微生物论文——微生物制药

微生物制药

【摘要】微生物在其生命活动过程中产生的,能以极低浓度抑制或影响其他生物机能的低分子量代谢物。微生物制药利用微生物技术,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,通过分离纯化技术进行提取精制,并最终制剂成型来实现药物产品的生产。

【关键词】微生物制药 抗生素 甾体激素 酶及酶抑制剂

半个世纪以来微生物转化在药物研制中一系列突破性的应用给医药工业创造了巨大的医疗价值和经济效益。微生物制药工业生产的特点是利用某种微生物以“纯种状态”,也就是不仅“种子”要优而且只能是一种,如其它菌种进来即为杂菌。微生物在其生命活动过程中产生的,能以极低浓度抑制或影响其他生物机能的低分子量代谢物。微生物制药利用微生物技术,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,通过分离纯化技术进行提取精制,并最终制剂成型来实现药物产品的生产。微生物制药的生物来源是青霉素,放线菌;作用对象是抗菌药,抗肿瘤药,抗病毒药,除草剂,酶抑制剂,免疫调节剂;作用机制是抑制细胞壁合成药,影响细胞膜功能药,干扰蛋白质合成药;化学结构是抗生素,维生素,氨基酸,甾体激素,酶及酶抑制剂。

一、代表人物及主要成果

Louis Pasteur (1822~1895) 法国微生物学家,化学家。对狂犬病的研究是他科学生涯中最后、也是最重要的一项工作。将狂犬患者的唾液注射到兔子体中,使兔感染狂犬病后,再将兔的脑和脊髓,制成可供免疫用的弱化疫苗, 18xx年在一个 9岁的被患狂犬病的狼咬伤的孩子身上试用,获得成功。这一研究成果当时被誉为“科学纪录中最杰出的一项”。巴斯德研究所就在那时筹款建立。开创了药物微生物技术的新时代。

Alexander Fleming英国细菌学家。他首先发现青霉素。后英国病理学家弗劳雷、德国生物化学家钱恩进一步研究改进,并成功的用于医治人的疾病,三人共获诺贝尔生理或医学奖。青霉素的发现,是人类找到了一种具有强大杀菌作用的药物,结束了传染病几乎无法治疗的时代;从此出现了寻找抗菌素新药的高潮,人类进入了合成新药的新时代。

Selman Abraham waksman抗生素之父瓦克斯曼,美国人。对土壤微生物产生抗生素物质进行了系统和开创性工作,发现了链霉素是结核杆菌的克星。

二、抗生素

细菌对抗生素的抗性有内在抗性( intrinsic resistance) 和获得性抗性( acquired re2sistance) 。内在抗性是指细菌天然对某些抗生素不敏感。获得性抗性涉及细菌遗传背景的改变。细菌可通过随机突变, 或表达潜在抗性基因获得抗性; 也可通过抗性基因水平转移获得抗性。细菌可移动遗传元件(mobile genetic elements, MGE) 可以在同种甚至不同种菌株间水平转移, 加速了临床上耐药及多重耐药菌株产生。【1】

链霉素(streptomycin)是一种氨基葡萄糖型抗生素,分子式C21H39N7O12。 19xx年美国 S.A.瓦克斯曼从链霉菌中析离得到,是继青霉素后第二个生产并用于临床的抗生素。它的抗结核杆菌的特效作用,开创了结核病治疗的新纪元。链霉素属于不含伯胺基的氨基糖苷类抗生素,可采用两种方法制备免疫原。一是利用醛基可以采用O-(羧甲基)羟基胺法,将其生成含有带羧基的半抗原衍生物,然后采用碳化二亚胺法,将带有羧基的半抗原与载体蛋白的胺基或者羧基结合。二是利用链霉素其醛基直接与载体蛋白的胺基缩和。【2】目前已发

现的天然抗生素约2/ 3 来源于链霉菌。利用链霉菌产抗生素能力与链霉素抗性基因之间的对应关系定向筛选正向突变株,是目前农用抗生素科研领域的研究热点,紫外诱变是菌种选育过程中最常用的诱变方法之一,但该法导致的菌种突变是随机的,正突变株的出现频率很低,需要进行大量的筛选工作。通过将链霉素抗性筛选法与传统紫外诱变法结合,可快速、有效的获得理想的抗生素高产突变株。

三、甾体激素

甾体激素药物是仅次于抗生素的第二类药物, 由于其结构极其复杂, 目前利用全合成的方法比较困难, 通常以具有甾体母核结构的天然产物为原料采用半合成的方法改造后制得。以前生产甾体激素类药物以薯蓣皂素为起始原料, 但自20世纪xx年代以来, 薯蓣资源日渐枯竭, 皂素价格不断上涨, 促使国内外一些公司寻找和开发新的甾体激素药物的原料。植物甾醇的结构特点决定了它可以作为甾体激素药物半合成的原料。微生物选择性降解甾体侧链技术的发展使这些廉价易得的甾醇充分利用成为可能。

ⅰ植物甾醇的微生物转化

诺卡氏菌、分枝杆菌、节杆菌和假单胞杆菌等微生物都能将甾醇类化合物作为碳源利用, 而使甾醇降解。甾体微生物转化是利用微生物的酶对甾体底物的某一部位进行特定的化学反应来获得一定的产物。

ⅱ微生物选择性降解甾醇侧链

微生物对甾醇作用产生42AD和ADD主要包括侧链的降解, C23位羟基氧化成酮基以及C25, 6位双键的氢化。其中, 起决定作用的是侧链的降解。甾醇侧链的降解开始于C227位的羟化, 然后经过氧化, 最终截断于C217位。选择性控制微生物降解侧链的途径主要有以下两种: 加入酶抑制剂以及利用诱变技术。

ⅲ影响植物甾醇侧链降解收率的因素

一是发酵液中植物甾醇的溶解度,甾醇是脂溶性化合物, 在水中的溶解度很低, 因此反应中甾醇的有效浓度相当低, 这就导致反应速度和转化率偏低。因此, 应采取措施提高甾醇底物的溶解度, 使甾醇与微生物细胞有良好的接触从而提高产物收率;二是微生物细胞膜的通透性,甾体微生物降解缓慢的原因不仅在于发酵液中底物和产物溶解度低, 也在于它们进出微生物细胞的速度也很低。因此改变微生物细胞膜的通透性使甾醇底物及其转化产物能自由地出入细胞, 也是促进侧链降解的有效方法。【3】

四、微生物发酵制药

微生物有着非常强大的分解转化物质的能力,并能产生丰富的次生代谢产物,通过微生物的生长代谢和生命活动来炮制中药,可以比一般的物理或化学的炮制手段更大幅度地改变药性,提高疗效,降低毒副作用,扩大适应症。中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上,吸取了微生态学研究成果,结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术,是从中药(天然药物) 制药方面寻找药物的新疗效。

ⅰ微生物对中药发酵的作用

微生物在生长过程中会产生各种各样的生物活性物质,并易于组织工业化生产。现代工业中许多生物产品都是通过微生物发酵生产的,如各式各样的酶、抗生素。有些微生物在生长过程中可以分泌几十种胞外酶到培养基中去,微生物进行生命活动所产生的胞内酶更是有成百上千,这些丰富而强大的酶系是中药发生化学反应的物质基础,可以将药物的成分分解转化形成新的成分,这些新成分就是新的活性药物筛选的物质基础。这就是微生物可以用来发酵炮制中药的理论根据如酶法已成为中药炮制的一种方法。

另一方面,由于微生物也会形成丰富多样的次生代谢产物,它们有些本身就是功效良好的

药物;或以中药中的有效成分为前体,经微生物的代谢可以形成新的化合物或微生物的次生代谢产物和中药中的成分发生反应形成新的化合物。微生物的分解作用有可能将中药中的有毒物质进行分解,从而降低药物的毒副作用。微生物容易诱变,可以根据需要,运用现代生物技术对微生物进行改造,使之更适合中药发酵的需要。现代生物技术首先在微生物体中得到运用,也是基因工程等技术最成熟的领域。【4】

五、酶抑制剂

酪氨酸酶广泛存在于自然界中,其化学本质是含铜蛋白,是黑色素生物合成的关键酶和限速酶。酪氨酸酶的活性与色素沉着性疾病、食品褐变等均有密切关系。抑制酪氨酸酶活性对人类皮肤色素疾病的治疗、食品保鲜及农业抗虫领域具有重要意义。

ⅰ微生物来源

从海洋红藻表面分离得到核盘霉菌中的葡萄孢菌,利用酪氨酸酶抑制活性追踪法对其代谢产物进行研究,分离得到3个含α-吡喃酮结构的化合物均对酪氨酸酶有抑制性,同时初步确定α-吡喃酮联接戊烷基时显示最强的酪氨酸酶活性抑制力。从4000余个微生物代谢产物中找到一株活性化合物产生菌,经鉴定为链霉菌,以酪氨酸酶为底物,发现链霉菌代谢产物H7264A和H7263B 均具有酪氨酸酶抑制活性。

ⅱ酪氨酸酶抑制剂的作用机理

国内外对酪氨酸酶抑制剂的抑制机理普遍认为包括:清除氧自由基,终止自由基链的引发,削弱酪氨酸酶的供氧作用,削弱酪氨酸酶作用。酪氨酸酶抑制剂结构与底物相似,作为酪氨酸酶的竞争性底物,从而削弱酪氨酸酶对酪氨酸及其系列氧化产物的催化氧化作用。根据抑制剂与酶作用后是否引起酶永久性失活,可将酶抑制剂分为不可逆抑制与可逆抑制。【5】

【1】蒋培余,细菌遗传元件水平转移与抗生素抗性研究进展[J],微生物学通报,20xx年第4期

【2】张桂贤,链霉素人工抗原的合成及其多克隆抗体的制备[J],山东畜牧兽医,20xx年第3 期

【3】张裕卿,植物甾醇微生物转化制备甾体药物中间体的研究进展[J],微生物学通报,20xx年第2期

【4】王玉阁,微生物发酵制药的研究[ J ],齐齐哈尔医学院学报20xx年第27 卷第2 期

【5】李娜,鲁晓翔,酪氨酸酶抑制剂的研究进展[ J ],食品工业科学,20xx年第7期

 

第二篇:微生物药物总结

青霉素药理作用与不良反应 ?

对革兰氏阳性菌作用强,对革兰氏阴性菌弱;

(2)作用时期 主要影响正在繁殖的细菌细胞,这类抗生素又称繁殖期杀菌剂。

不良反应 : (1)毒性反应:对普通人几乎无毒性;对老年人和肾功能减退病人常出现神经系统反应。 (2)变态反应:变态反应在各种药物中居首位,注射前要做皮试。

(3)电解质紊乱:大量注入青霉素钠或钾盐可导致严重的电解质紊乱。

青霉素类抗生素的构效关系主要包括哪些?

酶可迅速催化裂解使之失效。

2、向酰胺键附近引入较大取代基,可发挥立体空间效应,增强对青霉素酶的稳定性。 3、向主环的6位引入甲氧基可提高对青霉素酶等β-内酰胺酶的稳定性。

4、水解除去侧链,得到的6-APA几乎无抗菌活性,以羧酸酰化可恢复和提高活性;磺酰化或磷酰化得到相应的青霉素活性不佳。

5、向苄青霉素侧链的α位引入氨基可扩展抗菌谱。出现抗革兰阴性菌活性; 导入酸性基团(如羧基、磺酸基等)可进一步扩展抗菌谱,出现抗绿脓杆菌活性。

6、将侧链α氨基改变成脲基可进一步扩展抗菌谱,出现抗绿脓杆菌作用。

7、除去主环上一个或两个甲基对抗菌作用影响不大。

8、硫原子氧化成亚砜或砜,抗菌活性大幅度下降;去硫产物完全丧失活性。

9、羧基酯化或消去导致抗菌活性消失。

10、主环上任一手性中心发生变化,都使活性明显下降或完全丧失。

头孢菌素类抗生素的构效关系?

团,对其进行结构修饰,可扩大抗菌谱并可提高抗菌活性和β-内酰胺酶稳定性。

2. 头孢菌素7位氢原子以甲氧基取代可增加β-内酰胺环的稳定性。

3. 环中的S原子可影响抗菌效力,将其改为碳或氧可提高抗菌活性。

4. 3位取代基既可提高抗菌活性,又能影响药物代谢动力学的性质。

碳青霉烯类抗生素抗菌特性及临床存在问题 ? 2) 对绿脓杆菌外膜的透过性大,最低抑菌浓度和最低杀菌浓度非常接近;

3)对多数 ?-内酰胺酶稳定;4)与第三代头孢菌素无交叉耐药性;5)对G?菌有一定的抗生素后效应。 1) 有的品种对肾脱氢肽酶不稳定; 2) 有的品种有中枢神经毒性,如亚胺培南; 3) 半衰期短,都在1h 以内,重症需给药3?4/d 4) 可被嗜麦芽窄食单胞菌产生的金属β-内酰胺酶分解。

青霉烯类抗生素的临床药理效应?

但对绿脓杆菌无效;

(2) 对金葡菌、粪链球菌等G+菌的抗性明显强于其它类口服头孢菌素;

(3) 对其他抗菌药治疗无效的呼吸系统感染的有效率为81.8%。

万古霉素的抗菌特性及主要不良反应 ?

抗菌活性,G-菌则通常耐药。

(2)口服万古霉素对产毒的艰难梭菌有效,可治疗由抗生素引起的伪膜结肠炎; (3)对厌氧菌作用较强;(4)细菌对该药不易产生耐药性 (1)耳毒性:耳鸣、听力减退,严重可致耳聋; (2)肾毒性:可引起肾小管损伤; (3)可引起血栓性静脉炎;

(4)变态反应:药热、皮疹、瘙痒,快速静注万古

霉素可导致“红人综合症”。

氨基糖苷类抗生素的抗菌谱及杀菌特点 ?

A.结构中含有完全羟基化的氨基糖;B.均不抗绿脓杆菌。 2)以庆大霉素为代表的第二代 A.结构中含有脱氧氨基糖;B.对绿脓杆菌有抑杀能力。

3)以阿米卡星和奈替米星为代表的为第三代A.氨基环醇上N位取代衍生物;B.抗菌谱广,毒性低,对绿脓杆菌作用有所加强。

1、对G-杆菌有强大杀灭作用,对G-球菌效果差; 2、G+菌感染中,对耐药金葡菌有效,对链球菌无效; 3、对结核杆菌有效(如链霉素、卡那霉素、阿米卡星); 4、对厌氧菌无效

氨基糖苷类抗生素的主要不良反应 ?

2、肾毒性:蛋白尿、血尿、肾衰等。

3、肌毒性:肢体瘫痪, 心肌抑制, 血压下降, 呼吸衰竭等。4、变态反应:皮疹、发热、过敏性休克等。 1、一般G?杆菌感染首选:?庆大霉素 2、一般氨基糖苷类耐药株的感染首选: ?阿米卡星 3、抗菌谱最广的氨基糖苷类抗生素是 ?阿米卡星 4、毒性最小的氨基糖苷类 --- ? 奈替米星

5、毒性最大的氨基糖苷类 ? 新霉素 6、对淋球菌敏感的氨基糖苷类--- ?大观霉素 氨基糖苷类抗生素的主要共同特征

似(三)抗菌谱相似(四)杀菌特点相似

(五)抗菌机理相似(六)耐药性相似(七)不良反应相似

大环内酯类抗生素的主要共同特点 ?

2、在碱性环境中抗菌活性较强;

3、血药浓度低,但胆汁中明显超过血药浓度; 4、不易透过血脑屏障;

5、能进行肝肠循环,绝大部分经胆汁排泄; 6、抗菌谱与青霉素相似而略广;

7、与核糖体50S亚基结合,抑制细菌蛋白合成;8、细菌对此类药物有不完全交叉耐药性; 9、毒性低微。

如何理解大环内酯类抗菌谱与青霉素相似略广 ? G+ 杆菌:白喉杆菌、破伤风杆菌等; G? 球菌:脑膜炎双球菌、淋球菌; 螺旋体; 放线菌

略广:某些G? 杆菌:百日咳杆菌、弯曲杆菌等 ; 军团菌首选 ;

支原体、衣原体、立克次体; 厌氧菌 第二代大环内酯类抗生素的构效关系

因为这一基团与核糖体的结合有关。

(2)克拉定糖上C-3″的OCH3和4″的OH对抗菌活性影响较大。

(3)内酯环是活性所必需的。

(4)对内酯环9至12位的功能性修饰,如消除或置换羰基,可产生具有一定活性的产物。 (5)对内酯环6-OH甲基化、克拉定糖上C-4″-OH烷基化、二甲基糖胺2′-OH酯化可增强耐酸性。 四环素类抗生素的主要共同特征 ?

2、分子中含羟基,显弱酸性;含二甲基胺基显弱碱性,故为两性化合物。 3、属广谱抗生素;主要用于各种G+和G?细菌引起的感染; 对某些立克次体、支原体、衣原体等也有作用。

4、主要作用机制是阻断多肽链延长(与30S亚基结

合,抑制氨基酰-tRNA与A座结合)。 5、易产生耐药性;

6、血药浓度维持时间短,四环素t1/2为6~11h;能沉积于骨、骨髓、牙齿及牙釉质中。

7、儿童应用四环素可使牙齿黄染和釉质发育不全; 氯霉素的构效关系 ? 任何 -OH转变成 H,或酯化、醚化均导致抗菌作用完全丧失;

2、酰胺部分的氯原子不是出现抗菌活性所必须,而是与取代基大小及电负性有关;

3、苯环上的硝基并非必要,改换成其他取代基仍保持抗菌活性。

氯霉素的主要不良反应 ? (2) 不可逆性再生障碍性贫血。

2、新生儿、早产儿用量过大可发生灰婴综合症 。 3、肌注常引起剧烈疼痛, 还可致坐骨神经麻痹,进而造成下肢瘫痪(已少用) 。

4、精神病人使用可引起严重失眠、幻视、幻觉、猜疑、狂躁、犹豫等(禁用)

5、博莱霉素结构特点与抗肿瘤机制 ? (2)使氧分子形成氧自由基,通过攻击使DNA产生裂缝; (3)反复作用导致频繁的DNA双链断裂 (4)BLM还可以在一定部位切割RNA 。 青霉素的作用机制?

--抑制粘肽合成最终阶段的转肽作用,即黏肽的交连。青霉素结合蛋白PBPs是一些与细菌细胞壁合成有关的酶。青霉素抑制转肽酶的机制:它与黏肽末端的D-Ala-D-Ala的结构相似(如图5-1-2)替代底物与酶的活性中心结合。 万古霉素等糖肽类抗生素作用机制?

成,作用于细菌细胞壁合成中的脂环,抑制

GlcNAc-MurNAc(五肽-甘氨酸五肽)-P-P-脂的多聚反应。 它们的作用部位是MurNAc-五肽中五肽末端的D-Ala-D-Ala的游离羧基,与游离羧基有较大的亲和力。而使其后面的转糖苷作用和转肽作用不能进行,细菌因细胞壁的合成受阻而死亡。 多黏菌素B作用机制?

内物质外漏。

两性霉素B作用机制?

大环内酯类抗生素。它们作用于(真菌)和原虫的细胞膜,使钾离子等胞内成分漏出;但对(细菌)的细胞膜无作用。这是由于(真菌)细胞膜中存在着类固醇,而(细菌)细胞膜中没有固醇。 简述氨基苷类抗菌作用机制 ?

肽链延长无作用)。

(2)抑制70S起始复合体形成。如链霉素、卡那霉素、新霉素、庆大霉素等。

(3)抑制肽酰-tRNA转座反应。如卡那霉素、新霉素、庆大霉素等。

(4)引起密码误读,使氨基酰tRNA与mRNA错配。如链霉素、卡那霉素、新霉素、庆大霉素等。 (5)抑制终止反应。阻碍终止(游离)因子与核蛋白体结合,抑制70S复合物解离,使多肽链无法释放。

嘌呤霉素的作用机制?为什么不能做抗菌药物? 酰tRNA进入核糖体的A位,当延长中的肽转入此异常A位时,容易脱落,终止肽链合成。由于嘌呤霉素对原核和真核生物的翻译过程均有干扰作用,故不能做抗菌药物,有人试用于肿瘤治疗。

抑制蛋白质合成的药物都有较好的毒性选择性,为 与细菌核糖体50S亚基L16蛋白质(转

移酶A座)结合。

2、大环内酯类抗生素 与细菌核糖体50S亚基的L16蛋白质和23SrRNA结合。 3、林可霉素作用机制类似。 抑制肽转移反应,使P位上的肽酰tRNA不能与A位上的氨基酰tRNA结合形成肽键。阻断蛋白质的合成。抑制肽转移酶,阻断终止反应。 4、四环素类 与细菌70S核糖体的30S亚基结合,抑制氨酰基-tRNA与核糖体A座的结合,阻断多肽链的延长,抑制蛋白质的合成。

6、嘌呤霉素(puromycin) 抑菌机理:结构与氨基酰-tRNA相似,从而取代一些氨基酰-tRNA进入核糖体的A位,和结合在P位的肽酰-tRNA反应,生成肽酰嘌呤霉素复合体,并从核糖体上游离脱落,终止肽链合成。

不同种类抗生素合用可表现为哪四种效果?并分别、 (累加)、(无关)、(拮抗)四种效果。

合用后的效果超过各药作用之和。约占25%。合用后的效果等于各药作用之和。

合用后的效果不超过各药作用之较强者。合用后的效果因相互发生抵消而减弱。仅占5%-10% 抗生素合用的意义或作用?

3)防止或延缓耐药菌的产生(4)减轻副作用 抗生素体外协同作用的机制? (2)促进药物向菌体内的转运 (3)连续阻断的协同作用 抑制连续酶反应的抗生素间有协同作用。

( 4 )防止抗生素钝化或分解失活产生的协同作用 耐药性发生的主要原因有哪些?

(2)抗菌药物对耐药菌的选择性;

(3)抗菌药物在农业、畜牧、食品等方面的滥用; (4)盲目应用广谱抗菌药,缺乏了解细菌耐药流行情况;

(5)缺少联合用药;(6)医学新技术应用,如静脉导管、人工瓣膜、等使一些非致病菌进入人体,产生耐药性。

下面各类药的不良反应?

大环内酯类—胃肠道反应 氨基糖苷类—耳毒性和肾毒性 四环素类—二重

感染、骨骼和牙齿沉积 氯霉素类—骨髓抑制 治疗铜绿假单胞菌感染首选?—羧苄西林和庆大霉素治疗支原体肺炎和军团菌感染? —大环内酯类 对厌氧菌有强大的抗菌作用?—林可霉素类

对鼠疫杆菌有特效? —链霉素 立克次体感染首选? —四环素类

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