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1、第十四章 微生物药物制造工艺第一节 微生物药物概述一一. . 微生物药物的定义和发展微生物药物的定义和发展1.定义（Microbial Medicines）：v微生物在其生命活动过程中产生的生理活 性物质及其衍生物，包括抗生素，酶抑制 剂，免疫调节剂等一类化学物质的总称， 是人类控制感染等疾病，保障身体健康， 以及用来防治动、植物病害的重要化疗药 物。2、发展抗生素：(antibiotic）1942年，Waksman首先定义：抗生素是微生物在其代谢过程中所产生的、 具有抑制它种微生物生长及活动甚至杀灭它 种微生物性能的化学物质1947年1948年1950年1952年 1953年195080，我
2、国译为抗菌素1980年后，抗肿瘤、抗寄生虫等抗生 素的不断发现，超出对微生物作用范 围，又改译为抗生素微生物来源的其他活性物质酶抑制剂: 亮肽素 bestatin 免疫抑制剂：环孢菌素A羟基-甲基戊二酰辅酶A还原酶抑制剂 ：二.微生物药物的分类v抗生素类药物v维生素类药物v氨基酸类药物v核酸类药物v酶与辅酶类药物v酶抑制剂v免疫调节剂v甾体类激素 （P12页）1. 抗生素类药物的分类根据抗生素的生物来源分类： （1）放线菌产生：链霉素,放线菌素 （2）真菌产生：青霉素 （3）细菌产生：杆菌肽 （4）植物及动物产生：蒜素、黄连素根据抗生素的化学结构 （1）-内酰胺类抗生素 青霉素、头孢菌素、硫霉
3、素、亚胺培南（2）氨基糖苷类抗生素链霉素、新霉素、 卡那霉素、庆大霉素（3）大环内酯类抗生素红霉素、螺旋霉素、麦迪霉素（4）四环类抗生素四环素、金霉素、土霉素（5）多肽类抗生素多粘菌素、放线菌素、杆菌肽（6）多烯类抗生素两性霉素、曲古霉素、制霉菌（7）蒽环类抗生素柔红霉素、阿霉素、正定霉素（8）苯羟基胺类抗生素氯霉素、甲砜氯霉素（9）环桥类抗生素 利福霉素（10）其他抗生素磷霉素、创新霉素根据抗生素的作用对象分类抗革兰氏阳性细菌：青霉素、红霉素抗革兰氏阴性细菌：主要有多粘菌素抗真菌：制霉菌素、灰黄霉素、两性霉素抗结核分枝杆菌：链霉素、新霉素、卡那霉素抗癌: 放线菌素D、博来霉素、阿霉素 抗病毒
4、： 四环类抗生素、艾霉素(ehrlichin)抗原虫的抗生素 巴龙霉素、抗滴虫霉素、蒜 素根据抗生素的作用机制分类、抑制细菌壁合成： 青霉素、影响细胞膜功能： 多烯类抗生素、抑制核酸合成： 如影响DNA结构的博来霉素 、丝裂霉素C及柔毛霉素等；、抑制蛋白质合成： 四环素、氯霉素、链霉素、抑制生物能作用： 如抑制电子转移的抗霉素 (antimycin)、抑制氧化磷酸化作用的短杆菌肽 S(gramicidin S)和寡霉素(o1igomycin)等。 维生素B2维生素C-胡萝卜素2、维生素-胡萝卜素3.氨基酸目前大部分氨基酸可用发酵法生产4. 核酸类药物如肌苷酸，腺苷酸，肌苷，腺苷等5. 酶与辅酶
5、类药物链激酶、L-天冬酰胺酶6.酶抑制剂7.免疫调节剂 8.甾体类激素克拉维酸、洛伐他 汀三、微生物药物研发进展1、寻找新的微生物资源稀有放线菌极端微生物海洋微生物分离放线菌的方法通过 预处理的方法可以减少真菌 及细菌的数量，增加放线菌的数量， 如1）土样自然风干5至30天，可大大 减少细菌的数量；2）风干土样在 120干热处理1小时，可减少真菌、 细菌的数量；3）综合处理，如用0.05 的SDS（5mmol/L磷酸缓冲液配制） 加1%的腐殖酸或6%的酵母膏，40 震荡20min。一种产生antimycin的链霉菌（垂直型）一种产生ankinomycin的链霉菌（松螺旋型）一种产生deoxyl
6、aidlomycin的链霉菌（双轮螺旋型） 稀有放线菌的分离链霉菌已经有过太多研究，因此淘汰常 见的链霉菌，增加“稀有”或特殊的链霉菌的 出菌率就是一个重要问题，可采用1）从特 殊环境（如酸碱性土壤、放射性地区、温泉 等）采集样品；2）可在培养基中加入大剂 量抗生素，如白霉素等；3）可加入特殊的 碳氮源，如Vickers等曾发现棉子糖和组氨 酸对一些“稀有”链霉菌有选择作用。小单孢菌小双孢菌小四孢菌2.新的筛选模型及手段新药物作用靶标微生物产物库高通量筛选虚拟筛选3、组合生物合成技术的应用酮基合成酶(KS)、酰基转移酶（AT）、脱氢酶（DH）、 烯醇还原酶（ER）、酮基还原酶（KR）和酰基载体
7、蛋白 （ACP）等功能域4、代谢调控与基因敲除5、基因改组（DNA Suffling）第二节 抗生素制造工艺v-内酰胺类抗生素v氨基糖苷类抗生素v大环内酯类抗生素一般制备过程v培养发酵：v发酵液预处 理v固液分离胞内产物 细胞破碎 固液分离胞外产物 初步纯化精制初步纯化方法： 沉淀、吸附、萃取、超滤精制方法： 层析、电泳、结晶选择方法依据1、产品性质：化学组成、分子量、稳定性、溶解度 、解离特性等 2、主要杂质属性： 3、方法前后衔接要求 4、产品质量要求一、-内酰胺类抗生素 （一）结构与性质a 青霉烷* b 青霉烯 c 头孢烷 d 头孢烯* e单环-内酰胺 f 碳青霉烷* g 碳青霉烯* h
8、 碳头孢烷 I 碳头孢烯j 氧青霉烷* k 氧青霉烯 l 氧头孢烷 m 氧头孢烯 *天然产物v九十年代各国首次应用的抗细菌 杭生素共24种，其中有头孢菌素 14种，碳青霉烯2种，青霉烯1种 ，一内酰胺酶抑制剂与其制剂1 种，氨基糖苷、大环内酯与安莎类 抗生索各2种。新上市的合成抗菌 药共10种，包括喹诺酮类化合物9 种和二氢叶酸还原酶抑制剂1种。CNHCHCHCOOCNCHCH3CH3 COOHSSite of penicillinase action. Breakage of the - lactam ring.STRUCTURE OF PENICILLIN共性：羧基有弱酸性： 影响溶解度-
9、内酰胺环不稳定（二）、青霉素的制备（A）、理化性质： 1、溶解性：受pH影响游离酸：易溶于有机溶剂，难溶于水盐：易溶于水，几乎不溶于有机溶剂2、酸碱性：有机弱酸3、稳定性：温度、pH对其稳定性的影响4 降 解 反 应5、聚合反应氨苄青霉素在水溶液中易形成聚 合物，是氨苄青霉素过敏反应的 主要过敏原之一。6. 过敏反应可能为青霉噻唑多肽和青霉噻唑蛋 白（B）、制备工艺1、菌种 最早的原始菌种是点青霉菌(Penicillium notatum)； 现用产黄青霉菌(Pen.chrysogenum)按菌丝的形态分为丝状菌和球状菌两种。 国内青霉素生产厂大都采用绿色丝状菌。2、发酵工艺流程丝状菌发酵工艺
10、流程3、提炼工艺流程工业钾盐生产工艺流程p5815、提炼工艺要点1）发酵液预处理和过滤放罐后，首先要冷却目前采用鼓式过滤及板框过滤，加助滤剂。酸化 时pH应控制得高些(pH45)，再加些絮凝剂如十 五烷基溴化吡啶(PPB)等, 过滤。随着高效高速萃取离心机的出现，如德国 Westfalia公司出品的倾析器(decantor) ，可革去 过滤工序，比用板框过滤除去菌丝后再提取的收 率高出23%。2）影响青霉素提取的主要因素青霉素提取效果除了已选定适当的有机溶媒， 破乳化剂和离心分离设备外，还与下列主要因 素有关:pH值 一般从滤液萃取到醋酸丁酯时，pH选择 2.02.5，而从丁酯反萃取到水相时，
11、pH选择 6.87.2之间。 温度 要求提取在低温(10以下)条件下进行 较为有利。在设备上要考虑用冷盐水进行冷却 ，以降低温度，特别是酸化岗位，温度要求更 低些。时间 酸化时速度应快些。碱化时速度可放 慢些，因青霉素在中性下半衰期要长些， 破坏要缓和些，故以能分离得清为原则。 萃取方式和浓缩比 萃取剂和萃取方式选择目前生产上采用二级逆流萃取方式。浓缩 比的选择也很重要，因为丁酯的用量与收 率和质量都有关系。丁酯用量为滤液体积 的2530% 时，色素相对含量低，浓缩 比为1.52.5倍。二、氨基糖苷类抗生素( (一一) )、结构与性、结构与性 质质胍基 pK 11.5甲氨基 pK 7.7链霉素
12、的理化性质1、溶解性：易溶于水，难溶于有机溶剂 2、酸碱性：强碱性 3、稳定性：较稳定 pH47溶液数周内稳定pH4.04.5最稳定 降解反应：酸、碱条件下水解出链霉胍等 4、醛基反应： 与伯胺形成席夫碱在不同pH下各种型式的链霉素的平衡浓度67891011 12pH%10080604020Str-H33+StrStr-H22+Str- H+5、成盐：与磷钨酸、苦味酸、甲基橙等成盐沉淀，用于鉴 别与磺酸、羧酸、磷酸酯成盐，可溶于有机溶剂中 ，可用于溶媒萃取法。与某些盐形成复盐，用于精制，如：链霉素盐酸盐与氯化钙（在甲醇中）形成复盐， 从甲醇中析出。复盐溶于水，可通过阴离子交 换树脂（SO4）转
13、为硫酸盐。(二）、链霉素的制备p585影响工艺的因素v1.发酵液的过滤处理v2 树脂的吸附、洗脱v3 活性炭脱色、低温浓缩三、大环内酯类抗生素（一）、概述：（一）、概述：结构特点：以大环内酯为母体共性：1、无色弱碱性化合物2、微溶于水，在水中溶解度随温度上 升而下降3、酸性条件苷键易水解，碱性内酯环 易破坏（二）、红霉素的主要性质1、酸碱性：二甲氨基呈碱性 2、溶解性：易溶于醇、丙酮、氯仿、酯 ，微溶于乙醚和水，在水中溶解度 55时最小 3、稳定性：pH68最稳定（三）、制备工艺工艺要点：发酵液的预处理和过滤；树脂的吸附、洗涤和解吸 、反萃取、结晶四、四环类抗生素 （一）、概述（一）、概述 结
14、构上都含有四并苯母核（二）、四环素性质1、溶解性： 在pH4.57.5之间难溶于水游离碱能溶于吡啶、甲醇、丁醇等有机溶剂和稀酸 、稀碱盐酸盐能溶于水，不溶或微溶于有机溶剂 2、稳定性：干燥低温稳定水溶液碱性条件下不稳定，酸性条件下（pH45 ）较稳定3、化学反应差向异构化：弱酸性pH26脱水反应：较强酸性pH2时脱水碱性条件下降解：弱碱性pH8，C环打开螯合反应： 与高价金属离子成盐：四环素与尿素形成复盐，用于精制与长链季胺碱成盐，带同萃取反应 （三）、提取工艺工艺要点：发酵液的预处理中酸化的作用、纯化剂的选择；结晶与尿素复盐第三节 其他微生物药物一、微生物产生的酶抑制剂（一）-内酰胺酶抑制剂
15、 克拉维酸 舒巴坦v克拉维酸，英文名称Clavulanic acid，简称CVA ，又名棒酸 1975年，美国哈佛大学教授Woodward提出如把青霉素和头孢菌素的 骨架进行组合的青酶烯一定会有很强的抗菌活力的假说S -oc-3 -羟基乙叉取代基C-6 上没有酰氨基v1976年从棒状链霉菌的代谢产物中分 离得到了克拉维酸，本身抗菌活性很 弱，但与羟氨苄青霉素组成的复合剂 奥格门汀、与羧噻吩青霉素组成的复 合剂timentin都具有很好的协同作用， 并应用于临床。克拉维酸提取纯化工艺工艺要点：萃取与浓缩沉淀：与碱性有机胺成盐而沉淀析出；10，搅拌加入5%（2（二甲氨基） 乙基）醚的乙醇溶液转型（二）降血脂作用的酶抑制剂：洛伐他汀-胆固醇的生物合成途径洛伐他汀 lovastatin1223Av2000年，降血脂药（降胆固醇药）成为全 球第二大治疗药物类别，全年销售额达159 亿美元，比同期增长21%。而他汀类降血 脂药是降血脂药的主力军，主要品种有:辉瑞的Lipitor（阿伐他汀）默克的Zocor（辛伐他汀）BMS的Pravachol/Mevalotin（普伐他汀）拜耳公司的Lipobay/Baycol（西立伐他汀） 诺华的Lescol（氟伐他汀） vMevacor(洛伐他汀)1
