《工业微生物》第八章ppt课件

工业微生物,第八章 微生物在医药方面的应用,,第一节 生物制品,一、疫苗（vaccine） 疫苗是由病原微生物本身制备而成的抗制剂，广义的疫苗包括细菌、病毒和立克次体等病原微生物制成的疫苗，注射后使机体产生抗体或致敏淋巴细胞，达到特异性免疫的效果。为了便于区别，习惯上将细菌、螺旋体、支原体等制成的制品称为菌苗（bacterial vaccine），狭义地将病毒、立克次体和衣原体制品统称为疫苗。,,第一节 生物制品,1死菌（疫）苗（killid vacine） 通常是将人工培养的病原微生物用物理方法（如加热）或化学方法（如甲醛处理）杀死制成，使其失去毒力，而保留其抗原性。这种菌（疫）苗的特点是不能在体内繁殖，维持抗原刺激的时间短，产生免疫力不高，所以接种量要大。对人体的副作用也很大，有时还会引起机体发热、全身或局部肿痛等反应。常须以小剂量作多次注射。但它容易保存，保存期长。制备死菌（疫）苗的菌种一般选用抗原性高且毒性强的菌株。常见的死菌（疫）苗有百日咳、伤寒、副伤寒、霍乱、流行性乙型脑炎和斑疹伤寒、狂犬疫苗等。,,第一节 生物制品,2活菌（疫）苗（live vaccine） 用失去毒力或减弱毒力但仍保持抗原性的病原体突变株制成。这类菌（疫）苗有卡介菌（预防结核病的菌苗）、炭疽菌苗、牛痘疫苗、鼠疫菌苗、脊髓灰质炎疫苗以及麻疹苗等。 活菌（疫）苗比死菌（疫）苗更有效，因为接种后，它在体内能生长繁殖一定时间，刺激机体产生免疫力。只需一次接种，用量小，免疫力保持时间久，副作用小，但难保存，易失效。制备活菌（疫）苗所用菌株的来源有两种，一是从具有免疫力的带菌机体中选择弱毒株（如鼠疫活疫苗）；二是用人工培养法使病原体变异以降低毒力（如麻疹疫苗、卡介苗）。制备活疫苗所用菌株，其无毒或减毒性状必须很稳定，即使反复进入易感机体也不会恢复毒力，否则就不能用于制备活疫苗。,,第一节 生物制品,3自身疫苗 是从患者病灶中分离的病原菌制成的死菌苗，作多次皮下注射后，可治疗那些反复发作并经抗生素治疗无效的慢性细菌性感染疾病。如葡萄球菌引起的慢性化脓性感染、大肠杆菌引起的慢性肾炎等。,,第一节 生物制品,4亚单位疫苗 每一种病原微生物均有多种性质不同的抗原成分，其中只有一小部分能使机体产生有保护性的免疫力。因此，整体微生物制成的疫苗有很多无效成分，副作用也强。若将有效成分提出来制成疫苗，既可提高免疫效果，又可减少副作用，此种疫苗称作亚单位疫苗。如腺病毒的衣壳亚单位疫苗、乙型肝炎的表面抗原亚单位疫苗以及大肠杆菌菌毛亚单位疫苗等。亚单位疫苗效果好，又无毒副作用，是疫苗的发展方向之一。,,第一节 生物制品,5化学疫苗 用化学方法提取微生物体内有效免疫成分而制成的疫苗，其成分一般比亚单位疫苗更简单，例如肺炎链球菌的荚腊多糖或脑膜炎球菌的荚膜多糖都可制成多糖化学疫苗。 6合成疫苗 用人工合成的肽抗原与适当载体和佐剂配合而成的疫苗，称为合成疫苗。例如人工合成的白喉毒素的14肽以及流感病毒血凝素的18肽等加上适当载体和佐剂后，都可制成合成疫苗。,,第一节 生物制品,7基因工程疫苗 这是一类通过DNA重组技术获得的新型疫苗，又称DNA重组疫苗。利用基因工程新技术已获得了一系列有实用价值的疫苗。如编码HBSAg基因插入酿酒酵母基因组中表达成功的DAN重组乙型肝炎疫苗等。DNA重组疫苗可用于治疗癌症等疑难病症。 8抗独特型疫苗 抗体分子（Ab1）作为抗原时可产生抗抗体（Ab2），若此Ab2是针对Ab1的独特型决定簇，则称为抗独型抗体。抗独特型抗体可能在构象上模拟原始抗原（与Ab1对应的抗原），因此可作为原始抗原的替代物，刺激机体产生抗原始抗原的免疫应答，又避免了原始抗原的致病性。,,第一节 生物制品,9核酸疫苗 用病原体一段具有保护效应的核酸片段异入体内，通过在体内的表达激发机体产生抗感染免疫，称为核酸疫苗，又称基因疫苗或DNA疫苗。比传统疫苗安全，比亚单位疫苗制备简单，是疫苗研制的重点之一。,,第一节 生物制品,二、类毒素 用0.3%0.4%的甲醛处理外毒素，可使外毒素脱毒。但仍保持其抗原性，这种经脱毒处理的外毒素叫类毒素。注射类毒素可使机体产生对应外毒素的抗体（即抗毒素），故可预防该病发生。最常用的类毒素有白喉类毒素和破伤风类毒素。类毒素可与死疫苗联合使用。 三、免疫血清 含有特异抗体的血清叫免疫血清。利用免疫血清对人体进行人工被动免疫，可使机体立即获得免疫力以达到治疗或紧急预防的目的。但因抗体非自身产生，耗完后就无补充，所以其免疫时间甚短（仅维持2-3周）。,,第一节 生物制品,1抗毒素 如白喉抗毒素或破伤风抗毒素等，通常是马的免疫血清制品。抗毒素可中和相应外毒素的毒性，主要用于由外毒素所致疾病的治疗或应急预防。 2胎盘球蛋白及血清球蛋白 胎盘球蛋白是从健康产妇的胎盘中提取的丙种球蛋白，血清丙种球蛋白是从血清中提取的，主要用于预防麻疹和传染性肝炎等。,,第二节 抗生素,表8-1 常见抗生素,,第二节 抗生素,,第二节 抗生素,,第二节 抗生素,,第二节 抗生素,,第二节 抗生素,由于抗生素的大量使用，病原微生物的抗药性随之增强。近年来，通过抗生素的化学改造，研制出新的衍生物，即半合成抗生素。利用基因工程技术可以大大提高微生物的抗生素生产能力。基因重组既可能采用传统的接合、转导、转化及原生原体融合等方法，也可以通过现代基因工程技术对基因进行直接操纵。例如，通过重组DNA技术增加微生物中编码某种影响抗生素合成的关键酶的基因剂量，就可以提高这种酶的表达量，提高抗生素的产量。利用现代基因工程技术还可以改善抗生素的组分、改进抗生素生产工艺、产生杂合抗生素等。此外，由于对抗癌抗生素的研制，使抗生素的生产迅速发展。,,第二节 抗生素,在目前市售的50多种抗生素中，由放线菌产生的有40种，由细菌和霉菌产生的分别有6种和5种。作为抗生素研究对象的微生物，首先是放线菌，其次是霉菌和细菌。进行抗生素的生产，首先要进行生产菌的分离、筛选，找出生产能力高的菌株，一般以土壤作为分离对象；再按生产目的进行抗菌性试验。例如，研究抗癌抗生素时，需将培养液注射入小白鼠的吉田肉癌或艾氏腹水癌中，观察腹水肿癌细胞数量和形态的变化、体重的变化以及延长寿命的效果等，判断培养液中有没有抗癌物质。经抗菌试验的菌液，需经提取、精制、鉴定才能确定其理化和生物学性质，确定是否是新的抗生素，最后还要经过毒性试验和动物治疗，药理和临床试验。农用抗生素必须由盆栽试验到大田试验的长期而大规模的试验。,,第二节 抗生素,二、常见抗生素的种类及生产菌 1内酰胺抗生素 它们属于氨基酸肽类抗生素，青霉素及头孢霉素是天然的内酰胺抗生素，是临床上最为重要的化学治疗剂，几乎无毒性，有较广的抗菌谱。另还有肽类或缩肽类抗生素，如杆菌肽A、瑞斯托菌素（A，B）、万古霉素、放线菌素、多粘菌素等。它们有较广的抗菌谱，但毒性较大，常限制使用。,,第二节 抗生素,青霉素的生产菌主要是产黄青霉系列菌及点青霉，另还发现有不整齐青霉、灰褐青霉菌、赤迹青霉菌、荧光青霉菌及玫瑰青霉菌、黄曲霉菌及巨大曲霉菌、黑曲霉菌、构巢曲霉菌、黄柄白曲霉菌、米曲霉菌、寄生曲霉菌。此外，须发藓霉、絮状表皮藓霉、头孢霉、翅孢壳霉、桃色拟青霉及链霉菌都能产生青霉素。,,第二节 抗生素,头孢霉素的生产菌主要是头孢霉菌，也可由顶头孢霉、利波曼氏、链霉菌产生。 杆菌肽A由枯草杆菌地衣形芽孢杆菌生产，对很多革兰氏阳性菌有抗性，并可抑制细胞反常增长，也可作为食物添加剂，但对肾脏有毒性。 瑞斯托菌素A和B由诺卡氏菌生产，对革兰氏阳性菌、结核分枝杆菌、棒状杆菌等有作用，但毒性很强，能使白细胞、血小板减少，因此限制使用。,,第二节 抗生素,万古霉素由东方链霉菌生产，对金黄色葡萄球菌、肺炎球菌等有作用，但能引起血栓性静脉炎。 放线菌素由各种链霉菌产生，有抗肿瘤作用，但对肝、肾有毒。 多粘菌素（B1、B2）的生产菌主要是多粘芽孢杆菌，对革兰氏阳性菌有强烈作用，特别是对大肠杆菌。另外多粘霉素E1、E2对嗜血杆菌、铜绿色极毛杆菌有作用。,,第二节 抗生素,2氨基糖苷类抗生素 它们基本上是由氨基糖、放线菌胺或脱氧放线菌胺一起组成的物质，主要有链霉素、双氢链霉素、卡那霉素A，B，C、托普霉素、新霉素B，C等。是对革兰氏阳性、阴性细菌有作用的广谱抗生素，但不能口服，并对肾和听觉有毒性。 链霉素、双氢链霉素的生产菌主要是灰色链霉菌；卡那霉素A，B，C的生产菌主要是卡那霉素链霉菌；托普霉素的生产菌主要是黑暗链霉菌；新霉素B，C的生产菌主要是弗氏链霉菌。,,第二节 抗生素,3大环内脂抗生素 它们是由内脂环通过葡萄糖苷键与糖连接的物质，主要有红霉素、株晶白霉素、竹桃霉素、螺旋霉素等。对革兰氏阳性菌和某些革兰氏阴性菌有作用。 红霉素的生产菌主要是红霉素链霉菌；株晶白霉素的生产菌主要是北里链霉菌；竹桃霉素的生产菌主要抗生链霉菌；螺旋霉素的主要生产菌是产二素链霉菌。它们可用于治疗，也可用于动物饲料添加剂。,,第二节 抗生素,4多烯烃抗生素 这类抗生素有的具内脂环，如：制霉菌素、匹马霉素、制酵母菌素、哈霉素等；有些没有内脂环，如：烟曲霉素。主要对真菌和酵母菌有作用，常用于治疗真菌的感染。 制霉菌素的主要生产菌是诺尔斯链霉菌；匹马霉素的主要生产菌是Streptomyces albulus、S. natalensis、S. gilveosporus、恰塔努加链霉菌；制酵母菌素的主要生产菌是制酵母菌链霉素；哈霉素的主要生产菌是S. primprina。烟曲霉素的主要生产菌是烟曲霉，能有效治疗阿米巴痢疾。,,第二节 抗生素,5四环素 四环素是具全氢并四苯骨架结构的物质，主要有四环素、土霉素、金霉素、强力霉素；属于广谱抗生素。 四环素的主要生产菌是抗生素链霉菌、金色链霉菌。金霉素的主要生产菌是金霉素链霉菌，用于治疗葡萄糖球菌及肠道球菌的感染。土霉素的主要生产菌是黾裂链霉菌，特别用于治疗结核病、阿米巴痢疾、梅毒、蛲虫病。,,第二节 抗生素,6芳香族抗生素 它们是含有芳香族基本结构的一类抗生素，主要有氯霉素、灰黄霉素、新生霉素。氯霉素的主要生产菌是委内瑞拉链霉菌和依州链霉菌，它对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性菌及立克氏体有抗菌作用，特别是对肠道寄生细菌（如：沙门氏菌）有抗菌作用。灰黄霉素可由多种产青霉素的种生产，如：灰黄青霉、黑青霉、展开青霉、金氏青霉、瑞氏青霉。是一种有效的抗真菌抗生素，但对细菌无作用。新生霉素可由白链霉菌、浑球链霉菌及亚热带链霉菌生产，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性菌有作用，特别对白喉棒状杆菌、嗜血杆菌、胸膜肺炎双球菌有作用。,,第二节 抗生素,7其他重要的抗生素 利福霉素的主要生产菌是地中海链霉菌，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌有作用，它能抑制真核生物RNA的合成，对DNA病毒及一些衣原体有作用。 利福平可通过利福霉素化学转化方法制备。对分枝杆菌有特效。 梭链孢酸（福西丁酸）的生产菌主要是Fusiolium coccineum，对葡萄球菌、梭状芽孢杆菌、奈氏球菌、白喉棒状杆菌、结核分支杆菌有效。可抑制蛋白质合成。,,第二节 抗生素,丝裂霉素（特别是丝裂霉素C）的生产菌主要是头状链霉菌、金色链霉菌、轮丝链霉菌，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、分支杆菌有较强的作用。特别 有抗癌作用，抑制DNA的合成，是一种抗肿瘤抗生素。 道诺霉素、道诺红霉素的生产菌主要是波赛链霉菌、天蓝淡红链霉菌，对革兰氏阳性细菌有弱的作用，能抑制RNA的形成，有抗分裂的作用，是一种抗肿瘤抗生素。,,第二节 抗生素,光神霉素的生产菌主要是田无链霉菌，对革兰氏阳性细菌有作用，能抑制RNA的形成，有抗分裂的作用，有强烈毒性。是一种抗肿瘤抗生素。 链脲霉素的生产菌主要是不产色链霉菌，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌有作用，能有限的抗有丝分裂，但易诱发糖尿病。是一种抗恶性胰岛细胞瘤的抗生素。,,第二节 抗生素,博来霉素（主要有博来霉素A2、B2）的生产菌主要是轮枝链霉菌，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌有作用，有很好的抗有丝分裂作用，能抑制RNA的形成，是一种抗肿瘤抗生素。 链黑霉素的主要生产菌是团片链霉菌，是一种广谱抗生素，能抗有丝分裂，抑制DNA的形成，有强毒性。是一种抗肿瘤抗生素。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,一、葡萄糖酐及其他多糖 葡萄糖酐又称葡聚糖，是葡萄糖的聚合物。它是肠膜明串珠菌和葡聚糖明串珠菌在含蔗糖的培养基中发酵生成原葡聚糖，然后用葡聚糖酶分解为医用葡聚糖。工业上生产葡聚糖酶的微生物主要是产丝真菌，特别是绳状青霉和产紫青霉。生产葡聚糖的培养基必须含氮量低，其组成的蔗糖、蛋白胨和生长因素（如酵母膏）等。细菌将蔗糖分解为果糖和葡萄糖，仅利用果糖，并将葡萄糖以a-1.6糖苷键联结成相对分子质量达数百万的葡萄糖聚合物，称为粗右旋糖酐，再经酸水解和不同浓度乙醇沉淀，分步取出相对分子质量不同的右旋糖酐。各种规格的右旋糖酐由于相对分子质量不同，其生物效应也不同，目前常用的有低分子右糖酐和中分子右旋糖酐。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,低相对分子质量右旋糖酐可维持血液渗透压和扩充血容量，葡聚糖相对分子质量为75000时其渗透压与血液等值，没有毒性，又有良好的胶体性的渗透压，输入血管后可迅速补充血容量。其次是改善微循环，相对分子质量较小者可使已经聚集的红细胞解聚。这可能与改变血液胶体状态和红细胞表面电荷有关，同时也使血液粘度减低。它还有抗血栓作用，右旋糖酐可包绕在血小板表面和覆盖在受损伤的血管内膜上，抑制血小板的粘附和聚集。葡聚糖相对分子质量太小（4万以下），从肾脏排出速度太快，相对分子质量太大（30万以上）会潴留在体内，有潜在危险。相对分子质量适中的可用于临床治疗。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,右旋葡萄糖酐主要在医疗方面用来替代血浆，用于创伤失血或其他应急情况。用于临床治疗的葡萄糖酐不得含有机溶媒，一般为6%10%的水溶液，其中含有0.9%氯化钠或5%葡萄糖，须经高压蒸汽灭菌。每批制品使用前须抽样进行热原、毒性和无菌等检验。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,二、干扰素 干扰素（inteferon IFN）是人体细胞分泌的一种活性蛋白质，具有广泛的抗病毒、抗肿瘤和免疫调节活性，是人体防御系统的重要组成部分。现已临床用于人类癌症治疗，如骨瘤、乳瘤等。根据其分子结构和抗原性的差异分为、4种类型。早期，干扰素是用病毒诱导人体白细胞产生的，产量低，价格贵，远远不能满足需要。现在工业生产干扰素是利用基因工程技术培育大肠杆菌，通过工业发酵进行生产。发酵产物再经提取、纯化后，产品不含杂蛋白，效价、活性、纯度、无菌试验、安全毒性试验、热源质试验等均符合标准。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,三、核苷酸 微生物发酵生产核苷酸主要用作食品风味强化剂。核苷、核苷酸及其衍生物的另一个重要用途是作为临床治疗药物。嘌呤类似物8-氮鸟嘌呤和6-巯基嘌呤具有与抗生素类似的功能，可以抑制癌细胞的生长；9-D-阿拉伯呋喃糖基腺苷聚肌胞可治疗疱疹；S-腺苷蛋氨酸及其盐类用于治疗帕金森氏症、失眠，并具有镇痛、消炎作用。肌苷已用于治疗心脏病。环腺苷单磷可治疗糖尿病、气喘、癌症等。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,目前，工业上主要通过核酸的酶法水解生产核苷酸。RNA的来源很广，可由酵母菌、郝氏棒状杆菌、芽孢杆菌的许多种生产。但主要由产朊假丝酵母生产。DNA可通过黄色葡萄球菌、枯草杆菌、简单节杆菌及假单孢菌生产。 工业上生产核酸水解酶的微生物主要有桔青霉、米曲霉和各种链霉菌，如：金色链霉菌、白灰链霉菌、天蓝色链霉菌、灰黄链霉菌、紫色链霉菌。 米曲霉产生的酶可水解核酸成3，-核苷酸，包括3，-IMP、核苷和嘌呤碱基。桔青霉和链霉菌产生的酶可水解核酸成5，-单核苷酸。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,有些核苷及核苷酸产品用直接发酵法生产，如肌苷5，-IMP、5，-GMP等。肌苷5，-IMP的直接生产菌主要是枯草杆菌、产氨短杆菌，简单的棒状杆菌也可形成肌苷。5，-GMP的直接发酵生产可用枯草杆菌、巨大芽孢杆菌和短小芽孢杆菌的需要嘌呤的突变株先生产5，-磷酸核糖-1-焦磷酸盐（PRPP），然后发酵生成5，-GMP和巯基肌苷酸。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,四、维生素 维生素是生物生长代谢所必需的微量有机物。维生素的纯品和一些富含维生素的制剂可防治维生素缺乏症，许多微生物含有丰富的维生素，如酵母菌含有丰富的B族维生素，大肠杆菌可在肠道中产生B2 、B12 、BK 等许多维生素。在自然界，微生物是某些微生素的唯一来源。目前已利用各种新技术选育出合成维生素的高产菌株，并且用于工业化生产。例如棉阿囊霉生产维生素B2，用谢氏酸杆菌生产维生素B12，用生黑葡萄糖杆菌生产维生素C。用球形红假单胞菌得到的属间原生质体融合菌株，使B12的产量由每升0.22.5mg达到135mg，提高34375倍。近年来已发明了从抗生素及有机酸工业废液（如链霉素、庆大霉不发酵废液）中提取维生素的新技术。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,1胡萝卜素（VA）和类胡萝卜素 胡萝卜素的工业生产菌主要是三孢布拉霉，而有些掷孢酵母及圆酵母的种也能产生。类胡萝卜素的工业生产菌主要是胶红酵母短杆菌、黄细菌、梅玖链霉菌。 2维生素B2（核黄素） 维生素B2是一种水溶性的维生素，在工业生产上主要有三种类型的微生物可以产生：a.乙丁梭状芽孢杆菌；b.假丝酵母属的类球形德巴利酵母、无名球拟酵母、季也蒙毕赤酵母；c.棉病囊菌及阿氏假囊酵母。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,3类钴啉类（维生素B12群） 能合成维生素B12的微生物有许多种，在工业上主要采用巨大芽孢杆菌、菲得力丙酸杆菌、舒氏丙酸杆菌、脱氮假单孢菌、链霉菌属、红色鱼精蛋白杆菌、简单棒状杆菌。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,4L-抗坏血酸（维生素C） L-抗坏血酸是一种脂溶性物质，可阻止人体坏血病。常用的工业生产是由醋酸杆菌将山梨醇氧化为山梨糖，或用镰刀霉将D-5-酮基葡萄糖酸化成L-艾杜酸，再用米氏假单孢菌氧化为L-2-酮基古龙酸，也可用点青霉、斜卧青霉、产黄青霉、斑点青霉及蓝棕青霉将葡萄糖形成D-阿拉伯抗坏血酸。 我国利用基因工程技术构建了生产维生素C的基因工程菌，使生产工艺大大简化，只需一种菌一步发酵即可完成。实现了维生素C生产一步发酵新工艺。我国维生素C一步发酵工艺水平居世界领先地位。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,5麦角甾醇（原维生素D2） 麦角甾醇可来自一些高等真菌，毛霉、青霉、曲霉、啤酒酵母及假丝酵母。而工业上主要由啤酒酵母、热带假丝酵母生产。 6生物素（维生素H） 目前主要由化学方法生产，已经进行研究的微生物有啤酒酵母、产黄青霉、链霉菌、短杆菌、谷氨酸棒状杆菌、假单孢菌，它们都可产生一定量的生物素。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,五、甾体类药物 甾体化合物的氧化、还原、羟基化等反应是制造甾体激素必不可少的步骤。采用有机化学的方法，步骤繁，副产物多，收率低。由于酶具有高度专一性，可以在甾体化合物的特定位置上一次完成反应，现已用固定化菌体和固定化酶生产各种甾体激素，如由11-脱氧-17-羟化皮质酮生产皮质醇（氢化可的松），由皮质醇转化为氢化泼尼松、可的松、羟基可的松和脱氢可的松等。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,用于生产甾体激素的微生物有新月弯孢霉、简单棒杆菌、简单节杆菌或球形分枝杆菌等。 基因工程技术为利用微生物生产药物开辟了新途径。利用基因工程技术，可以创造出前所未有的微生物类型。用于生产药物的“工程菌”种类不断增多，如利用基因工程菌可生产生长激素释放抑制因子、胰岛素、生长激素、干扰素、白细胞介素和胸腺素等。可以预料，凡是人体内的多肽类生理活性物质在不久的将来都可通过基因工程的途径来获得。,,第三节 微生物在医药方面的其他应用,六、疾病的诊断 1形态学诊断 形态学诊断主要从鉴定微生物的形态来诊断疾病。这是临床上常用的诊断方法，如常见的消化道疾病、泌尿