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1、 抗生素類青霉素的生物制藥工藝及其應(yīng)用性研究 作者名稱：路 環(huán) 專業(yè)班級 化工系08生化制藥2班 學(xué) 號 20080614123 指導(dǎo)教師 張 業(yè) 時 間 2010-6-22 摘要 抗生素自發(fā)現(xiàn)以來已經(jīng)有80多年的時間，長期以來成為研究熱點，并且被得到廣泛的應(yīng)用，抗生素的發(fā)現(xiàn)和使用使人類健康得到空前提高，使人類戰(zhàn)勝了因為各類感染所帶來的痛苦，由于抗生素的優(yōu)良抗菌抗病毒做用，抗生素的使用一直被密切研究，新型抗生素的研發(fā)和使

2、用更是意義重大，并且有不可估量的經(jīng)濟效益。本學(xué)期通過對抗生素生產(chǎn)工藝的不斷學(xué)習(xí)和研究，本文引以青霉素的生產(chǎn)工藝為例，從而對揭示各類抗生素的工業(yè)生產(chǎn)工藝，為抗生素的生產(chǎn)和研究提供指導(dǎo)。 雖然抗生素被得到廣泛的應(yīng)用，并使用使人類健康得到空前提高。但是通過長期研究和使用后發(fā)現(xiàn)，長期濫用抗生素給人類帶來了嚴(yán)重的危害，其耐藥性和致畸性不斷引起了人們的廣泛關(guān)注。本文最后章節(jié)亦就抗生素的耐藥性做簡要研究，為人們更好的了解和合理使用抗生素提供指導(dǎo)。 關(guān)鍵詞：抗生素；青霉素；生產(chǎn)工藝；耐藥性 Abstract ? Since the discovery of antibiotics more tha

3、n 80 years since the time has long been a research focus, and is widely used, the discovery and use of antibiotics to human health are higher than ever before, because all mankind overcome the pain caused by infection, Since antibiotics do good antibacterial and antiviral use, antibiotic use has bee

4、n closely studied the development and use of new antibiotics is of great significance, and have immeasurable economic benefits. The term antibiotic production process through the continuous study and research, the paper cited an example to penicillin production process, thus revealing all kinds of a

5、ntibiotics in industrial production processes for antibiotic production and research guidance. Although antibiotics are widely used, and used to enhance human health is unprecedented. But through the use of long-term research and found that long-term abuse of antibiotics to bring serious harm to

6、 humans, the drug resistance and teratogenicity been aroused extensive attention. This last chapter also briefly antibiotic resistance research, for people to better understand and guide the rational use of antibiotics. Key words Antibiotics; penicillin; production process; drug resistance 第一章

7、 綜述部分 1 前言 抗生素（antibiotics）是指“在低濃度下即可對某些生物的生命活動有特異抑制作用的化學(xué)物質(zhì)的總稱”[1]。 抗生素的生產(chǎn)目前主要由微生物發(fā)酵法進行生物合成。很少數(shù)的抗生素如氯霉素、磷霉素等亦可用化學(xué)合成法生產(chǎn)。此外，還可將生物合成法制得的抗生素用化學(xué)或生化方法進行分子結(jié)構(gòu)改造而制成各種衍生物，稱半合成抗生素，如氨芐青霉素就是半合成青霉素的一種[2]。 微生物量多，種多，分布廣；有共生，有拮抗，有自發(fā)突變，有誘發(fā)突變。隨著抗生素合成機理和微生物遺傳學(xué)理論的深入研究，目前人們已經(jīng)了解到抗生素有別于其他（初級）代謝產(chǎn)物?？股厥谴渭壌x產(chǎn)物。次級代謝產(chǎn)物還有生長素

8、（赤霉素），毒素（如黃曲霉素）。這些產(chǎn)物與微生物的生長繁殖無明顯的關(guān)系，是以基本代謝的中間產(chǎn)物如丙酮酸鹽，乙酸鹽等作為母體衍生出來的。其結(jié)構(gòu)性質(zhì)隨不同微生物種屬而異，因此次級代謝產(chǎn)物很多?；敬x產(chǎn)物如蛋白質(zhì)、脂肪、多糖等物質(zhì)，直接與微生物的生長繁殖相關(guān)。這些物質(zhì)的構(gòu)造也因微生物種屬不同而異，但產(chǎn)生這些物質(zhì)的代謝過程基本相似。在某些放線菌中發(fā)現(xiàn)級代謝產(chǎn)物與染色體外的遺傳因子——質(zhì)粒也有關(guān)系。微生物生產(chǎn)抗生素的原理：控制發(fā)酵條件，使抗生素產(chǎn)生菌的代謝向合成抗生素的方向發(fā)展，從而有利于抗生素的產(chǎn)生。 1.1 抗菌藥物發(fā)展簡史 1.1929年，弗來明 (Alexander Fleming) 發(fā)現(xiàn)

9、青霉素。 2.194O年，弗勞雷 (Florey and Chain) 分離提純青霉素成功，開創(chuàng)了抗生素化學(xué)治的新紀(jì)元。 3.1950年: 鏈霉囊、氯霉素、多粘霉素、金霉素、土霉素、紅霉素、卡那霉素、利福霉素。 4.60年代: 1959年英國 Beecham 研究組從青霉素發(fā)酵液中分離提純青霉素母核6—氨基青霉烷酸(6--APA)成功。半合成青霉素迅速發(fā)展，頭孢菌素萌芽。 5.70年代: 頭孢菌素迅速發(fā)展，半合成青霉素推出酰脲類青霉素。 6.80年代: 第三代頭孢菌素類、單環(huán)類、B-內(nèi)酰胺酶抑制劑、喹諾酮類抗菌藥崛起。 7.90年代--現(xiàn)在，針對細菌耐藥性開發(fā)新品種。主

10、攻β-內(nèi)酰胺類抗生素和喹諾酮類抗菌藥。 1.2 抗菌藥物的分類及代表藥物 1.2.1 根據(jù)抗生素的生物來源分類 微生物是產(chǎn)生抗生素的主要來源，其中以放線茵產(chǎn)生的為最多，真菌次之，細菌又次之。來源于高等植物和動物的不多。 (一)放線菌產(chǎn)生的抗生素 　　放線菌中以鏈霉菌屬(或稱鏈絲菌屬)產(chǎn)生的抗生素最多，諾卡氏菌屬較少。近年來在小單孢菌屬中尋找抗生索的工作也受到了重視。 (二)真菌產(chǎn)生的抗生素 　　真菌的四個綱中，藻菌綱及子囊菌綱產(chǎn)生的抗生富較少。 (三)細菌產(chǎn)生的抗生素 　　細菌產(chǎn)生的抗生素的主要來源是多粘桿菌、枯草桿菌(芽抱桿菌，、短芽抱桿菌等。這一類抗生素如多

11、粘茵素、枯草菌素(Subtilin)、短桿菌素(Tyrothicin)等，具有復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是環(huán)狀或鏈環(huán)狀多肽類物質(zhì)，由肽鏈將多種不同的氨基酸結(jié)合而成，含有自由氨基，其化學(xué)性質(zhì)一般為堿性。這類抗生素多數(shù)對腎臟有毒性。 (四)植物及動物產(chǎn)生的抗生素 植物產(chǎn)生的抗生素例如地衣和藻類植物產(chǎn)生的地衣酸(Vulpinic)和綠藻素(chlorellin)從被子植物如蒜和番茄等植物的組織或果實中制得的蒜素(A1licin)和番茄素(Tomatin)；裸子植物如銀杏、紅杉等也能產(chǎn)生抗生物質(zhì)；中藥中有不少能抑制細菌，已提純的抗生物質(zhì)有常山堿、黃連素C、白果酸及白果醇等。 1.2.2 根據(jù)抗生素的作用分

12、類 (一)抗革蘭氏陽性細菌的抗生素 主耍有青霉素、紅霉素和新生霉素等 (二)抗革蘭氏陰性細菌的抗生素 主耍有多粘菌素等?？偟膩碚f，專門抑制革全氏陰性細然的抗生素很少。 (三)抗真菌的抗生素 主耍有放線菌酮、制霉苗素、灰黃雷素、兩性霉紊等。 (四)抗結(jié)核分枝桿菌的抗生素 主要有鏈霉素、新霉索、卡那霉素、巴龍霉和環(huán)絲氨酸等。 (五)抗癌細胞的抗生索 主要有放線菌素D、絲裂雷素C、博來霉索(BlemvcIn)、柔毛霉素(Daunomycin)、阿霉素(Amycin)等。 (六)抗病毒和噬菌體的抗生素 除了青霉素

13、及四環(huán)類抗生素對立克次氏體及較大的病毒有一定作用外，其它還有一些抑制病毒和噬菌體的抗生素如艾霉素(Ehrlichin)等。 (七)抗原蟲的抗生素 除了青霉素和紅霉素能抗梅毒螺旋體外．四環(huán)類抗生素能抗阿米巴原蟲。對原蟲有抑制能力的還有嘌呤霉素(Puromycin)、巴龍霉索、抗滴蟲霉索和蒜素等。在抗癌、抗病毒及抗原蟲方面目前還沒有很理想的抗生索。 1.2.3 根據(jù)抗生素的作用機制分類 　　按作用機制分類,對理論研究具有重要的意義，已有許多抗生素按已知作用機制分類的范例。根據(jù)抗生貴的主要作用可分成五類； (一)抑制細胞壁合成的抗生素 如青霉素、瑞斯托菌素(Ristocetin)

14、等； (二)影響細胞膜功能的抗生素 如多烯類抗生素； (三)抑制核酸合成酌抗生素 如影響DNA結(jié)構(gòu)相功能的博來霉素、絲裂霉素C及柔毛霉素等； (四)抑制蛋白質(zhì)合成的抗生素 如四環(huán)索及氯霉素等； (五)抑制生物能作用的抗生素 如抑制電子轉(zhuǎn)移的抗霉素(Antimycin)、抑制氧化磷酸化作用的短桿菌肽S(Gramicidin S)和寡霉素(Oligomycin)等。 1.2.4 根據(jù)抗生素的生物合成途徑分類 根據(jù)生物合成途徑．可將臨床上使用的一些抗生素分為下列幾個類群。 (一)氨基酸、肽類衍生物 1．簡單的氨基酸衍生物：如環(huán)絲氮酸、重氮絲氨酸； 2．寡肽抗生素：如青霉素

15、、頭抱菌素等； 3．多肽類抗生素：如多粘菌素、桿菌肽等；個多肽大環(huán)內(nèi)酷抗生素：如放線菌素等； 4．含嘌呤和嘧啶基團的抗生素；如曲古霉素,嘌呤霉素等; (二)糖類衍生物 1．糖苷類抗生素：如鏈霉素、新雷素、卡那霉索和巴龍霉素等； 2．與大環(huán)內(nèi)酯連接的糖苷抗生素：如紅霉親、碳霉素等。． (三)以乙酸、丙酸為單位的衍生物 1．乙酸衍生物：如四環(huán)類抗生索、灰黃霉素等； 2．丙酸衍生物：如紅霉素等； 3．多烯和多炔類抗生索；如制霉菌素、曲古霉索等。 1.2.5 根據(jù)抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類 根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)，能將一種抗生素和另一種抗生素清楚地區(qū)別開束?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)決定抗生素的理化性質(zhì)、

16、作用機制和療效,例如對于水溶性堿性氨基糖苷類或多肽類抗生素,含氨基愈多,堿性愈強，抗菌譜逐漸移向革蘭氏陰性菌；大環(huán)內(nèi)酯類抗生素對革蘭氏陽性、革蘭氏陽性球菌和分枝桿菌有活性．有中等毒性和副作用；多烯大環(huán)內(nèi)酯類抗生索對真茵有廣譜活性，而對細菌一般無活性，四環(huán)素類抗生素對細菌有廣譜活性。結(jié)構(gòu)上微小的改變常會引起抗菌能力的顯著變化。 現(xiàn)在根據(jù)習(xí)慣的分類方法，將抗生素分為下列五類。 (一)B—內(nèi)酰胺類抗生素 　　這類抗生素都包含一個四元內(nèi)酰胺環(huán)，其中有青霉素、頭抱菌素和最近發(fā)現(xiàn)的幾個抗生親。 (二)氨基糖苷類抗生素 　　目前屆于本類而實際應(yīng)用的共有13種抗生素，其中包括鏈霉素、

17、雙氫鏈霉素、新霉素、卡那霉素、慶大霉素、春日霉素和有效霉素等。它們既含有氨基糖苷，也含有氨基環(huán)醇結(jié)構(gòu)。由于具有氨基糖苷結(jié)構(gòu)的抗生素數(shù)目很多，故最好稱為氨基糖苷—氨基環(huán)醇類(aminoglycoside—aminocyclitol)抗生素，但因氨基糖苷類抗生素這一名稱沿用己久，故仍用此名。 (三)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素 　　這類抗生素含有一個大環(huán)內(nèi)酯作為配糖體，以苷鍵和l—3個分于的糖相連。其中在醫(yī)療上比較重要的有紅霉素、竹桃霉素、麥迪加霉素(Medicamycin)、制霉菌素、兩性雹素(Amphotericin B)等。另外蒽沙霉素(Ansumycin)雖然并不含有大環(huán)內(nèi)酯,但由于它們含有的脂肪

18、鏈橋,其立體化學(xué)結(jié)構(gòu)和大環(huán)內(nèi)酯很相似，故也并入此類，典型的有利福霉素類抗生素等。 (四)四環(huán)類抗生素 這類抗生素是以四并苯為母核,包括金霉素、土霉素和四環(huán)素等。由于含四個稠合的環(huán)也稱為稠環(huán)類抗生素。 蒽環(huán)酮類(Anthracylinone)抗生素的結(jié)構(gòu)與此類似,也可歸入此類，典型的有柔毛霉素、紫紅霉素(Rhodomycin)等。 (五)多肽類抗生素 　　這類抗生素多由細菌，特別由產(chǎn)生孢子的桿菌產(chǎn)生。它們含有多種氨基酸，經(jīng)肽鍵縮合成線狀、環(huán)狀或帶測鏈的環(huán)狀多肽類化合物。其中較重要的有多粘菌素(Polymyxin)、放線菌素(Actinomycin)和桿菌肽(Bacitr

19、acin)等。 1.3 抗生素的應(yīng)用 1.3.1 醫(yī)療上的應(yīng)用 抗生素在醫(yī)療臨床的應(yīng)用已有六十多年的歷史，在人類同疾病的斗爭中，特別是同各種嚴(yán)重的傳染病的斗爭中，抗生素起了很大的作用。抗生素在醫(yī)療藥物方面的應(yīng)用是20世紀(jì)醫(yī)藥史上最巨大的成就，他的出現(xiàn)和應(yīng)用時過去許多不能治療或難以治療的傳染病得到了治療。如傳染性很強的腦膜炎、嚴(yán)重威脅兒童生命的肺炎，均可用青霉素等抗生素治療。猶如過去人們?yōu)橹謶值氖笠?、舊社會勞動人民無力治愈的肺結(jié)核均可用鏈霉素來治療。另外還發(fā)現(xiàn)和找到一些抗生素在治療腫瘤、白血病等有良好的療效。 1.3.2抗生素在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 利用抗生素防治植物病害，很

20、早就有人研究。最早在農(nóng)業(yè)上大面積應(yīng)用的抗生素要推鏈霉素、土霉素及其混合液“農(nóng)霉素”。它們對蘋果、梨、胡桃、柑橘、煙草、蔬菜和豆類等植物的細菌性病害都有特效，對少數(shù)真菌性病害如霜霉、疫霉等也有防治作用。放線酮為內(nèi)吸性強、殺菌力大的抗霉物質(zhì)?；尹S霉素具有抑制植物病原真菌的作用，特別對防治白粉病、蘋果花腐病和西瓜枯萎病更為有效。殺稻瘟菌素是第一個在大面積上應(yīng)用并得到十分成功的農(nóng)用抗生素。 春日霉素對防治稻瘟疹病的效果比殺稻瘟菌素高數(shù)倍，對植物、動物和人體的毒害較低。多氧霉素能抑制各種植物病原真菌，是一個有前途的抗生素。此外還找到許多農(nóng)用抗生素的新品種，如慶豐霉素、內(nèi)療霉素、多效霉素等。 現(xiàn)在世界

21、各國除致力于尋找防治細菌性和真菌性植物病害的抗生素外，對抗病毒、抗衰老、殺蟲，甚至能除草的抗生素也很重視。 目前已有高效殺蟲的抗生素如四抗生素、奧弗麥菌素和日光霉素等等。 1.3.3在食品保藏等方面的應(yīng)用 在食品工業(yè)中，抗生素可以作為防腐劑。用抗生素作防腐劑比冰凍、干燥、鹽漬、酸漬等方法手續(xù)簡捷，抑菌面廣，抑菌能力強。 抗生素除在食品保藏方面應(yīng)用外，在發(fā)酵工業(yè)上也有廣泛的應(yīng)用，于再谷氨酸發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用青霉素提高谷氨酸發(fā)酵的產(chǎn)酸率，國內(nèi)外均用于生產(chǎn)。此外在輕工業(yè)品等的保藏方面均可應(yīng)用，防止這些制品的發(fā)霉。另外抗生素在微生物、生物化學(xué)、分子生物化學(xué)等科學(xué)的研究方面是一個重要的工具，抗生素可

22、以用來分離特殊的微生物，也可用于微生物的分類，用抗生素阻斷代謝特殊的特殊反應(yīng)，以證明某些物質(zhì)的生理功能等 總之，抗生素不僅是人類戰(zhàn)勝疾病的有力武器，而且在國名經(jīng)濟的許多方面均有重要的作用。隨著抗生素學(xué)科的發(fā)展，它將發(fā)揮越來越大的作用[3]。 第二章 青霉素的生產(chǎn)工藝 1 青霉素 1.1 青霉素概述 青霉素（Benzylpenicillin）又被稱為青霉素G、peillin G、盤尼西林、配尼西林、青霉素鈉、芐青霉素鈉、青霉素鉀、芐青霉素鉀。青霉素是抗菌素的一種，是指從青霉菌培養(yǎng)液中提制的分子中含有青霉烷、能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素，是第一種

23、能夠治療人類疾病的抗生素。 1.2 天然存在的青霉素 青霉素是一族抗生素的總稱，它們是由不同的菌種或扎起不同的培養(yǎng)條件所得的同一類化學(xué)物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)通式如圖1.所示[4]。 圖1.青霉素的結(jié)構(gòu)通式 Fig.4. Penicillin general formula 目前，已知的天然的青霉素（即通過發(fā)酵而生產(chǎn)的青霉素）有8種，見表1.，稱為青霉素族抗生素。其中以芐青霉素療效最好，應(yīng)用最廣泛[5]。 表1.已知的天然青霉素 （《微生物制藥工藝及反應(yīng)器》，于國文，2007） Table 1. Known natural penicillin ("M

24、icrobial pharmaceutical technology and reactors", Yu Guowen, 2007) 序號 側(cè)鏈R 學(xué)名 俗名 1 對羥基芐青霉素 青霉素X 2 芐青霉素 青霉素G 3 戊烯[2]青霉素 青霉素F 4 戊青霉素 青霉素二氫F 5 庚青霉素 青霉素K 6 丙烯巰甲基青霉素 青霉素O 7 苯氧甲基青霉素 青霉素V 8 4-氨基-4-羥基丁基青霉素 青霉素N 發(fā)酵中也產(chǎn)生青霉素母核——6-氨基青霉烷酸（6-APA），但產(chǎn)量很低。工業(yè)上是用固定青霉素?；杆馇嗝顾?/p>

25、G或 V制備6-APA，再由化學(xué)法或酶法進行側(cè)鏈縮合，獲得一系列半合成的青霉素[6]。 2 青霉素的發(fā)酵工藝及過程 2.1 工藝流程 圖2.青霉素的發(fā)酵工藝路線[7] Fig.4. Penicillin fermentation process routes 2.2 生物合成法生產(chǎn)青霉素的工藝過程 一、生產(chǎn)菌種 生產(chǎn)菌種是抗生素生物合成的主要基礎(chǔ)，它必須具備產(chǎn)量高、性能穩(wěn)定和容易培養(yǎng)等特點。 為了防止菌種衰退，生產(chǎn)菌種必須以休眠狀態(tài)保存在砂土管或冷凍干燥管中，并置于0～4℃恒溫冰箱，使用時可臨時取出，接種后仍須冷藏。 生產(chǎn)菌種一般都嚴(yán)格規(guī)定其使用期，一般砂土管為1 ～ 2

26、年，生產(chǎn)菌種應(yīng)不斷純化，淘汰變異菌落，防止衰退。 有條件的工廠，還應(yīng)開展選育工作，使發(fā)酵水平不斷提高。移植菌種時，要采用嚴(yán)格的無菌操作，以防止雜菌污染?？股匕l(fā)酵是純種培養(yǎng)、時刻注意無菌操作! 二、孢子制備 這是發(fā)酵工序的開端，是一個重要環(huán)節(jié)。其方法是將保藏的休眠狀態(tài)的孢子（通常保存在砂土管或冷凍管中）通過嚴(yán)格的無菌手續(xù)將其接種到經(jīng)過滅菌的固體培養(yǎng)基上（一般是斜面），在一定的溫度下培養(yǎng)幾天就可以進行下道工序。 但對產(chǎn)孢子能力較差的菌種來說，這樣培養(yǎng)出來的孢子數(shù)量還是很有限的，為了獲得更多的孢子，就需要進一步采用較大表面積的固體培養(yǎng)基（如小米、大米、破碎的玉米粒等），擴大培養(yǎng)。 三、種

27、子制備 這一過程是使孢子發(fā)芽繁殖、以獲得足夠數(shù)量的菌絲，以便接種到發(fā)酵罐。 種子制備可以在搖瓶中或小罐內(nèi)進行，大型發(fā)酵罐的種子要經(jīng)過兩次擴大培養(yǎng)才能接入發(fā)酵罐。 搖瓶培養(yǎng)是在錐形瓶內(nèi)裝入一定量的液體培養(yǎng)基，滅菌后接入孢子，然后放在回轉(zhuǎn)式或往復(fù)式搖床上恒溫培養(yǎng)。 種子罐一般用鋼或不銹鋼制成，結(jié)構(gòu)相當(dāng)于小型發(fā)酵罐，種子罐接種前有關(guān)設(shè)備及培養(yǎng)基要經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌。種子罐可用微孔壓差法或打開接種閥在火焰的保護下接種。 接種后在一定的空氣流量、耀溫、罐壓等條件下進行培養(yǎng)，并定時取樣做無菌試驗，菌絲形態(tài)觀察和生化分析，以確保種子質(zhì)量。 四、發(fā)酵 這一過程的目的是使微生物分泌大量的抗生素，這是

28、發(fā)酵工序的關(guān)鍵階段。發(fā)酵一般是在鋼制或不銹鋼的罐內(nèi)進行，有關(guān)設(shè)備和培養(yǎng)基應(yīng)事先經(jīng)過嚴(yán)格滅菌，然后將長好的種子接入。接種量一般為5 ～20%。通氣量為0.3-1m3/m3)，攪拌轉(zhuǎn)速，罐溫（一般為26 ～ 37 ℃）罐壓（一般為0.3 ～ 0.5kg/cm3表壓） 定時取樣分析和無菌試驗（發(fā)酵參數(shù):通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速、罐溫、罐壓、培養(yǎng)基總體積、粘度、泡沫情況、菌絲形態(tài)、PH值、溶解氧濃度、二氧化碳含量、總糖、還原糖、總氮、氨基氮、磷和抗生素含量等），補料和前體，發(fā)酵周期約為4一8天。 抗生素生物合成較為復(fù)雜，影響因素比較多需要各方面的密切配合和嚴(yán)格操作，把住各個環(huán)節(jié)。 五、發(fā)酵液的預(yù)處理和過

29、濾 發(fā)酵液預(yù)處理及過濾是抗生素提煉的第一步操作，在發(fā)酵液過濾以前，發(fā)酵液需進行預(yù)處理。 預(yù)處理的目的是使發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)和某些雜質(zhì)沉淀，以增加濾速有利于提取發(fā)酵液。 過濾的目的是使菌絲體從發(fā)醉液中分離出來。 除制霉菌素、灰黃霉素、廬山霉素、曲古霉素等存在于菌絲體中，需從菌絲中提取外，一般過濾操作都是為了獲得含有抗生素的澄清發(fā)酵濾液，供下步提取抗生素。 六、提取和精制 提取過程的目的是將發(fā)酵液中的抗生素初步濃縮和純化。 提取方法一般有吸附法、沉淀法、溶媒萃取法、離子交換法等。 精制是將抗生素的濃縮液或粗制品進一步提純并制成產(chǎn)品的過程。精制時仍可重復(fù)或交叉使用上述四種基本提取方法。

30、 如用沉淀法提取所得的四環(huán)素堿純度不高時，可以重復(fù)使用沉淀法（先將粗堿溶解，加尿素使它成為不溶于水的四環(huán)素復(fù)鹽，當(dāng)復(fù)鹽溶于有機溶媒后、又分離出四環(huán)素）。在沉淀前還可用于交換樹脂將四環(huán)素溶液脫色，以提高四環(huán)素堿沉淀物的純度。 青霉素是用溶媒萃取法提取的，但可用結(jié)晶法精制，即在青霉素溶媒萃取液中加入結(jié)晶醋酸鉀或鹽劑，以析出青霉素鉀鹽晶體。 吸附法是精制時普遍使用的方法，許多抗生素精制時都用活性炭脫色。此外，在精制過程中還常用結(jié)晶、重結(jié)晶、晶體洗滌、蒸發(fā)濃縮，層析凝膠分離、無菌過濾、干燥等方法。 七、成品檢驗 由于抗生素的生產(chǎn)一般采用生物合成法，雖經(jīng)提取和精制，但其純度仍不能達到百分之百，

31、而且在生物合成過程中也會同時產(chǎn)生其它藥效和藥性不同的各種物質(zhì)，在制品和加工、貯藏過程中也還可能引起抗生素的變質(zhì)。因此，為了保證藥品質(zhì)量、用藥安全，對抗生素各種成品都必須進行檢驗。 抗生素產(chǎn)品常規(guī)檢驗項目一般包括：性狀及鑒別試驗、安全試驗、降壓試驗、熱原試驗、無菌試驗、酸堿度測定、效價測定、水分測定、混濁度測定、色澤顆粒細度測定等等。 由于抗生素品種不同和臨床上用藥方式不同（如外用、口服、注射等），檢驗項目的多少也有所不同。因此，成品檢驗應(yīng)嚴(yán)格按國家藥典有關(guān)規(guī)定進行。 八、成品分包裝 抗生素原料藥除進行成品大包裝外，還必須由制劑廠（或制劑車間）再進行分包裝，即將大包裝原料藥進行小包裝或加

32、工成各種類型的制劑，若為注射用抗生素尚須在無菌條件下，用手工或自動分裝機進行小瓶分裝或加工成其它各種類型的制劑，以供臨床上應(yīng)用。 第三章 抗菌藥物的耐藥問題及合理使用 1 抗生素的耐藥問題 1.1 抗生素的發(fā)展與細菌耐藥 抗生素的發(fā)展史也就是細菌對其耐藥性的發(fā)展史。伴隨抗菌藥物強大的抗感染療效的同時，細菌等病原體對抗生素的耐藥問題日漸顯露出來。 偶然發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了抗生素歷史1929年，美國弗來明（Fleming）博士報告發(fā)現(xiàn)了青霉素。而這一發(fā)現(xiàn)純屬偶然：弗來明博士在他欲拋棄的偶有青霉菌生長的葡萄球菌培養(yǎng)皿上發(fā)現(xiàn)，在青霉菌的周圍，已生長的葡萄球菌出現(xiàn)溶解現(xiàn)象。他將該青霉菌培養(yǎng)

33、液稀釋1000倍后，稀釋液仍能抑制葡萄球菌的生長，該稀釋液還能抑制其他革蘭氏陽性球菌的生長。弗來明博士將其中的有效物質(zhì)命名為青霉素。他在報告中指出，該培養(yǎng)液中的青霉素能抑制革蘭氏陽性球菌生長，可用來鑒別革蘭氏陽性菌和陰性菌。不過，弗來明博士當(dāng)時沒有做葡萄球菌和肺炎鏈球菌的抗感染實驗，也沒有想到用青霉素來作為治療藥物用于臨床。 1932年，Raistrick博士報告青霉素提取方法；1941年，F(xiàn)lorey、Chain、Heatley等博士先后發(fā)現(xiàn)青霉素粗制品有抗感染效果。隨后，青霉素被應(yīng)用到臨床治療感染性疾病。1942年，Waksman在美國細菌學(xué)會提出“抗生素”一詞，至此，抗菌藥物時代來臨

34、。 由自然性轉(zhuǎn)向化學(xué)合成1945年至1947年以后，青霉素開始在臨床普遍使用。 從1942年開始美國的制藥公司開始了抗生素的篩選工作。隨著研究的不斷深入和青霉素提取技術(shù)的進步，青霉素由黃色物質(zhì)變?yōu)榘咨镔|(zhì)，培養(yǎng)液中青霉素產(chǎn)量由每毫升500單位提高到每毫升50000單位以上，在臨床逐步大量使用。 在青霉素臨床應(yīng)用的同時，科研人員先后于1944年發(fā)現(xiàn)鏈霉素，1947年發(fā)現(xiàn)氯霉素，1948年發(fā)現(xiàn)金霉素，1949年發(fā)現(xiàn)土霉素，1951年發(fā)現(xiàn)紅霉素。這些新型抗菌藥物都來自于細菌和真菌。后來，隨著化學(xué)合成技術(shù)的發(fā)展，在弄清自然來源的抗生素的結(jié)構(gòu)后，人們開始生產(chǎn)半合成抗生素，許多半合成抗生素加入

35、到了抗感染隊伍中。 雖然1945年Brotzu就發(fā)現(xiàn)了頭胞菌素，但直到上世紀(jì)60年代人們才確定了頭胞菌素C的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并開始進行對耐藥菌有效的半合成抗菌藥物研究。最先用于臨床的頭胞菌素是頭胞噻酚。自1972年開始，美國、日本、法國等國家的大型制藥公司先后推出頭胞孟多、頭胞呋新、頭胞替胺、頭胞噻肟、頭胞唑肟、頭胞哌酮、磺芐頭胞菌素、頭胞西尼、頭胞美唑以及口服頭胞菌素等。1976年硫霉素被發(fā)現(xiàn)，同時第一個β-內(nèi)酰胺酶抑制劑—克拉維酸問世。 除抗生素外，磺胺藥也在20世紀(jì)初被開發(fā)利用。第一個磺胺類藥物“百浪多息（Protosil）”是由Klarer和Mietzsch于1932年首先合成，是由

36、多馬克醫(yī)師所實驗的對溶血性鏈球菌感染有治療作用的系列偶氮染料之一。當(dāng)時產(chǎn)褥熱的死亡率很高，磺胺藥問世后，產(chǎn)褥熱的病死率急劇下降，并隨著更有效的磺胺藥的出現(xiàn)其病死率進一步降低。 從磺胺藥的問世到青霉素等β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的不斷發(fā)展，及其他抗菌藥物陸續(xù)投入臨床使用，抗菌藥物在人類與感染性疾病的斗爭中發(fā)揮了舉足輕重的作用。 耐藥問題接踵而至1940年，青霉素剛開始投入臨床時的藥敏實驗顯示，所有金黃色葡萄球菌（簡稱“金葡菌”）均對其敏感。1942年，Ramel-kamp和Maxon報道出現(xiàn)對青霉素耐藥的金葡菌，其實際出現(xiàn)時間應(yīng)為1941年。1944年，Kirby從7株耐青霉素金葡菌中提取出青

37、霉素酶。隨著青霉素的廣泛使用，金葡菌的耐藥性迅速增加，當(dāng)時主要通過質(zhì)粒介導(dǎo)的誘導(dǎo)性A類β-內(nèi)酰胺酶水解青霉素。為解決這一問題，1961年甲氧西林問世并投入臨床使用，不久之后報告出現(xiàn)耐甲氧西林金葡菌（MRSA）。后來研發(fā)的萬古霉素對MR鄄SA一直相當(dāng)敏感，但在20世紀(jì)90年代末期，又有對萬古霉素敏感性降低的金葡菌的報告，2002年以來美國已先后報道3株對萬古霉素完全耐藥的金葡菌。 20世紀(jì)50年代中期，革蘭氏陰性菌和葡萄球菌出現(xiàn)耐藥性開始引起人們的注意。1957年發(fā)現(xiàn)并開始研究卡那霉素對耐藥菌的效果，并于1958年將其應(yīng)用于臨床。1959年Rolinson博士發(fā)酵生產(chǎn)6—APA成功，于是開始

38、研究開發(fā)抗青霉素酶（β—內(nèi)酰胺酶）和對耐藥菌有效的半合成青霉素。 為滿足臨床需要，廣譜青霉素及頭胞菌素的開發(fā)與應(yīng)用發(fā)展迅速，但細菌的耐藥性也進一步發(fā)展。人們發(fā)現(xiàn)，抗菌藥物時代以前的質(zhì)粒不帶耐藥基因，而當(dāng)前的質(zhì)粒攜帶耐藥基因，傳播耐藥性。1963年，科研人員在雅典從一株大腸桿菌中首次分離出TEM-1型β-內(nèi)酰胺酶，隨后發(fā)現(xiàn)攜帶TEM-1基因的轉(zhuǎn)座子在全球內(nèi)各菌株中廣泛傳播；1973年發(fā)現(xiàn)染色體介導(dǎo)的C型酶（AmpC），1983年發(fā)現(xiàn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶（ESBL），這兩種酶能水解三代頭孢菌素。少數(shù)細菌可產(chǎn)生金屬酶，對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物具有極強的破壞力?，F(xiàn)在，革蘭氏陰性菌已成為醫(yī)院感染的主要病

39、原菌。 同樣，對其他抗菌藥物，細菌也不斷表現(xiàn)出新的耐藥性。目前除已出現(xiàn)對萬古霉素敏感性降低的金葡菌外，多重耐藥的革蘭氏陰性桿菌特別是腸桿菌、結(jié)核桿菌迅速增加。同時由于一些抗菌藥物被作為動物促生產(chǎn)劑在動物飼料中作為添加劑，使細菌耐藥性問題變得更加復(fù)雜，如美國用尚未上市的新抗菌藥“奎奴普丁/達福普丁”對臨床分離細菌做藥敏實驗，發(fā)現(xiàn)部分細菌已對其產(chǎn)生耐藥性，其原因可能與飼料添加劑中含類似成分有關(guān)；再如臨床應(yīng)用時間并不長的喹諾酮類藥物，在國內(nèi)由于廣泛使用，目前細菌對其耐藥性已十分嚴(yán)重。 1.2 抗生素壓力與耐藥性 與抗菌藥物的接觸（抗菌藥物壓力）是細菌產(chǎn)生耐藥的主要源動力。1985年，著名學(xué)

40、者McGowan指出了與醫(yī)院內(nèi)細菌耐藥性的出現(xiàn)相關(guān)的7個方面：（1）引起醫(yī)院感染的微生物的耐藥性比引起社會感染的微生物的耐藥性更多見；（2）醫(yī)院中耐藥菌株感染者使用的抗菌藥物比敏感株感染或定植者使用的抗菌藥物多；（3）抗菌藥物使用情況的變化會引起細菌耐藥情況的變化，如投入或停用某種抗菌藥物常與其耐藥性的消長有關(guān)；（4）抗菌藥物使用愈多的區(qū)域耐藥菌分布愈多；（5）抗菌藥物應(yīng)用時間越長耐藥菌定植的可能性越大；（6）抗菌藥物劑量越大耐藥菌定植或感染的機會更多；（7）抗菌藥物對自身菌群有影響并有利于耐藥菌生長。 1998年，StuartBLevy在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》上發(fā)表題為《多重耐藥--一個時

41、代的標(biāo)志》的文章，認(rèn)為（1）抗菌藥物只要使用了足夠時間，就會出現(xiàn)細菌耐藥性，如使用青霉素25年后出現(xiàn)耐青霉素肺炎球菌、氟喹諾酮使用10年后出現(xiàn)了腸桿菌耐藥；（2）耐藥性是不斷進化的，隨著抗菌藥物的應(yīng)用，耐藥也從低度耐藥向中度、高度耐藥轉(zhuǎn)化；（3）對一種抗菌藥物耐藥的微生物可能對其他抗菌藥物也耐藥；（4）細菌耐藥性的消亡很慢；（5）使用抗菌藥物治療后，患者容易攜帶耐藥菌。 遺傳機制確定了細菌耐藥性的生化機制。細菌耐藥的生化機制主要有（1）抗菌藥物作用靶位的改變；（2）抗菌藥物被細菌產(chǎn)生的酶滅活；（3）細菌細胞膜通透性的改變，使抗菌藥物不能進入細菌細胞或被細菌細胞膜的藥物泵排出細胞；（4）形成

42、細菌生物被膜，為細菌躲避抗菌藥物作用提供場所；（5）以上幾種機制的結(jié)合。細菌耐藥性既可在細菌間傳播，也可通過人或環(huán)境進行傳播[9]。 1.3 耐藥性的分類 1、固有耐藥性(intrinsic resistance),又稱天然耐藥,由細菌染色體基因決定,代代相傳[10]。 腸道陰性桿菌 ---- 青霉素 綠 膿 桿 菌 ---- 氨芐西林 鏈 球 菌 ---- 慶大霉素 2、獲得性耐藥(acquired resistance),是指細菌在接觸抗生素后,改變代謝途徑,使自身不被抗菌藥物殺滅的抵抗力。這種耐藥菌可通過耐藥基因的傳代、轉(zhuǎn)移、傳播、擴散、變異形成高度和多

43、重耐藥。 1.4 耐藥性機制分類 1、細菌產(chǎn)生滅活酶，破壞抗生素的結(jié)構(gòu)使其失去活性； 2、改變抗生素作用的靶位蛋白結(jié)構(gòu)和數(shù)量，使細菌對抗生素不再敏感； 3、外膜屏障及外流泵作用使抗生素在細菌體內(nèi)的積累減少； 4、細菌產(chǎn)生滅活酶導(dǎo)致耐藥性。 1.5 耐藥性機理示范 表2.抗生素的耐藥機理 Table 2. Antibiotic resistance mechanism 抗生素類別 耐藥類型 耐藥機理 氨基糖甙類 靶位點改變 核糖體蛋白改變 β-內(nèi)酰胺類 青霉素結(jié)合蛋白改變或新產(chǎn)生 紅霉素 核糖體RNA甲基化 喹諾酮類 DNA旋轉(zhuǎn)酶改變 磺胺 葉酸

44、代謝途徑改變 四環(huán)素 核糖體保護 氨基糖甙類 滅活酶的破壞 酶導(dǎo)致分子運轉(zhuǎn)改變 β-內(nèi)酰胺類 酶破壞β-內(nèi)酰胺環(huán) β-內(nèi)酰胺類 進入減少 細菌細胞膜通透性改變 氯霉素 喹諾酮類 四環(huán)素 備注： 1．通常革蘭氏陽性菌不容易產(chǎn)生耐藥性，而革蘭氏陰性菌較易產(chǎn)生耐藥性； 2．聯(lián)合制劑不易產(chǎn)生耐藥性； 3．磺胺類較易產(chǎn)生耐藥性。 2 合理使用抗生素減少耐藥性 2.1 措施 尋找新的抗菌作用部位和闡明耐藥性機理是不夠的。下述措施可抑制耐藥性的產(chǎn)生： 1、對抗生素濫用進行控制； 2、提出有針對性的治療建議； 3、對繁殖迅速的細菌病原體進行敏感性試驗； 4、

45、對受感染的病人進行隔離。 2.1.1 理想抗生素具備特點 1、廣譜、殺菌； 2、長效、高效；給藥方便、安全、無副作用； 3、感染組織穿透性好； 4、不易產(chǎn)生耐藥性；配伍性好。 2.1.2 抗生素治療失敗原因 1、細菌產(chǎn)生耐藥性； 2、給藥途徑不當(dāng)； 3、給藥時機、劑量不當(dāng)； 4、靶組織（病灶）藥物分布差； 5、儲存不當(dāng)；判斷錯誤導(dǎo)致誤診； 6、混合感染；藥物配伍不當(dāng)。 2.1.3 抗生素選擇原則 1、認(rèn)真閱讀并理解藥品的各種說明； 2、掌握抗生素適應(yīng)癥，選擇敏感度高、抗菌作用強、組織滲透性好、副反應(yīng)少的藥物； 3、熟悉細菌獲得耐藥性的動向及對各種抗生素敏

46、感度的變遷； 4、了解各類抗生素的作用特點及同類抗生素中不同品種之間差異。 結(jié)論 抗生素作為20世紀(jì)的重大發(fā)現(xiàn)之一，它的發(fā)現(xiàn)和使用使人類健康得到空前提高，使人類戰(zhàn)勝了因為各類感染所帶來的痛苦，因而研究和使用抗生素具有重大的意義。本文通過對抗生素的介紹和研究，并對抗生素的經(jīng)典藥物青霉素生物制藥工藝進行了總結(jié)，這必將使得我們更好的對抗生素類藥物的生物制藥工藝作出理論指導(dǎo)。本文還深入淺出的介紹了抗生素的耐藥問題，這使得我們更深入的了解了抗生素的性質(zhì)特點，更好的指導(dǎo)我們在日常生活中如何正確使用抗生素。言盡所及，本文不足之處還請各位提出意見和建議。

47、 參考文獻 [1] 胡國勤.抗生素質(zhì)控分析中HPLC分析方法的理論與實踐.北京：氣象出版社，2001 [2] 梁世中.生物制藥理論與實踐［M］，北京：高等教育出版社，2005.6（1）：290 [3] 吳曉英.生物制藥工藝學(xué)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.3（1）：158-159 [4] 梁世中.生物制藥理論與實踐［M］，北京：高等教育出版社，2005.6（1）：300 [5] 盛貽林.微生物制藥技術(shù)[M],北京：中國農(nóng)民大學(xué)出版社，2008.8（1）：131 [6] 吳曉英.生物制藥工藝學(xué)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.3（1）：160 [7] 梁世中.生物制藥理論與實踐［M］，北京；高等教育出版社，2005.6（1）：300. [8] 劉玉兵.抗生素的作用機制［J］，交通大學(xué)，2004.6（884）：37 [9] 楊寶峰，蘇定馮，周宏源等.藥理學(xué)[M]，北京：人民衛(wèi)生出版社，2010.2（7）：377