真菌之其它
牛肝菌属：含有人体必需的8种氨基酸，还含有腺膘呤、 胆碱和腐胺等生物碱。 灵芝属：灵芝多糖、灵芝多肽、三萜类、16种氨基酸(其 中含有七种人体必需氨基酸)、蛋白质、甾类、甘露醇、
香豆精苷、生物碱、有机酸（主含延胡索酸），以及微量
元素Ge、P、Fe、Ca、Mn、Zn等。
发酵菌种的选育要求
发酵工程制药的定义
利用微生物技术，通过高度工程化的新型综 合技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于 微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来 合成一定产物，通过分离纯化进行提取精制，并 最终制剂成型来实现药物产品的生产。
发酵工程的4个阶段
第一阶段
1676年制成第一台显微镜 ——微生物的存在 1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵母发酵引起 的 1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒 精——酶
生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，所需的
代谢产物的产量高，其它类似代谢产物少。
操作性：培养条件简单，发酵易控制，产品易分
离。
稳定性：抗噬菌体能力强，菌种纯粹，遗传性状 稳定、不易变异退化。 安全性：非病源菌，不产有害生物活性物质或毒 素。
菌种选育
诱变育种的理论依据是DNA分子结构的改变。 分为： 自然选育 诱变育种 杂交育种 原生质体融合 基因工程
4、微生物转化发酵
利用微生物细胞的一种或几种酶，对外源化合物 的特定部位进行加工，如加入羟基、还原双键、脱 氧或切断支链等。 反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、 结构位置特异性、立体特异性。
如：甾体转化
可的松 （Cortisone）
发酵技术的应用
产物：微生物细胞，酶，活性物质，特殊化学品和食品添加剂。
发酵方式
（一）分批培养
•1、分批培养的定义
•2、分批培养的生长过程
•3、分批培养过程中影响细胞生长的因素
• 分批培养是一种间 歇式的培养方法， 在每一批次的培养 过程中，不再加入 其它营养物料。待 生物反应进行到一 为了提高生物反应器在分批培养中的效率 定程度之后，将全 通常采用多级分批培养的办法。 即在小型生物反应器中接入少量种子 部培养液倒出、进 经过分批培养，来获得较大数量的细胞作为种子 行后道工序处理。
发酵工程制药
L/O/G/O
第一节 概述
L/O/G/O
发酵工程
又称微生物工程，是利用微生物制造工业原 料与工业产品并提供服务的技术。 现代发酵工程已形成完整的工业体系，包括 抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、有机溶剂、 多糖、酶制剂、单细胞蛋白、基因工程药物、核 酸类物质及其他生物活性物质等的生产。
从自然界中获得新菌种
土壤、空气、动植物等，严重污染的水域，极端
环境等 基本程序： 采样→预处理→富集培养→筛选→鉴定→野生型
菌株
诱变育种
物理或化学方法诱发突变。 物理诱变剂：紫外线、X-射线、γ-射线等 化学诱变剂：氮芥、亚硝酸、5-氟尿嘧啶等
自然选育：不经人工处理利用微生物的自然突变 进行育种的过程。 诱变育种：利用物理、化学等因素，诱发基因突 变，并从中筛选出具有某一优良性状的突变体。 杂交育种：借助基因重组，使不同菌株的遗传物 质得以交换。 原生质体融合育种：借助原生质融合技术实现遗 传物质的交换。 基因工程育种：DNA体外重组技术定向育种，技
• 顶孢头孢霉菌(Cephalosporium acremonium) 都生产头孢菌素C
真菌之酵母菌属(Saccharomyces)
啤酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)：生产啤 酒、酒精、药用酵母等；核酸、麦角固醇、细胞 色素C、凝血质和辅酶A等。 红酵母 (Rhodotorula)：β-胡萝卜素 棉病针孢酵母(Nematspora gossypii)：核黄素
基因工程的载体
细菌之短杆菌属(Brevibacterium)
维生素B12、氨基酸、核苷酸类药物生产中常用的
菌种，也是酶法合成生产辅酶A的菌种。
细菌之棒状杆菌属(Corynebacterium)
生产氨基酸、核苷酸类药物，用于甾体转化
是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌，
如北京棒杆菌AS1.299钝齿棒杆菌AS1.542
第二阶段 对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于
厌氧发酵，如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳
酸和各种发酵食品。
第三阶段
20世纪40年代初，第二次世界大战爆发，青霉素 迅速工业大规摸生产。 深层培养、生产大规模化、多种抗生素、氨基酸、 核酸发酵成功。
第四阶段 20世纪50年代，利用代谢调控发酵氨基酸、核酸。 20世纪70年代，利用固定化酶或细胞连续发酵。 20世纪80年代，基因工程、蛋白质工程、细胞融合 技术等高新技术应用阶段。
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery
FERMENTATION Process Control
微生物发酵类型
1、微生物菌体的发酵
生产抗癌类药物
放线菌
抗生素12000余种，60%左右来自放线菌，
经济价值大。
放线菌之链霉菌属 ( Streptomyces )
灰色链霉菌(Streptomyces griseus) 产链霉素
金霉素链霉菌(Streptomyces aureofaciens) 产金霉素 红霉素链霉菌(Streptomyces erythreus) 龟裂链霉菌 (Streptomyces rimosus) 产红，减压抽真空， 需冻干机
各类微生物
5-15年
液氮超低温保藏法
保护剂，超低温（各类微生物 196℃），需超低温液氮 设备 与培养基混合直接低温 保存 专性活细胞寄生微生物（如 病毒）
15年以上
宿主保藏法
第三节
（一）分批培养 （二）连续培养 （三）其它培养方法
发酵工业简介
发酵食品 有机酸 氨基酸 核酸类物质 酶制剂 医药工业（抗生素…） 饲料工业（单细胞蛋白） 环境工程（废物处理） 其它 （冶金工业…）
Fermentation Industry
Fermented Foods Organic Acids Amino Acids Nucleotides Enzymes Pharmaceutical (Antibiotics…) Feedstuff (eg. SCP) Environmental Application (Waste Treatment) Others (eg. Metallurgical industry…)
上游工程
UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - inoculum development - media formulation - sterilization - inoculation
FERMENTATION Process Control
Fermentation engineering
SCP、药用真菌（冬虫夏草、茯苓等） 生物防治制剂（如苏云金杆菌）
活性乳制剂
细胞的生长与产物的积累成平行关系，
生长速率最大的时期也是产物合成最高阶段。
2、微生物酶发酵
各种酶制剂： 糖化酶、α-淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等 天冬酰胺酶： 抗癌
纳豆激酶、链激酶： 治疗血栓
青霉素酰化酶：青霉素生产
菌种保藏的常用方法
斜面低温保藏法
石蜡油封存法
砂土管保藏法
麸皮保藏法
甘油悬液保藏法 冷冻真空干燥保藏法 液氮超低温保藏法 宿主保藏法
方法名称 斜面低温保藏法 石蜡油封存法
主要特点 传代培养，4℃保藏 石蜡油隔绝空气，室温 或4℃保藏 沙土管作载体，干燥器 中抽真空，室温或4℃保 藏 麸皮作载体，干燥，4℃ 保藏 悬浮于10-15%甘油中， 需低温冰箱
Fermentation engineering
发酵工程组成
上游工程 UPSTREAM PROCESSES 从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵工程、下游工程
下游工程
FERMENTATION Process Control
DOWNSTREAM PROCESSES
Fermentation engineering
基因突变及其机制
诱变育种操作步骤
质 粒 育
转基因工程菌的构建
菌种保藏(Culture conservation)
目的：保证菌种经过较长时间后仍保持生活能力， 防止被杂菌污染，形态特征和生理形状尽可能不 发生变异。
菌种保藏三要素
典型菌种的优良纯种的休眠体；
创造有利于种子休眠的环境（低温、干燥、缺氧、 避光、缺少营养）； 尽可能采用多种不同的手段保藏同一菌株。
白介素促红细胞生成素等；
新型菌体制剂和疫苗。
红细胞生成素
生长激素 胰岛素 干扰素
( 治疗贫血)
( 促进生长) (治疗糖尿病) (抗病毒、抗肿瘤)
第二节 发酵制药中的微生物
L/O/G/O
常见的制药用微生物
细菌
放线菌 真菌
细菌之大肠杆菌属(Escherichia coli)
生产天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等氨基酸类药物
发酵的理论产量存在约10%的变量
发酵过程常温常压，操作条件温和
纯种培养、无菌条件
生产过程是以生物体的自动调节方式进行的
分子水平生产，定向发酵、突变、杂交等手段
投资少、见效快
发展趋势
利用DNA重组技术和细胞工程技术的发展、新的
工程菌和新型微生物的开发