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1、生命科学与技术学院徐旭东生命科学与技术学院徐旭东xu_微生物在药学中的应用微生物在药学中的应用PharmaceuticalMicrobiology1.重视新的筛选模型和方法的设计；重视新的筛选模型和方法的设计；2.扩大微生物代谢产物的研究范围；扩大微生物代谢产物的研究范围；设计到酶抑制剂、免疫条件剂、降血脂药物、抗寄生虫药物等等。3.重视新菌种的资源开发；重视新菌种的资源开发；重视稀有放线菌、海洋微生物和极端微生物的开发。4.新技术的大量应用。新技术的大量应用。主要有分离技术、光谱分析、高通量筛选和计算机检索等。一、现代微生物药物研究的新特点一、现代微生物药物研究的新特点二、工业发酵的菌种和发
2、酵方式（一）生产菌种的要求和来源二、工业发酵的菌种和发酵方式（一）生产菌种的要求和来源能在较短的发酵过程中，高产有价值的发酵产品；发酵的培养基价格低廉，来源充分，被转化率高；菌种不具有潜在的危害性；发酵的副产物较少；菌种遗传特性稳定。1.生产菌种的要求生产菌种的要求从自然环境筛选,再进行人工诱变育种；购买。2.生产菌种的来源生产菌种的来源样品三角瓶悬液试管稀释平板分离样品三角瓶悬液试管稀释平板分离挑选单菌落挑选单菌落液体发酵液体发酵从自然环境筛选菌种的流程从自然环境筛选菌种的流程发酵产量分析诱变发酵产量分析诱变平板分离平板分离放大和生产放大和生产多次重复多次重复（二）大规模发酵的方式（二）大规
3、模发酵的方式对氧气的需求对氧气的需求好氧发酵厌氧发酵好氧发酵厌氧发酵培养基形态培养基形态液体发酵固体发酵分批发酵连续发酵游离发酵固定化发酵纯种发酵混和发酵液体发酵固体发酵分批发酵连续发酵游离发酵固定化发酵纯种发酵混和发酵发酵连续性微生物细胞与载体关系菌种种类发酵连续性微生物细胞与载体关系菌种种类工业发酵工业发酵抗生素（Antibiotic）是生物在其生命活动过程中产生的（或用化学、生物、生物化学方法衍生的），能在低微浓度下有选择性抑制或影响它种生物功能的有机化合物。一、抗生素的概念和分类一、抗生素的概念和分类第一节抗生素第一节抗生素（一）抗生素的概念（一）抗生素的概念1929年，Fleming
4、首先从青霉菌中发现青霉素；1944年，Waksman在链霉菌中发现链霉素。自本世纪40年代以来，已找到上万种新抗生素，合成了近10万种半合成抗生素，但其中在临床上常用的仅100余种。（二）医疗用抗生素的特点（二）医疗用抗生素的特点1差异毒力差异毒力2生物活性强、由不同的抗菌谱；生物活性强、由不同的抗菌谱；MIC（minimalinhibitoryconcentration）：能抑制微生物生长所需的药物的最低浓度。MBC（minimalbactericidalconcentration）：也称MLC(minimallethalconcentration)；3不易产生耐药性、毒副作用小；不易产生耐
5、药性、毒副作用小；4不易引起超敏反应；不易引起超敏反应；5吸收快，血浓度高；吸收快，血浓度高；6不易被血清蛋白结合而失活。不易被血清蛋白结合而失活。（三）抗生素的分类（三）抗生素的分类1根据抗生素的产生来源分类根据抗生素的产生来源分类（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2根据抗生素的化学结构进行分类根据抗生素的化学结构进行分类（1）-内酰胺类抗生素内酰胺类抗生素：青霉素、头孢菌素等。（2）氨基糖苷类抗生素氨基糖苷类抗生素：链霉素、卡那霉素等。（3）大环内酯类抗生素大环内酯类抗生素：红霉素、麦迪霉素等。（4）四环类抗生素四环类抗生素：四
6、环素、金霉素等。（5）多肽类抗生素多肽类抗生素：多粘菌素、杆菌肽等。二、抗菌药作用机制二、抗菌药作用机制1抑制细菌细胞壁合成抑制细菌细胞壁合成：胞浆内粘肽前体的形成胞浆膜阶段粘肽合成胞浆外交叉联接过程2影响胞浆膜通透性影响胞浆膜通透性；3抑制蛋白质合成；抑制蛋白质合成；4抑制核酸代谢（叶酸代谢；核酸合成）。抑制核酸代谢（叶酸代谢；核酸合成）。三、抗生素产生菌的分离和筛选三、抗生素产生菌的分离和筛选土壤微生物的分离筛选早期鉴别分离精制临床前试验研究临床试验四、抗生素的制备四、抗生素的制备菌种孢子制备种子制备发酵发酵液预处理提取和精制成品检验成品包装五、耐药性五、耐药性耐药性产生机制耐药性产生机制
7、：产生灭活酶（水解酶；钝化酶）；改变细胞膜通透性；细胞内靶位结构改变；代谢途径改变。耐药性：多次接触后，敏感性下降，疗效降低或无效。避免出现细菌的耐药性的措施：避免出现细菌的耐药性的措施：（1）合理使用抗生素；-避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素-不同的抗生素(或与其他药物)混合使用（2）筛选新的更有效的抗生素或对现有抗生素进行改造；（3）抗药机制的研究。第二节氨基酸发酵第二节氨基酸发酵1820年：水解蛋白质的方法开始制造氨基酸；1850年：化学方法合成了氨基酸；1956年：Kinoshita利用微生物直接发酵糖类生产谷氨酸，是现代发酵工业的重大突破，是氨基酸生产方法的重大革新；1973年
8、：固定化菌体进行天冬氨酸的工业规模的生产。一、氨基酸的应用一、氨基酸的应用食品工业食品工业：食品添加剂、调味剂（味精、aspartame）；饲料工业饲料工业：饲料添加剂；医药工业医药工业：氨基酸输液；给药系统（聚谷氨酸苄酯共聚物等）；化学工业化学工业：谷氨酸制备洗涤剂（十二烷酰基谷氨酸钠肥皂）、润肤剂（焦谷氨酸钠）、聚谷氨酸人造革、以及人造纤维和涂料；农业农业：制造可被微生物分解的无公害农药。N-月桂酰-L-异戊氨酸，能防止稻瘟病，又能提高稻米的蛋白质含量。二、氨基酸的生产方法二、氨基酸的生产方法氨基酸的生产方法可分为：抽提法抽提法：酸水解蛋白质原料，然后从水解液中提取；直接发酵法直接发酵法：
9、大多数氨基酸可用此法生产；添加中间产物的转化法添加中间产物的转化法：酶法酶法：用完整菌体（固定化菌体细胞）或微生物产生的酶（固定化酶）来制造氨基酸；合成法合成法。三、氨基酸产生菌的选育（三、氨基酸产生菌的选育（1）氨基酸产生菌的来源）氨基酸产生菌的来源大多数优良的氨基酸产生菌，属于：棒杆菌属棒杆菌属(Corynebacterium)：Corynebacterium.glutamicum短杆菌属短杆菌属(Brevibacterium)：Brevibacteriumflavum微杆菌属(Microbacterium)：Microbacteriumaminophilum微球菌属(Micrococcu
10、s)：节杆菌属(Arthrobacter)：Arthrobacterparaffineus（2）氨基酸产生菌的遗传特点）氨基酸产生菌的遗传特点营养缺陷型突变株抗氨基酸结构类似物突变株细胞透性改变的突变株（3）氨基酸发酵机理和菌种选育）氨基酸发酵机理和菌种选育1.氨基酸发酵机理氨基酸发酵机理葡萄糖葡萄糖C3糖丙酮酸乙酰辅酶糖丙酮酸乙酰辅酶A草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸精氨酸精氨酸脯氨酸脯氨酸天冬氨酸天冬氨酸苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸赖氨酸赖氨酸戊糖戊糖C5四碳糖四碳糖C4莽草酸莽草酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮
11、氨酸亮氨酸组氨酸组氨酸TCA谷氨酰酸谷氨酰酸丝氨酸丝氨酸甘氨酸甘氨酸半胱氨酸半胱氨酸微生物细胞中氨基酸合成的特点：微生物细胞中氨基酸合成的特点：某一类氨基酸往往有一共同的前提体；氨基酸的合成与EMP途径和TCA循环密切相关；一种氨基酸可能是另一种氨基酸的前体。微生物细胞中大量积累氨基酸，必须做到：微生物细胞中大量积累氨基酸，必须做到：解除氨基酸代谢途径的反馈抑制；防止氨基酸降解或者合成其他相关产物；增加细胞膜的通透性。.氨基酸发酵菌种选育氨基酸发酵菌种选育赖氨酸发酵生产菌赖氨酸发酵生产菌产生菌产生菌谷氨酸棒杆菌黄色短杆菌乳糖发酵短杆菌谷氨酸棒杆菌黄色短杆菌乳糖发酵短杆菌遗传特性遗传特性高丝氨酸
12、营养缺陷型抗高丝氨酸营养缺陷型抗AEC突变株突变株谷氨酸发酵生产菌谷氨酸发酵生产菌产生菌产生菌谷氨酸棒杆菌黄色短杆菌谷氨酸棒杆菌黄色短杆菌遗传特性遗传特性CO2固定能力强；乙醛酸循环弱；其他族氨基酸合成减弱。固定能力强；乙醛酸循环弱；其他族氨基酸合成减弱。第三节维生素发酵第三节维生素发酵一、维生素一、维生素C弱氧化醋杆菌（弱氧化醋杆菌（Acetobactersuboxydans）我国发明的两步发酵法我国发明的两步发酵法重组菌一步发酵法：重组菌一步发酵法：将棒状杆菌的将棒状杆菌的2,5-二酮二酮-D-葡萄糖酸还原酶基因克隆到欧文氏菌体内，构建基因工程菌来完成从葡萄糖酸还原酶基因克隆到欧文氏菌体内
13、，构建基因工程菌来完成从D-葡萄糖直接转化成葡萄糖直接转化成2-酮基酮基-L-古龙酸的一步发酵法。古龙酸的一步发酵法。二、维生素二、维生素B2最常用的生产菌种为棉病囊霉棉病囊霉（Ashbyagossypii）和阿氏假囊酵母阿氏假囊酵母（Eremotheciumashbyii）。三、维生素三、维生素B12能产生维生素B12的微生物有细菌和放线菌，尤其是s舒氏丙酸杆菌舒氏丙酸杆菌（Propionibacteriumshermanii）和菲氏丙酸杆菌菲氏丙酸杆菌（Propionibacteriumfreudenreichii），酵母和霉菌不能产生维生素B12。丙酸细菌进行丙酸发酵的发酵过程丙酸细菌进
14、行丙酸发酵的发酵过程GlucosePyrEMPOAAMalFumNADH2NADH2OSuccNADH2NADSuccCoA甲基丙二酰CoA丙酰CoACO2-BioBiotin丙酸丙酸甲基丙二酰甲基丙二酰CoA异构酶异构酶（VB12为辅基）为辅基）第四节甾体化合物转化第四节甾体化合物转化甾体化合物甾体化合物（steroid）又称为类固醇，是一类含有环戊烷多氢菲核（甾体化合物的母核）的化合物。甾体化合物尤其是甾体激素对机体有重要的调节作用，因此在医疗上应用十分广泛。一、微生物转化工艺一、微生物转化工艺用微生物转化方法生产甾体化合物往往是化学合成路线中的某一步或两步，转化工艺一般可分为两个阶段：第
15、一阶段为菌体生长阶段，第二阶段为转化阶段。微生物转化方法分为三种类型微生物转化方法分为三种类型：生长细胞转化法生长细胞转化法：将底物加入到微生物培养液中转化；静息细胞转化法静息细胞转化法：从微生物培养液中制备细胞悬液或干细胞，将底物加入到菌体细胞悬液中进行微生物转化；固定化细胞与固定化酶转化法固定化细胞与固定化酶转化法：将培养好的菌体制备成固定化细胞或固定化酶用于对底物进行转化。二、微生物转化的反应类型二、微生物转化的反应类型（一）羟化反应（一）羟化反应微生物使孕酮在微生物使孕酮在11位羟化形成位羟化形成11羟基孕酮，再经四步化学反应就能形成可的松。羟基孕酮，再经四步化学反应就能形成可的松。（
16、二）脱氢反应（二）脱氢反应可的松在可的松在C-1位和位和C-2位之间形成双键后，其生物活性较其母体增强数倍位之间形成双键后，其生物活性较其母体增强数倍（三）侧链降解反应（三）侧链降解反应胆固醇胆固醇ADD豆甾醇豆甾醇雄甾烷雄甾烷-1，4二烯二烯-3，17二酮二酮4AD4-雄甾烷雄甾烷-3，17二酮二酮睾丸素睾丸素乙炔睾酮乙炔睾酮雌酮雌酮雌二醇雌二醇炔雌醇炔雌醇雌三醇雌三醇炔诺酮炔诺酮第五节酶与酶抑制剂第五节酶与酶抑制剂一、酶制剂（一）医药领域常用的微生物酶制剂一、酶制剂（一）医药领域常用的微生物酶制剂1链激酶和链道酶：链激酶治疗脑血栓；2透明质酸酶：加速扩散，利于药物吸收；3天冬氨酰胺酶：治疗白血病和某些肿瘤；4消化酶：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等；5青霉素酰化酶：在半合成青霉素的生产中具有重要的作用。青霉素青霉素G水解制备水解制备6-APA的反应的反应（二）微生物酶生产菌的筛选和酶制剂的发酵生产（二）微生物酶生产菌的筛选和酶制剂的发酵生产1.产酶菌种的筛选产酶菌种的筛选蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶水解圈（透明圈法）其他酶特定的酶活测定方法（查文献）2.酶的发酵生产酶的
