• 到19世纪末，L.Pasteur．P.Enrich和Von Rehiring等 陆续发明了预防或治疗各种细菌性传染性疾病的疫苗和 类毒素等。
• 此后，利用微生物生产疫苗的研究获得了蓬勃的发展。
• 1928年Fleming偶然发现了青霉素，但当时人们 认为动物试验结果不能指导人的医学实践。
• 直到l0年后，才打破了这个框框，通过动物试 验，把青霉素从细菌学家的好奇物质转变为医学 上具有活力的物质。
• 成品检验：包括性状及鉴别试验、安全试验、降压试验、热 源试验、无菌试验、酸碱度试验、效价测定、水分测定等。
• 成品包装：合格成品进行包装，为原料药。制剂由制剂车长与产物生成偶联型（coupling model），
菌体的生长与产物生成直接关联，生长期与生产期 是一致的。产物往往是初级代谢的直接产物。
• 随着细胞融合技术和基因工程的问世，为 微生物制药来源菌的获得提供了一种有效 的手段。工程菌和融合子经发酵后能生产 原来微生物所不能产生的药物或提高生产 效率。同时近年来发酵工艺及其控制方面 的研究也得到了发展，利用计算机在线控 制以及固定化细胞技术为微生物发酵制药 工业带来了新的发展空间。
• 我国微生物发酵制药工业起步较晚，建国后，在发 展原料药为主的方针指导下，于1953年5月l日在上 海第三制药厂正式投产了青霉素，1958年建设了以 生产抗生素为主的华北制药厂，投产了青霉素、链 霉素、土霉素和红霉素等品种、随着全国陆续建立 起—批微生物发酵药厂，在1957午我国开始了氨基 酸发酵的研究，其中谷氨酸的发酵于1964年获得了 成功，并投入生产。
• （2）糖类 主要有氨基糖、糖胺、核糖、环多醇和氨 基环多醇等，形成抗生素有氨基糖苷类抗 生素，如链霉素、庆大霉素、卡那霉素、 潮霉素等。它们的共同前体是葡萄糖 ，合
成己酮糖，再经过转氨作用，将氨基转移 到糖分子上。环多醇和氨基环多醇是葡萄 糖酸化、环化及氨基化反应的结果，形成 氨基环醇类抗生素。
次级代谢产物生物合成的基本特征
（1）次级代谢产物种类繁多，结构特殊，含有不常见的化 合物和化学键。
（2）生长期转向生产期，形态与生理发生变化。 （3）次级代谢产物是结构相似的一组混合物，但活性差异较大。 （4）次级代谢产物的合成受多基因控制，多以基因簇形式存在。 （5）具有种属特异性，与种属分类学无关。分类学上相同的菌
• 发酵：将种子以一定的比例接入发酵罐，培养，是 生产药物的关键阶段和工序。需要通气，搅拌，维 持适宜的温度和罐压。发酵一定周期。期间，取样 分析，无菌检查，产量测定。加入消泡剂、酸碱控 制pH，补充碳源、氮源和前体，促进产量。
• 分离纯化阶段包括发酵液预处理与过滤、分离提 取、精制、成品检验、包装、出厂检验，是化学 分离工程过程。
• 组成型表达的基因工程菌的产物生成属于此类型， 蛋白质产物是细胞能量代谢的结果。乳酸、醋酸等初 级分解代谢产物的生成也属于此类型。
• II型：
菌体生长与产物生成半偶联型（semi-coupling model）。该模型介于偶联和非偶联模型之间，产 物生成与基质消耗、能量利用之间存在间接关系。 产物来自能量代谢所用的基质，在细胞生长期内， 基本无产物生成，在生长的中后期生成大量的产物 而进入产物形成期。如柠檬酸和某些氨基酸的发 酵，一部分组成型表达的蛋白质药物也属于此类型。
• 50年代还开始了核酸类物质的发酵研究，之后投入 了生产。在维生素生产方面，我国于70年代成功地 研究出“二步发酵法”生产维生素C的技术，在国际
上 处于先进水平。
微生物发酵制药的研究范围
• 微生物发酵制药是利用微生物进行药物研究、生 产和制剂的综合性应用技术科学。研究内容包括 微生物制药用菌的选育，发酵以及产品的分离和 纯化工艺等。
（2）氨基酸类药物 目前氨基酸类药物分成个别 氨基酸制剂和复方氨基酸制剂两类，前者主要用 于治疗某些针对性的疾病，如用精氨酸和鸟氨酸 治疗肝昏迷，解除氨毒；光氨酸用于抗过敏、肝 炎及白细胞减少症；L—谷氨酰胺用于治疗消化道 溃疡。蛋氨酸用于防治肝炎、肝坏死、脂肪肝； L—组氨酸常作为治疗消化道的辅助药物等。
（1）抗生素类 抗生素是在低微浓度下能抑制或影 响活的机体生命过程的次级代谢产物及其衍生物。 目前已发现的抗生素有抗细菌、抗肿瘤、抗真菌、 抗病毒、抗原虫、抗藻类、抗寄生虫、杀虫、除草 和抗细胞毒性等的抗生素。
• 具不完全统计，从40午代至今，已知的抗生素总 数不少于9000种，其主要来源是微生物，特别是 土壤微生物，占全部已知抗生素的70％左右．至 于有价值的抗生素，几乎全是出微生物产生。
• 具体主要讨论用于各类药物发酵的微生物来源和 改造、微生物药物的生物合成和调控机制、发酵 工艺与主要参数的确定、药物发酵过程的优化控 制、质量控制等。
• 微生物发酵药物 • 是指运用微生物学和生物化学的理论、方法和研
究成果，从微生物菌体或其发酵液中分离、纯化 得到的—些重要生理活性物质。
1.以微生物菌体为药品； 2.以微生物酶为药品； 3.以菌体的代谢产物或代谢产物的衍生物作为药品； 4.以及利用微生物酶特异性催化作用的转化获得药物等； 包括微生物菌体、蛋白质、多肽、氨基酸、抗生素、维生索、 酶与辅酶、激素及生物制品等。
• III型：
菌体生长与产物生成非偶联型（non-coupling model）。菌体生长期与产物生成期为独立的两个 阶段，先形成物质消耗和菌体生长高峰，几乎没有 或很少有产物生成，然后进入菌体生长静止期，产 物大量生成，并出现产物高峰。产物可能来自于中 间代谢途径，而不是分解代谢过程，初级代谢与产 物形成完全分开，如抗生素、生物碱、微生物毒素 的发酵。对于诱导型基因工程菌，往往在静止期， 加入诱导物，基因转录和产物表达。
• 第二次世界大战初期，随着人们对抗生素，尤其 是对青霉素重要性的认识，才大大推动了微生物 发酵制药的发展。
• 微生物发酵的药物必须借助发酵工程来完成， 发酵工程技术的开创性研究及在生产过程中成 功的应用（特别是深层发酵技术）为40年代青 霉素，为以后的微生物发酵制药乃至发酵工程 提供了新的概念和模式，成为以后微生物工业 兴旺发达的开端。这也激发了氨基酸发酵、维 生素发酵以及酶制剂生产等的研究。
胺素)等。
(5)甾体类激素 在甾体激素的生产过程中，一些特 异的转化反应需要借助微生物的作用
(6)治疗酶及酶抑制剂 药用酶主要有助消化酶类、消炎酶类，心血管疾
病治疗酶、抗肿瘤酶类以及其它酶类。 其中许多都可以用微生物发酵生产，如蛋白酶、
纤维素酶、脂肪酶、链激酶、脲激酶、天冬酰氨酶、 超氧化物歧化酶等。
实例
4.以及利用微生物酶特异性催化作用的微生 物转化获得药物等；
• 如利用青霉素酰化酶生产半合成抗生素， 用β-酪氨酸酶生产多巴，用核苷磷酸化酶催 化阿糖尿苷生成阿糖腺苷等。
微生物发酵药物的分类
• 微生物药物可以按生理功能和临床用途来分类， 还可以按产品类型来分类，但通常按其化学本质 和化学特征进行分类。
• 复方氨基酸制剂主要为重症患者提供合成 蛋白质的原料．以补充消化道摄取的不足。
(3)核苷酸类药 利用微生物发酵工艺生产的 该类药物有肌苷酸、肌苷、5－腺苷酸 (AMP)、腺三磷(ATP)、黄素腺嘌吟二核苷 酸(FAD)、辅酶A(CoA)、辅酶I(C01)等。
(4)维生素类药 日前微生物药物中利用微生物发酵 生产的品种包括：维生素C的原料2—酮基—古龙 酸、维生素A的前体b—类胡萝卜素、维生素D2的 前体麦角甾醇、维生素B2(核黄素)、维生B12(钻
实例
3.以菌体的代谢产物或代谢产物的衍生物作为药品； • 如初级代谢产物中的氨基酸、蛋白质、核酸、类脂、
糖类以及维生素等，次级代谢产物中的抗生素、生 物碱、细菌素等。
• 近年来，随着生物工程的发展，尤其是基因工程和 细胞工程技术的发展，使得发酵制药所需的微生物 菌种不仅仅局限在天然微生物的范围内，已建立起 了新型的工程菌株，以生产天然菌株所不能产生或 产量很低的生理活性物质，拓宽了微生物制药的研 究范围。
• （1）聚酮体（polyketide） 四环素类、大环内酯类、蒽环类抗生素的前体是 聚酮体，构成聚酮体的前体与脂肪酸合成的前体 相似，基本单位为乙酸、丙酸、丁酸和短链脂肪 酸，起始单位为乙酰CoA、丙酰CoA、丙二酰 CoA、丁酰CoA等，分别供给2、3、4 C单位。经 过缩合、脱羧、还原、脱水，每次延长2－3个碳 单位，形成多酮次甲基链。再还原后形成多种聚 酮体。重复脱水得到四环素和蒽环抗生素的母 核，环化后形成大环内酯结构。如果内酯环的不 饱和链较多，则形成多烯大环内酯。
种能产生不同结构的抗生素，分类学上不同的菌种能产生 相同结构的抗生素，
次级代谢产物的构建单位
• 构建单位包括聚酮体、甲羟戊酸、糖类、 不常见的氨基酸（如D－氨基酸、β－氨基 酸等）、环多醇和氨基环多醇等。
把构成次级代谢产物的基本结构单位称为 生源（biogen）。生源直接或间接来源于 次级代谢过程的中间产物或初级代谢产物。
• 工艺过程包括发酵和分离纯化两个阶段： • 发酵阶段包括生产菌的孢子制备、种子制备、发
酵培养，是生物加工工程过程。
• 孢子制备：保存的菌株，在固体培养基上，复苏， 生长产生孢子。
• 种子制备：将制备的孢子接到摇瓶或小发酵罐内， 培养，使孢子发芽繁殖。对于大型发酵，普遍采用 2次扩大培养制备种子，最后接入发酵罐。
• 发酵液的预处理与过滤：使发酵液中蛋白质和杂 质沉淀，增加过滤流速，使菌丝体从发酵液中分 离出来。如制霉菌素、灰黄霉素、曲古霉素、球 红霉素药物存在于菌丝中，要从菌体中提取。如 果存在于滤液中，澄清滤液，进一步提取。
• 提取与精制：吸附、沉淀、溶媒萃取、离子交换等从滤液 中把药物提取出来。精制是浓缩或粗制品进一步提纯并制成 产品。可重复或交叉使用四种基本方法。
实例
1.以微生物菌体为药品；
• 如帮助消化的酵母菌片和具有整肠作用的乳酸菌 制剂等，还有近年来研究日益高涨的药用真菌。 如香菇类、灵芝、金针菇等。这些微生物都可以 通过发酵培养的手段来生产出天然产品具有同等 疗效的产物。另外一些具有致病能力的微生物苗 体，经发酵培养，再减毒或灭活后，可以制成用 于自动免疫的生物制品。