《《抗生素发酵工艺》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《抗生素发酵工艺》PPT课件（276页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、概述一、概述 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，通过分离纯化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。 绪论二、抗生素的发展史u 我国早在宋朝真宗（我国早在宋朝真宗（998-1022）年代就开始利用）年代就开始利用接种人痘的免疫技接种人痘的免疫技术预防天花病。防天花病。u 1796年英国医生年英国医生利用接种牛痘苗利用接种牛痘苗预防天花并防天花并获得得成功。成功。 u1929：Fleming在葡萄在葡萄球菌培养皿中，污染的球菌培养皿中，污染的霉菌周围出现透明的抑霉菌周围出现透明的抑
2、菌圈。菌圈。u杀菌物质，断言太不稳杀菌物质，断言太不稳定，无法分离并用作药定，无法分离并用作药物。物。u1939：牛津病理家：牛津病理家Howard Florey，化学，化学家家Ernst Chain，Norman Heatley.发酵发酵瓶培养霉菌，培养里提瓶培养霉菌，培养里提取测活性，青霉素结晶。取测活性，青霉素结晶。u1940:8只注射链球菌，只注射链球菌，提取物对提取物对4只治疗。未经只治疗。未经治疗鼠在治疗鼠在24小时内死亡，小时内死亡，治疗鼠存活数天至数周。治疗鼠存活数天至数周。u1941年年2月开始治疗第一月开始治疗第一批人类病人。批人类病人。u1943：威斯康辛大学小：威斯康辛
3、大学小组，取得突破组，取得突破u生产菌表面培养：几十生产菌表面培养：几十个单位个单位u深层培养产黄青霉：深层培养产黄青霉：100U/mluX、UV诱变育种：诱变育种：1000-1500U/mlu不产色素变种：不产色素变种：66000-70000U/mlu1941年，美国年，美国辉瑞制瑞制药公司开始介入青霉素的公司开始介入青霉素的试验性性生生产，使用了生，使用了生产柠檬酸已檬酸已经非常成熟的通入无菌空非常成熟的通入无菌空气并气并进行行搅拌的深拌的深层发酵法。酵法。这种方法种方法给发酵工酵工业带来了革命性的来了革命性的变化。自此以后制化。自此以后制药业走走进了抗生素了抗生素时代代u我国微生物我国微
4、生物发酵制酵制药工工业起步起步较晚，晚，1953年，我国第年，我国第一家青霉素生一家青霉素生产厂厂上海第三制上海第三制药厂才建成投厂才建成投产。u1958年，我国最大的抗生素制年，我国最大的抗生素制药企企业华北制北制药厂在厂在石家庄建成投石家庄建成投产，主要，主要产品品为青霉素、青霉素、链霉素、土霉霉素、土霉素和素和红霉素等。霉素等。三、抗生素药物的分类抗抗细菌：青霉素、菌：青霉素、红霉素、四霉素、四环素素抗真菌：两性霉素抗真菌：两性霉素B、制霉菌素、灰黄霉素、制霉菌素、灰黄霉素抗抗肿瘤：瘤：丝裂霉素、裂霉素、诺卡霉素卡霉素抗病毒：阿糖腺苷、金抗病毒：阿糖腺苷、金刚烷胺胺四、微生物发酵研究范围
5、 微生物微生物发酵制酵制药是利用微生物是利用微生物进行行药物研究、生物研究、生产和制和制剂的的综合性合性应用技用技术科学。研究内容包括微生科学。研究内容包括微生物制物制药用菌的用菌的选育，育，发酵以及酵以及产品的分离和品的分离和纯化工化工艺等。等。 主要主要讨论用于各用于各类药物物发酵的微生物来源和改造、酵的微生物来源和改造、微生物微生物药物的生物合成和物的生物合成和调控机制、控机制、发酵工酵工艺与主要与主要参数的确定、参数的确定、药物物发酵酵过程的程的优化控制、化控制、质量控制等。量控制等。 第一章 微生物药物的产生菌常常见的制的制药用微生物用微生物 细菌菌 放放线菌菌 真菌真菌细菌之芽孢杆
6、菌属(Bacillus)放线菌 抗生素12000余种，60%左右来自放线菌，经济价值大。放线菌之诺卡氏菌属 (Norcadia)生产利福霉素、蚊霉素等放线菌之小单胞菌属 (Micromonospora) 多种可产抗生素，如棘孢小单胞菌(M. echinospora)产庆大霉素。放线菌之游动放线菌属 （Actinoplanes） 典型代表： 济南游动放线菌 (Actinoplanes tsinanesisn) 产创新霉素(creatmycin；1964)真菌之曲霉属(Aspergillus) 生产枸橼酸、葡萄糖酸、有机酸类、抗生素，进行甾体转化。真菌之青霉属(Penicillum) 产黄青霉(P
7、enicillum chrysogenum) 生产青霉素，也可用来生产葡萄糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏血酸真菌之头孢霉菌属(Cephalosporium)产黄头孢霉(Cephalosporium chrysogen)、顶孢头孢霉菌(Cephalosporium acremonium) 都生产头孢菌素C 第二节 制药微生物的育种菌种菌种选育育菌种菌种筛选菌种保藏菌种保藏菌种的退化和复壮菌种的退化和复壮一、发酵菌种的选育要求生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需的代谢产物的产量高，其它类似代谢产物少操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分离稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，遗传性状稳定、不
8、易变异退化安全性：非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素发酵菌种的选育方法从自然界中获得新菌种诱变育种杂交育种原生质体融合基因工程（1）从自然界中获得新菌种u土壤、空气、动植物等，严重污染的水域，极端环境等u基本程序： 采样预处理富集培养筛选鉴定野生型菌株（2）诱变育种物理或化学方法诱发突变物理诱变剂：紫外线、X-射线、-射线等化学诱变剂：氮芥、亚硝酸、5-氟尿嘧啶等u杂交育种杂交育种：借助有性重组，使不同菌株的遗传物质得以交换u原生质体融合育种原生质体融合育种：借助原生质融合技术实现遗传物质的交换u基因工程育种基因工程育种：DNA体外重组技术定向育种，技术含量高，应用面广二、菌种筛选（1） 随
9、机随机筛选 摇瓶瓶筛选法、法、琼脂脂块筛选法法（2）理性化）理性化筛选 筛选前体或前体前体或前体结构构类似物抗性突似物抗性突变株株 筛选营养缺陷型突养缺陷型突变株株三、菌种保藏(Culture conservation) 目的：保证菌种经过较长时间后仍保持生活能力，防止被杂菌污染，形态特征和生理形状尽可能不发生变异。 原理：根据微生物的生理、生化特性，人工原理：根据微生物的生理、生化特性，人工创造造条件（如干燥、低温、缺氧、缺乏条件（如干燥、低温、缺氧、缺乏营养等）使微生物养等）使微生物代代谢活活动处于不活于不活泼状状态，使其存活且得以延，使其存活且得以延续。在。在进行保藏行保藏时最好是最好是
10、选用菌种的休眠体，如芽用菌种的休眠体，如芽孢、孢子。子。通通过保藏可以减少微生物的新保藏可以减少微生物的新陈代代谢，降低菌种，降低菌种变异异的几率。的几率。菌种保藏三要素典型菌种的优良纯种的休眠体；创造有利于种子休眠的环境（低温、干燥、缺氧、避光、缺少营养）；尽可能采用多种不同的手段保藏同一菌株。菌种保藏的常用方法斜面低温保藏法石蜡油封存法砂土管保藏法麸皮保藏法甘油悬液保藏法冷冻真空干燥保藏法液氮超低温保藏法宿主保藏法方法名称主要特点适用范围保藏期斜面低温保藏法传代培养，4保藏各种微生物的短期保藏。1-6个月石蜡油封存法石蜡油隔绝空气，室温或4保藏各种微生物的中短期保藏，不适用某些能分解烃类的
11、菌种。1-2年砂土管保藏法沙土管作载体，干燥器中抽真空，室温或4保藏产孢子微生物和芽孢细菌的长期保藏，不适用对干燥敏感的微生物1-10年麸皮保藏法麸皮作载体，干燥，4保藏产孢子霉菌和某些放线菌，工厂多采用此法1年甘油悬液保藏法悬浮于10-15%甘油中，需低温冰箱基因工程菌1年/10年冷冻真空干燥保藏法用保护剂制备悬液，快速冻结，减压抽真空，需冻干机各类微生物5-15年液氮超低温保藏法保护剂，超低温（-196），需超低温液氮设备各类微生物15年以上宿主保藏法与培养基混合直接低温保存专性活细胞寄生微生物（如病毒）u菌种保藏机构ATCC（美国典型菌种保藏中心）CMCC (中国医学微生物菌种保藏管理中
12、心)NBRC (日本技术评价研究所生物资源中心)四、菌种的退化和复壮退化：退化： 基因突变基因突变 连续传代连续传代 环境不良或污染环境不良或污染了杂菌了杂菌生产能力下降生产能力下降抵抗不良环境条件抵抗不良环境条件能力减弱能力减弱复壮纯种分离种分离 粗放、精粗放、精细寄主复壮寄主复壮选择合适的培养条件合适的培养条件 改改变营养成分、酸碱度、培养温度养成分、酸碱度、培养温度第二章 培养基第一节第一节 培养基的成分培养基的成分 原则：原则： 根据菌种特性、微生物生长发育阶段、发酵产物根据菌种特性、微生物生长发育阶段、发酵产物特点等因素合理配制使用不同成分及配比的培养基，为特点等因素合理配制使用不同
13、成分及配比的培养基，为微生物提供适宜的营养物质，以满足菌体生长和合成产微生物提供适宜的营养物质，以满足菌体生长和合成产物的需求。物的需求。 一、碳源 工业常用： 糖蜜（营养丰富，物美价廉） 玉米淀粉及其水解液（克服葡萄糖代谢过快的弊病） 油脂（消除泡沫） 糊精第一第一节 培养基的成分培养基的成分二、氮源有机氮源：有机氮源： 黄豆饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、蛋白胨、酵母粉、黄豆饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、蛋白胨、酵母粉、鱼粉鱼粉无机氮源：无机氮源： 铵盐、硝酸盐、氨水铵盐、硝酸盐、氨水三、无机盐和微量元素磷（链霉素、四环素）硫（青霉素、头孢菌素）铁（青霉素、四环素、麦迪霉素）镁（卡那霉素、新生霉素、链霉
14、素）锌（链霉素、青霉素）氯（金霉素、灰黄霉素）四、前体 前体是指加入到发酵培养基中的能够直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去而自身结构没有显著变化的一类小分子物质。 注意：少量多次注意：少量多次 五、促进剂和抑制剂 促促进剂是指那些既不是是指那些既不是营养物养物质又不是前体却能又不是前体却能提高提高产物物产量的添加量的添加剂。 抑制抑制剂是指在是指在发酵酵过程中会抑制某些代程中会抑制某些代谢途径的途径的进行，同行，同时会使另一代会使另一代谢途径活途径活跃，从而，从而获得人得人们所所需的某种需的某种产物或是正常代物或是正常代谢的某一代的某一代谢中中间产物物积累累起来。起来。六、生长因子
15、 那些那些对微生物生微生物生长不可缺少的微量有机物不可缺少的微量有机物质，微，微生物不能通生物不能通过普通的碳源、氮源合成普通的碳源、氮源合成这些物些物质，需另，需另外添加，包括外添加，包括维生素、氨基酸、生素、氨基酸、嘌呤碱和呤碱和嘧啶碱及其碱及其衍生物。衍生物。第二节 培养基的类型类别：按：按组成成分分成成分分 合成培养基：成分明确、合成培养基：成分明确、稳定，多用于研究和育定，多用于研究和育种，不适合大种，不适合大规模生模生产。 天然培养基：天然天然培养基：天然动植物植物产品，品，营养丰富、价格养丰富、价格低廉、适于工低廉、适于工业生生产。按培养基的物理状态分固体培养基：适合菌种的培养和
16、保存固体培养基：适合菌种的培养和保存半固体培养基半固体培养基液体培养基：适合液体培养基：适合发酵工酵工业大大规模使用模使用按培养基的生产用途分孢子培养基子培养基 供菌种繁殖供菌种繁殖孢子用的，常采用固体培养基。子用的，常采用固体培养基。 条件：培养基条件：培养基营养不要太丰富养不要太丰富 无机无机盐浓度适当度适当 培养基的培养基的PH值要适中要适中 常用：麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、常用：麸皮培养基、小米培养基、大米培养基、玉米培养基玉米培养基二、种子培养基 种子培养基是供种子培养基是供孢子萌子萌发和菌种生和菌种生长繁殖用的培繁殖用的培养基，养基，营养成分要比养成分要比较丰富、完全、易被菌体利用。丰富、完全、易被菌体利用。 营养成分：葡萄糖、糊精、蛋白养成分：葡萄糖、糊精、蛋白胨、玉米、玉米浆、酵、酵母粉、硫酸母粉、硫酸铵等。等。三、发酵培养基 发酵培养基是供菌种生酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成、繁殖和合成产物用的物用的培养基。培养基。 注意：碳氮源速效和注意：碳氮源速效和迟效的相互搭配，少用速效效的相互搭配，少用速效营养，多加养，多加迟效效营养，比例适宜。养，比例适宜。第三
