及特点：

主要是以搅拌式生物反应器悬浮培养（70％以上）作为通用技术平台,平台工艺的特点是采用无血清培养（50％以上）和成熟的流加和灌流工艺。

悬浮培养工艺中影响细胞生产数量和质量的因素,主要应考虑细胞培养环境(营养条件、产物积累、pH、温度和渗透压),终产物(乳酸和氨)毒性累积和必需营养物的添加等。设计适应细胞生长的无血清培养基,控制营养物的添加,减少产物消耗积累是解决问题的有效手段。对于搅拌的剪切损害可通过反应器的优化被减少, 另外在培养液中添加剪切保护剂。贴壁细胞生产工艺,最佳的生物反应器形式是搅拌式微载体悬浮培养系统,并可提供最有效的优化工艺和最适宜的流加工艺设计。最佳的工艺设计是高密度连续灌流培养。流加培养和灌流培养是动物细胞培养工艺中最常用的两种操作方式

/ 5

第二篇：生物制药技术

08药学***3陈省委

组合生物合成药物进展

摘 要50年来抗生素在人类疾病治疗中发挥了重要作用,今后的几十年里它们也将是关键的治疗剂。尽管在过去的20年中通过靶向筛选发现了一些微生物药物,但是这种筛选方法很难发现新类型药物。组合生物合成可以弥补这种不足,通过基因工程方法改造微生物基因和酶,产生新的抗生素,发现那些在自然界中不能发现的药物。

关键词 基因工程合生物合成新抗生素

微生物种类繁多,其产物化学结构丰富多彩,生物活性十分广泛,是开发各种新产品的丰富资源,但是传统的筛选方法已远远不能满足社会发展的需要。随着分子生物学和生物技术的发展,以及基因组学、蛋白质组学、生物信息组学、代谢组学研究的深入,人们对微生物基因组的研究也有了显著进展,已经阐明了许多与微生物代谢有关的生物合成基因,为微生物组合生物合成药物的研究和开发奠定了良好的基础。

一、研究背景

自1928年弗莱明发现青霉素和1942年瓦克斯曼发现链霉素以来,微生物药物在疾病防治和拯救人类生命中起着十分重要和不可替代的作用,特别是抗生素被国外科学家誉为20世纪医学领域的皇冠宝石。微生物药物一直是临床最常用的药物,在西方发达国家,抗生素占临床处方药物的20%以上,在中国约占处方药物的30%。但自上世纪70年代后,随着脊髓灰质炎、天花、麻风等传染性疾病先后在全球范围内被消灭,国家对微生物药物研究的支持逐渐下降,抗传染病药物研究进入了困难时期。上世纪90年代后,我国在已有亿乙肝病毒携带者的基础上,又出现了100万以上人类免疫缺陷病毒(HIV)携带者。2002年末以来,重急性呼吸窘迫综合征(SARS)的出现使我国的传病控制告急,不得不重新思考微生物药物的研究策略在新的时期里,微生物药物研究再度升温,原因

①新病原微生物不断出现,如SARS、艾滋病(AIDS)疯牛病等;②生物武器的使用,如炭疽等;③各种耐菌株在世界范围的传播;④许多传染性疾病,如肺核、血吸虫病等的死灰复燃。目前国内外侧重研究的生物药物,主要有抗新病原微生物,抗耐药菌,抗病毒,抗肿瘤抗生素以及微生物来源的生理活性物质。微物药物的研究主要

包括以下内容:①抗新病原微生药物的寻找与开发;②细菌耐药机制及其抗耐药细药物研究;③微生物药物的生物合成基因研究;④组生物合成微生物药物研究。其中组合生物合成微生药物是近年发展较快的研究领域,将在创新药物研中发挥重要作用。

二、组合生物合成生物技术,尤其是基因工程技术的不断发展,为生物医药领域开辟了广阔的前景;通过基因工程技术所得到的药物也在临床治疗某些疑难疾病中发挥着越来越重要的作用。

广义,基因工程产品分为两类

①单基因直接产物。通常是指单个基因编码序列的翻译产物(蛋白质),它们一般是生物大分子如干扰素和单克隆抗体,目前生物医药领域中开发的多数产品均属于此类,其中包含有效地用于临床治疗的如重组人胰岛素、干扰素和促红细胞生成素。我国在此领域独创的药物不多,而且这类药物的一个突出缺点是它们比较容易被仿制,只要有了相应的细胞系即可利用基本设备进行生产。

②多基因间接产物。是指由多基因编码的多酶体系介导而合成的小分子化合物和多肽,包括自然界由微生物和植物产生的天然产物,如抗生素、生理活性物质或萜类化合物等结构比较复杂的化合物。它们品种繁多,性能各异,仅就目前研究得比较深入的聚酮体和萜类化合物,就包括具有抗肿瘤作用的阿霉素、紫杉醇,具有免疫抑制作用的FK506、西莫罗司,具有降血酯作用的洛伐他汀、银杏内酯,具有抗结核杆菌作用的利福霉素,抗疟药物青蒿素等。

组合生物合成(combinatorial biosynthesis)是在微生物次级代谢产物合成基因和酶学研究基础上形成的。组合生物合成的概念是结构不同但生物合成途径相似的抗生素生物合成基因之间可以进行重组、组合或互补产生新结构的化合物。尽管微生物药物的结构多样,但形成这些产物的主要生化反应机制却基本相同,它们通常是由非常简单的化学物质,如小分子羧酸和某些氨基酸作为合成起始单位和延伸单位,通过由一系列基因编码的多酶体系参与的生物化学反应(构成一个合成途径)而形成的,参与这些天然产物生物合成的多酶体系是由多个结构明显分开的功能区域所组成。研究表明,参与这类小分子生物合成的基因通常是连锁或邻接而构成一个基因簇(cluster),这为基因的克隆和操作提供了方便,同时由于参与

次级代谢生物合成酶系对底物的特异性,专一性要求不是很严格的,对结构相类似的底物均可识别,这一特点为不同基因组合产生新的化合物创造了条件。因此,有针对性地对某些基因进行操作,如替换、阻断、重组以及添加、减少组件等,均有可能改变其生物合成途径而产生新的代谢旁路(metabolic pathway),继而形成新的化合物,这就为组合生物合成提供了基础,国际上已有通过这些手段得到多个化合物的报道。

三、研究的科学意义

开展微生物基因工程组合生物合成创制新型药物研究,具有如下意义。

1、利用组合生物合成体系,完成化学方法不能完或难以完成的活性化合物的合成,如抗癌药物紫杉(taxol)等;这类活性化合物在自然界中含量少、需要大、医学价值高,而且通常化学合成困难(成本高,难大,环境污染严重),为了确保红豆杉资源的可持续用,除正在开展的苗圃栽培,并以苗圃作为紫杉醇提的原料之外,通过生物合成来使它们具最终的商业值是一个极具潜力的手段。例如,与抗癌药物紫杉醇用相似的埃波霉素(epothilone)已在链霉菌中通过合生物合成方法获得表达,现已进入开发研究阶段。、对一些现有的结构复杂的天然产物如青蒿素银杏内酯等有效组分进行定向合成,对临床用抗生品种进行有针对性的修饰和改造,如对红霉素进行造产生酮内酯型的大环内酯类抗生素,获得对临床药菌具有活性的抗生素衍生物;或者通过对现有天产物或抗生素的结构改造,获得具有全新活性的或化性能有明显改善的天然产物或新抗生素。、组合生物合成产生新化合物的潜力很大,化合数是以可操作基因的指数方式形成,如设R为可利的基因数,n是每个基因的不同等位形式(即不同天产物来源的数目),从理论上讲经过基因组合可得Rn种排列组合,即得到Rn个化合物。通过组合生合成,获得一大批新化合物,作为高通量药物筛选样库的来源之一。、由于多基因组合操作的平台是以易于大规模产的微生物体系为基础,使创制新型药物的研究便产业化。、组合生物合成的研究,必将推动我国在基因水对天然资源的利用,更好地利用植物代谢产物,挖掘前实验室条件下无法进行培养的生物体,包括海洋的生物体。随着研究和应用的发展,植物和海洋生物级代谢产物的组合生物学研究,也将蓬勃

发展起来。

四、国内外研究现状

1985年,Hopwood教授[4]在世界首次报道用遗工程的手段合成“非天然”的天然产物isochromanequinone,该工作为后来的组合生物合成奠定了础。在以后的十几年里,这一领域成为天然产物代工程研究中最活跃的领域,许多微生物次级代谢研的专家都加入这一领域的工作,因为组合生物合成潜力制造出很多先导化合物。目前的发展趋势由最初的基础研究逐步演变为基础与应用兼顾,有的地向产业化迈进。该领域的研究也同样得到工界的重视,美国加州高新技术产业公司研制的埃波素(epothilone D)已进入III期临床评价阶段。埃霉素原来由纤维堆囊黏细菌产生,其产量低,繁殖时间长,产品无法进行产业化生产。该公司利用基因组合技术使纤维堆囊黏细菌的埃波霉素生物合成基因在链霉菌中得到表达,并通过酰基转移酶域替换及羟基化酶基因的阻断,获得了主要产生埃波霉素中抗肿瘤活性最好组分的epothilone D的基因工程菌。我国自上世纪80年代初开展以多基因组合工程技术研制新药的研究,在聚酮类抗生素如大环内酯类抗生素、利福霉素、安莎霉素及抗生素产生菌分子生物学研究方面,取得一定进展。国家重大专项支持的基因工程必特螺旋霉素己进入临床研究,基因工程必特螺旋霉素的研制为组合生物合成技术应用于小分子化合物的创制中提供了良好的工作基础和经验。我国微生物代谢产品研究历史悠久,已形成多学科协调合作的体系,近年来在国家的支持下该体系已得到一定的发展,加强了微生物及代谢产物资源的开发。我们已逐步建立难培养极端微生物和未培养微生物资源及海洋微生物的挖掘工作,建立并完善从土壤或其他来源直接分离DNA技术。我国有很强的有机化学合成能力,可以合成进行组合合成的起始单元,开展前体介导的组合生物合成(precursor-directed biosynthesis)研究。我们已建立并不断完善多种生物活性筛选模型,有天然产物化学分离鉴定及药理、药效、毒理评估的配套学科。

目前基因工程技术的发展水平,在单基因操作方面已经比较成熟;在多基因操作层次上虽然技术难度相对比较大,但近年来在此研究领域已有了迅猛的发展,已积累了较好的研究基础,许多次级代谢产物生物合成基因簇已得到克隆,基因结构与功能已得到阐明,并且发展了一系列大容量载体和合适的宿主表达系统。组合生物合成已形成国际药物领域研究的热点和一个重要发展方向。

五、研究方向与前景

我国天然微生物及植物资源丰富,以微生物作为平台的药物生产历史悠久、种类繁多,利用这一宝库开展组合生物合成研究,建立新型化合物库,作为新型药物或先导化合物的重要来源之一,有重要的理论与实际意义。组合生物合成为当今世界研究热点,我国也有一定工作基础,开展这方面的研究将有利于加深对次级代谢生物合成机理的研究与应用、促进生物技术新药研制中的作用,对发展我国新药有重要意义,并推动新药研究中高通量筛选技术与方法的建立与善,筛选出有价值的新药。

我们要重点加强难培养微生物及海洋生物资源挖掘工作,建立并完善从土壤或其他来源直接分DNA技术,以丰富组合生物合成基因资源;加强微物天然化学研究,建立微量、快速、高效鉴定天然产化学结构的技术和方法;充分利用我们已经建立的种生物活性筛选模型,通过广泛地联合与协作,扩展合生物合成技术在创新药物中的应用,建立我国基工程微生物组合生物合成创制新型药物或先导化合研究的技术平台。该研究将有助于开拓和促进我国新技术在新药研究与开发中的应用,对创制具有我自主知识产权的新药将会有积极推动作用。

对本课程的意见：

1、可能是因为选课人太少的问题，上课的时候没有很好的听课气氛，不过主要

还可能是自己的原因，自己不能集中精神听讲。

2、以后只要选课的人比较多了，应该会好一些，上课的人少了，总是觉得就像

这门课不重要，老师讲的很清晰，主要是我们上课时常开小差。自从上了大学，就没太有人管了，有时听起课来就爱听不听，这倒是对每门课都差不多的。

3、课堂上可以稍微提问一下，因为提问往往可以引起同学们的注意，这样走神的情况可能会少一些。

4、课堂中还可以穿插一些与课程有关的历史、说一下那些地方比较适合做研究、考研究生去哪里比较好啊什么的，这样既可以对现在的科研大环境有所了解，课堂内容也不至于太单调。

最后谢谢老师兢兢业业地为我们把课上完，尽管上课人数少，你还是把课完整地给我们讲完，谢谢老师为我们的付出。

第三篇：生物制药技术

酶

分离纯化酶的一般程序

1粗酶液的制备：材料的选择，发酵液处理，细胞破碎及酶的抽提 2酶的初步分离：盐析，等电点沉淀，有机溶剂沉淀，离心分离 3酶的高度纯化（酶的精制）：层析法（凝胶过滤、离子交换层析、吸附层析及亲和层析），电泳（等电聚焦电泳）

4浓缩干燥及结晶：透析，旋转蒸发，超滤，冷冻干燥

酶的主要纯化技术－层析技术

利用混合液中各组分的物理化学性质的不同，(分子的大小和形状、分子极性、吸附力、分子亲和力、分配系数)，使各组分以不同的比例分布在两相中，当流动相以一定的速度流经固定相时，各组分的移动速度不同，从而使不同的组分分离的技术过程。称为层析技术（chromatography）

离子交换层析（ion exchange chromatography）

在一定的pH条件下，带电荷的蛋白质与高分子不溶性固定相偶联的离子交换基团相吸附，流动相中解离的离子与被吸附的酶发生可逆的交换，而对不同吸附能力的蛋白质进行分离 离子交换剂的选择：阴离子交换剂用于处理净电荷为负的蛋白质，阳离子交换剂用于处理净电荷为正的蛋白质

样品在低离子浓度条件下上柱，逐渐增加洗脱液的离子浓度，使蛋白依次被洗脱下来 洗脱方式可以是步进式洗脱或线性梯度洗脱 洗脱液一般用 NaCl

凝胶过滤法（gel filtration）亦称分子筛层析、排阻层析，是利用生物大分子的相对分子质量的差异进行层析分离的一种方法

凝胶层析的固定相是惰性的珠状凝胶颗粒，凝胶颗粒的内部具有立体网状结构，形成很多孔穴。当含有不同分子大小的组分的样品进入凝胶层析柱后，各个组分就向固定相的孔穴内扩散，组分的扩散程度取决于孔穴的大小和组分分子大小。比孔穴孔径大的分子不能扩散到孔穴内部，完全被排阻在孔外，只能在凝胶颗粒外的空间随流动相向下流动，它们经历的流程短，流动速度快，所以首先流出；而较小的分子则可以完全渗透进入凝胶颗粒内部，经历的流程长，流动速度慢，所以最后流出；

分离提纯 脱盐 测定高分子物质的相对分子量

疏水层析（hydrophobic chromatography）

原理：蛋白质分子中含有亮氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸等疏水性较强的氨基酸，当蛋白质溶液经过疏水层析介质的疏水配基时，蛋白的疏水性集团（疏水补丁）会与疏水配基发生亲和作用而被吸附在介质上。不同蛋白质分子中疏水基团的数量和特性有所不同。在洗脱时通过改变洗脱液的极性达到分离的目的

亲和层析（affinity chromatography）

也称功能层析、生物专一吸附或选择层析。根据生物分子与特定的固相化配基（ligand）之间的亲和力而使生物分子得到分离的方法 酶与激活剂/抑制剂/底物/辅酶；抗原与抗体；激素/配体与受体；蛋白质与DNA/RNA上特定区域

特定的配基（激活剂/抑制剂/底物/辅酶）固定于惰性载体 目的酶与配基特异性亲和吸附，杂质被洗脱 改变洗脱条件，解除目的酶与配基的专一性结合

固定化酶（细胞）的定义

优点：

1.稳定性显著提高；

2.同一批固定化酶能重复多次地使用； 3.固定化后，很容易与反应物分开（过滤），不污 染产物，而且有利于控制生产过程，同时也省去了 热处理等使酶失活的步骤；

4.可长期使用，并可预测衰变的速度； 5.提供了研究酶动力学的良好模型。缺点：

①固定化时，酶活力往往有损失。②增加了生产的成本，初始投资大。

③只能用于可溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜。④非均相反应。

①注意维持酶的催化活性及专一性。在酶的固定化过程中，酶与载体的结合部位不应当是酶的活性部位，而且要尽量避免那些可能导致酶蛋白高级结构破坏的条件。②固定化应该有利于生产自动化、连续化。为此，用于固定化的载体必须有一定的机械强度，不能因机械搅拌而破碎或脱落。

③固定化酶应有最小的空间位阻，尽可能不妨碍酶与底物的接近，以提高产品的产量。④酶与载体必须结合牢固，从而使固定化酶能回收贮藏，利于反复使用。

⑤固定化酶应有最大的稳定性，所选载体不与废物、产物或溶剂发生化学反应。⑥固定化酶成本要低，以利于工业使用。

载体结合法

1物理吸附法2离子结合法3共价结合法 是将酶结合于不溶性载体上的一种固定化方法。1）物理吸附法 作用方式：非特异性物理吸附作用：范德华力；氢键；疏水作用；静电作用 优点：制作简单，酶分子的构象很少或基本不发生变化，固定化酶活力较高 缺点：酶与载体结合力弱，酶易从载体脱落 载体：纤维素、琼脂糖、活性炭、沸石及硅胶等 2)离子结合法

作用方式：离子键结合

优点：制作简单，处理条件缓和，酶蛋白的活性中心和高级结构破坏较少，可以制得活力较高的固定化酶。

缺点：离子键结合较松散，如在高离子强度下进行反应时，酶与载体易分开。载体：多糖类离子交换剂，合成高分子离子交换树脂 3)共价键结合法

作用方式：共价键结合

优点：酶分子和载体间的共价键较牢固，有良好的稳定性及重复使用性 缺点：制备过程复杂，反应条件比较剧烈，酶活性损失比较严重。

制作方法：先将载体活化，在载体上引入一个活化基团，然后该活化基团再与酶分子表面的基团（羧基/氨基/羟基）反应结合。有戊二醛法、重氮化法、烷基化法等。

交联法

利用双功能（或多功能）基团的试剂，使酶蛋白分子之间发生交联，凝集成网状结构而成为固定化酶

常用的双功能试剂有戊二醛、己二胺、顺丁烯二酸酐和双偶氮苯等。其中最常用的是戊二醛

包埋法

1网格型2微囊型

将酶包埋在凝胶的微小空格内或埋于半透膜的微型胶束内，但底物仍能渗入到里面与酶接触。

载体：凝胶，高分子聚合物（半透膜）

优点：利用此法制得的固定化酶，由于酶分子仅仅是被包埋起来，而未受到化学作用。酶蛋白几乎不起变化。

缺点：酶被包埋在内部，对大分子底物很难发生催化作用。所以用包埋法制备的酶，一般只适用与小分子底物。

包埋法分为：网格包埋法和微囊包埋法。

酶传感器（enzyme sensor）1生物传感器的概念

由生物识别物质（如酶、微生物、动植物组织、抗体等）和能量转换器相结合所构成的分析仪器，可以简便快速的测定各种特异性很强的物质 要求识别物质对被测物具有高度的敏感性和选择性

根据识别物质可分为：酶传感器、组织传感器、微生物传感器、免疫传感器

2、生物传感器的一般结构与工作原理 结构:有两个部分组成

生物分子识别元件（感受器）：酶、核酸、抗体、细胞等 信号转换器（换能器）：电化学电极、光学检测元件、热敏电阻、表面等离子共振器件等 原理：待测物质经扩散作用进入生物传感器,通过分子识别发生特异的生物化学反应,产生的生化信号经换能器转换为可定量和可处理的电信号,进而可检测出该物质的浓度.根据反应产生的信号不同，可选择相应的换能器.抗体

多克隆抗体：由于一个抗原通常都有几个抗原决定簇，因此每个免疫细胞都可能产生一种针对某一抗原决定簇（antigenic determinant）的抗体，这些由同一抗原产生的不同抗体统称为多克隆抗体。这些由不同B细胞克隆产生的抗体，称为多克隆抗体（polyclonal antibodies，PcAb）。

单克隆抗体：单一类型的只针对某一抗原决定簇的抗体分子，是由单一的B淋巴细胞克隆产生的结构和特异性完全相同的高纯度抗体。

抗原的制备

1.用基因工程技术制备重组蛋白抗原

2.提取纯化天然抗原

3.合成多肽半抗原

4.小分子半抗原

5.多肽半抗原及小分子半抗原与载体偶联

免疫

动物选择：Balb/c小鼠，品系一致

途径

体内，体外，脾内免疫

筛选阳性克隆及克隆化

克隆：由单个细胞繁殖扩增而形成性状均一的细胞集落的过程。

目的：筛选阳性克隆；确保杂交瘤细胞所分泌的抗体具有单克隆性以及从细胞群中筛选

出具有稳定表现型。

筛选阳性克隆鉴定

单克隆抗体活性检测方法：

1）酶联免疫吸附实验（ELISA）：可溶性抗原、细胞核病毒。2）放免测定（RIA）：可溶性抗原、细胞抗体。3）FAC（荧光激活细胞分选仪，流式培养仪）：针对细胞表面

抗原的抗体检测。

4）IFA（间接免疫荧光法）：用于细胞和病毒抗体的检测。

杂交瘤细胞的克隆化

（1）有限稀释技术 柏松分布（2）半固体琼脂培养法

0.5%琼脂培养基中进行克隆

1ml含不同数量的细胞悬液

1ml42度0.5%的琼脂液

单克隆抗体的大量制备

基因工程抗体（genetically engineered antibodies,gAb）

是通过基因工程技术研制的，即通过PCR技术获得抗体基因或抗体基因片段，与适当载体重组后引入不同表达系统所产生的抗体。基因工程抗体既保持了单抗的均一性、特异性强的优点，又能克服其为鼠源性的不足，是拓展单抗广泛人体使用的重要途径。

（一）嵌合抗体（chimeric antibody）

特点：是用人抗体的C区替代鼠的C区。效果：使鼠源性单抗的免疫原性明显减弱，并可延长其在体内的半衰期及改善药物的动力学。嵌合抗体的优点：

保持了亲本鼠单抗的特异性和亲和力；

减少人源性的恒定区的HAMA现象；

能有效地介导产生补体依赖的细胞毒作用(CDC)、抗体依赖性细胞介导的细胞毒作用（ADCC）及免疫调理作用。缺点：

目前已有数十种嵌合抗体进入了临床试用，虽然HAMA现象较鼠单抗大为下降，但有相当比例的患者仍会出现HAMA症状，针对可变区的抗独特型抗体反应仍很明显。

（二）改型抗体（reshaped antibody，RAb）亦叫“重构抗体”，“CDR移植抗体（CDR grafting antibody）”。它是利用基因工程技术，将人抗体可变区（V）中互补性决定区（complementarity determinative region，CDR）的氨基酸序列改换成鼠源单抗CDR 序列。

特点：此种抗体可以使人单抗获得鼠单抗的特异性又保持人源抗体的亲和力。

动物

动物细胞分类

1、贴壁依赖性细胞 概念：anchoraged-dependent cell需要有适量带电荷的固体或半固体支持表面才能生长的细胞 大多数动物细胞都属于此类。

2、非贴壁依赖性细胞

概念：anchoraged-independent cell不依赖于固体支持物表面生长的细胞，可在培养液中悬浮生长，被称为悬浮细胞。举例：血液、淋巴细胞、肿瘤细胞和某些转化细胞，Namalwa细胞。

3、兼性贴壁细胞

概念：对支持物的依赖性不严格，既可贴壁生长，也可悬浮生长。举例：CHO细胞、BHK细胞、L929细胞。理想的药物生产细胞系

转基因技术的基本原理

将体外构建的重组DNA分子(目的基因或基因组片段)通过显微注射、或转染胚胎干细胞等方法注入动物的受精卵或着床前的胚胎细胞,然后将此受精卵或胚胎再植入受体动物的输卵管或子宫中，使其发育成携带外源基因的转基因动物。

同源重组

双链DNA的两个区段的DNA序列基本一致，但不一定完全相同，叫做同源区。同源的双链DNA可以通过相互交换进行重组。

外源DNA如有同源区，也可通过类似的同源重组过程整合到生物的染色体基因组上。

胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell，ES）是从早期胚胎的内细胞团经体外培养建立起来的多潜能细胞系，具有胚胎细胞相似的形态特征和分化特征。

新型

反义技术：根据碱基互补原理，使用与目标靶的遗传物质（DNA或mRNA）特定互补的核苷酸片段来封闭基因表达的技术方法。

反义药物：人工合成或生物合成的DNA或RNA，能与RNA互补，抑制疾病基因的表达。反义核酸（antisense nucleic acid）是一段与靶基因的某段序列互补的天然存在或人工合成的核苷酸序列。它可通过碱基配对与细胞内核酸特异结合形成杂交分子，从而在转录和翻译水平调节靶基因的表达，具有合成方便、序列设计简单、容易修饰、选择性高、亲和力高等特点。

核酶(ribozyme)具有酶活性的RNA，可降解特异的mRNA序列。

RNA干扰（RNA interference，RNAi）

由双链RNA介导的细胞内特异性mRNA降解过程，导致靶基因的表达沉默。

基因导入方式

直接体内疗法（in vivo）

是指将目的基因直接导入体内有关的组织器官，使其进入相应的细胞并进行表达。间接体内疗法（ex vivo）

是指在体外将目的基因导入靶细胞，经过筛选和增殖后将细胞回输给患者，使该基因在体内有效地表达相应产物，以达到治疗的目的。

肿瘤的基因治疗

（一）通过抑癌基因抑制肿瘤细胞生长和诱导细胞凋亡。

（二）通过病毒感染杀伤肿瘤细胞

（三）通过诱导免疫系统识别并杀伤肿瘤细胞

（四）肿瘤的自杀基因治疗

（五）肿瘤抗原靶向的肿瘤基因治疗

（六）细胞因子基因治疗

第四篇：生物制药技术介绍

生物制药技术作为一种高新技术，是70年代初伴随着DNA重组技术和淋巴细胞杂交瘤技术的发明和应用而诞生的。三十多年来，生物制药技术的飞速发展为医疗业、制药业的发展开辟了广阔的前景，极大地改善了人们的生活。因此，世界各国都把生物制药确定为21世纪科技发展的关键技术和新兴产业。国家发改委新增 4.42 亿元支持生物制药产业，生物制药专业前景看好。生物科技的重大突破正在迅速孕育和催生新的产业革命，生物产业将成为继信息产业之后世界经济中又一个新的主导产业。近年来，从国家到地方各级政府不断加大力度支持生物医药产业的发展。

培养目标

旨在培养熟练掌握生物工程实用技术、精通现代生物技术实验室和生物制品生产车间的管理、擅长生物制品推销的实用型人才。学生毕业时能熟练掌握有机化学、分析化学、生物化学的基本技能、普通生物学技术、分子生物学技术、动植物组织和细胞培养技术、微生物发酵技术、生物制药技术、实验室安全与管理等生物实验技术；毕业生能够在企、事业科研机构、大专院校、生物技术公司从事生物技术产品研究、开发、生产管理、营销等工作。课程设置

①专业课：大学英语、无机及分析化学、有机化学、生物化学、普通生物学、微生物学、分子生物学、药剂学、微生物发酵技术、药理学、基因工程技术、免疫学、药事管理、植物组织培养技术、生物制药技术细胞工程。②实验课：无机化学实验、普通生物学实验、分子生物学实验、有机化学实验、微生物学实验、基础分析化学实验、生物化学实验。③实习：针对人才市场的需求设置实习实训内容，主要有生物制品的营销实战、实验室基础技能实习、科研院所实战实习、毕业实习。

就业面向

能在有关制药企业、科研单位、高等院校及医药公司等部门从事生物药物的研究与开发、生产、经营和管理、药物检验、医药工程设计以及外贸、医药代表、营销等工作。

第五篇：《生物制药技术》实验

《生物制药技术》实验指导

实验一 金霉素链霉菌培养基的制备（验证型）

实验目的：

1、学会培养基的配制

2、掌握灭菌方法。实验原理：

金霉素链霉菌（Streptomyces aureofaciens）亦称“金色链霉菌”，放线菌门(Actinobacteria)，放线菌纲(Actinobacteria)，放线菌目(Actinomycetales)，链霉菌科(Streptomycetaceae)，链霉菌属(Streptomyces)。在固体培养基上产生金色色素，故名。其菌落为草帽型, 菌落直径一般为3～5毫米, 表面较平坦, 中间有隆起。菌落开始为白色，长孢子后变青色。在显微镜下可以看到短杆状的菌丝。抗菌素工业上用以生产金霉素。

放线菌是一类介于细菌与真菌之间的单细胞微生物。放线菌在土壤中分布最多，大多数生活在含水量较低、有机质丰富和微碱性的土壤中。多数情况下，泥土中散发出的“泥腥味”就是由放线菌中链霉菌产生的土腥素造成的。放线菌大都好氧，属于化能异养，菌丝纤细，分枝，常从一个中心向周围辐射生长。因其生长具辐射状，故名放线菌。放线菌能像真菌那样形成分枝菌丝，并在菌丝末端产生外生的分生孢子，有些种类甚至形成孢子囊，因而曾被误认是真菌。但其菌落较小而致密，不易挑取。不少菌种在医药、农业和工业上广泛应用，可产生抗菌素，现已发现和分离出的由放线菌产生的抗生素多达4 000多种，其中，有50多种抗生素已经广泛地得到应用，如链霉素、红霉素、土霉素、四环素、金霉素、卡那霉素、氯霉素等用于临床治疗人的多种疾病；有些可生产蛋白酶、葡萄糖异构酶；有的用于农业生产，如灭瘟素、井冈霉素、庆丰霉素等。

四环素类抗生素是由链霉菌生产或经半合成制取的一类广谱抗生素。抗菌谱极广，包括革兰氏阳性和阴性菌、立克次体、衣原体、支原体和螺旋体。品种主要包括金霉素、四环素和土霉素。器材：

1ml移液枪；铝锅；电炉 试剂：

NaBr母液（100 g／L）KCl母液（100 g／L）

M-促进剂母液（2.5 g／L）实验步骤： 1．种子培养基

种子培养基(g／L)：可溶性淀粉40，黄豆饼粉20，酵母粉5，蛋白胨5，CaCO3 4，(NH4)2SO4 3，MgSO4·7H2O 0.25，KH2PO4 0.25。

先称取黄豆饼粉20g，单独煮沸10分钟，加入少量凉水降温，4层纱布压榨取汁，与其它称好的各成分混合，定容至1L。

每50ml分装到250ml三角瓶中，每组2瓶。2．定向发酵培养基

发酵培养基(g／L)：可溶性淀粉100，黄豆饼粉40，蛋白胨15，CaCO3 5，酵母粉2.5，(NH4)2SO4 3，MgSO4·7H2O 0.25，α—淀粉酶0.1。

配制方法同种子培养基，配好后分装到500ml三角瓶中，每瓶100ml，分别加入如下成分，比较它们对四环素产量的影响：

(1)对照(不加其他成分)；

(2)加入NaBr母液至终浓度为2g／L；(3)加入KCl母液至终浓度为2g／L；

(4)加入NaBr母液至终浓度为2g／L及M-促进剂母液至终浓度为0.025g／L。每两组配一套。3．灭菌

将封好口的培养基121℃灭菌30min。同时灭1ml 剪口移液枪头、1.5mL离心管。（总过程：称量——溶化——定容——分装——封口——灭菌）注意事项：

1．黄豆饼粉煮沸取汁。

2．培养基封口最好用8层纱布或棉花塞，最好不用橡胶塞，以增加透气性。3．灭菌时锅内要补足水分。由于灭菌锅较大，升温排气一定要充分（10min）。补充阅读：

工业发酵中利用生产菌发酵得出最终产物是一个逐级放大的过程，各个不同的阶段对于营养成分的要求也各有特点，根据发酵不同阶段的要求，培养基可分为孢子培养基、种子培养基和发酵培养基三种。

孢子培养基孢子培养基是供菌种繁殖孢子的一种常用固体培养基，对这种培养基的要求是能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，并要求这种培养基不易引起菌种发生变异。所以对孢子培养基的基本配制要求是：第一，营养不要太丰富（特别是有机氮源），否则不易产孢子。如灰色链霉在葡萄糖－硝酸盐－其它盐类的培养基上都能很好地生长和产孢子，但若加入0.5%酵母膏或酪蛋白后，就只长菌丝而不长孢子。第二，所用无机盐的浓度要适量，不然也会影响孢子量和孢子颜色。第三，要注意孢子培养基的pH和湿度。生产上常用的孢子培养基有：麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米碎屑培养基和用葡萄糖、蛋白胨、牛肉膏和食盐等配制成的琼脂斜面培养基。大米和小米常用作霉菌孢子培养基，因为它们含氮量少，疏松、表面积大，所以是较好孢子培养基。

种子培养基种子培养基是供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”。所以种子培养基的营养成分要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好，这样可达到较高的溶解氧，供大量菌体生长繁殖。种子培养基的成分要考虑在微生物代谢过程中能维持稳定的pH，其组成还要根据不同菌种的生理特征而定。一般种子培养基都用营养丰富而完全的天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。但无机氮源容易利用，有利于菌体迅速生长，所以在种子培养基中常包括有机及无机氮源。最后一级的种子培养基的成分最好能较接近发酵培养基，这样可使种子进入发酵培养基后能迅速适应，快速生长。

发酵培养基发酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物。因此，发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前体和促进剂等。但若因生长和生物合成产物需要的总的碳源、氮源、磷源等的浓度太高，或生长和合成两阶段各需的最佳条件要求不同时，则可考虑培养基用分批补料来加以满足。

实验二 金霉素链霉菌的定向发酵（验证型）

实验目的：

1、学习和掌握无菌操作技术。

2、掌握定向发酵四环素的原理。实验原理：

定向发酵是指通过改变培养基组分(加入某些物质)改变微生物代谢途径，使发酵按主观要求产生较多的产物。

金霉素、四环素和土霉素，它们的化学结构极为相似：

R1 R2 Cl H H OH H H

金霉菌原是产生金霉素（Chlortetracycline）的菌种，但因金霉素比四环素只多一个氯离子，所以只要在发酵液中加入某些物质，阻止氯离子进入四环素分子，从而使菌种产生较多的四环素。另外，金色链霉菌在30℃以下时，合成金霉素的能力较强；当温度超过35℃时则只合成四环素。

本实验中，利用溴离子在生物合成过程中对氯离子有竞争性抑制剂作用的原理，以及加入2-硫醇基苯并噻唑(即M—促进剂，分子式：C7H5NS2，通常作为橡胶硫化促进剂)抑制氯化酶的作用，从而增加四环素的产量。材料和试剂：

金霉素链霉菌：购于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心（菌种保藏号：CGMCC4.1043；订单号20111133 550元）。实验步骤：

前期准备工作：配制斜面培养基（可选，1号培养基由菌种保藏中心提供）

1、麸皮36.0 g，K2HPO4 0.2 g，MgSO4·7H2O 0.1 g，（NH4）2HPO4 3 g，琼脂 15～20 g，定容至1L，pH 7。

2、可溶性淀粉20g，KN O3 1g，K2HPO4 0.5g，MgSO4·7H2O 0.5g，NaCl

0.5g，FeSO4·7H2O 0.01g，定容至1L，pH 7.2~7.5。

1、制备斜面孢子：将保藏的菌种的比例接种于液体培养基中（不加琼脂的斜面培养基），28℃下200 r/min振荡培养，将活化1d后的金霉素链霉菌种接入斜面培养基，28℃培养5～7天，金霉素 土霉素 四环素

待孢子长成灰色，于4℃冰箱中保藏。

2、种子培养：在斜面上用接种铲挑取1cm2左右生长良好的菌体接入装有50ml四环素种子培养基的250ml锥形瓶中，230 r/min、28℃下振荡培养20～24h。

3、发酵培养：以剪口移液枪头取10 ml种子液接入装有100ml发酵培养液的500ml锥形瓶中（注意：同一处理组用同一瓶种子液接种），230 r/min、28℃下振荡培养5 d。用于后面的测定效价和薄层层析实验。

四环素的提取和精制（选作）

一、实验目的 ．掌握沉淀法精制四环素的原理、方法和基本操作技术。2 ．熟悉pH 的控制与产量、质最的关系。

二、实验原理

四环素为两性化合物，其等电点为5.4。当溶液pH 等于等电点时，四环素呈游离碱形式，从水溶液中沉淀出来。利用四环素的这一性质，可将四环素从发酵液中提取出来。

在连续结晶过程中，pH 的高低对产量、质量都有一定的影响。四环素的等电点为5.4 , 在pH 4.5~7.5 之间，游离碱在水中的溶解度乎不变。若pH 控制在接近等电点时，沉淀结品虽然比较完全，收率也高，但此时会有大量杂质同时析出，影响产品的色泽和质量；若pH控制得较低一些，对提高产品质量虽有好处，但沉淀结晶不够完全，收率会低些，影响产量。因此，在选择沉淀结晶pH 时，就必须同时考虑到产量、质量的效果。在正常情况下，工艺上控制pH4.8左右。若沉淀结晶质量较差，pH可控制得稍低些，有利于结晶质量的改善，但不能低于4.5，否则收率低，影响产量。

四环素的提取和精制分酸化、纯化、过滤、结晶和淋洗五个步骤。

(1)酸化加入草酸，使积聚在菌丝体内的四环素尽可能多地成为可溶性盐，而转入液相。四环素在酸性条件下较隐定，且草酸与钙离子反应生成不溶性的草酸钙，析出的草酸钙能促进蛋白质的凝固，提高滤液的纯度和过滤速度。

(2）纯化 纯化剂（黄血盐、硫酸锌和硼砂）与草酸一起混合作用，可以除去发酵液中大量酸溶性蛋白质、铁离子和其他多种离子色素以及其他杂质，从而使滤液纯净，并减少发酵液的粘度，利于过滤。其中纯化剂黄血盐能与发酵液中的铁离子作用，生成普鲁士盐而除去铁离子。

(3）过滤 通过过滤，使四环素溶液与菌丝体以及其他杂质分离，再经过复滤、精滤，进一步提高滤液质址，得到澄清的滤液。

(4)结晶

将滤液的pH调节到等电点，在较低温度下析出纯净的四环素。

(5）淋洗 虽然发酵液经酸化后大部分四环素已溶入溶液中，但仍有部分残存在菌渣中，且过滤不可能十分彻底。所以用酸水淋洗，以提高收率。

三、实验试剂及仪器 1．试剂

300 g/L草酸溶液、200 g/L 黄血酸钾溶液、200 g/L 硫酸锌溶液、200 g/L 硼砂溶液、浓氮水、3 g/L草酸溶液。2．仪器

1000 mL 烧杯、搅拌器、布氏漏斗、抽滤瓶、滤纸、量筒、pH 试纸、酸度计、温度计、水泵、表面皿。

四、实验步骤 1．酸化

取600ml 四环素发酵液，置装有机械搅拌的1000 mL烧杯中，开始搅拌，待发酵液温度降至20 ℃ 以下时，缓缓加入草酸溶液，草酸加入量为27～35g/L，并不时测定发酵液的pH。当发酵液pH为1.7~1.8 时（用酸度计测定），酸化完毕。2．纯化

在酸化反应的烧坏中，按酸化的发酵液净体积，搅拌下依次缓慢加入纯化剂（黄血酸钾溶液、硫酸锌溶液、硼砂溶液），每种溶液终浓度均为2 g/L，加入时间间隔15min，以便作用完全。3．过滤

将布氏漏斗装于抽滤瓶上，铺好滤纸，开启水泵，用少量水将滤纸湿润，并使滤纸紧贴布氏漏斗。将纯化后的溶液缓缓倒入布氏漏斗，过滤滤液应完全澄清，否则必须重新过滤，直到完全澄清。4.结晶

将抽滤瓶中的滤液倒入装有机械搅拌的1000 mL烧杯中，开动搅拌，并用水或冰水冷却。待滤液温度冷至5 ～ 7 ℃ 时，徐徐加入经过滤的浓氨水，并随时用pH 试纸测定溶液的pH，当pH 达到4.6 ～4.8 时（用酸度计测定），停止加入氨水，并继续搅拌2 h，使结晶完全。

装好布氏漏斗后，将上述液缓缓倒人布氏漏斗，过滤。结晶液全部倒入后，抽干。用35～45 ℃ 的热水充分洗涤粗碱3 次，抽干，再用0.3 ％草酸洗涤，抽干。

五、注意事项

1．纯化搅拌时间不应少于2h，溶液温度保持在15 ℃ 以下。2．pH 要调准确。

六、结果与讨论 ．计算四环素的得率。．讨论影响四环素得率和纯度的因素。

实验三 四环素、金霉素的薄层层析鉴定（验证型）

实验目的：

掌握薄层层析的原理，四环素族抗生素的定性鉴定方法。实验原理：

层析（色谱，chromatograpby）是相当重要、且相当常见的一种技术，在把微细分散的固体或是附着于固体表面的液体作为固定相，把液体（与上述液体不相混合的）或气体作为移动相的系统中（根据移动相种类的不同，分为液相层析和气相层析二种），使试料混合物中的各成分边保持向两相分布的平衡状态边移动，利用各成分对固定相亲和力不同所引起的移动速度差，将它们彼此分离开的定性与定量分析方法，称为层析，亦称色谱法。用作固定相的有硅胶、活性炭、氧化铝、离子交换树脂、离子交换纤维等，或是在硅藻土和纤维素那样的无活性的载体上附着适当的液体。将作为固定相的微细粉末状物质装入细长形圆筒中进行的层析称为柱层析（column chromatography），在玻璃板上涂上一层薄而均的支持物（硅胶、纤维素和淀粉等）作为固定相的称为薄层层析（thin layer chromatography），或者用滤纸作为固定相的纸上层析。层析根据固定相与溶质（试料）间亲和力的差异分为吸附型、分配型、离子交换型层析等类型。但这并不是很严格的，有时常见到其中间类型。此外，近来 5 也应用亲和层析，即将与基质类似的化合物（通常为共价键）结合到固定相上，再利用其特异的亲和性沉淀与其对应的特定的酶或蛋白质。

分配层析在支持物上形成部分互溶的两相系统。一般是水相和有机溶剂相。常用支持物是硅胶、纤维素和淀粉等亲水物质，这些物质能储留相当量的水。被分离物质在两相中都能溶解，但分配系数不同，展层时就会形成以不同速度向前移动的区带。一种溶质在两种互不混溶的溶剂系统中分配时，在一定温度下达到平衡后，溶质在固定相和流动相溶剂中的浓度之比为一常数，称为分配系数。当欲被分离的各种物质在固定相和流动相中的分配系数不同时，它们就能被分离开。分配系数大的移动快（阻力小）。

薄层层析是以薄层材料为支持物，在密闭容器中，样品在其上展开。当斑点不易为肉眼观察时，可利用适当的显色剂，或通过紫外灯下产生荧光的方法进行观察。通过这种展开操作，各成分呈斑点状移动到各自的位置上，再根据Rf值的测定进行鉴定。薄层色谱法具有分离与鉴定的双重功能，通过薄层图谱与对照品的图谱相比较，除了能鉴出有效成分或特征成分外，还以完整的色谱图作为一个整体对制剂加以鉴别。薄层色谱分析法由于简便、快速，能有效地、直观地反映药品地真实性、稳定性，现已成为药物制剂的鉴别和质量控制的行之有效的方法之一。薄层层析是鉴别抗生素的方法之一，层析后进行显色，并绘制层析图谱，根据层析图谱对抗生素进行鉴定。本实验以四环素、金霉素标准品溶液作为对照对发酵液进行鉴定。

仪器和设备：

1.玻璃层析缸

2.层析板（薄层层析硅胶烟台芝罘区黄务硅胶开发实验厂有售）3.毛细玻璃管或微量注射器 4.紫外投射仪 试剂：

四环素、金霉素标准品 用0.01M盐酸溶解定容，4℃冰箱保存（可使用7天）。展开剂：正丁醇：醋酸：水(4∶1∶5)2L。凡士林 实验步骤：

1．层析板处理

层析板105℃烘烤过夜，均匀喷上0.1mol/L磷酸盐缓冲液(PH4.5)，于空气中晾干、备用。

2．点样

选取两种定向发酵液加草酸酸化至pH为1.5～2.0，取上清约l.2 ml于1.5ml离心管中，10000 rpm，5min，备用。在距层析板底边2.5~3 cm起始线上(用铅笔划线，做出点样点记号)，用毛细玻璃管在薄层层析板上点四环素标准品和金霉素标准品溶液3次，发酵液上清点8～10次，点样点不大于0.4cm，每次都要吹干后再点。（一般效价在1000u／ml以上点3次，500～1000u／ml点4次，200～500u／ml点5次）。剩余的发酵液上清于4℃冰箱保存。

3.层析（展开）

用正丁醇：醋酸：水(4∶1∶5)的上相作展开剂。层析前需预先用展开剂预平衡层析缸，可在缸中倒入2cm高的展开剂，密闭，一般保持15－30分钟。然后将层析板置于盛有展开剂的层析缸中，在室温下展层6～8h（与温度有关）。封口不严可涂抹凡士林。

4．荧光显影

待溶剂前沿展至板的一半以上时将层析板取出，标出溶剂前沿，于通风橱中晾干，用氨水熏数秒钟后即可在紫外灯下显影，画出黄色斑点，分别算出Rf值。（四环素标准品慢和金霉素标准品快）

无水四环素在波长365nm下显黄色荧光，根据与标准对照可定性测定。注意事项：

因四环素能和钙盐形成不溶性化合物，故发酵液中的四环素浓度不高，预处理时通常用草酸将发酵液酸化至pH＝1.5～2.0，使四环素尽量溶解。

点样时必须注意勿损伤薄层表面。要控制好点样量，样品太少，斑点不清楚，难以观察，但样品量太多时往往出现斑点太大或拖尾现象。

若因样品溶液太稀，可重复点样，但应待前次点样的溶剂挥发后方可重新点样，以防样点过大，造成拖尾、扩散等现象，而影响分离效果。

作展开剂中极少量强极性溶剂(0.5％)或pH值的改变可显著改善拖尾现象。

实验四 四环素的效价测定（综合型）

实验目的：

1、了解抗生素效价的表示方法

2、学习抗生素的测定方法 实验原理：

实验利用比色法测定四环素和金霉素的效价。效价(titer或titre)是评价抗生素效能的标准，它代表抗生素对微生物的抗菌效力，也是衡量发酵液中抗生素含量的尺度，人们以1µg金霉素或四环素标准品为1个单位，0.6µg青霉素G钠盐为1个单位。

四环素和金霉素在酸性条件下，加热，可产生黄色的脱水金霉素和脱水四环素，其色度与含量成正比。

在碱性条件下，四环素较稳定，而金霉素则生成无色的异金霉素：

根据上述原理，可以在酸性条件下，利用比色法测定四环素、金霉素混合液的总效价；而四环素效价的测定可在碱性条件下，使金霉素生成无色的异金霉素，然后再在酸性条件下，使四环素生成黄色的脱水四环素，经比色测得四环素效价。总效价与四环素效价二者之差即为金霉素的效价。本实验只测定四环素的效价。

因四环素能和钙盐形成不溶性化合物，故发酵液中的四环素浓度不高，预处理时通常用草酸将发酵液酸化至pH＝1.5～2.0，使四环素尽量溶解。发酵液中，由于杂质的干扰，将影响比色的正确性，因此加入乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)作为螯合剂，掩饰金属离子的干扰，改变四环素脱水条件(降低酸度或延长加热时间)，可以减少杂质对比色反应的干扰。实验步骤：

取上述保存的处理发酵液上清l ml(效价约为1000U／m1)于50ml容量瓶中，加入lml浓度为lg／l00ml EDTA溶液，加蒸馏水9ml，再加入lml浓度为3mol／L的NaOH，在20~25℃下保温15min后，加入2.5ml浓度为6mol／L的HCl，煮沸15min后，冷却，稀释至刻度，在分光光度计上于440nm处测定其吸光度值。（紫外为100-390nm；可见光为380-780nm，根据波长选择石英比色池或玻璃比色池，否则玻璃对于紫外光有吸收）

对照样品（不加诱导剂）的前处理方法与上述步骤一样，只是在加入HCl后，不加热，稀释至刻度，作为测定样品的空白对照, 调零。

四环素标准品（1000U/ml）取1ml于50ml容量瓶中，加1ml浓度为6mol／L的HCl，水浴煮沸15min后，冷却，稀释至50ml，380nm测吸光度。（以蒸馏水作为空白测定）

以定向发酵培养基中的对照组作为空白对照，测定其它三个处理组的吸光度。（有时可能因对照组处理不当而使其它组的读数为负值，这时可以以蒸馏水作为空白。）

计算公式：

发酵液中四环素的效价=

A发酵 A四环素标准

×四环素标准品的效价