第一章 药物微生物与微生物药物什么是微生物药物（Microbial Medicines ）狭义定义为：微生物在其生命过程中产生的，能以极低浓度有选择地抑制或影响其他生物机能的低分子的代谢物。

广义定义为：能以极低浓度抑制或影响其它生物机能的微生物或微生物的代谢物。

三、微生物发酵制药的种类 （1）微生物菌体发酵（2）微生物酶发酵（3）微生物代谢产物发酵（4）微生物转化发酵一、药物微生物分类 药源微生物：药用微生物：基因工程菌：二、 微生物作为天然药物资源的优势① 微生物多样性 ② 生长快速，可以大规模工业化生产 ③ 微生物遗传背景简单④ 微生物代谢产物的多样性为筛选高效低毒的药物提供了可能性。

三、药源微生物不同的微生物类群，次级代谢产物的形成能力有着巨大的差异。

甚至是产生药物较多的种属之间，产物的类型也有着巨大的差异。

只有少数的微生物类群是优秀的药物产生菌---药源微生物。

因此，药源微生物是药物筛选最重要的来源。

半个多世纪的微生物药物的筛选与开发，为人们提供了大量的各种类型天然化合物，占全部发现的生物活性天然化合物的80%以上。

在微生物来源的天然化合物中，70%左右是由放线菌产生的，尤其是链霉菌。

但随着筛选工作广泛深入的开展，从放线菌获得新化合物的比例已经降到了不足0.1%。

因此，目前微生物药物的筛选已从传统的高产微生物转向新的微生物类群。

如中药用微生物、海洋微生物、极端微生物、以及尚未开发或开发不足的新微生物类群。

如下微生物类群，通常都有着或多或少的“光荣的”药物产生历史。

（1）放线菌：目前国际上已经描述和发表的放线菌近60个属，2000多种，放线菌是产生微生物药物最多，也是药物研究最多的生物类群。

最重要的是产生链霉素的链霉菌属（Streptomyces ），其次是产生放线菌素和庆大霉素的小单孢菌属（Micromonospora ），产生利福霉素的诺卡氏菌属（Nocardia ）。

（2）细菌：芽胞杆菌属（Bacillus ）和假单胞菌属（Pseudomonas ），产生的主要是肽类，毒性较大，但通过组合生物合成技术，可能经过人工改造获得新型的药物。

值得一提的是目前研究较热的粘细菌（Myxobacteria ），重要的药源菌类群。

例如能够降解纤维素的纤维堆囊菌，是目前已知的产生生物活性代谢产物的比例最高的生物类群，并且产物结构新颖多样，是很好的药源菌类群。

粘细菌又称子实粘细菌，其生活史包括营养细胞阶段和休眠体（子实体）阶段。

营养细胞杆状，包埋在粘液层中，菌体柔软，除缺乏坚硬的细胞壁外，与G-细菌无甚差别。

在固体表面或气-液界面滑动。

以二横裂方式繁殖。

营养细胞发育到一定阶段，在一定位置聚集，并形成由细胞和粘液组成的子实体，肉眼可见。

在子实体中细胞变成休眠细胞，称为粘孢子。

（3）真菌：重要的药源真菌主要是青霉属（Penicillium ），曲霉属（Aspergillus ），头孢菌属（Cephalosporium ）的菌株。

传统中药中的大型真菌，如灵芝、虫草等，被称为药用真菌。

现代研究表明，药用真菌也是通过产生具有药理活性的代谢产物而起作用，如大分子多糖、小分子萜类、多肽等。

五、药用微生物（1）传统中药（汉药方）大型药用真菌，如灵芝、虫草。

（2）粘细菌的子实体结构部分（3）各种具有明显药效作用的菌剂，如减毒或灭活的疫苗、益肠道菌剂、农用微生物菌剂。

四、次级代谢产物合成的特点① 次级代谢产物多在细胞停止生长以后合成② 初级代谢产物可直接或修饰后成为次级代谢产物合成的前体。

③ 合成反应包括聚合作用和修饰④ 次级代谢产物分泌胞外⑤ 合成反应受初级代谢影响间接松弛，主要受次级代谢自身系统控制。

六、次要组分大部分微生物通常能够产生一系列密切相关的次级代谢产物，其中仅有一种或两种是主要的，其余的都是微量组分，这些微量组分即称为次要组分。

在已知的药源微生物中发现未知的次要组分的例子很多，如白霉素、制霉菌素、多粘菌素等 。

次要组分的实际重要性时非常大的，如头孢霉素C 、卡那霉素B 的发现。

次要组分多数是主要产物的结构类似物，少数呈现不同结构七、微生物药物的几个相关概念（7）化疗指数（chemotherapeutic index ，CI ）判断一种药物的安全性和有效性的综合指标。

一般以动物半数致死量（LD50）和治疗感染动物的半数有效量（effective dose, ED50）的比值表示，即CI ＝LD50/ED50；化疗指数愈大，表明药物毒性愈小，相对较安全，但并非绝对安全，如化疗指数高的青霉素可致过敏性休克。

（10）药物相互作用不同药物同时存在时，将会对各自的活性产生相互的影响。

累加作用：相互无关 协同作用：相互促进 拮抗作用：相互抑制 CI= 治疗对象对药物不呈现明显毒性反应的最大耐受剂量 明显疗效的最低给药剂量十一、微生物药物的应用1.治疗疾病选用药物时应考虑如下几个方面的因素。

（1）抑菌谱（2）毒副作用（3）药代动力学（4）流行病学和耐药性（5）联合用药2.预防疾病预防性使用药物时应注意：（1）用于极可能会出现感染的情况（2）正确选择（3）给药时间3、兽医药中的应用群体治疗有以下优势：①同时治疗所有动物，阻断了感染源；②对那些传染期无传染症状或有传染前症状的动物加以治疗，不影响动物的经济价值；③通过饮食给药简便且易于控制。

但群体治疗也有不利之处：①很难准确掌握对个体的药物剂量；②饲料拌药的形式、周期、技术等方面困难。

4、改善畜牧业产品的生产抗生素影响动物生长的可能机制是：①抑制产毒素的肠道细菌；②抑制无症状致病菌；③抑制食物中的有害菌；④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①抑制植物致病细菌感染。

②控制植物致病真菌感染。

③除草剂。

6、作为研究工具①细胞代谢中生物分子功能的阐明。

；②绘制微生物遗传图谱。

③遗传操作。

重要的药源微生物类群一、放线菌二、芽孢杆菌属三、假单胞菌属四、粘细菌五、曲霉菌属和青霉菌属六、海洋微生物七、极端微生物药物微生物的筛选样品的采集要考虑以下因素1、环境中有机质的含量及种类2、采集季节3、含水量4、酸碱度药物微生物的筛选技术一、样品的采集二、微生物的分离三、发酵四、活性测定五、化合物的分离纯化六、产物结构鉴定七、微生物鉴定二、发酵条件的选择发酵环境的改变通常会造成微生物次级代谢产物合成的改变。

这些改变既包括产量的改变，也包括活性成分组分的改变；既有出现时间的改变，也有一些已产生的物质的消失或出现新成分等。

1、发酵培养基营养物质的选择为发酵培养基选择合适的营养物质需要对微生物合成产物的条件进行细致地分析。

发酵培养基包括碳源、氮源、无机金属离子和缓冲剂等。

复杂的培养基更适于次级代谢产物的合成，因为它们不但可以获得更高的产量，并且也更经济。

化学成分很清楚的合成培养基在微生物次级代谢产物的发酵中很少使用。

2、含高浓度磷酸盐的培养基尽管低浓度的磷酸盐培养基有利于次级发酵代谢产物的合成这一观点被广泛接受，但是含有1%-2%无机磷酸盐的高浓度磷酸盐培养基也被成功地用于发酵生产硝吡咯菌素。

3、含高浓度其他盐的培养基鉴于无机磷酸盐对微生物次级代谢产物的生物合成的普遍抑制作用已被充分证明，所以高浓度磷酸盐培养基被认为是一种极端的发酵条件。

同样，高浓度的其他盐也可能形成这种有利于次级代谢产物合成的极端发酵条件。

4、pH碱性的培养基有些微生物可以在pH碱性条件下生长，并产生碱性胞外酶。

许多放线菌和真菌属于这类嗜碱微生物，在碱性条件下这类菌可产生新的次级代谢产物。

5、拟混合培养通过两种微生物的混合培养来获得新的化合物的实验室令人感兴趣的。

可能期望一株菌产生了一种生物学上没有活性的代谢物，这种代谢物可以被第二株菌变成有活性的化合物。

6、前体指导的生物合成次级代谢过程中的酶常常表现出较低的底物专一性，合成的次级代谢产物通常是一大类结构相似的代谢物。

因此，添加一定的外源前体可以获得所需产物的特定组分。

第二节筛选模型目前的筛选模型可以从筛选水平上分为三类：体外细胞水平、体外靶分子水平和体内动物实验。

一、体外细胞筛选模型1、超敏感细胞筛选模型2、β-内酰胺类化合物细胞筛选模型3、β-内酰胺酶抑制剂细胞筛选模型4、作用于细胞壁合成的药物学筛选模型5、细胞膜抑制剂的筛选模型6、抗代谢物筛选模型二、体外分子筛选模型1、抗生素钝化酶靶分子模型2、受体靶分子模型3、正常酶靶分子模型4、cccDNA（共价闭合环状DNA）靶分子模型化学筛选的原则1、首先是使用几个特殊的实验对代谢产物进行分离和检测，包括颜色反应鉴定代谢产物中的代表性官能团；2、再对已分离的代谢产物的生物活性进行估计。

影响次级代谢产物合成的因素1、营养因素2、金属离子3、前体物质4、胞内诱导物5、pH6、温度7、通气和搅拌8、渗透压第三章微生物药物的发酵生产技术一、工业生产菌株的诱变筛选及基因改造（一）自然选育基本过程如下：菌种→单孢子或单细胞悬液→适当稀释→琼脂平板分离→挑单个菌落进行生产能力测定→选出优良菌株。

（二）诱变育种诱变育种方案的设计诱变育种整个过程涉及诱变和筛选两个阶段，甚至是不断多轮重复。

首先制定诱变方案，进行诱变实验。

其次，确定筛选目标和方案，进行筛选。

（三）杂交育种杂交育种是两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选具有新性状的菌株，带有定向育种的性质（四）基因工程技术育种基因组shuffling技术 DNA shuffling药物生产菌的营养需求1、碳源2、氮源3、无机盐和微量元素4、水5、生长因子6、前体与促进剂7、消沫剂三、发酵培养基的配制1、一般原则（1）生物学原则（2）工艺原则（3）低成本原则（4）高效经济原则2、培养基的设计基本思路（1）根据他人的经验和成分，初步确定培养基的成分，作为研究的起始培养基。

（2）单因素实验，确定最适宜的培养基成分。

（3）多因素实验，进行各成分之间浓度优化和最佳配比。

如均匀设计、正交实验和响应面分析等统计学方法。

（4）从摇瓶、小型发酵罐，到中试，最后放大到生产罐。

（5）综合考虑各种因素，产量、纯度、成本等后，确定一个适宜的生产配方。

什么是微生物制药？微生物制药基本过程利用药物微生物，通过发酵培养，在一定条件下，生长繁殖，同时在代谢过程中产生药物，然后，从发酵液中提取分离、纯化精制，获得药品。

菌株选育、发酵、分离纯化和成品检验与包装是发酵制药的四个主要阶段。

建立分离纯化工艺的依据1、起始物料的特点，包括：（1）菌种类型及其代谢特性（2）原材料和培养基的来源及其质量（3）生产工艺和条件（4）初始物料的物理、化学和生物学特性2、物料中杂质的种类和性质3、目的产物4、产品质量的要求二、分离纯化的基本过程1、发酵液的预处理和固液分离2、分离浓缩3、精制分离纯化技术应满足下列要求：（1）技术条件要温（2）选择性要好（3）收率要高（4）两个技术之间要能直接衔接（5）整个分离纯化过程要快三、分离纯化的技术1、细胞破碎与固液分离2、目的产物的分离纯化3、非蛋白质类杂质的去除第四章抗生素及耐药性抗生素是生物包括微生物、动物、植物在其生命活动的过程中所产生的（或化学方法合成的），能在低浓度下有选择地抑制或影响其他生物机能的有机物质。