第十六章与微生物有关药物制剂

第一节抗生素

目前从自然界发现和分离的抗生素已达10，000多种，实际应用于生产和医疗上的抗生素约有一百多种，连同各种半合成衍生物及其盐类共约三百种。抗生素是指青霉素、链霉素等一类化合物的总称，是人类控制、治疗感染性疾病，保障身体健康及用来防治动植物灾害的重要化合物。原始含义：是指那些由微生物产生的、能抑制其微生物生长的物质。习惯上：将那些由微生物产生的，极微量即具有选择性地抑制其他微生物或肿瘤细胞的天然有机化合物称为抗生素。第一页，共53页。

一、抗生素的概念和分类

(一)抗生素的概念

抗生素是生物(包括微生物、植物和动物)在其生命活动过程中所产生的(或有其他方法获得的)，能在低浓度下选择性地抑制或影响他种生物功能的有机物质。第二页，共53页。（二）抗生素的分类

1、根据抗生素的生物来源分类

2、根据抗生素的化学结构分类

3、根据抗生素的作用机制分类

4、根据抗生素的作用对象分类第三页，共53页。

二、医疗用抗生素的基本要求1．差异毒力大2、生物活性强3、有不同的抗菌谱4、不易使病原菌产生耐药性第四页，共53页。

三、寻找新抗生素的基本程序绝大多数抗生素的原始产生菌是从自然界分离筛选获得，以传统的分离土壤放线菌为例，说明新抗生素产生菌的常规分离和筛选过程。第五页，共53页。

（一）土壤微生物的分离

1、采土以春、秋两季采土为宜。去除表土，采取5-10cm深处的土壤，装入无菌容器。

2、分离菌株将2-4克土壤均匀散布水中待其沉降，上清部分经适当稀释后（一般为10-3-104），涂布于适宜培养基中，并培养至单菌落出现，挑取单个菌落移种纯培养，根据菌落的特征，初步排除相同菌。第六页，共53页。

（二）筛选是指从大量待筛选微生物中，尽快地鉴别出有实用价值的抗生素产生菌的实验过程。

1、筛选模型：

是指筛选工作中所使用的实验菌。为了避免感染病原菌的危险，尽可能选用非致病的、且能代表某些类型致病菌的微生物作为实验菌。

第七页，共53页。

表17-1常用的实验菌和代表的致病微生物

实验菌代表的致病微生物

金黄色葡萄球菌革兰阳性球菌枯草芽孢杆菌革兰阳性杆菌耻垢分支杆菌结核分枝杆菌大肠埃希菌革兰阴性杆菌白假丝酵母菌酵母状真菌曲霉丝状真菌噬菌体病毒、肿瘤细胞第八页，共53页。

2、筛选方法

抗菌抗生素一般采用琼脂扩散法。先制备含实验菌的平板，然后以无菌滤纸片蘸取各放线菌的摇瓶培养发酵液或切取一定大小的放线菌琼脂培养块，置于含菌平板上，培养后观察有无抑菌圈产生。第九页，共53页。

（三）早期鉴别

经过筛选的阳性菌应进一步做抗菌谱和抗药谱的测定，对有价值的产生菌必须从产生菌及自该菌产生的抗生素两方面进行鉴定。

1、抗生素产生菌的鉴别

通过形态、培养、生化反应等实验对抗生素产生菌进行初步的分类鉴定。第十页，共53页。

2、抗生素的鉴别常用理化方法如：纸层析法测定抗生素的极性和在各种溶媒中的溶解度。纸电泳法判断抗生素是酸性、碱性、中性或两性。

薄层层析法、高效液相层析法、紫外分光光度法等方法测定新抗生素的理化性质和结构。

第十一页，共53页。

（四）分离精制将可能产生新抗生素的放线菌进行扩大培养，然后选择合适的方法从培养液中提取有效抗生素，进一步精制纯化。在此过程中，须跟综测定抗生素的生物活性。第十二页，共53页。

（五）临床前实验研究如：进行动物毒性实验（急性、亚急性、慢性）动物治疗保护性实验临床前药效实验和药理实验（抗生素在体内吸收、分布、排泄），经系列实验认为确有前途的新抗生素经有关部门审查合格后方可进行临床实验。国家制定了《药品临床前研究质量管理规范》，（简称GLP）。第十三页，共53页。

（六）临床实验

《药品临床实验管理规范》简称GCP，是临床实验的全过程，包括方案设计、组织实施、监视、审核、记录、分析、总结和报告的标准。第十四页，共53页。四、抗生素的制备概况

抗生素的制备分为发酵和提取两个阶段。

抗生素的发酵：是指抗生素产生菌在一定培养基条件下生物合成抗生素的过程，该过程又分为菌体生长和抗生素生物合成两个部分。发酵后存在于发酵液中的抗生素需用一系列物理和化学方法进行提取和精制，得到抗生素成品。第十五页，共53页。抗生素生产大致分为二个阶段：发酵和提取一般流程如下：

菌种→孢子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理及压滤→提取及精制→成品检验→成品包装第十六页，共53页。

一、发酵阶段

（一）现代抗生素发酵的一般特点

1、需氧发酵抗生素产生菌多为需氧菌，需要在发酵的过程中不断通入无菌空气，并进行机械搅拌，以提供足够氧来进行生物代谢和生物合成。

2、深层发酵（或为沉没发酵），在大型发酵罐内进行，可进行较大规模的生产。

3、纯种发酵在纯种培养的抗生素发酵工业中，应防止杂菌及噬菌体污染。第十七页，共53页。(二)一般生产流程

抗生素发酵阶段一般主要包括：孢子制备、种子制备和发酵，这是进行微生物逐步扩大培养过程。

1、孢子制备目的是将沙土管保存的菌种进行培养，以制备大量孢子供下一步种子制备之用，一般于试管、扁瓶或摇瓶内进行。

2、种子制备目的是使有限数量的孢子发芽繁殖，获得足够菌丝体以供发酵之用。在种子罐内进行。通过种子制备，可以缩短发酵罐内菌丝体繁殖生长的时间，增加抗生素合成的时间。一般通过种子罐1-3次，再移种到发酵罐中，分别为二级、三级和四级发酵。第十八页，共53页。

3、发酵关键阶段目的是在人工培养条件下使菌丝体产生大量的抗生素。在发酵罐内进行。发酵注意事项：

1)无菌操作污染杂菌主要是种子和空气过滤系统污染，各部件渗漏及操作。在发酵的各阶段应取样进行杂菌检查。

2)营养需要发酵培养基应供给微生物生产繁殖以及生物合成所需的营养，其原料应尽可能价廉，来源要广。

3)pH值：加入使培养基pH值恒定的化合物：硫酸铵、硝酸钠。第十九页，共53页。

4)温度酶的催化需要合适的温度。可通过罐的夹套或蛇管导入冷水或热水以控制罐温。

5)前体前体→是抗生素分子的前身或其组成的一部分，直接参与抗生素的生物合成而自身无显著变化。在一定条件下，加入前体可控制抗生素的合成方向，并增加产量。如：在青霉素G的生产中常加入苯乙酸或苯乙酰胺作为前体；在红霉素生产中添加丙酸、丙醇盐作为前体。但前体一般对产生菌有一定的毒性。第二十页，共53页。

6)通气、搅拌及消沫发酵过程中利用溶解氧，因此必须不断经空气过滤系统输入无菌空气，同时在发酵罐内设置搅拌和挡板以增加通气效果。为防止泡沫造成的逃液和渗漏，需用消沫浆或消沫剂。7)发酵终点判断定期取样，测定抗生素含量、发酵液的pH值、含糖量和含氮量、菌丝含量及形态观察。放罐应在产量的高峰期，过早或过迟都会影响抗生素含量。第二十一页，共53页。二、发酵液预处理及提取阶段

预处理时应尽可能使抗生素转入以后要处理的相中（多数是液相），可用调节pH值呈酸性或碱性的方法。预处理的主要任务是除去发酵液内的杂质（Ca、Mg、Fe）及蛋白质，并经过过滤，使菌丝与滤液分开，便于进一步提取。第二十二页，共53页。常用的提取方法主要有四类：

1、溶媒萃取法是用一种溶剂将物质从另一种溶剂中提取出来的方法，这两种溶剂不能互溶或只部分互溶，能形成便于分离的两相。目前微生物制药生产中常用的提取方法。先进的萃取设备：ABE-216萃取机

2、离子交换法离子树脂交换法是应用离子交换树脂作为吸附剂，将发酵液中物质选择性地吸附至离子交换树脂上，然后用合适的洗脱剂将抗生素从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。由于费用较低，成为提取主要方法。如：链霉素和卡那霉素的生产。第二十三页，共53页。

3、沉淀法是利用等电点或能与酸、碱、金属盐类形成不溶性或溶解度极小的复盐沉淀出抗生素。此法简便、经济。如：四环素4、吸附法是利用适当的吸附剂，在一定的PH条件下，使发酵液中抗生素被吸附剂吸附，然后再以适当的洗脱剂将吸附的抗生素从吸附剂上洗脱下来，达到浓缩和提纯目的。随着大网格聚合物吸附剂的合成成功，吸附法得到新的发展。第二十四页，共53页。

抗生素提取得到粗品后应加以精制，上述方法均可使用。一般用多级溶剂萃取或多级吸附、洗脱或薄层层析、柱层法、葡聚糖凝胶过滤等。因一般抗生素的稳定性差，应避免常压蒸馏、升华、过酸或过碱等方法。第二十五页，共53页。五、抗生素的效价和单位

一、抗生素的效价和单位抗生素是一种生物活性物质，可以利用抗生素对生物所起作用的强弱来判定抗生素的含量。含量通常用效价或单位表示。有时二者合称效价单位。

效价（potency）:指在同一条件下比较抗生素的检品和标准品的抗菌活性，从而得出检品的效价。即效价是检品的实际单位数与其标准量的比值。常用百分数表示。

第二十六页，共53页。

单位（unit，u）是衡量抗生素有效成分的具体尺度。有以下几种：

1、重量单位以抗生素的生物活性部分的重量作为单位。1mg=1000单位（u），对于不同盐类的同一抗生素，只要它们的单位相同，即使盐类重量不同，其实际有效含量是一致的。如:链霉素硫酸盐、土霉素盐酸盐、新霉素钠（钾）盐等以重量单位表示。第二十七页，共53页。

2、类似重量单位是以特定的抗生素盐类纯品的重量为单位，包括非活性部分重量如：纯金霉素盐酸盐及四环素盐酸盐，1微克=1单位。

3、重量折算单位以原始的生物活性单位相当的实际重量为1单位加以折算。

如：青霉素最初确定一个青霉素单位系指在50ml肉汤培养基内完全抑制金黄色葡萄球菌生长的最小青霉素量为1单位。青霉素纯化后，这个量相当于青霉素G钠盐0.5988微克，因而国际上一致规定：0.5988微克为1单位，则1mg=1670单位。第二十八页，共53页。

4、特定单位以特定的一批抗生素样品的某一重量作为一定单位，经有关的国家机构认可而定。如：特定的一批菌肽1mg=3000单位标准品与国际单位（internationalunit，IU）

标准品：是指与商品同质的、纯度较高的抗生素，每毫克含有一定量的单位，可供作测定效价的标准。经国际协议，每毫克含一定量的标准品称为国际标准品，其单位即为国际单位。第二十九页，共53页。

抗生素的国际标准品是在联合国世界卫生组织的生物检定专家委员会的主持下,委托指定的机构(主要是英国国立生物标准检定所)组织标定、保管和分发.

我国的国家标准品由卫生部药品生物检定所检定和分发。

标示量:抗生素制剂标签上的标示量原则上以重量表示(指重量单位),但少数成分不清的抗生素(如制霉菌素),或照顾用药习惯(如青霉素),仍沿用单位表示.第三十页，共53页。六、细菌的抗药性常见的临床致病菌金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、变形杆菌、大肠埃希菌、志霍菌属等抗药情况突出。所引起的各种感染已成为临床治疗上的一大难题。第三十一页，共53页。

（一）抗药性的基本概念

抗药性（drugresistance）：

指在微生物或肿瘤细胞多次与药物接触发生敏感性降低的现象，是微生物对药物所具有的相对抗性。抗药性的程度一般以该药对某种微生物的最小抑菌浓度来衡量。

第三十二页，共53页。

有些微生物由于具有一些独特的结构或代谢，天生对药物不敏感，根据抗药性的概念，就不能称之为抗药性，这种现象可称为天然不敏感性（过去称为固有抗药性）。如：铜绿假单胞菌对多种药物不敏感。

微生物个体对原来敏感的抗生素通过遗传性的改变而获得了抗药性，可称之为获得抗药性，常常是临床上不合理用药或长期用药之后表现出的抗药性。第三十三页，共53页。

多重抗药性：

指某一些微生物可同时对两种以上作用机制不同的药物所产生的抗药性，也称为多剂抗药性，这是由于多重抗药性菌株的遗传物质上带有多种抗药性基因。第三十四页，共53页。

交叉抗药性：有些微生物对结构类似或作用机制类似的抗生素均有抗药性的现象。赖药性：由于基因突变而致的抗药性，不仅对该药具有抗性，而且需要该药物作为特殊营养因素，这种现象称为赖药性。第三十五页，共53页。

耐受性（tolerance）：有一些微生物对药物抑菌作用的敏感性未改变，而对药物的杀菌作用具有相对抗性，即该菌在最低抑菌浓度时仍受到抑制，但最小杀菌浓度提高，抗生素此时表现的是抑菌，而不是杀菌作用，这种现象称为耐受性。第三十六页，共53页。（二）抗药性产生的遗传学机制

微生物对药物的抗药性可由染色体或质粒，或两者兼有介导。大多数抗药性由质粒编码，少数由染色体编码。产生抗药性的原因可能是染色体或质粒上带有与抗药性有关的基因。如：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌，带有一种与抗药性相关的mecA基因。有些具有多重抗药性的菌株，可能含有两个以上的抗药质粒，或其抗药质粒上可能含有多个抗药基因。第三十七页，共53页。

1、自发突变加药物选择一般认为，抗药菌所含的抗药基因是由敏感菌的遗传物质自发突变产生的，但突变率极低，在10-10-10-6。极少量的抗药菌存在于大量的敏感菌不足为害，但经临床频繁使用抗生素后，药物杀死或抑制敏感菌的生长，而抗药性细菌继续生长繁殖，无形中对抗药菌起了选择作用，造成抗药菌株的大量增殖，形成抗药菌系。许多实验证明，抗药性的产生不是由于微生物与药物接触而产生的，而是自发突变加上药物选择的结果。第三十八页，共53页。

2、细胞间抗药性的基因转移染色体上的抗药性可以通过三种机制由一个细菌传递到另一个细菌：

1）接合带有抗药性基因的质粒可自行复制，代代相传，并在不同种属间（特别是肠道）进行转移，而导致抗药性的广泛散播。如：1958年日本爆发痢疾大流行发现：携带黄胺、四环素、链霉素、氯霉素等抗药基因的大肠埃希菌在肠道内通过接合将多种抗药性基因转移给痢疾杆菌，从而抗药性的散播。第三十九页，共53页。

2）转导通过噬菌体将细菌染色体片段由供体菌株向受体菌株转移。当转导片段中含有抗药性的遗传因子时，转导将导致抗药性的传播。但频率不高。

3）转化不重要

4）一些微生态制剂的活菌细胞中可能携带有一定的抗药性基因，由于广泛大量地被服用，也可能造成抗药性的传播。

5）转座子在细胞间抗药性的基因转移中，起重要作用。第四十页，共53页。（三）抗药性产生的生物化学机制

是指抗药菌遗传学上的改变在生物化学上的表现。主要有三方面：

1、产生使抗生素结构改变的酶（即钝化酶）

2、抗生素作用靶位的修饰

3、细胞膜通透性改变第四十一页，共53页。

（四）抗药性的控制

1、合理使用抗生素不必使用抗生素时尽可能不用，防止交叉抗药性。同时注意联合用药，因每一种药物在代谢过程中发生作用的部位不同，联合服用两种药物可起到协同作用。

2、寻找新药寻找具有新的化学结构的新抗生素以及新的酶抑制剂，改造现有的抗生素（包括对现有的产生菌和抗生素的改造）。目前半合成抗生素的使用己成为克服抗药性的主要途径。

3、加强抗药机制的研究研究抗药机制，有助于了解细菌抗药性的本质，有效地控制细菌感染。第四十二页，共53页。第二节维生素

一、维生素C

维生素c的生产方法有化学合成法、化学合成与生物转化并用的半合成法。

20世纪70年代，我国为简化工艺，研究成功了采用微生物法使L—山梨醇转化生成2—酮基—L—古龙酸(2—KLG)，然后再酸化生成维生素c的方法。第四十三页，共53页。第四十四页，共53页。第四十五页，共53页。

二