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普遍存在，各种生物都能合成，只是速率不同，酶反应具有高度的专一性

产物合成具有明显的种属特异性，产物往往以一族化合物的形成出现

合成条件

一般只需要简单的营养条件，在各种可生长环境中代谢物均能形成

常需要复杂的营养条件，甚至需供给复杂的天然物质，产物只能在某些特定培养条件下合成

遗传控制

主要受染色体DNA控制

受染色体DNA和质粒DNA的控制

从表中可以得出次级代谢产物合成的特点：

1.次级代谢产物多在细胞生长停止以后合成；

2.初级代谢产物可直接或修饰后成为次级代谢产物合成的前体；

3.合成反应常包括聚合作用和修饰；

4.次级代谢产物分泌胞外；

5.合成反应受初级代谢影响，但控制较为间接、松弛，主要受次级代谢自身系统控制。

次级代谢产物可能的合成理由是：

1.食物储备；

2.拮抗作用；

3.次级代谢过程的重要性；

4.诱导产生菌的细胞分化；

5.诱导其他生物的细胞分化。

将次级代谢系统按如下方式进行分类

（1）I级反应在这一步反应中，初级代谢物被转化为次级代谢合成的中间体。

这类反应根据其相关的初级代谢途径可以进一步划分，如氨基酸的合成和代谢、核苷酸的代谢、糖的转化或辅酶的合成。

（2）II级反应这是一类缩合反应，相近的小分子单元被聚合成大分子

（1）乙酸-丙二酸单元的缩合

（2）氨基酸的缩合

二.次要组分

通常是主要产物的同系物，但是在有些列子中它们会呈现不同的结构类型。

三.微生物药物的定义

微生物药物通常来源于微生物的次级代谢产物，但并不是所有的微生物次级代谢产物都可以作为药物。

抗生素是指能够以低浓度仰制其他微生物生长的低分子量的微生物代谢物。

低分子量的微生物代谢物：

指的是在大多数情况下抗生素的相对分子质量为几千以内，而酶以及其他复杂蛋白质分子尽管可能具有抗微生物活性，却不认为是抗生素。

人们所说的抗生素还包括由天然产物经化学修饰后的产物，即半合成抗生素

一个狭义的微生物药物的定义为：

微生物在其生命活动过程中产生的能以及低浓度有选择地抑制或影响其他生物机能的低分子量的代谢物。

微生物药物的广义定义为：

能以低浓度有选择的抑制或影响其他生物机能的微生物或微生物的代谢。

四.微生物药物的几个相关基本概念

（1）最小抑制浓度（MIC）这是药物活性测定常用的参数。

（2）抑制谱药物能够选择性抑制/影响（即MIC值较低）的生物或生物分子的范围。

抗菌药物的抑制谱是指选择性抑制微生物的范围，抗肿瘤药物的抑制谱是指选择性抑制肿瘤细胞的范围等，

（3）药物活性是指药物对病原体作用的强弱

（4）毒性药物对宿主生物细胞的抑制或杀死作用，通常半致死剂量（

）表示。

（5）化疗指数判断一种药物的安全性和有效性的综合指标。

（6）抑制曲线药物对作用对象的抑制活性随时间变化的曲线，如抑菌曲线。

（7）药物敏感性药物对其所作用的对象的抑制活性的高低。

（8）药物的相互作用不同药物同时存在时，将会对各自的活性产生相互的影响。

五.微生物药物的命名

一般有以下几种命名药物的方法：

（1）根据产生药物的微生物分类命名如青霉素链霉素等。

（2）根据结构类型的特征命名常常是一族药物，如四环素类药物、氯霉素药物等。

（3）根据地名或纪念意义而命名如井冈霉素、土霉素、制霉菌素等。

（4）根据药物发现时的编号命名如FK506等。

（5）根据分子结构排列而定名即化学名。

六.微生物药物的分类

1.根据产生药物的生物来源进行分类

如放线菌产生的药物、青霉菌产生的药物等。

2.根据药物的作用对象进行分类

（1）抗革兰阳性菌药物青霉素、杆菌肽、林可霉素、新生霉素等

（2）抗革兰阴性菌药物链霉素、多黏菌素等。

（3）广谱抗菌药物氯霉素、四环素、红霉素、头孢菌素等

（4）抗真菌药物制霉菌素、灰黄霉素、两性霉素B、放线菌酮等

（5）抗病毒药物放线菌D、丝裂霉素C、博来霉素、抗肿瘤转移的干扰素等。

（6）抗病毒药物艾霉素等。

（7）抗原虫、昆虫药物嘌呤霉素、巴龙霉素等

（8）除草剂杀草霉素、主加霉素、双丙氨膦等

（9）酶抑制剂氨肽酶A、B抑制剂，碱性磷酸酶抑制剂等

（10）免疫调节剂环孢菌素、FK506等。

3.根据药物的作用机制进行分类

（1）抑制细胞壁合成药物如青霉素、头孢菌素、万古霉素、杆菌肽、环丝氨酸等

（2）影响细胞膜功能药物多黏菌素、制霉菌素、两性霉素B等

（4）抑制核酸合成药物利福霉素类、丝裂霉素、博来霉素等

（5）抑制生物能量反应药物抗霉素、短杆菌素、寡霉素等。

4.根据药物的化学结构分类

图P17

（1）

-内酰胺类药物

（2）四环素类药物

（3）氨基糖苷类药物

（4）大环内酯类药物

（5）多烯类药物

（6）多肽类药物

（7）安沙霉素类药物

（8）苯烃胺类药物

（9）蒽环类药物

（10）多醚类药物

（11）核苷类药物

七.微生物药物的作用机制

1.微生物药物作用机制的研究

（1）完整细胞水平一个非常有用的方法是在敏感细胞的培养物中，添加待测药物，然后观察药物对大分子如DNA、RNA、蛋白质、肽聚糖等合成的影响。

（2）部分纯化的无细胞体系一旦确定了药物的原初效应，接着就必须简明药物干扰的过程

1.前体物合成或酶的激活；

2.参与的酶或细胞器3.决定前体物搀入聚合物的信号系统等。

（3）纯化的酶系统在多酶反应体系中，每一种成分都可能成为药物的作用靶。

2.微生物药物的作用类型

根据药物作用的靶位，可以将微生物药物的作用分成如下几种类型。

（1）细胞壁抑制剂细胞壁抑制剂可以分成两类：

细菌细胞壁合成抑制剂和真菌细胞壁合成抑制剂。

（2）细胞膜功能抑制剂在生物细胞膜中，主要组分是蛋白质和类脂物质，另有少量的糖和微量的核酸类物质。

（3）核酸合成抑制剂这类药物通常是核苷酸类似物，如5-溴尿嘧啶、虫草菌素等。

（4）蛋白质合成抑制剂这类化合物的作用靶位通常是蛋白质合成过程和蛋白质合成的载体----核糖体。

（5）能量代谢和抑制剂真核生物和原核生物的氧化磷酸化系统是不一样的，细菌在质膜上进行，并且随着种属不同而不同；

而真核生物的氧化磷酸化是在线粒体中进行。

（6）抗代谢物药物这类药物主要是初级代谢物的合成拮抗物。

（7）免疫调节剂免疫调节剂分免疫增强剂和免疫抑制剂两种。

（8）酶抑制剂很多非感染性的生理性疾病，如高血糖、肥胖症、尿毒症等是由一种或几种正常的生理性酶功能的异常所致。

（9）农业和畜牧业药物某些微生物药物，不是用于人类疾病的治疗，而是用在农业、兽医药或动物畜牧业中。

八.微生物药物的应用

1.治疗疾病

（1）抑制谱每种药物都有抑制谱，任何一种药物都不能抑制所有病原体，甚至不同的细胞株系对药物的敏感性也不同。

（2）毒副作用对症下药并不是选药所考虑的惟一因素，还应考虑药物治疗可能引起的不良反应。

（3）药代动力学药物治疗的剂量和频率是建立在药理学和临床实验基础上的。

（4）流行病学和耐药性某些病原体不易产生耐药性，如在许多国家，肺炎链球菌在青霉素使用50年后也未出现观察到的耐药性。

（5）联合用药在治疗疾病时，经常采用联合用药的方法，即同时使用两种或更多种药物。

联合用药可以：

1.避免耐药性菌株的出现。

2.扩展治疗的抗菌谱3.增强治疗效果

2.预防疾病

预防性使用药物时应注意：

1.用于极可能会出现感染的情况2.正确选择3.给药时间

3.其他应用领域

（1）兽医药中的应用

（2）改善畜牧业产品的生产

（3）在农业上的应用

（4）作为研究工具的应用

第三节药物微生物技术

生物技术的目标是寻找/发现、利用/开发生物的各种特异的功能，最终发展成商业产品或技术流程。

第二章药源微生物及微生物药物的筛选技术

第一节重要的药源微生物类群

微生物药物的大量筛选中至少可以得出如一些经验性的结论

1.次级代谢产物的合成在微生物不同类群中的分布普遍的，但不是随初的，有些菌类群的产物较多。

2.能够较为丰富地产生次级代谢产物的细菌通常是那些具有细胞分化能力的类群。

3.在不同属，或同属不同种，甚至同种不同菌株之间，产生次级代谢产物的能力和代谢产物的种类是不同的。

4.某种生物活性次级代谢产物的合成与菌株生活的生态环境可能有着密切的联系

5.土壤是微生物的大本营，也是分离生物活性代谢物产生菌的良好资源。

6.在一些新的微生物类群，即研究较少的类群中分离到新型活性代谢产物的可能性要大得多。

7.极端环境，或特异环境下生活的微生物往往可以产生一些新奇作用机制或化学结构的次级代谢物。

次级代谢物事具有如下特性的低分子量的化合物：

仅由某些微生物菌株合成；

在培养物或菌落的生长中没有明显的功能，因突变而丢失并不对菌的生长和存活有明显的影响；

经常与分化过程关联着产生；

常常以一族相似化合物的形式合成；

仅在生长抑制状态下发表。

微生物细胞能产生大量的可在低浓度抑制其自身生长的物质。

1.在生长期微生物的次级代谢产物是不合成的

2.微生物的次级代谢产物是分泌到细胞外的

3.产生菌体内具有失活次级代谢产物的酶

4.次级代谢产物在产生菌胞内的作用靶位发生了改变。

二.重要药源微生物类群

（—）放线菌

1.分布和分类

放射菌在自然界中广泛分布，它们的主要生境是土壤，在有机多聚物如纤维素、几丁质、淀粉、木质素的降解中扮演重要角色。

2.生理性质

放射菌是革兰阳性细菌，好氧，生长形成分支的菌丝体，菌丝体有包含基生菌丝和气生菌丝。

3.遗传性质

链霉菌的分化可能存在两个调节机制：

一个在翻译水平上，即对包含T-TA密码子的基因的表达；

另一个在转录水平，调控含有由特殊

因子识别的启动子的基因。

4.应用

放线菌中发现的生物活性次级代谢产物包括如下几个组群

（1）氨基环醇类

（2）聚酮类（3）多肽类（4）核苷类

非链霉菌的放线菌中也发现了不少类群有重要的药物开发价值

（1）诺卡菌属

（2）无至酸菌属（3）多糖孢菌属（4）游动放线菌科（5）指孢囊菌属（6）小单孢菌属（7）马杜拉放线菌科

（二）芽孢杆菌属

1.分布和分类

芽孢杆菌属是属于芽孢杆菌科的单细胞棒状革兰阳性细菌类群，主要生境是土壤，以腐生方式生活。

2.生理性质

芽孢杆菌的主要特点是在不良环境条件下形成具有很强折射性的内生孢子

该菌的DNA转化很容易发生，在遗传分析中是强有力的工具。

另一个广泛应用的技术是PBS1噬菌体的转导。

芽孢杆菌属能够合成大量的，主要是水解酶活力的胞外蛋白，因此目前芽孢杆菌主要的工业应用是酶制剂的生产。

（三）假单胞菌属

假单胞菌属的菌株可以从非常恶劣的环境中分离。

几乎所有的假单胞菌属的菌株都只有简单的营养需求。

3.遗传性质

假单胞杆菌中的分解途径基因也是分散的。

4.应用

如色素，包括法荧光的核含铁绿脓菌螯铁蛋白。

（四）黏细菌

1分布和分类

黏细菌是一个大类滑动运动的革兰阴性细菌，在系统发生上市一个同源的类群。

2.形态发生

黏细菌的一个显著地，也是在原核生物中惟一的特点是其细胞之间复杂的社会行为，包括菌落细胞的运动、细胞的摄食、休眠体---子实体的发育和孢子形成等。

3.遗传研究

由于黏细菌发育及形态发生的分子遗传研究主要集中在黄色黏球菌和橙色标柱菌两种菌中，其中黄色黏球菌是研究黏细菌发育的模式菌。

转座诱变包括以下四个部分：

1.转座子的引进2.发生转座的细胞的鉴定3.如果不是随机的话，确定转座的位点4.转座后整合的稳定性。

基因的融合主要有以下四方面的作用：

1.检测特定条件下的基因表达2.检测尚未鉴定或无分析方法的蛋白质的形成3.分析基因调控4.分析蛋白质定位于细胞内或细胞外空间的机制。

黏细菌产生的生物活性物质有其自身的独特性，这主要表现在以下五个方面。

（1）种类多

（2）结构新（3）衍生物多（4）菌株特异性强（5）作用对象特别

（五）曲霉菌属和青酶菌属

青曲霉是自然界中广泛分布的腐生生物，最主要的栖居地是土壤，尤其在温暖的气候中。

2.繁殖

曲霉菌产生特征性的无性孢子生成器官----分子孢子梗，其特征是顶端膨大成球状，在膨大的求端辐射状成孢子链。

3.生理性质

青曲霉在固体培养基上生长上可形成大的扩展菌落，在液体中生长成团块状，营养要求简单，严格好氧，并对氧要求很高。

4.遗传性质

当获得所要的基因时，重组质粒被纯化，并转移到真菌菌株中。

（六）其他药物筛选热点微生物

1.海洋微生物

种类繁多、来源生源生境复杂的微生物是生物多样性的重要组成。

（1沉积物细菌

（2）深海细菌（3）共栖细胞（4）共生细菌

2.极端微生物

深海极端嗜压/耐压微生物等。

3.微生物新类群

稀有的、生长缓慢的、或者至今仍被忽视的微生物类群。

第二节药物微生物的筛选技术

一.分离样品的采集

收集样品时应考虑如下因素

1.环境中有机质的含量2.采集季节3.含水量4.酸碱度

二.微生物的分离

1.预处理2.分离3.微生物的鉴定

第三节药物筛选的发酵转化工艺

活性筛选涉及几个方面：

代谢物的产生，代谢物的细胞活性，代谢物的靶标活性，代谢物的体内活性等。

一.影响次级代谢产物生物合成的因素

1.营养因素发酵培养基中的营养因素对于微生物的生长是不可缺少的，但是有些对于次级代谢产物的合成有负面影响。

2.金属离子许多金属离子影响微生物次级代谢产物的产生。

3.前体通常可以增强微生物次级代谢产物的产生。

4.胞内诱导物微生物次级代谢产物的生物合成常常会被胞内的低分子量的诱导物所调节。

5.其他因素

（1）PH

（2）温度（3）通气和搅拌（4）渗透压

二.发酵条件的选择

1.发酵培养基营养物质的选择

2.含高浓度磷酸盐的培养基

3.含有高浓度其他盐的培养基

4.可被铵离子和磷酸盐抑制的发酵

5.PH碱性的培养基

6.X以混合培养

7.前体指导的生物合成

三.微生物转化

微生物转化的方法通常是将微生物细胞或酶固定化后操作，以重复使用和保持较长时间的反应活性。

1.直接生物合成

将一个天然化合物与具有羟基化作用、甲基化作用、酰化作用或糖基化作用等的无损伤细胞或酶一起X育

2.混合生物合成

（1）使用阻断突变体

（2）使用酶抑制制剂（3）重组DNA技术

第四节化学筛选

首先是使用几种个特殊的实验对代谢产物进行分离和检测，包括用颜色反应，几种试剂检测次级代谢产物中的代表性官能团。

第二步再对己分离的代谢产物的生物活性进行估计。

这种筛选方法的主要优点是检测的简便性和分离代谢产物的快速性。

第五节筛选模型

一.体外细胞筛选模型

1.超敏感细胞筛选模型

2.

内酰胺类化合物的细胞筛选模型

3.

内酰胺酶抑制剂的细胞筛选模型

4.作用于细胞壁合成的药物筛选模型

5.细胞膜抑制的筛选模型

6.抗代谢药物的筛选模型

二.体外分子筛选模型

1.抗生素钝化酶靶分子模型

2.受体靶分子模型

3.正常酶靶分子筛选模型

4.cccDNA靶分子筛选模型

第三章微生物药物的发酵生产技术

第一节微生物药物工业生产菌种

一.药物生产菌株

注意两个基本因素：

即生产菌株的产物合成潜能和产物合成的稳定性。

在药物开发中首要步骤之一是高药物合成水平：

提高菌株生产产物的能力和优化产物发酵合成的条件即药物产生菌由实验室到生产的开发。

二.生产菌株的筛选

影响菌株发酵合成药物的因素主要有两个方面：

一个是菌株的纯度，二是菌株的产物合成水平。

（一）生产菌株的纯化

工业生产菌株应能满足下列要求：

1.能够产生较高浓度的目标产物2.微生物药物工业发酵中高浓度产物一般是胞外产物。

3.产物便于分离提取4.能利用易得廉价原料5.不致病，不产生内毒素6.发热量低，需氧低，具备适中的发酵温度和细胞形态，即发酵条件较温和。

7.容易进行代谢调控。

（二）理化诱变及筛选

1.理化诱变

理化诱变方案的设计中有四个方面的问题需要考虑:

细胞的准备、诱变剂的选择、诱变处理的效率和突变株的分离。

2.随机筛选

经过突变后获得的大量突变株需要有效的筛选。

随机筛选时最经典的筛选方法。

3.理性筛选

理性筛选是在大量诱变的细胞基础上，应用可以促进提生产高率潜在因素的筛选技术来获取高产突变株。

（三）生产菌株基因重组改良

基因重组可以将目标基因同时转移到一个菌株中。

一些有益的性状可以再生产菌株中同时获得，二无益的性状能够被驯化消失。

1.自然繁殖系统2.原生质融合3.基因工程

三.生产种子的制备

菌种扩大培养的目的就是为每次发酵提供相当数量的代谢旺盛的种子，以利于缩短发酵时间，提高发酵罐利用率，并减少染菌的机会。

（一）生产菌种的保藏制备

生产菌种保藏制备的目的是在尽可能长的时间内保存菌株的活性，并要求能够保持生产菌株的遗传性状稳定性。

微生物菌种保藏的五个基本原则是：

低营养、干燥、缺氧、低温和密封。

（二）实验室种子的制备

1.斜面菌种制备

经常使用的菌株通常可以采用斜面制备短期存放的菌种。

斜面菌种要求丰富的孢子或营养菌体细胞。

制备斜面菌种的斜面要求：

斜面应软硬适中，光滑，表面无游离水，无污染，斜面长超过试管或茄型瓶长度2/3。

2.米孢子的制备

影响米孢子质量的因素有：

米的质量-用优质品种、新米；

米的湿度-以灭菌后不结块为准；

营养液成分等。

3.摇瓶种子的制备

摇瓶种子提供的通常是丰富的营养菌体细胞。

要求无污染、生产力高、菌体浓度高、处于生长阶段。

（三）种子罐种子的制备

种子罐种子制备仍然以生长营养菌体为目的，是进入发酵前的最后一个细胞扩增阶段。

第二节药物生产菌的生长和产物合成

一.药物生产菌的营养需求和培养基配制

在开发天然培养基时，应考虑：

1.新选微生物及其工艺的特殊营养需求;

2.为保持培养基成分稳定，改善储藏和加工条件3.原料的性质及配制、灭菌、发酵条件对产物提取的影响4.培养基及价格等。

微生物利用碳源的能力大致的趋势是：

己糖>

双糖>

戊糖>

多糖

二.影响微生物生长和产物合成的环境因子

1.温度2.压力和溶氧3.剪切力4.PH5.水活性6.基质和产物的浓度

三.微生物的生长与产物的合成

（1）生长偶联型

（2）部分生长偶联型（3）非生长偶联型

1.生长速率对产物合成的影响2.菌体生长量对产物合成的影响

第三节微生物次级代谢产物发酵生产的优化和控制

一.代谢调控和条件优化

（一）代谢调控

微生物初级代谢物和次级代谢物合成调控的主要机制都是阻X酶合成或抑制酶的活性。

1.碳源阻X2.氨源调控3.磷酸盐控制4.自控因子和多效因子5.产物反馈抑制

（二）条件优化

1.摇瓶发酵2.小规模发酵试验3.工艺放大

二.药物的发酵技术

1.搅拌式发酵罐2.补料分批发酵3.发酵培养养基的组成

三.生产过程及参数控制

1.种子2.培养基3.温度4.通气和搅拌5.泡沫6.染菌的控制

第四节.微生物药物的分离提取

一.提取的过程和原则

1.发酵液的预处理和固液分离2.提取（分离浓缩）3.精制（纯化）

分离提取中应该尊从如下的原则：

1.操作时间应尽可能的短2.操作温度一般要低3.分离纯化操作应在药物性质许可的PH范围内4.经常清洗消毒，避免杂君德污染5.如果是注射用药物，精制和成品阶段应保证无菌操作。

二.提取纯化的基本方法

1.吸附法利用适当的吸附法在一定的PH条件下，使发酵液中的目的产物被吸附，然后改变PH，以适当的洗脱剂将产物洗下。

2.沉淀法利用某些微生物代谢产物的两性性质，使其在等电点时沉淀，或在一定PH条件下，与酸碱盐形成不溶或几乎不溶或几乎不溶的复盐。

3.溶剂萃取法利用微生物药物在水和水不互溶的有机溶剂中的溶解性的差异，将药物从一种液体转移到另一种液体中，从而达到浓缩和提纯的目的。

4.离子交换法利用某些微生物药物能够解离成阴离子或阳离子的特性，通过离子交换树脂的选择性交换，实现产物的分离。

三.微生物药物提取方法的选择

1.产品的基本理化性能2.化合物的稳定性

第五节废弃物的综合利用和环境保护

一.菌渣的治理和综合利用

添加某些无机盐后做成复合肥料使用。

二.废水的治理与综合利用

微生物制药工业废水处理的理化方法：

X沉淀、吸附、气浮、焚烧和反X

第四章基因工程药物技术

第一节基因工程药物

基因工程药物就其本身而言，是利用基因工程手段来研究生产的药物

一.胰岛素

胰岛素是一种多肽激素，在维持血糖原、脂肪、某些氨基酸和蛋白质的合成，细胞内多代谢途径的调节与控制等方面都有重要作用。

二.胰岛素样生长因子

胰岛素样生长因子是一类结构不均一的多肽激素。

三.白细胞介素

白细胞介素是一类细胞因子，主要是由淋巴细胞在免疫应答过程中产生，也可以主要由特异性细胞产生。

1.白细胞介素2

人的白细胞介素2是由133个氨基酸残基组成的糖蛋白单体。

2.白细胞介素6

白细胞介素6是由多种细胞产生的一种多功能细胞因子。

四.纤溶酶原激活剂

尿激酶和链激酶是最早用于临床的纤溶酶原激活剂

五.人生长激素

人生激素是人的垂体腺前叶嗜酸细胞分泌的一种非糖基化多肽激素。

六.肿瘤坏死因子

肿瘤坏死因子是由抗原激活巨噬细胞产生的一种细胞因子。

七.促红细胞生成素

促红细胞生成素