微生物在药学中的应用Pharmaceutical Microbiology生命科学与技术学院徐旭东xu_xudong@（二）医疗用抗生素的特点1．差异毒力2．生物活性强、由不同的抗菌谱；MIC（minimal inhibitory concentration）：能抑制微生物生长所需的药物的最低浓度。
MBC（minimal bactericidal concentration ）：也称MLC(minimal lethal concentration)；3．不易产生耐药性、毒副作用小；4．不易引起超敏反应；5．吸收快，血浓度高；6．不易被血清蛋白结合而失活。
（三）抗生素的分类1．根据抗生素的产生来源分类（1）细菌产生的抗生素（2）放线菌产生的抗生素（3）真菌产生的抗生素（4）植物和动物产生的抗生素2．根据抗生素的化学结构进行分类（1）β-内酰胺类抗生素：青霉素、头孢菌素等。
（2）氨基糖苷类抗生素：链霉素、卡那霉素等。
（3）大环内酯类抗生素：红霉素、麦迪霉素等。
（4）四环类抗生素：四环素、金霉素等。
（5）多肽类抗生素：多粘菌素、杆菌肽等。
二、抗菌药作用机制1．抑制细菌细胞壁合成：–胞浆内粘肽前体的形成–胞浆膜阶段粘肽合成–胞浆外交叉联接过程2．影响胞浆膜通透性；3．抑制蛋白质合成；4．抑制核酸代谢（叶酸代谢；核酸合成）。
三、抗生素产生菌的分离和筛选土壤微生物的分离筛选早期鉴别分离精制临床前试验研究临床试验避免出现细菌的耐药性的措施：（1）合理使用抗生素；----避免在一个时期或长期多次使用同种抗生素----不同的抗生素(或与其他药物)混合使用（2）筛选新的更有效的抗生素或对现有抗生素进行改造；（3）抗药机制的研究。
第二节氨基酸发酵1820年：水解蛋白质的方法开始制造氨基酸；1850年：化学方法合成了氨基酸；1956年：Kinoshita利用微生物直接发酵糖类生产谷氨酸，是现代发酵工业的重大突破，是氨基酸生产方法的重大革新；1973年：固定化菌体进行天冬氨酸的工业规模的生产。
一、氨基酸的应用食品工业：食品添加剂、调味剂（味精、aspartame）；饲料工业：饲料添加剂；医药工业：氨基酸输液；给药系统（聚谷氨酸苄酯共聚物等）；化学工业：谷氨酸制备洗涤剂（十二烷酰基谷氨酸钠肥皂）、润肤剂（焦谷氨酸钠）、聚谷氨酸人造革、以及人造纤维和涂料；农业：制造可被微生物分解的无公害农药。
N-月桂酰-L-异戊氨酸，能防止稻瘟病，又能提高稻米的蛋白质含量。
二、氨基酸的生产方法氨基酸的生产方法可分为：①抽提法：酸水解蛋白质原料，然后从水解液中提取；②直接发酵法：大多数氨基酸可用此法生产；③添加中间产物的转化法：④酶法：用完整菌体（固定化菌体细胞）或微生物产生的酶（固定化酶）来制造氨基酸；⑤合成法。
三、氨基酸产生菌的选育（1）氨基酸产生菌的来源大多数优良的氨基酸产生菌，属于：棒杆菌属(Corynebacterium)：Corynebacterium. glutamicum 短杆菌属(Brevibacterium)：Brevibacterium flavum微杆菌属(Microbacterium)：Microbacterium aminophilum 微球菌属(Micrococcus)：节杆菌属(Arthrobacter)：Arthrobacter paraffineus（2）氨基酸产生菌的遗传特点①营养缺陷型突变株②抗氨基酸结构类似物突变株③细胞透性改变的突变株微生物细胞中氨基酸合成的特点：①某一类氨基酸往往有一共同的前提体；②氨基酸的合成与EMP途径和TCA循环密切相关；③一种氨基酸可能是另一种氨基酸的前体。
微生物细胞中大量积累氨基酸，必须做到：①解除氨基酸代谢途径的反馈抑制；②防止氨基酸降解或者合成其他相关产物；③增加细胞膜的通透性。
谷氨酸发酵生产菌①产生菌－－谷氨酸棒杆菌黄色短杆菌②遗传特性－－CO2固定能力强；乙醛酸循环弱；其他族氨基酸合成减弱。
第三节维生素发酵一、维生素C弱氧化醋杆菌（Acetobacter suboxydans）我国发明的两步发酵法重组菌一步发酵法：将棒状杆菌的2,5-二酮-D-葡萄糖酸还原酶基因克隆到欧文氏菌体内，构建基因工程菌来完成从D-葡萄糖直接转化成2-酮基-L-古龙酸的一步发酵法。
二、维生素B2最常用的生产菌种为棉病囊霉（Ashbya gossypii）和阿氏假囊酵母（Eremothecium ashbyii）。
三、维生素B12的微生物有细菌和放线菌，尤其是s 能产生维生素B12舒氏丙酸杆菌（Propionibacterium shermanii）和菲氏丙酸杆菌（Propionibacterium freudenreichii），酵母和霉菌不能产生维生素B。
12第四节甾体化合物转化甾体化合物（steroid）又称为类固醇，是一类含有环戊烷多氢菲核（甾体化合物的母核）的化合物。
甾体化合物尤其是甾体激素对机体有重要的调节作用，因此在医疗上应用十分广泛。
一、微生物转化工艺用微生物转化方法生产甾体化合物往往是化学合成路线中的某一步或两步，转化工艺一般可分为两个阶段：第一阶段为菌体生长阶段，第二阶段为转化阶段。
微生物转化方法分为三种类型：①生长细胞转化法：将底物加入到微生物培养液中转化；②静息细胞转化法：从微生物培养液中制备细胞悬液或干细胞，将底物加入到菌体细胞悬液中进行微生物转化；③固定化细胞与固定化酶转化法：将培养好的菌体制备成固定化细胞或固定化酶用于对底物进行转化。
二、微生物转化的反应类型（一）羟化反应微生物使孕酮在11α位羟化形成11α羟基孕酮，再经四步化学反应就能形成可的松。
（二）脱氢反应可的松在C-1位和C-2位之间形成双键后，其生物活性较其母体增强数倍胆固醇ADD豆甾醇雄甾烷-1，4二烯-3，17二酮4AD4-雄甾烷-3，17二酮睾丸素乙炔睾酮雌酮雌二醇炔雌醇雌三醇炔诺酮第五节酶与酶抑制剂一、酶制剂（一）医药领域常用的微生物酶制剂1．链激酶和链道酶：链激酶治疗脑血栓；2．透明质酸酶：加速扩散，利于药物吸收；3．天冬氨酰胺酶：治疗白血病和某些肿瘤；4．消化酶：蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等；5．青霉素酰化酶：在半合成青霉素的生产中具有重要的作用。
青霉素G水解制备6-APA的反应二、酶抑制剂酶抑制剂(enzyme inhibitor)主要是微生物产生的一类小分子生理活性物质，它们能够特异性抑制某些酶的活性。
酶抑制剂具有低毒性、小分子量、结构新颖以及结构的多种多样性等特点，已被用于增强免疫、生理功能调节、疾病治疗、治疗抗药菌感染等多个方面。
（一）蛋白酶抑制剂微生物来源的蛋白酶抑制剂有亮肽剂(Leupeptin)、抗肽剂(Antipain)、抑靡酶剂(Chymostatin)、抑胃酶剂(Pepstatin)、弹性朊醇(Elastainal)等。
（二）细胞膜表面酶抑制剂微生物来源的细胞膜表面酶抑制剂有抑氨肽酶B(Bestatin)、抑氨肽酶A(Amastatin)、抑脂酶剂(Esterastin)。
（三）糖苷酶及淀粉酶抑制剂微生物来源的糖苷酶及淀粉酶抑制剂有泛涎菌素(Panosialin)、异黄酮鼠李糖苷(Isoflavonoid)、抑唾液酶剂(Siastatin)、抑淀粉酶剂(Amylostatin)等。
（四）肾上腺素合成酶抑制剂微生物来源的肾上腺素合成酶抑制剂有小奥德蘑酮(Oudenone)、镰孢菌酸(Fusaric acid)等。
（五）β-内酰胺酶抑制剂微生物来源的β-内酰胺酶抑制剂有棒酸(Clavulanic acid)、硫霉素(Thianamycin)等。
Clavulanic acid produced by Streptomyces clavuligerus, has a chemical structure similar to some ß-lactamines, e.g. penicillin and possesses the ability to inactivate a wide variety of beta-lactamases(commonly found in microorganisms resistant to penicillins and cephalosporins) by blocking the active sites of these enzymes.The mechanism of action of clavulanic acid第六节菌体制剂一、药用酵母酵母细胞中含有丰富的营养物质，如蛋白质、氨基酸、维生素等，并含有辅酶A、细胞色素C、谷胱甘肽、麦角固醇和核酸等生理活性物质以及多种酶类。
药用酵母可促进机体的代谢机能，增进食欲，用于治疗消化不良和维生素B族缺乏症。
二、活菌制剂活菌制剂也被称为微生态制剂，是根据微生态学的原理，利用人体正常菌群的某些种类，经人工培养方法制成。
目前应用较多的活菌制剂主要使用了乳酸菌、双歧杆菌以及肠球菌、大肠杆菌、蜡样芽胞杆菌、酵母菌等。
一、从抗生素到微生物药物的发展概况1929年，Fleming发现青霉素；1941年，青霉素在美国开发成功；1943年，美国科学家Waksman发现链霉素，提出了一整套较为系统的从微生物中寻找抗生素的方法。
此后，从放线菌中陆续发现了金霉素、土霉素、四环素等四环素类抗生素；卡那霉素、庆大霉素、新霉素、妥布霉素、小诺霉素等氨基糖苷类抗生素和红霉素、吉他霉素、螺旋霉素、麦迪霉素等大环内酯类抗生素；利福霉素等安莎类抗生素和制霉菌素、两性霉素B等多烯类抗真菌抗生素也相继问世。
自60年代起，开始从微生物代谢产物中寻找具有除抗菌作用外的其它生理活性的物质，抗肿瘤抗生素、抗虫抗生素、抗病毒抗生素和农用抗生素等。
日本科学家梅泽滨夫(Umezawa)是继Fleming和Waksman之后，在抗生素研究领域中作出卓越贡献的第三位科学家。
他的贡献除发现了许多临床上有用的抗生素(如卡那霉素、丁胺卡那霉素、博莱霉素、培罗霉素等)之外，更为重要的是提出了酶抑制剂的概念，开创了从微生物代谢产物中寻找其它生理活性物质的新时代。
1976年，具有显著降血脂作用的胆固醇生物合成抑制剂HMG-CoA还原酶抑制剂洛伐他丁、普伐他丁以及免疫抑制剂环孢菌素A、雷帕霉素、FK506等的开发成功；近年来，各种新的筛选模型的应用，每年继续有约500种新化合物和一些老化合物的新生理活性被发现，使微生物药物的研究进入了黄金时期。
从抗生素到微生物药物，半个多世纪中，似乎可以看到3次高潮，即50年代大量天然抗生素被发现；第二次是60年代开始的半合成抗生素的研究和应用；第三次则是近年来掀起的从微生物代谢产物中筛选非抗生素类生理活性物质的研究。