微生物与制药工业

, ,第一节 微生物在制药工业中的应用,一、微生物的发酵,1.,发酵的概念：,（,1,）起源：,源自拉丁文“,fervere”,，原意是“沸腾”，用于描述酵母作用于果汁或发芽谷物浸出物（如麦汁）时所呈现的外观。,（,2,）生化：,厌氧的产能分解代谢，糖类经厌氧代谢而产生,CO,2,。,（,3,）发酵工业：,泛指通过微生物的大量培养而形成产物的过程，可以是无氧或有氧代谢，产品可以是菌体本身，或是代谢产物。,（,4,）现代生物工程：,泛指培养生物细胞（含动物、植物和微生物细胞）来制得产物的所有过程。,2. 发酵的类型,根据发酵过程中是否需要氧气，发酵可以分为两类：,（,1,）厌氧发酵：,如酒精发酵、啤酒发酵。,（,2,）需氧发酵：,大多数药品的生产都是采用这种方式的，比如工业上生产抗生素、维生素、酶及酶制剂等都采用需氧发酵来生产的。,根据培养基的物理性状来分，发酵又可以分为两类,（,1,）固体发酵：,培养基是固体培养基。,（,2,）液体发酵,:,利用液体培养基进行发酵的方法，目前我们生产抗生素，氨基酸都是采用液体深层发酵制备的。,3.微生物发酵的一般工艺,菌种,孢子制备,种子制备,发酵液预处理,发酵,提取精制,成品检验,成品包装,sdafa,青霉素的发酵工艺过程,4.影响微生物正常发酵的因素,（1）培养基成分,（2）pH值,（3）温度,（4）通气搅拌,（5）消沫,（6）杂菌和噬菌体的污染,二、常见的发酵医药产品,抗生素：,青霉素、头孢霉素、红霉素，链霉素、利福霉素、四环素和制霉素等。,2.,维生素：,如核黄素（,V,B2,）,，,V,C,和,V,A,。,3.,氨基酸：,构成蛋白质的大部分氨基酸均可以采用微生物发酵法生产。,4.,菌体制剂：,灵芝，冬虫夏草，乌灵菌等。,5.,酶制剂及酶抑制剂：,如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、溶菌酶、天冬酰胺酶、链激酶、抑肽素、泛涎菌素等。,二、常见的发酵医药产品,1.,抗生素,（,1,）抗生素的定义,抗生素，也称之为抗菌素，其原始含义是指由某些微生物在代谢过程中产生的，能抑制或杀灭其他微生物的物质。,目前对抗生素比较确切的概念是指,生物包括微生物、动植物在内在其生命活动过程中所产生的或由其它方法获得的，能在低微浓度下有选择性地抑制或影响其它生物机能的有机物质。,（2） 抗生素的发现,（,2,）医用,抗生素,的特点,A.,差异毒力较大,B.,抗菌活性强,C.,有不同的抗菌谱,D.,不良反应少和副作用小,国家已经停止使用的部分抗生素：,复方链霉素，盐酸四环素，盐酸春雷霉素，头孢噻啶，硫酸卡那霉素,B,，庆大霉素，硫酸链霉素，头孢噻啶。,2.,抗生素的分类,(1),根据产生抗生素的生物来源分类,微生物是产生抗生素的主要来源，其中以放线菌产生的为最多，真菌次之，细菌较少，而高等动植物则很少。, 细菌产生的抗生素：,为数不多，用于医疗的有多粘菌素（多粘杆菌产生）、杆菌肽（枯草杆菌）、短杆菌肽（短杆菌）等。, 真菌产生的抗生素：,较细菌产生的多，如青霉素，灰黄霉素（黄青霉）、头孢菌素（顶头孢霉菌）。, 放线菌产生的抗生素：,大多数天然抗生素是放线菌产生的，如灰色链霉菌产生的链霉素，金色链霉菌产生的金霉素、龟裂链霉素产生的土霉素，红色链霉菌产生的红霉素等，还有卡那霉素、庆大霉素、核糖霉素、巴龙霉素、新霉素、春雷霉素、林可霉素、两性霉素及利福霉素等等都是由放线菌产生的。,动植物产生的抗生素：,如大蒜素、红血球素、鱼素等。,（,2,）根据抗生素的化学结构分类,-,内酰胺类抗生素：,这类抗生素的化学结构中都含有一个四元的内酰胺环 。,N,O,四环类抗生素：,这类抗生素的化学结构中都含有一个四并苯的母核。,（,3,）氨基糖苷类抗生素：,这类抗生素的化学结构中都含有氨基糖苷或氨基环醇。,4,）大环内酯类抗生素：,这类抗生素的化学结构中都含有一个大环内酯作为配糖基，,（,5,）多烯大环类抗生素：,这类抗生素的化学结构中，不仅有大环内酯，而且在内酯环中还有许多共轭双键。,属于这类抗生素的有制霉素、两性霉素、菲律宾霉素、曲古霉素、克念菌素等。,（,6,）多肽类抗生素：,这类抗生素的结构中，含有多个氨基酸通过肽键连接成环状、线状或带侧链的环状多肽的结构,7,）其它抗生素：,凡未列入上述六类化合物 抗生素，均可划入这类抗生素，如创新霉素（又称济南霉素）、赤霉素、林可霉素、氯霉素、磷霉素等。,3,、根据抗生素的作用对象（抗菌谱）分类,（,1,）抗革兰氏阳性菌的抗生素：,这类抗生素有青霉素、万古霉素、杆菌肽、林克霉素、新生霉素等。,（,2,）抗革兰氏阴性菌的抗生素,这类抗生素主要有链霉素、多粘菌素、春雷霉素。,（,3,）广谱抗生素,就是即抗革兰氏阳性菌又抗革兰氏阴性菌的抗生素，属于这类抗生素的主要有四环类抗生素、大环内酯类抗生素、头孢菌素类抗生素，大多数氨基糖苷类抗生素、氯霉素、磷霉素以及创新霉素。,（,4,）抗真菌的抗生素,属于这类抗生素的主要有多烯大环类抗生素，如制霉素、两性霉素,B,、曲古霉素、球红霉素以及灰黄霉素等。,（,5,）抗肿瘤的抗生素,主要有自力霉素、更生霉素、更新霉素、平阳霉素（博来霉素）、柔红霉素、阿霉素等。,（,6,）抗病毒及抗原虫的抗生素,主要有鱼素、抗病毒霉素、杀狂犬病毒素以及巴龙霉素等。,4,、根据抗生素的作用机制来分类,（,1,）抑制细胞壁合成的抗生素：,有青霉素类、头孢菌素类以及万古霉素、杆菌肽、环丝氨酸等。,（,2,）影响细胞膜功能的抗生素：,有多粘菌素类、制霉素、两性霉素,B,等。,（,3,）干扰细胞蛋白质合成的抗生素：,有四环类、氨基糖苷类、大环内酯类及氯霉素等。,（,4,）抑制细胞核酸合成的抗生素：,有利福霉素类、色霉素；自力霉素、平阳霉素、光辉霉素、正定霉素等。,（,5,）抑制细胞生物能作用的抗生素：,有竹桃霉素、抗霉素、短杆菌肽、寡霉素等。,3.,抗生素的作用机制,根据抗生素对细菌和动物细胞不同结构或不同成分的作用，可将抗生素的作用机制分为以下五种类型：,（,1,）影响细胞壁的合成；,（,2,）影响细胞膜的功能；,（,3,）抑制核酸的生物合成；,（,4,）抑制蛋白质的生物合成。,（,5,）影响细胞的能量代谢。,4.,抗生素耐药性产生的机制,（,1,）耐药菌的来源：,遗传学实验证明，自然界耐药菌的产生是自发突变和选择的结果，并不是药物的诱变作用所导致的。,在自然界中发生染色体性耐药性的机率很低，微生物之间可以通过转导方式而产生，染色体外性耐药性是通过耐药性质粒（,R,质粒）以接合的方式转移到敏感菌种，可转移多种耐药信息。,（,2,）耐药性的生化机制,（,2,）改变抗生素作用部位的结构,（,1,）产生使抗生素失去活性的酶,（,3,）改变细胞膜对抗生素的通透性,青霉素和头孢菌素耐药菌,内酰胺酶,利福霉素耐药性细菌,RNA,聚合酶结构发生改变,四环素耐药菌,转运四环素的系统被抑制,是谁在滥用抗生素？,滥用抗菌药物的四大危害：,1、诱发细菌耐药。,2、损害人体器官。,3、导致二重感染。,4、造成社会危害。,第二节 制药工程中的微生物污染,2020/11/3,38,一、药物中微生物污染的来源,1.,空气,空气中的微生物主要来自,灰尘,，或者人的,皮肤、衣服,，或者由我们,谈话、咳嗽、打喷嚏,时飞沫中带的微生物，所以说人越多的地方，相对微生物数量就多一些，不干净的房间比清洁的房间的微生物数量要多一些，因为不净的房间灰尘要多。,方法总括起来有三种方法：,（,1,）过滤：,比如用纤维素、棉花、玻璃棉或人造纤维过滤，一般都能除去大于,0.1m,的微粒。,（,2,）化学消毒剂：,如用福尔马林蒸汽在空气中浓度,1-2mg/L,，相对湿度,80-90%,有效。,（,3,）紫外线照射：,紫外线波长,280nm,用于减少空气中污染的微生物数量。,减少空气中的微生物数量,洁净度,级别,尘粒最大允许数,/,立方米（静态）,微生物最大允许数（静态）,换气次数,0.5m,5m,浮游菌,/,立方米,沉降菌,/90,皿,0.5h,100,级,3500,0,5,0.5,附注,2,10000,级,350000,2000,50,1.5,20,次,/,时,100000,级,3500000,20000,150,3,15,次,/,时,300000,级,10500000,60000,200,5,10,次,/,时,空气洁净度级别,2.,水,天然水中本身就有大量的微生物，比如假单胞菌、产碱杆菌、产色细菌等，它们都是对营养要求不是很高的细菌，所以能在水中很好地生长，另外如果这水被粪便污染的话，就会含有,大肠杆菌、变形杆菌,等肠道菌，所以这里的大肠杆菌通常可以作为水源是否被粪便污染的检验指标。,垃圾和工业废液污染的水源中有,98%,含有,G,-,菌,。,水的消毒方法和空气中的一样可以采取,过滤、化学消毒剂和紫外线照射,三种方法。其中以化学消毒剂方法最佳。常用的有次氯酸钠或氯气，其次是膜过滤法（孔径为,0.22m,）,水有,天然水、自来水、软化水、去离子水、蒸馏水,等，在制药过程中，我们会根据不同需要来选用，比如制备注射剂或口服制剂中的配方用水必须同采用蒸馏水或去离子水。,3.,人体,人的体表、皮肤和粘膜上长期寄居一些微生物，这种正常的微生物群有一定的种类和数量，和宿主用体外环境三者保持动态平衡，有益于宿主健康，所以这类微生物我们称为“,正常菌群,”，它们保持了人体这个微生态的平衡。,对于我们制药工业来说，在口服药和局部药制备过程中，要求操作人员,清洗和消毒双手,，穿上专用工作衣帽进行操作，即可减少微生物污染。但在制备无菌要求高的注射剂和眼用、耳用溶液时要求操作人员操作前人，穿上全套的,工作衣帽包括操作衣、裤、靴子、帽、面罩和手套,。此外不要注意不允许带菌者操作。,4.,原材料,动物来源的原料如明胶、胰脏等都可能被动物性病原菌所污染；,植物来源的原料如琼脂、大黄、淀粉等可能被多种细菌、霉菌、酵母菌所污染；,合成药的原料，情况又好一点，通常不受微生物的侵蚀；,传统中药中常会带有土壤中的微生物。,5.,包装物,包装物的作用，一方面是包裹药物，另一方面也是为了防止外界微生物进入到药物中。,包装药品的包装材料要求就更严格一点，比如包装纸和运输纸要求,表面光滑、坚固、平整、没有裂缝,。总的来说，就是所有,包装容器、纸箱、纸盒、瓶子都要清洁或要消毒处理，并进行合理封装,。原则是尽量减少微生物数量。,6.,厂房建筑与制药设备,生产部门所有的建筑包括厂房、车间、库房、实验室都必须清洁和整齐。房子不能漏水，所有设备最好能便于拆卸，结构简单，这样就,容易清洁和消毒,。,二、微生物引起药物变质,在无菌制剂中有活的微生物存在；,在非规定的灭菌药物中，污染的微生物的总数超过一定的限量；,有致病菌存在；,有微生物的代谢产物，如热原质、毒素等存在；,药物发生了物理性质或化学性质的改变,。,1.,药物被微生物污染后的表现,胶囊剂,有软化、碎裂或表面发生粘连现象；,丸剂,有变形、变色、发霉或臭味；,药片,有花斑、发黄、发霉、松散或出现结晶；,糖衣片,表面已褪色露底，出现花斑或黑色，或者崩裂、粘连或发霉；,冲剂,已受潮、结块或溶化、变硬、发霉；,药粉,已吸潮成发酵变臭；药膏已出现油水分层或有异臭，均不能使用。,内服药水,尤其是糖浆剂，不论颜色深浅，都要求澄清，如果出现絮状物、深淀物，甚至发霉变色，或产生气体，则表明已经变质了。,眼药水,除了极少数为混悬液以外，一般都要求澄清，而且不得有一点纤维，也不能有混浊、沉淀、变色；,注射液,不允许有变色、混浊、沉淀或结晶析出等现象。,2.,药物被微生物污染后理化性质的改变,（,1,）药物被微生物污染后物理性质的改变,药物的外观、颜色、气味、硬度、粘性、透明度等物理性状就会发生很大的改变。,（,2,）药物被微生物污染后化学性质的改变,比如说液体药物的某些成分被微生物降解后，有时会产生一些很难闻的气味，微生物在降解药物，同时进行自己的代谢活动，它把大分子的药物分解成一些有毒、有害的物质，,3.,变质药物对人体的危害,无菌制剂,的输液剂被微生物污染后，注入人体内，就会引起局部甚至全身的感染。,软膏制剂,如果被金黄色葡萄球菌污染的话，涂在患处，可能就会引起局部化脓性炎症，严重的金黄色葡萄球菌可进入到血液中引起败血症。,眼药膏、眼药水,如果被绿脓杆菌污染的话，患者用了后就会引起眼部感染，甚至导致眼角膜溃疡、甚至穿孔，最后眼睛就会瞎了。,4.影响药物变质的因素,（1）污染药物的微生物数量,（2）营养因素,（3）货架期,（4）水分的含量,（5）贮藏温度和pH,（6）包装设计,