•
• • • •
核磁共振
毛细管电泳 气相色谱 高效液相色谱 质谱
Automation 自 动
29
3.
抗生素生产菌改良
人工诱变法： 紫外线、X-线、r-线
照射
亚硝基胍、亚硝酸、 秋水仙素、氮芥等 诱变剂处理
30
基因工程 Genetic Engineering
Recombinant DNA
Technology
agar plate 琼脂培养基
zones of inhibition (no growth) 抑菌圈
Agar diffusion assay
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分 析 仪 器 Analytical instruments
现代分析仪器： Modern analytical instruments:
Nuclear magnetic resonance (NMR) Capillary electrophoresis (CE) Gas chromatography (GC) High performance liquid chromatography (HPLC) Mass spectroscopy (MS) Sensitivity Accuracy 灵 敏 准 确
Pilot plant Evaluation 中试生产
Inoculum Development 32 菌种扩大培养
Scale-up（比拟放大）
models
< 10 dm3
模 拟Biblioteka > 200 m3• Same productivity ? • Limitations ?
EL Gadden 33 Jr
Good product Good productivity
早期：一般认为来源于微生物，且主要作用于细 菌感染。故认为抗生素(antibiotics)是微生物在代谢过 程中产的，在低浓度下就能抑制它种微生物生长和活 动，甚至杀死他种微生物的化学物质。由于抗生素的
这种杀菌能力，我们曾经把这类物质叫做抗菌素。
4
现在：
来源：随着抗生素研究和生产的发展，新的抗生
素的来源正在扩大。可以是微生物、植物（如蒜素、
科研人员因出发点不同有不同的分类体系。 可根据生物来源、作用对象、化学结构、作
用机制、生物合成途径等方面对抗生素进行分类。
12
1.4
抗生素的分类
1.4.1 根据抗生素的生物来源分类 (生物学家) （1）放线菌产生的抗生素：如链霉素、四环类
（如四环素）、大环内酯类（如红霉素）、多烯类
（如制霉菌素） 、放线菌素类（如放线菌素D）等。 （其中链霉菌属最多，诺卡氏菌属、小单孢菌次之） （2）真菌产生的抗生素：如青霉菌属和头孢菌属 等分别产生一些很重要的抗生素（青霉素、灰黄霉素、
CH2-CO17
β-内酰胺 环
18
两性霉素
Antibiotics are so complex they can only be synthesized in a living system
19
1.4.4 根据抗生素的作用机制分类
此种分类的优点：便于进行理论研究，有助于了
解抗生素影响病原体新陈代谢的哪些环节，从而找出 治疗的规律，使抗生素的使用更为合理。 （1）抑制细胞壁合成的抗生素：如青霉素。 （2）影响细胞膜功能的抗生素：多烯类抗生素。
（3）大环内脂类抗生素：如红霉素、麦迪加霉素；
（4）四环类抗生素：如四环素、土霉素； （5）多肽类抗生素：如多粘菌素、杆菌肽； （6）蒽环类抗生素：如阿霉素、柔红霉素； （7）喹诺酮类抗生素：如环丙沙星、诺氟沙星。
16
R
H N
S
CH3 CH3
H
O
N
H
COO-
-lactam ring β-内酰胺 环 natural penicillin R =
（3）抑制病原菌蛋白质合成的抗生素：四环素。
（4）抑制核酸合成的抗生素：如影响DNA结构和功能 的丝裂霉素C。 （5）抑制生物能作用的抗生素：如抑制电子转移的 抗霉素。
20
1.4.5 根据抗生素的合成途径分类
（1）氨基酸、肽类衍生物抗生素：如青霉素类、头
孢菌素等寡肽抗生素。
（2）糖类衍生物抗生素：如链霉素等糖苷类抗生素。 （3）以乙酸、丙酸为单位的衍生物抗生素：红霉素 等丙酸衍生物。
6
掌握狭义的抗生素这个概念，需要把握以下几点： A、低分子量
分子量一般不超过几千。如溶菌酶这类酶及其他
复杂的蛋白质分子虽然也具有抗菌活性，但由于它
们的分子量很大，因而在习惯上不将它们归入抗生
素一类。
7
B、天然代谢产物
只有微生物的天然代谢产物才能称为抗生素，通 过化学修饰的只能称为半合成抗生素，根据天然抗生 素的结构完全采用化学合成方法制造的则称为全合成 抗生素。
问题：一种抗生素可能有几种机制，机制非常清楚的
不多。
21
1.5 抗生素的剂量表示法及抗菌谱
1.5.1 抗生素的剂量表示法 抗生素应用时剂量小，因此除重量外，常用特
定的效价单位表示
（1）稀释单位：无法制得纯品，最初的表示方法，
一定基于稀释法定的基准单位。
一个青霉素的效价单位：为能在 50mL 肉汤培养 基中完全抑制金黄色葡萄球菌标准菌株的发育的最
头孢菌素）。
13
（3）细菌产生的抗生素：如多粘杆菌、枯草杆菌、
芽孢杆菌等。如多粘菌素。
（4）植物或动物产生的抗生素：从被子植物蒜中
制得的蒜素；从动物脏器中制得的鱼素等。
14
1.4.2 根据抗生素的作用对象分类（医生、病理学家）
（1）广谱抗生素：如氨卞青霉素既抑制G+，又抑制 G（2）抗G+的抗生素：如青霉素， （3）抗G-的抗生素：如链霉素
25
1.7
医疗用抗生素应具备的条件
（1）抗生素在低浓度下对多种病原菌有
效—高效 （2）难以使病原菌产生耐药性—交叉用药， 防止最重要 （3）较大的差异毒性——副作用小
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2．生产前期研究
产生菌的筛选； 抗菌性试验； 提取、精制、鉴定； 毒性试验； 药理和临床试验。
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lawn of test bacteria 测试菌苔 filter papers soaked with test compounds 含药物滤纸
小青霉素剂量。
一个链霉素效价单位：能在1mL肉汤培养基中完 全抑制大肠杆菌（ATCC9637）发育的最小剂量。
22
（2）重量单位：以抗生素的有效成分（生 理活性成分）的重量作为抗生素的基准单位。
（大多数使用）
一般定义1mg=1400单位。对于各种酸、碱、 盐，指定其中的一个。如链霉素、氯霉素等以 游离碱计，又如金霉素、氯霉素以盐酸盐计。
第17讲 抗 生 素 发 酵 生 产 技 术 Antibiotics Fermentation Production
1
主要内容
1. 概述; 2. 生产前期研究;
3. 生产菌改良;
4. 生产工艺过程;
5. 发酵条件的控制;
6. 提取和精制.
2
1. 概
述
1.1 抗生素的生物起源
生存竞争说：共生与拮抗，抗生素是拮抗菌分泌 的用来与别的微生物战斗的武器。
Secondary Lab fermentor shake flask evaluation evaluation Production different media Condition 二级摇瓶培养 小型发酵罐 各种培养基 模拟生产条件
300 3 30
1
Production Evaluation 生产
23
1.6 抗生素的体外抗菌作用
判断药物有无抗菌作用及其抗菌作用的强弱，有体外和体 内两种试验方法。一般先进行体外抗菌试验，若发现药物有抗 菌作用，可再进行体内抗菌试验。 体外抗菌试验主要用于筛选抗菌药物或测定细菌对药物的 敏感性，所以也称为药敏试验，常用最低抑菌浓度（MIC）表示， 是指药物完全抑制某种微生物的最低浓度。 （1）抑菌、杀菌作用
样性，关于抗生素的定义在专家中一直存在着分歧。
目前，一个大多数专家所接受的定义是：抗生素 是由生物（包括某些微生物、植物和动物在内）在其 生命活动过程中产生的，能在低浓度下有选择地抑制 他种生物机能的低分子量的有机物质。
狭义的定义是：抗生素是低分子量的微生物代谢
产物，能在很低的浓度下抑制其他微生物的生长。
抑菌作用：抗生素存在时细菌的繁殖受到抑制，去除抗生 素后，对细菌的抑制作用消失。 杀菌作用：对细菌的不可逆损害，导致死亡。 （2）菌种的最低药物敏感度测定。
24
最小抑菌浓度（MIC）：培养24h以最低浓度无菌体生长者。 用来表示抗生素的抗菌活性作用，单位是µ g/mL。 最小杀菌浓度（ MBC）：次代继续孵化24h以最低浓度无菌 生长者。即当药物浓度在稍高于MIC值浓度下的抑菌作用是不可 逆的，称为杀菌作用。最低抑菌浓度与最低杀菌浓度可以相同， 也可以有所不同。 最低杀菌浓度的确定即依次将未见细菌生长的各管培养物 各吸取0.1mL涂布于合适的琼脂培养基平板上，在规定的温度下 培养18～24h，平板上的菌落数小于5个的最小稀释度的药物浓 度即为最低杀菌浓度。 （3）抗菌谱：某种抗生素所能抑制或杀灭病原体的范围， 称之为该种抗生素的抗菌谱。
摇 瓶 发 酵 Shake-flask fermentation
• • • • • • • • • • • • 装液量：10% (-250ml) 间歇培养 温控受限制 代谢碳水化合物慢 常压 缓冲液控制pH 在线取样难 容量减少 瓶壁上结垢 无需消泡 搅拌受限制 无法控制溶解氧
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搅 拌 罐 发 酵 Stirred tank fermentation