微生物发酵制药

微生物发酵制药,11生技3班肖雪莲、王若晨、郑渊铭,目录,微生物药物应用,定义：微生物在其生命活动过程中产生的生理活性物质及其衍生物，包括抗生素、维生素、氨基酸、核苷酸、酶、激素、酶抑制剂、免疫调节剂等一类化学物质的总称，是人类控制感染等疾病，保障身体健康，以及用来防治动、植物病害的重要药物。,一 微生物药物简述,分类, 抗生素类药物 维生素类药物 氨基酸类药物 核酸类药物 酶与辅酶类药物 酶抑制剂 免疫调节剂 甾体类激素,1. 抗生素类,抗生素类是一类由微生物产生的在低浓度下具有抑制或杀死微生物作用的化学物质。,2. 维生素类,目前采用微生物技术生产的维生素类药物及其中间体有维生素B2(核黄素）、维生素B12（氰钴胺素）、2-酮基-L-古龙酸（维生素C原料）、-胡萝卜素（维生素A前体）、麦角甾醇（维生素D2前体）等。,3. 氨基酸类药物,目前氨基酸主要用于生产大输液及口服液。 精氨酸、谷氨酸钠用于肝性昏迷的临床抢救，解除氨毒；L-谷氨酰胺用于治疗消化道溃疡；L-组氨酸为治疗消化道溃疡辅助药等。 目前大部分氨基酸可用发酵法生产。,4. 核酸类,核酸类物质和氨基酸等类似，是微生物的初级代谢产物，它们在生物体内收到严密的调节和控制，因此，用于工业生产的产生菌都是经过选育的突变株。用微生物发酵技术生产的核苷酸类药物及其中间体有肌苷酸、肌苷、5-腺苷酸（AMP)、三磷酸腺苷（ATP)、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD)、辅酶A(CoA)、辅酶I(CoI)、二磷酸胞苷（CDP)、胆碱等。,5. 酶与辅酶类药物L-天冬酰胺酶、链激酶；NAD、NADP、CoA6. 酶抑制剂 克拉维酸、洛伐他汀 7. 免疫调节剂 免疫增强剂、免疫抑制剂 8. 甾体类激素 可的松、地塞米松,二 新型微生物发酵技术,发酵工程,一、发酵工程,概念：采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或者直接把微生物应用于工业生产的一种新技术,发酵工程的内容,菌种的选育,培养基的配制,灭菌,扩大培养和接种,发酵过程,产品的分离提纯等,菌种 一级种子摇瓶 二级种子罐培养 扩大培养原料 发酵培养 灭菌 发酵生产 代谢产物分离 基配制 微生物工业发酵过程简图,发酵过程的影响因素,菌体浓度培养基的影响，如碳源、氮源、微量元素等温度影响PH溶解氧,发酵工程制药特点,菌种是根本理论产量存在“生物学变量”常温常压下反应，安全，条件简单纯种培养，防污染课制备复杂高分子化合物分子水平，定向发酵，组合生物合成等发酵工业成本低,二、基因工程菌,将目的基因导入细菌体内使其表达，产生所需要的蛋白的细菌称为基因工程菌，如：大肠杆菌。一、概述基因工程菌生产的主要产品：z非蛋白质：可以通过代谢工程细胞来获得，产生新的途径或增强某一途径，从而得到新的化合物或增加产量。z蛋白质：现代基因工程重点产物。,基因工程菌发酵技术获得的常见药物,细胞因子：是一类能在细胞间传递信息、具有免疫调节和效应功能的蛋白质或小分子多肽。主要有：白细胞介素（IL)、干扰素（IFN)、集落刺激因子（CSF)、肿瘤坏死因子（TNF)、红细胞生成素（EPO)疫苗：为了预防、控制传染病的发生、流行，用于人体预防接种的疫苗类预防性生物制品。主要有：乙肝疫苗等,基因工程菌发酵,基因工程菌的培养过程包括：（1）通过摇瓶操作基因工程菌生长的基础条件，如温度、PH、培养基各种组分、碳氧比，分析表达产物的合成、积累对受体细胞的影响（2）通过培养罐操作确定培养参数和控制方案及顺序,补料分批 培 养,连续培养,透析培养,固定化培养,基因工程菌的发酵工艺,宿主-载体系统构建基因工程菌，必须选择宿主和表达系统一般希望翻译后的处理要简单。常见的宿主系统有：,大肠杆菌,G+细菌(枯草芽孢杆菌）,低等真核细胞（甲醇营养型酵母）,哺乳动物细胞,基因工程菌生产的特点,基因的不稳定性基因工程菌带有外源基因，外源基因可能在质粒上也可能整合到染色体上，这些基因可能不稳定。丢失外源基因的菌往往比未丢失的菌生长快得多，这样会大大降低产物的表达。为了抑制基因丢失的菌的生长，一般在培养中加入选择压力，如抗生素,基因不稳定性的原因：分离丢失当细胞分裂时一个子细胞没有接受质粒就出现分离丢失结构不稳定性 除了分离不稳定性问题外，某些细胞保留质粒，但质粒结构发生改变，而不产生外源蛋白，减少对细胞的有害影响，这就是结构不稳定性宿主细胞调节突变 宿主细胞的突变也会造成生产能力的减少。这些突变通常改变细胞条件，结构减少目标蛋白的合成,工程菌发酵制药的基本过程,上游过程：（1）目标基因的克隆（2）表达载体的构建（3）工程菌的重组构建与保存下游过程：（1）菌种和生产用培养基的配制（2）培养基、发酵罐和辅助设备的无菌化操作（3）接菌与工程菌扩大繁殖培养（4）最适条件下发酵培养，生产目标产物（5）产物的提取、分离与纯化，获得合适产品,微生物药物的应用,1、 治疗疾病 通常，能够用于治疗某一种疾病的候选药物的品种很多，人们在用药物时应考虑多方面因素。 2、预防疾病 微生物药物不但可以用于治疗疾病，也常常用来预防临床上可能发生的感染。但应谨慎地运用药物，尤其是抗菌药物。否则可出现弊大于利的情况，如耐药性菌株的出现、引起不良反应、过敏反应等。3、兽医药中的应用 在兽医方面，抗生素广泛应用于预防和治疗个体或群体动物的疾病。个体动物的治疗用于动物感染的肺炎、支气管炎、乳腺炎等。但对于那些用来食用的动物，必须在屠宰或收集蛋、奶之前停用抗菌药物很长时间，以避免药物通过食物链传递。,4、改善畜牧业产品的生产 抗生素由于能提高动物的生长速度而在动物营养方面广泛应用了多年。抗生素影响动物生长的可能机制是： 抑制产毒素的肠道细菌； 抑制无症状致病菌； 抑制食物中的有害菌； 通过抑制有害菌的生长而促进有益菌的生长。5、在农业上的应用 目前，已有一定数量的微生物药物被开发应用于农业。较为重要的应用有： 抑制植物致病细菌感染。如链霉素可以用来防治欧文菌和真菌的感染； 控制植物致病真菌感染。比较重要的有杀稻瘟菌素S、多氧菌素、放线菌酮和春雷霉素等； 除草剂。研究最深入的除草剂是谷氨酰胺抑制剂二丙胺磷。6、作为研究工具 许多微生物的代谢产物，包括有治疗和无治疗价值的微生物药物，由于它们特殊的作用机制，在生物学研究中是重要