微生物与抗生素.doc

第五章微生物与抗生素在自然界几乎是无处不有、无所不在的微生物，具有产生各种各样不寻常化学结构和不寻常生物学活性化合物的无限潜力，这些化合物在医药上的应用是微生物资源开发利用的一个重要方面。自古以来，微生物药物就开始用于防病治病，特别是经过近几代人的努力，这类药物通过工业化生产大量投放市场，对于保障人类健康已经起到不可或缺的作用。一种微生物的生长如果造成对周围其他微生物生长的抑制，这种现象就叫做“拮抗。1874年，W. Roberts发现某种霉菌能抑制细菌的生长，这是世界上最早报告的拮抗现象。l876年。J. Tyndall也报告了一种青霉对各种细菌的拮抗作用。次年，法国著名细菌学家巴斯德(1822-1895)发现炭疽杆菌培养物被杂菌污染后对人体的感染力下降，并指出可利用这一现象治疗感染症。1885年，V. Babes和A.V. Cotmil采用交叉划线法观察到各种细菌之间的拮抗现象，同样推断这一现象可用于治疗感染症。1928年，英国学者Fleming(1881-1955)在研究葡萄球菌的变异时，发现一个培养皿在污染了霉菌，后来被确认为点青霉(Penicillin)的菌落周围，出现了无葡萄球菌生长的透明抑菌圈。Fleming用这一霉菌的培养滤液进行了动物抗感染实验，获得肯定的疗效，而未见对宿主兔的白血球产生影响。他把存在于点青霉培养滤液中产生这一抗菌作用的有效物质叫做青霉素(penicillin)。但由于点青霉产生青霉素的能力非常弱，当时未能将这一物质分离出来(只知道在酸性条件下可将其萃取到酯类溶剂中)，加上抗菌磺胺药物的应用正处于十分盛行的时代，因而这一发现长期未能得到人们的重视。在Flenling首次发现青霉素10年后的1938年，英国牛津大学的生理学家H.w. Florey开始了对微生物产生的抗菌物质进行系统的研究。在E.B. Chain等化学家的协助下，于1940年成功地获得较为纯净的青霉素，用于对葡萄球菌和链球菌感染的实验动物进行治疗，产生了意想不到的惊人效果。自1940年以来，青霉素应用于临床，现抗生素的种类已达几千种。在临床上常用的亦有几百种。其主要是从微生物的培养液中提取的或者用合成、半合成方法制造。1944年Waksman又发现灰色链霉菌生产的链霉素，为利用放线菌生产抗生素的先锋。现在由放线菌、霉菌、细菌等发酵生产的抗生素有一千余种，但实际临床应用的抗生素只有100多种。抗生素生产为近代微生物技术中最大产业之一，世界产量超过35000吨，不但在经济上占有重要位置，且为人类健康作出巨大贡献。建国前我国根本没有抗生素工业，自1953年上海制药三厂首先生产青霉素以来，抗生素产量和品种不断增加，专业工作者的队伍也日益壮大，已经发展成为比较完整独立的微生物工业。著名的如华北制药、山东鲁抗等。第一节抗生素的定义及特性一、抗生素的定义由微生物产生的、在低浓度下能抑制其他微生物生长和活动，甚至杀死它种微生物的小分子天然有机化合物狭义抗生素。（1）来源方面，不仅限于微生物产生的，也包括高等动植物产生的代谢物，甚至包括用化学方法合成或半合成的化合物。（2）性能方面，不仅抗细菌的物质，某些抗肿瘤，抗原虫，抗寄生虫以及杀虫除虫，某些生理调节物质等也都包括在抗生素这个范畴内。有研究者认为，抗生素应该定义为，由生物（包括微生物、植物、动物）在其生命活动过程中所产生的一类在微量浓度下就能选择性地抑制它种细菌或其他细胞生长的生理活性物质广义抗生素。广义的抗生素还包括一些抗肿瘤药、杀虫剂和除草剂。二、抗生素的抗菌性能抗生素是微生物的次生代谢产物，既不参与细胞结构，也不是细胞内的贮存性养料，对产生菌本身无害，但对某些微生物有拮抗作用，是微生物在种间竞争中战胜其他微生物保存自己的一种防卫机制。抗生素具有不同于化学药物的特点：1、抗生素则能选择性地作用于菌体细胞DNA、RNA和蛋白质合成系统的特定环节，干扰细胞的代谢作用，妨碍生命活动或使停止生长，甚至死亡。而不同于无选择性的普通消毒剂或杀菌剂。抗生素的抗菌活性主要表现为抑菌、杀菌和溶菌三种现象。这三种作用之间并没有截然的界限。抗生素抗菌作用的表现与使用浓度、作用时间、敏感微生物种类以及周围环境条件都有关系。2、选择性作用。一种抗生素只作用于一定的微生物，称作抗生素的选择性作用；抗生素对人和动植物的毒性小于微生物，称作选择性毒力；抗生素可能引起微生物的耐药性。抗菌谱：各种抗生素的抗菌范围。仅对单一菌种单一菌属有抗菌作用，这类抗生素称为窄谱抗菌素，如青霉素只对革兰氏阳性菌有抑制作用，属于窄谱抗菌素。不仅对细菌有作用，而且对衣原体、支原体、立克次体、螺旋体及原虫抑制作用，这类抗生素称为广谱抗菌素，如四环素族（金霉素、土霉素等）对革兰氏阳性和阴性、立克次氏体以及一部分病毒和原虫等都有抑制作用，属于广谱抗菌素。3、有效作用浓度。抗生素是一种生理活性物质。各种抗生素一般都在很低浓度下对病原菌就发生作用，这是抗生素区别于其他化学杀菌剂的又一主要特点。各种抗生素对不同微生物的有效浓度各异，通常以抑制微生物生长的最低浓度作为抗生素的抗菌强度，简称有效浓度。有效浓度越低，表明抗菌作用越强。有效浓度在 100 mg/L 以上的属作用强度较低的抗生素，有效浓度在 l mg/L 以下是作用强度高的抗生素。4、选择性毒力。抗生素对人和动植物的毒性小于微生物，称作选择性毒力。抗生素对敏感微生物有专性拮抗作用，而且作用很强，一万倍以上的稀释液仍显著的抑菌和杀菌效果。5、耐药性。耐药性是指病原体或肿瘤细胞对反复应用的化学治疗药物敏感性降低或消失的现象。抗生素可能引起微生物的耐药性。抑菌药：仅抑菌的生繁而无杀灭作用的药物；杀菌药：既能抑菌,又能灭菌的药物；抗菌活性：是指抗菌药抑制/杀灭细菌的能力。三、抗生素的作用在医学上的应用在农业中的应用：种植业；养殖业。第二节 抗生素的分类一般有下列分类方法：（1）从生物来源分类：高等植物；动物体；微生物。特别是土壤微生物产生的，最近极端环境微生物，有时微生物和植物都能产生同一抗生素。（2）从作用对象分类：抑制革兰阳性和阴性细菌的；抑制真菌的；抑制病毒的；抑制肿瘤细胞的；其他。（3）从化学结构分类：-内酰胺类；四环类；氨基糖苷类；大环内酯类；其他类等。一、b-内酰胺类抗生素最早发现、十分重要的医药用抗生素。结构特点：分子中含有由四个原子环组成的b-内酰胺环。b-内酰胺环是该类抗生素发挥生物活性的必需基团。在和细菌作用时，b-内酰胺环开环与细菌发生酰化作用，抑制细菌的生长。同时由于b-内酰胺是由四个原子组成，其分子张力比较大，使其化学性质不稳定易发生开环导致失活。天然的头孢菌素有三种化合物，即头孢菌素C、N和P。头孢菌素P抗菌活性中等，但耐药性强。头孢菌素N抗菌活性较低，头孢菌素C的抗菌谱广、毒性较小。基于当时葡萄球菌产生的青霉素酶（b-内酰胺酶）问题，头孢菌素C对青霉素酶稳定和对人体的低毒等特点被关注。虽然由于抗菌活性与其半合成头孢菌素的活性无法比拟，所以在临床上几乎没有应用，但其分子结构中存在的可修饰位点的存在显示了良好的前景。1962年Robert B Morin发明了7-位上切除取代基的化学方法。头孢菌素类抗生素是一族广谱半合成抗生素。其母核是由头孢菌素C裂解而获得的7-氨基头孢烷酸（7-ACA）。头孢菌素类具有抗菌作用强、耐青霉素酶、临床疗效高、毒性低、过敏反应较青霉素少等优点。根据抗菌谱和对革兰氏阴性杆菌抗菌活性的不同，按发现年代以及抗菌性质可分为一、二、三、四代。1、笫一代头孢菌素对青霉素酶稳定，可为许多革兰阴性菌产生的b-内酰胺酶水解。主要用于产青霉素酶金葡菌，其他敏感革兰阳性球菌和某些革兰阴性杆菌感染。第一代头孢菌素虽耐青霉素酶，但不耐b-内酰胺酶，主要由于耐青霉素酶的金黄色葡萄球菌等敏感革兰阳性球菌和某些革兰阴性球菌的感染，这些菌中带有R质粒。从全球范围内的细菌中分类到的这些质粒，大多带有b-内酰胺酶基因，称作TEM b-内酰胺酶。第一代头孢菌素是60年代初开始上市的。从抗菌性能来说，对第一代头孢菌素敏感的菌主要有b溶血性链球菌和其他链球菌、包括肺炎链球菌（但肠球菌耐药），葡萄球菌（包括产酶菌株）、流感嗜血杆菌、大肠杆菌、克雷伯杆菌、奇异变形杆菌、沙门菌、志贺菌等。不同品种的头孢菌素可以有各自的抗菌特点，如头孢噻吩对革兰阳性菌的抗菌作用较优，而头孢唑林则对某些革兰阴性菌有一定作用。但是，第一代头孢菌素对革兰阴性菌的-内酰胺酶的抵抗力较弱，因此，革兰阴性菌对本代抗生素较易耐药。第一代头孢菌素对吲哚阳性变形杆菌、枸橼酸杆菌、产气杆菌、假单胞菌、沙雷杆菌、拟杆菌、粪链球菌（头孢硫脒除外）等微生物无效。 2、第二代头孢菌素与第一代头孢菌素在化学结构上没有明显的区别，但对多数b-内酰胺酶稳定，抗菌谱较第一代广，对革兰氏阴性菌的作用较为第一代强，但抗革兰氏阳性则较第一代低。表现在：（1）抗酶性能强一些革兰阴性菌（如大肠杆菌、奇异变形杆菌等）易对第一代头孢菌素耐药。第二代头孢菌素对这些耐药菌株常可有效。（2）抗菌谱广第二代头孢菌素的抗菌谱较第一代有所扩大，对奈瑟菌、部分吲哚阳性变形杆菌、部分枸橼酸杆菌、部分肠秆菌属均有抗菌作用。 3、第三代头孢菌素对多种-内酰胺酶稳定，抗菌谱更广，对革兰阴性菌抗菌活性强，部分药物抗铜绿假单胞杆菌活性较强。第三代头孢菌素对革兰阳性菌的抗菌效能普遍低于第一代（个别品种相近），对革兰阴性菌的作用较第二代头孢菌素更为优越。 （1）抗菌谱扩大：第三代头孢菌素的抗菌谱比第二代又有所扩大，对铜绿假单胞菌、沙雷杆菌、不动杆菌、消化球菌、以及部分脆弱拟杆菌有效（不同品种药物的抗菌效能不尽相同）。对于粪链球菌、难辨梭状芽胞杆菌等无效。 （2）耐酶性能强：对第一代或第二代头孢菌素耐药的一些革兰阴性菌株，第三代头孢菌素常可有效。 4、第四代头孢菌素第三代头孢菌素对革兰阳性菌的作用弱，不能用于控制金黄色葡萄球菌感染。近年来发现一些新品种如头孢匹罗（Cefpirome）等，不仅具有第三代头孢菌素的抗菌性能，还对葡萄球菌有抗菌作用，称为第四代头孢菌素。第四代头孢菌素在化学结构上的特征为在7位连有优异第三代头孢菌素共有的2-氨基噻唑-甲氧亚胺基乙酰基侧链和3位存在的季胺基团。第四代头孢菌素，对多数b-内酰胺酶稳定，对临床重要致病菌的抗菌活性较许多第三代头孢菌素强。b-内酰胺类抗生素容易产生过敏反应，b-内酰胺类抗生素的过敏原有外源性和内源性，外源性过敏原主要来自b-内酰胺类抗生素在生物合成时带入的残留量的蛋白多肽类杂质；内源性过敏原可能来自于生产、贮存和使用过程中b-内酰胺环开环自身聚合，生成包括青霉噻唑蛋白，青霉噻唑多肽，青霉噻唑聚合物的高分子聚合物。7位酰胺基取代基是抗菌谱的决定基团，对其进行结构修饰，可扩大抗菌谱并可提高抗菌活性。7位氢原子以甲氧基取代可增加b-内酰胺环的稳定性。环中的S原子可影响抗菌效力，将其改为碳或氧可提高抗菌活性。3位取代基即可提高抗菌活性，又能影响药物代谢动力学的性质。二、四环素类抗生素tetracyclines具有抑菌作用并在极高浓度时有杀菌作用的广谱抗生素。主要包括金霉素、土霉素、四环素、强力霉素及二甲胺四环素等。1948年M.D.本杰明和M.达格尔自金黄色链丝菌中首先分离出金霉素。1950年和1953年分别获得土霉素和四环素。1965年以后进入半合成四环素时代，通过对侧链结构的改造获得口服吸收好、半衰期长（长效）、抗菌作用强(高效)和可注射的四环素衍生物，如强力霉素及二甲胺四环素等。化学结构和理化性质：此类抗生素的基本结构相同，均有四菲烷结构母核。四环素类抗生素为并四苯衍生物，四个相互连结的环，可以抑制真细菌的蛋白质合成。由于环的外面由多个羟基、一个酰胺基和一个叔胺基，其亲水性较强，很容易穿透革兰氏阴性细菌的外层膜。四环素类抗生素在干燥条件下固体都比较稳定，但遇日光可变色。在酸性及碱性条件都不够稳定，易发生水解。其基本结构式如图。 改造侧链基团可形成不同品种。C2位基团改变可显著提高其在水中的溶解度和血清浓度；C6位基团改变所获之衍生物具有高效，如强力霉素；通过对C7及C9位的改造不但获得高效抗生素,而且对耐四环素菌株有效,如二甲胺四环素。C7位的改造较C9位更重要。四环素为酸碱两性的黄色晶状粉末,较易溶于水,干燥状态时极稳定，在室温条件下可保存两年以上。常用的盐酸盐水溶液对热不稳定，在中性及碱性环境中抗菌作用下降。遇光变暗形成毒性较大的差向四环素，故临床宜应用新鲜配制溶液。此类抗生素和2价及3价阳离子钙、镁、铁及铝等形成不溶性络合物。一、氨基糖苷类抗生素 aminoglycoside antibiotic临床治疗细菌感染的一类重要抗生素。分子中都有2-3个氨基糖分子与非糖部分的苷元结合而成的苷（见图：链霉素的化学结构），故又称氨基糖甙类抗生素。由于其化学结构特点，这类抗生素都呈碱性，通常都形成结晶性的硫酸盐或盐酸盐而用于临床。氨基糖苷类抗生素多为极性化合物，水溶性较高，脂溶性较低，口服给药时，在胃肠道很难被吸收。注射给药时，与血清蛋白结合率低，绝大多数在体内不代谢失活，以原药形式经肾小球滤过排出。因此对肾脏产生毒性。除肾毒性外， 此类抗生素还有对第八对脑神经毒性（耳毒性）、引起失聪，神经肌肉阻断和过敏反应，医疗上的保守性抗生素。根据其微生物来源可分为链霉菌属产生的、小单孢菌属产生的以及人工半合成的3类（表1：氨基糖苷类抗生素按产生菌分类）；另外，也可按其结构分为3类（表2：氨基糖苷类抗生素按结构分类）。氨基糖苷类化合物已有数十种，用于临床的近20种，但常用的约10种。这类抗生素的共同特点是：抗菌谱较广,对革兰氏阳性及阴性细菌都有作用,但对革兰氏阴性杆菌作用更突出。低浓度时为抑菌，高浓度时为杀菌。有些还有抗结核杆菌和抗阿米巴作用。这类抗生素的抗菌机理主要是抑制细菌蛋白质的生物合成。口服难吸收，故仅用于肠道消毒。对于全身性感染必须注射给药。体内破坏很少，大部分以原形从尿排出，故可用于治疗泌尿道感染。主要毒性是对第对颅神经有损害，表现眩晕、平衡失调、耳鸣、耳聋等，对肾脏也有损害。本类各抗生素间有一定的交叉耐药性。这类药物的抗菌作用有所下降，细菌的耐药性已引起人们的注意，对肾脏、耳的毒性作用也正在影响其临床应用。 本类抗生素对临床常见致病菌包括革兰氏阳性(G+)耐药金黄色葡萄球菌(简称金葡菌)、肠球菌、革兰氏阴性(G-)杆菌（对绿脓杆菌耐药阴性杆菌等都有程度不同的抗菌作用）。链霉素。1944年发现。此药在历史上曾发挥过强大作用。但由于细菌耐药性的增加，现已失去了广谱抗生素应有的地位，但在抗结核菌感染中，仍可作为首选药物。庆大霉素。对G-金葡菌包括对其他抗生素耐药的金葡菌呈高度的杀菌作用；对G-杆菌炭疽杆菌、白喉杆菌亦很有效。对G-杆菌如大肠杆菌、变形杆菌、克雷伯氏菌属、痢疾杆菌等都有良好的抗菌作用。对绿脓杆菌的强大杀菌作用是其重要特点。其他细菌多半对庆大霉素不敏感或耐药。小诺霉素为其衍生物,毒性较小,疗效较好。妥布霉素、西梭霉素、乙基西梭霉素。在抗菌作用及其药理作用方面有许多与庆大霉素相似之处。但对绿脓杆菌的作用有所不同，对庆大霉素耐药菌的作用也不尽相同。妥布霉素有肯定的抗菌作用，有的学者认为它对部分绿脓杆菌的抗菌作用优于庆大霉素，少数对庆大霉素耐药的绿脓杆菌对妥布霉素仍敏感。西梭霉素的抗菌作用与庆大霉素基本相似，但其衍生物乙基西梭霉素对部分庆大霉素耐药菌仍有作用，少数对丁胺卡那霉素耐药的细菌仍可能被乙基西梭霉素杀死，它是一个有价值的品种。卡那霉素、丁胺卡那霉素、双脱氧卡那霉素、里杜霉素、核糖霉素、福提霉素。这些抗生素具有相似的药理特性。卡那霉素由于耐药菌多,毒副作用大,临床已少用。丁胺卡那霉素、双脱氧卡那霉素是卡那霉素结构改造的产物，它们保留、加强了广谱抗菌作用，并具有抗绿脓杆菌的作用，耐药菌大大减少，特别是丁胺卡那霉素对耐药菌很有效。 本类抗生素杀菌作用的机理是抑制细菌蛋白质的合成，即抑制细菌的生命过程。本类抗生素进入细菌细胞质内特异性地与细菌胞体内的核蛋白体结合，并产生以下效应：使核蛋白体无法形成始动复合物核蛋白体无法开始合成肽链。使携带到核蛋白体上的氨基酸不能进入正常位置，形成错误的蛋白质，不能为生命活动所利用。形成的长肽链不能从核蛋白体上解离下来，无法使肽链进行进一步的空间构型形成具有生理活动的蛋白质。四、大环内酯类抗生素macrolide antibiotics一族化学结构均有一个大内酯环的共同核心，皆为微碱性、微溶于水，且抗菌作用相似的抗生素。该族抗生素主要抗革兰氏阳性细菌及某些革兰氏阴性细菌。随着军团菌感染发病率的增高，红霉素的抗军团菌作用受到重视。此类抗生素中，中国现阶段使用较多的有：红霉素、柱晶白霉素、麦迪霉素、螺旋霉素、乙酰螺旋霉素和交沙霉素等。目前大环内酯类新品种主要是：能提高口服吸收率的新的红霉素口服酯和新的14员与16员大环内酯类衍生物，其成果尚待临床评价。红霉素的化学结构如图。红霉素微溶于水，易溶于有机溶剂。在碱性溶液中抗菌性能较强,在酸性溶液中易破坏，pHl000 ugml降为0.05 ugml。由于该突变株对b-内酰胺以外抗生素的敏感性无明显变化，故可用于特异性地检出b-内酰胺抗生素。B：检菌细胞形态变异的观察：由于b-内酰胺抗生素抑制细菌细胞壁的合成，从而可使细菌特别是革兰氏阴性细菌发生各种形态变化，如细胞延长、部分突起、形成原生质球等。C：代谢过程中某些酶的诱导（抑制）活性的检测：b-内酰胺抗生素是b-内酰胺酶的底物，就有可能诱导细菌产生b-内酰胺酶，通过检测诱导的b-内酰胺酶活性对b-内酰胺抗生素进行筛选。2）抗病毒抗生素的筛选(1)体外细胞培养体系病毒感染检测法：这一方法适用于各种抗病毒抗生素的筛选：蚀斑计数法，细胞变性作用抑制法，红血球吸附抑制法，荧光抗体法，酶联免疫吸附测定法，DNA杂合法。(2)以病毒诱导脱氧胸苷激酶活化的病毒DNA聚合酶为作用靶：这一靶酶的特异抑制剂可用于治疗疱疹病毒感染。(3)以S一腺苷高半胱氨酸水解酶和依赖S-腺苷蛋氨酸的甲基化反应为作用靶：由此获得的活性物质可用于治疗(一)RNA病毒和()RNA病毒的感染。(4)以HIV逆转录酶为作用靶逆转录酶抑制剂可抑制造成艾滋病的人类免疫缺失病毒(HIV)等逆转录病毒的生长，并可能预防这类病毒引起的宿主细胞癌变。(5)HIV蛋白酶抑制剂这类抑制剂能防止HIV母体蛋白质分裂，从而抑制病毒的复制和对新细胞的感染，有很强的抗HIV-l和HIV-2病毒活性。(6) -葡糖苷酶抑制剂：本抑制剂能阻止病毒装配所需要的特异糖蛋白的合成，从而产生抗病毒作用。(7) 神经氨酸苷酶抑制剂：神经氨酸苷酶促进新形成的流感病毒粒子从宿主细胞中分离与扩散，因此该酶的抑制剂可以治疗流感病毒感染。(8)选择作用靶：如以病毒诱导脱氧胸苷激酶活化的病毒DNA聚合酶为作用靶，这一靶酶的特异抑制剂可用于治疗疱疹病毒感染；以S-腺苷高半胱氨酸水解酶和依赖S-腺苷蛋氨酸的甲基化反应为作用靶，由此获得的活性物质可用于治疗(-)RNA病毒和()RNA病毒的感染。(9)选择酶抑制剂：如HIV蛋白酶抑制剂，这类抑制剂能防止HIV母体蛋白质分裂，从而抑制病毒的复制和对新细胞的感染，有很强的抗HIV-l和HIV-2病毒活性；又如-葡糖苷酶抑制剂，能阻止病毒装配所需要的特异糖蛋白的合成，从而产生抗病毒作用。3）抗癌抗生素的筛选癌症在我国和世界上许多国家都是死亡率最高的疾病，故抗癌抗生素的筛选历来是微生物药物的研究重点，在这方面已经取得了一些重要的成果。(1)体内筛选：用可移植肿瘤、致癌病毒或化学致癌物质使实验动物生癌，直接进行抗癌抗生素的筛选，是多年来行之有效的方法。但由于药物和癌细胞的特异性各种不同的抗癌药物不可能对一种模型都有效，各种不同的肿瘤模型也不可能对一种抗癌药物都敏感。因此，有必要采用多种模型的适当组合，进行抗癌药物的筛选。(2)体外筛选：体外筛选有很多模型，大体上可分为癌细胞组织培养法、生物化学法和分子生物学法三种。4）抗寄生虫抗生素的筛选抗寄生虫药物的筛选分为随机筛选和定靶筛选两种方法。典型的随机筛选法是体内直接筛选，如事先用某种线虫的幼虫感染小鼠，然后用混有微生物发酵液的饲料喂养，检查小鼠粪便中的成虫和虫卵数量。阿维菌素就是用这种方法筛选得到的。随着对各种寄生虫生物化学与分子生物学研究所取得的进展，寄生虫与宿主之间不同的代谢体系和细胞功能已逐渐阐明，与寄生虫的生存和繁殖有密切关系的核酸和能量代谢酶，被认为是较为理想的药物作用靶位。其中核酸代谢的典型酶与叶酸合成相关的二氢叶酸还原酶，是抗疟药物乙胺嘧啶对疟原虫和弓形虫的作用靶酶，而治疗耐药性疟疾以及弓形虫病、卡氏肺囊虫肺炎等机会感染的阿托夸酮，则以这些原虫的线粒体电子传递体系为作用靶。5）免疫调节剂的筛选免疫调节包括免疫抑制和免疫活化两个方面。前者针对的是机体的过剩免疫，用于防治器官移植后的免疫排斥反应和治疗自身免疫病；而后者的目的在于增强机体的免疫反应能力，产生对癌症和感染特别是病毒感染的抵抗力。(1)免疫活化剂的筛选筛选方法可以有以下几种： 将被筛样品注入实验小鼠体内，若干天后再注入某种免疫原物质，测定脾脏中抗体形成细胞的数量和血清中的红血球凝集价，两者均较对照升高者为体液性免疫活化剂。用同一抗原在2-4周内对实验动物进行两次免疫接种，可引起免疫淋巴细胞和巨噬细胞的浸润，造成接种处皮肤局部肿胀、发红，称为迟发性皮肤过敏反应，被筛样品如能增强这一反应，则为细胞性免疫活化剂。对实验小鼠注入被筛样品后，进行同种异体肿瘤移植或同系肿瘤移植，观察样品的单独抗癌作用或与常用抗癌药物的协同抗癌作用。对实验小鼠注入被筛样品后，接种病原细菌或病毒，观察对感染的预防情况。用生癌小鼠血清注入实验小鼠体内，使实验小鼠处于免疫抑制状态，再用、所述方法观察被筛样品对体液性免疫和细胞性免疫的恢复作用。对溶血磷脂酶、氨肽酶、谷胱甘肽S转移酶等有抑制作用的化合物一般具有免疫活化功能故可通过筛选这些酶的抑制剂来获得免疫活化剂。(2)免疫抑制剂的筛选：可以采用以上方法按相反的方向进行筛选，也可以选择下面的一些作用靶：抑制免疫淋巴球的生长(抑制嘌呤代谢)；抑制T细胞初期活化反应(抑制细胞内信号传递)；促使淋巴球的程序性细胞凋亡。6）抗高血脂和高血糖物质的筛选抗高血脂药物可以用胆固醇生物合成酶、b-羟基-b-甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶、HMG-CoA合成酶、酰基CoA、胆固醇酰基转移酶等作为靶子进行筛选，其中HMG-CoA还原酶抑制剂的研究开发取得最引人瞩目的成就。人体内的胆固醇来源于食物的不足1/3，而2/3以上在肝脏合成。b-羟基-b-甲基戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶是胆固醇生物合成的关键酶，因此对该酶的抑制可以降低血液中的胆固醇含量。它们已广泛地用于治疗高胆固醇血症，防止冠状动脉硬化和心绞痛的发生等方面。对多糖水解酶和-葡糖苷酶抑制剂进行的筛选能获得抗高血糖药物，而抑制醛糖还原酶的物质可用来治疗由高血糖引起的视网膜病。大部分糖尿病患者，因胰岛素分泌不足或胰岛素作用受阻而使糖的代谢受到影响，造成饭后高血糖。微生物产生的-葡糖苷酶抑制剂可延缓膳食中糖类的消化吸收，从而有效地控制饭后高血糖。7）其他药理活性物质的筛选对微生物产生的其他药理活性物质，主要在以下几个方面进行了筛选：(1)中枢神经系统药物：脯氨酰内肽酶抑制剂、神经生长因子激活剂、神经生长因子生成促进剂、脱水吗啡拮抗剂、细胞内Ca2+浓度升高剂，等等。(2)循环系统药物：血小板凝集抑制剂、血小板活化因子拮抗剂、血管紧张素拮抗剂、血管扩张剂、心房钠性利尿因子拮抗剂、内皮素受体拮抗剂、环磷酸鸟苷磷酸二酯酶抑制剂，等等。(3)骨、关节系统药物：黄嘌呤氧化酶抑制剂、胶原酶抑制剂、具有雌激素作用的物质、雌二醇激活剂，等等。(4)解热、镇痛、消炎药物：磷脂酶A抑制剂、脂类过氧化物生成抑制剂、抗补体物质、P物质受体拮抗剂，等等。(5)减肥药物：胰脂酶抑制剂肥胖基因产物leptin作用修饰剂。2、遗传学方法新抗生素的来源从天然微生物扩大到用基因工程、细胞融合等新技术创造出来的微生物。获得适合于前体添加的生物合成突变株（突变合成）。制备杂种菌株，使产生杂种抗生素。采用基因克隆，改变生物合成途径。或通过结合、转基因、原生质体融合、真菌的有性和无性周期进行重组。采用原生质体促进转化和转导，特定基因的定向克隆。基因文库的随机克隆，产生一个基因库。三、抗生素的生物合成目前世界各国实际生产和应用于医疗的抗生素约有120多种，其中以青霉素类、头孢霉素类、四环素类和氨基糖苷类、大环内酯类为主要抗生素。也可以划分为：1）蛋白质衍生物；2）糖衍生物；3）以乙酸为单位的衍生物。抗生素是由抗生菌的次生代谢产生的生理活性物质。它既不参与细胞结构，也不是细胞贮存性养料，对产生菌本身无害。抗生素合成途径中的调节控制问题比较复杂。抗生素的生成是有机体通过复杂调控系统而成的产物。（一）抗生素产生的生理学A、次生代谢及其调控：抗生素属于次级代谢产物，多数次级代谢产物是以初级代谢产物作为前体衍生出来的。其合成途径中的调节控制问题比较复杂。抗生素往往在群体停止生长后才开始产生，因此连续发酵并不适合抗生素的生产。（连续发酵：连续发酵是一个开放的体系，新鲜的无菌培养基不断地添加到体系中，而相同数量的含有微生物及产物的培养液不断取出。分批发酵：在一个容器加入一定数量的经过灭菌的培养基，接种微生物。培养物经过延滞期和对数生长期，最后到达稳定期。）B、分解代谢产物阻遏：许多抗生素生产的微生物，在可快速降解碳源（如G）过量存在时，抗生素的生产能力降低。这种现象与抗生素合成相关酶的活性降低有关，也就是与酶合成水平的调控有关，即影响了转录而不是酶活性。C、前体物的影响：次生代谢产物必须用初级代谢产物合成，因此抗生素的有效生产需要稳定足量的前体D、氮阻遏和磷酸盐阻遏：多数情况下，发酵培养基中过量含氮化合物或磷酸盐将降低抗生素的产量。磷酸盐对一些抗生素基因转录的抑制作用已被证明。解决途径：严格控制发酵中的浓度；筛选不敏感的突变株。E、反馈调控：终产物对自身合成的负反馈调节。如，抗生素本身作为终产物可能会对自身的合成产生负反馈调节，将青霉素加到产青霉素真菌培养基中则明显抑制该抗生素的合成。解决途径：促使抗生素的分泌，降低胞内浓度。F、发酵条件（二）、抗生素产生的遗传学抗生素产生的效率很大程度上取决于生产菌株的遗传组成。A、菌株改良的传统方式：用 X 射线、紫外线、化学诱变剂等进行随机诱变。B、经典遗传学方法：通过高产菌株与亲本的回交提高突变菌株的活力，同时可与诱变的方法相结合。原生质体融合技术是实现该方法的重要途径。C、合理筛选：选择性培养基、筛选标记等。有些抗生素，如常见的青霉素和四环素是重金属离子的螯合剂，生物体产生的这种抗生素越多，它对培养基中的重金属的抗性就越强，对这种重金属抗性突变株的选择方法己用于青霉素生产菌的改良。D、基因克隆与 DNA 重组技术：1984年，F Malpartida & D Hopwood 成功地克隆了完整的放线紫红素生物合成基因，其他许多具有商业价值的抗生素合成相关基因已被克隆。抗生素生物合成及相关基因的克隆，大大推进了对抗生素产生的认识。为创制新型抗生素提供了巨大的空间。第五节细菌对抗生素的耐药性抗生素与其他一些抗代谢药物如磺胺类药物通常是临床上广泛使用的化学治疗剂，但多次重复使用，使一些微生物变得对它们不敏感，作用效果也越来越差。一、抗性菌株的特点根据对某些抗生素不敏感的抗性菌株的研究表明，抗性菌株具有以下特点：(1)细胞质膜透性改变：如抗四环素的委内瑞拉链霉菌的细胞质膜透性改变，阻止四环素进入细胞；(2)药物作用靶改变：二氢叶酸合成酶是磺胺类药物作用的靶，抗磺胺药物的菌株改变了二氢叶酸合成酶基因的性质，合成了一种对磺胺药物不敏感的二氢叶酸合成酶；链霉素是通过结合到核糖体30S亚基的一种蛋白质上，干扰蛋白质合成，以达到抑制生长的目的，抗链霉素的抗性菌株合成了一种蛋白质不能结合链霉素，由这种蛋白质组建的30S亚基就不能结合链霉素，因此对链霉素产生抗性；又如通过23S rRNA上甲基化，即在核糖上的甲基化或在嘌呤第六位上的甲基化，或在16S rRNA的3-未端发生的甲基化作用等都可以使抗生素作用失去应用的效果；(3)合成了修饰抗生素的酶：这些酶有转乙酰酶，转磷酸酶或腺苷酸转移酶等，在这些酶的作用下，分别使氯霉素乙酰化，链霉素与卡那霉素磷酸化或链霉素腺苷酸化，这些被修饰的抗生素也失去了抗菌活性；(4)抗性菌株发生遗传变异：发生变异的菌株导致合成新的多聚体，以取代或部分取代原来的多聚体，如有些抗青霉素的菌株细胞壁中肽聚糖含量降低，但合成了另外的细胞壁多聚体等。抗性菌株所具特征，表明了它们耐药性的机理。 抗生素在临床上用来治疗由细菌引起的疾病时，为了避免出现细菌的耐药性，使用时一定要注意：第一次使用的药物剂量要足；避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素；不同的抗生素(或与其他药物)混合使用；对现有抗生素进行改造；筛选新的更有效的抗生素，这样既可以提高治疗效果，又不会使细菌产生抗药性。二、耐药性菌株及其产生一种抗生素对它的敏感对象是通过一定的抗菌机制起作用的，但由于长期使用某一种抗菌药物，会使微生物产生对药物的适应性或称抗性。例如葡萄球菌的有些菌株能抗青霉素就是由于细菌的遗传变异，产生了能形成青霉素酶的突变株，青霉素可被青霉素酶（-内酰胺酶）降解而失效。在青霉素 G 开始应用于医疗实践时，绝大多数葡萄球菌对它是敏感的，但现在几乎所有的医院里都能分离到抗青霉素的葡萄球菌。青霉素的用药剂量也从几个单位剧增到