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1、现代定义：生物所产生的能够在低微浓度下有选择地影响它种生物机能的有机物。抗生素时代的开创1929年，Fleming发现青霉素1940年，Chain和Florey提取纯化了青霉素，1943年，实现了青霉素的工业生产1943年，Waksman发现链霉素1957，Umezawa发现卡那霉素临床上应用的抗生素有时存在以下问题：1、耐药菌2、过敏反应3、毒性较大4、活性较低等酶抑制剂概念的提出：梅泽滨夫（Umezawa）微生物有机体内酶及其抑制剂是共存的梅泽滨夫研究小组的工作开创了微生物药物的新纪元微生物药物基于微生物整体或实体的药物：菌苗、疫苗。来源于微生物初级代谢产物的药物：氨基酸、维生素。来源于微
2、生物次级代谢产物的药物：抗生素、其它生理活性物质（酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂等）。微生物药狭义内涵：来源于次级代谢产物抗生素剂量表示法效价单位：每ml或每mg样品中所含某种抗生素有效成分的多少效价是衡量抗生素有效成分的尺度，也是衡量抗生素性能的标志青霉素效价表示方法：（稀释单位法）1个青霉素效价单位=抑制50ml肉汤培养基中生长的金黄色葡萄球菌的最小青霉素浓度1mg青霉素G钠盐能抑制83350ml肉汤中生长的葡萄球菌，所以1mg青霉素G钠盐的效价单位为1667u。链霉素SM效价（重量单位法）：规定链霉素效价单位=1000u/mg（C21H39O12N7，SM分子量581.6）链霉素硫酸盐
3、（C21H39O12N73/2H2SO4，盐分子量728.7）链霉素硫酸盐效价=SM理论效价XSM分子量/盐分子量=1000X581.6/728.7=798u/mg抗菌谱：把某种抗生素所能抑制或杀灭病原体的范围和剂量称为该种抗生素的抗菌谱。抗生素分类：一、按产生菌分类1、真菌产生的抗生素：如青霉素、头孢菌素、灰黄霉素2、放线菌产生的抗生素：如链霉素（灰色链霉菌）、红霉素（红色链霉菌）、四环素（金色链霉菌）、林可霉素（林肯链霉菌）庆大霉素（小单孢菌）等3、细菌产生的抗生素：如多粘菌素、杆菌肽、短杆菌肽4、植物及动物产生的抗生素：地衣酸、绿藻素、蒜素。二、按化学结构分类1、3内酰胺类：青霉素类、头
4、孢菌素类、碳青霉烯类等2、氨基糖苷类：链霉素、卡那霉素、庆大霉素等3、大环内酯类：红霉素、柱晶白霉素、螺旋霉素等4、四环类：金霉素、四环素、土霉素等5、多肽类抗生素：多粘菌素、放线菌素、杆菌肽、短杆菌肽6、蒽环类抗生素：柔红霉素、紫红霉素、阿霉素、色霉素、光神霉素等7、多烯大环类抗生素：分子结构特征是不仅有大环内酯，而且内酯中尚存有共轭双键，如制霉菌素、两性霉素B、曲古霉素、球红霉素8、苯烃基胺类抗生素：氯霉素及其衍生物9、环桥类抗生素：利福霉素、利副平等10、其它抗生素：磷霉素、创新霉素等医用抗生素应具备的条件1、具有“选择毒力”2、在人体内应发挥其抗生效能，而不被人体血、脑脊液及其他组织成
5、分所破坏。生物活性大3、给药后应很快被吸收，迅速分布到被感染的器官和组织4、不易产生耐药性5、具有较好的理化性质，利于提取、精制，且具有一定的有效期。抗生素的生产方法（三大类）1. 生物合成法（微生物发酵法）菌种T种子制备T发酵T提炼T精制T成品特点：成本较低，周期长，波动性较大。2. 化学合成法某些抗生素化学结构简单，可用全合成的方法进行生产，如氯霉素。3. 半化学合成法（半合成法）利用化学方法对生物合成的抗生素进行结构改造，从而获得性能更优良的新抗生素此法分为两个阶段： 通过生物合成法制取某种抗生素，如青霉素36APA用化学法进行结构改造。耐药性的遗传学机制1、诱导性耐药2、非诱导性耐药（
6、结构性耐药）3、人工耐药菌4、自然耐药菌主要机制：具有控制耐药性遗传的质粒，在肠道菌中为R因子，葡萄球菌中为r因子，R因子与r因子都有与细菌耐药性有关的基因，都可传递到敏感菌中，引起耐药菌的逐渐增加。耐药性的生化机制1、细菌产生灭活酶：产生分解酶或钝化酶G+或G-中耐青霉素或头孢菌素的，几乎都是由细菌产生3-内酰胺酶，这类酶加水将抗生素的3内酰胺环打开，形成无活性的物质。2、细胞膜通透性改变细胞膜通透性下降：氨基糖苷类外膜微孔蛋白的缺失3、靶位结构或亲和力改变大环内脂类：50S腺嘌呤碱基甲基化耐链霉素菌株因核糖体30S亚基的变化而耐药。卡那霉素耐药菌株有30S改变与50S改变形成的耐药菌株4、
7、细胞膜主动外排机制耐四环素菌株产生称为tet蛋白质的膜蛋白。tet蛋白质形成12个贯通膜的通道，在中央有较大亲水性的环状结构，有促进四环素主动外排的作用。绿脓杆菌菌种选育的概念：菌种选育技术1、经验育种：自然选育、诱变育种2、现代菌种选育：杂交育种、原生质体融合、分子育种自然选育：利用微生物在一定条件下产生自发突变的原理，通过分离，筛选排除衰退型菌株，从中选择维持原有生产水平的菌株。是一种纯种选育的方法。自然选育的目的：1、纯化菌种2、防止菌种衰退3、稳定生产4、提咼产量自然选育的方法1、单孢子悬浮液的制备2、分离及单菌落培养3、筛选诱变育种：利用诱变剂处理微生物群体，使其中部分细胞的遗传物质
8、结构发生改变，从而引起微生物性状发生改变，然后从群体中筛选出目的菌株的过程特点：速度快、收效大、方法简便缺乏定向性、工作量大主要包括出发菌株的选择、诱变处理和筛选突变株三个部分突变诱发过程及影响因素前突变：诱变剂所造成的DNA分子的某一位置的结构改变称之前突变可以通过影响DNA复制而成为真正的突变，也可以经过修复重新回到原有的结构，即不发生突变（一）诱变剂接触DNA分子前1、细胞对诱变剂的透性2、细胞质的某些组分和某些酶可和诱变剂相互作用3、与基因所处的状态有关，而基因的状态又和培养条件有关（二）DNA损伤的修复1、光复活作用2、切补修复：3、重组修复：又称为复制后修复4、SOS修复系统5、D
9、NA多聚酶的校正作用：增变突变型（三）从前突变到突变1、校正差错：光复活作用、切补修复、DNA多聚酶校正作用：2、引起差错：重组修复、SOS修复系统（四）从突变到突变型表型迟延：突变基因的出现并不等于突变表型的出现，表型的改变落后于基因型改变的现象。1、分离性迟延：是经诱变处理后，细胞中的基因处于不纯的状态，突变型基因由于属于隐性基因而暂时得不到表达，需经过复制、分离，在细胞中处于纯的状态时，其性状才得以表达。2、生理性迟延：突变基因由杂合状态变为纯合状态时，还不一定出现突变表型，新的表型必须等到原有基因的产物稀释到某一程度后才能表现出来。诱变剂：凡能显著提高生物体突变频率的各种因素都称为诱变
10、剂1物理诱变剂：主要包括紫外线（UV）、X射线（X-ay）、丫射线（-ray）、快中子（FN）、B射线、超声波、激光等。2化学诱变剂烷化剂：亚硝基胍、甲基磺酸、亚硝酸等碱基类似物：5-溴尿嘧啶、6-氨基嘌呤等嵌合剂：吖啶类染料、溴化乙锭等抗生素：丝裂霉素C、放线菌素D等化学诱变剂的优缺点：1）大多数情况下，就突变数量而言，要比电离辐射更有效。2）经济的，因为只需要少量的合适的诱变剂，设备是实验室的一般玻璃器皿，一个蒸气罩。3）大部分诱变剂是致癌剂3生物诱变剂噬菌体：溶源性噬菌体转座因子诱变剂的选择诱变剂作用：1）提高突变频率2）扩大产量变异的幅度3）使产量变异朝正突变或负突变方向移动选择诱变频
11、率比较高的常用诱变剂合适剂量：凡是既能增加变异幅度，又能促使变异向正突变范围移动的剂量就是合适的剂量高剂量（致死率90%以上）引起变异范围大，变株比较多，适用于单位产量较低的菌株长期用于工业生产经过多次诱变选育的菌株，则宜用中等剂量（致死率为70%80%），甚至更低。并且一般认为低剂量可以提高正变率影响诱变效果的因素1、选择合适的出发菌株即通过选育能有效提高目标产物产量的菌株用作诱变的出发菌株必须产量高，对诱变剂的敏感性大，变异幅度大2、采用分散状态的孢子悬浮液处理3、采用单核细胞（或核质体）处理4、注意微生物的生理状态对数期的细菌、霉菌或放线菌的分生孢子稍稍萌发5、适宜的诱变剂量同一诱变剂一
12、次使用、先后多次使用不同诱变剂同时使用、先后多次使用等诱变剂的复合处理常常呈现一定的协同效应。同时,抗生素产量是数量性状,是微效多基因作用的结果,即抗生素的增产是一种累积效应。因此,这种复合诱变应多次循环进行,诱变效果会更理想。突变株的筛选1、随机筛选肉眼观察法排除低产菌落：经验性琼脂块法排除低产菌落：春日霉素的筛选，提高效率，稳定性差直接摇瓶筛选法：准确性高，但工作量大，效率低2、理性化筛选根据已知的或可能的生物途径、代谢调控机制和产物分子结构来设计筛选方法，以打破微生物原有的代谢调控机制，获得能大量形成产物的高产突变株。比如，已得到去代谢物调节突变株、抗生素酶缺失突变株、形态突变株、耐前体
13、及结构类似物突变株、膜渗透性突变株等。杂交育种：是指将两个基因型不同的菌株经吻合（或接合）使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。部分的定向育种局限性：要求较高，操作复杂杂交育种目的：1、获得杂种菌株（重组体）2、优良生产性能集中于重组体3、扩大变异范围，改变产品的质量和产量，甚至出现新的品种4、促进遗传学理论的发展杂交育种的过程：a、标记菌株的选择如营养缺陷型、抗药性突变型b、异核体的形成异核体：即一条菌丝里含有两个遗传特性不同的细胞核，它们共同生活在同一细胞质中此种异核体一般较稳定c、杂合二倍体的形成异核体菌丝在繁殖过程中偶尔发生两种不同遗传型核融合，这样就形成了杂合二倍体。提
14、高形成杂合二倍体的频率：如紫外线照射、提高培养温度d、重组体的形成并单倍化杂合二倍体在繁殖过程中在同源染色体两个染色单体之间进行有丝分裂交换（体细胞重组）单倍重组体比较稳定，但自发的单倍化频率较低，可在培养基中加入对氟苯丙氨酸，可促进体细胞重组，提高分离子出现频率e、重组体遗传性状的分析原生质体融合：用脱壁酶将微生物细胞壁除去，制成原生质体，再用聚乙二醇（PEG）促进原生质体发生融合，从而获得融合子，它保持原细胞的一切活性2、过程：a、选出标记菌株要求亲株性能稳定，大多采用营养缺陷型或抗药性标记。b、两亲株分别制备原生质体细菌和放线菌采用溶菌酶酵母菌可采用蜗牛酶或纤维素酶霉菌用蜗牛酶或几丁质酶
15、、纤维素酶等破壁后的原生质体必须置于高渗溶液中，以防破裂c、亲株原生质体融合PEG助融，PEG聚合度1000-6000范围，最终浓度为50%，d、原生质体再生涂布在再生培养基上，原生质体可再生细胞壁，并恢复其繁殖能力e、融合子的选择依靠遗传标记，于选择培养基中进行选择，两个遗传标记能互补，就可确定为融合子分子育种：是运用体外DNA技术获得目的基因，再借助于载体，将目的基因转移至新的宿主细胞并使其在新的宿主细胞系统内进行复制和表达，从而使一个细胞的优秀性状转移给另一个细胞的方法。定向育种。菌种保藏1、定期移植保藏法斜面菌种低温保存，每隔一定时间重新移植培养一次特点：操作简单、保存时间短（2-6个
16、月）、易发生变异2、矿油（液体石蜡）保藏法在斜面培养或穿刺培养上加一层液体石蜡，液体石蜡可以防止失水干燥，隔绝空气，降低菌种细胞代谢速率。适用于各类微生物，尤其是不形成芽孢或孢子的真菌。保藏期1-8年以上3、沙土保藏法将细土与沙按1:2（W/W）混合，经灭菌后，将微生物孢子附着在上面进行干燥，然后加以保存。抗生素工业生产中应用最广。可保存1-数年4、真空冷冻干燥保藏法细胞加入保护剂，在真空条件下冰冻，使样品中的水分直接升华为蒸汽，达到干燥状态。保藏期可达1-20年以上5、液氮冷冻保藏法液氮（-196C）。最可靠长期保存方法（1-10年以上）。缺点是需要特殊设备。培养基：人工按一定比例配制的供微生物生长繁殖和
