-微生物制药技术-精品课件.ppt
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1、 Microbial Medicines微生物学的奠基人微生物学的奠基人伟大的巴斯德伟大的巴斯德 我国的传统发酵产品酱油、我国的传统发酵产品酱油、醋、腐乳等享誉世界醋、腐乳等享誉世界 我国的酿酒已经有我国的酿酒已经有4000多多年的历史年的历史 我国的酱油距今已有我国的酱油距今已有3000年的历史年的历史 1857年巴斯德证明发酵是年巴斯德证明发酵是由于微生物的作用由于微生物的作用密闭式发酵罐密闭式发酵罐第一节 发酵技术一、发酵的概念一、发酵的概念什么叫发酵?什么叫发酵?原始概念原始概念:果汁或麦芽谷物受酵母菌作用:果汁或麦芽谷物受酵母菌作用产生二氧化碳及能量的过程。产生二氧化碳及能量的过程。
2、现代概念现代概念:将所有通过微生物或动植物细胞:将所有通过微生物或动植物细胞或经过生物工程改造的或经过生物工程改造的“工程菌工程菌”培养制培养制备工业产品或转化某些物质的过程。备工业产品或转化某些物质的过程。二、微生物发酵类型二、微生物发酵类型(一)根据微生物发酵过程是否需要氧气分类(一)根据微生物发酵过程是否需要氧气分类1、需氧发酵、需氧发酵2、厌氧发酵、厌氧发酵(二)根据微生物发酵规模的不同分类(二)根据微生物发酵规模的不同分类 1、浅层发酵(表面培养法)、浅层发酵(表面培养法)2、深层发酵(深层培养法)、深层发酵(深层培养法)(三)根据微生物发酵培养基物理状态不(三)根据微生物发酵培养基
3、物理状态不同分类同分类 1、固体发酵、固体发酵 2、液体发酵、液体发酵1.1.微生物菌体发酵微生物菌体发酵 是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。用于面包制作的酵母发酵及是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。用于面包制作的酵母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵是比较传统的菌体发酵工业。用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵是比较传统的菌体发酵工业。新的菌体发酵可用来生产药用真菌,如香菇菌、依赖虫蛹而生存的冬虫新的菌体发酵可用来生产药用真菌,如香菇菌、依赖虫蛹而生存的冬虫夏草菌、与天麻共存的密环菌等药用菌。夏草菌、与天麻共存的密环菌等药用菌。2.2.微生物酶发酵微生物酶发酵 酶普遍
4、存在于动物、植物和微生物中。因为微生物种类多、产酶的品种多、酶普遍存在于动物、植物和微生物中。因为微生物种类多、产酶的品种多、生产容易和成本低等特点,所以目前工业应用的酶大多来自微生物发酵。生产容易和成本低等特点,所以目前工业应用的酶大多来自微生物发酵。3.3.微生物代谢产物发酵微生物代谢产物发酵 微生物代谢产物很多。在菌体对数生长期所产生的产物,如氨基酸、核苷微生物代谢产物很多。在菌体对数生长期所产生的产物,如氨基酸、核苷酸、蛋白质和糖类等是菌体生长繁殖所必需的,这些产物叫做初级代谢酸、蛋白质和糖类等是菌体生长繁殖所必需的,这些产物叫做初级代谢产物。在菌体生长静止期,某些菌体能合成一些具有特
5、定功能的产物,产物。在菌体生长静止期,某些菌体能合成一些具有特定功能的产物,如抗生素、生物碱、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显如抗生素、生物碱、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系,叫做次级代谢产物。关系,叫做次级代谢产物。(四(四)、根据微生物发酵产品类型不同分类、根据微生物发酵产品类型不同分类4.4.微生物的转化发酵微生物的转化发酵 微生物的转化是利用微生物细胞的一种或多种酶,把一种化合物转微生物的转化是利用微生物细胞的一种或多种酶,把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。可进行的转化反应包括:变成结构相关的更有经济价值的产物。可进行的转化反应包括:脱氢反应
6、、氧化反应、脱水反应、缩合反应、氨化反应、脱氨反脱氢反应、氧化反应、脱水反应、缩合反应、氨化反应、脱氨反应等。应等。5.5.生物工程细胞的发酵生物工程细胞的发酵 是指利用生物工程技术所获得的细胞,如是指利用生物工程技术所获得的细胞,如DNADNA重组的重组的“工程菌工程菌”,细,细胞融合所得的胞融合所得的“杂交杂交”细胞等进行培养的新型发酵。此类发酵的细胞等进行培养的新型发酵。此类发酵的产物多种多样,如用基因工程菌生产胰岛素、干扰素等。产物多种多样,如用基因工程菌生产胰岛素、干扰素等。(一)在医药工业上的应用(一)在医药工业上的应用1.生产出了种类繁多的药品生产出了种类繁多的药品2.发酵工程对
7、医药工业的一个重大贡献发酵工程对医药工业的一个重大贡献 应用发酵工程大量生产的基因工程药品,有人应用发酵工程大量生产的基因工程药品,有人生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素抗体、白细胞介素2、抗血友病因子等。、抗血友病因子等。三、发酵医药产品三、发酵医药产品1 1、抗生素类、抗生素类 抗生素是一类由微生物产生的在低浓度下具有抑制或杀死其他抗生素是一类由微生物产生的在低浓度下具有抑制或杀死其他微生物作用的化学物质微生物作用的化学物质。继继FlemingFleming发现发现青霉素青霉素后,最杰出的抗生素先驱是美国放线菌后,最杰出的抗生素
8、先驱是美国放线菌专家专家WaksmanWaksman,他与同事在,他与同事在19411941年从放线菌培养液中找到年从放线菌培养液中找到紫放线菌紫放线菌素素。接着他又在。接着他又在19441944年发现了第一个用于临床的从放线菌产生的年发现了第一个用于临床的从放线菌产生的抗生素抗生素链霉素链霉素。由于。由于WaksmanWaksman开拓了寻找新抗生素来源的途径,开拓了寻找新抗生素来源的途径,使人们在仅使人们在仅1010年左右的时间内相继发现了众多的抗生素:如年左右的时间内相继发现了众多的抗生素:如19471947年找到第一个广谱抗生素年找到第一个广谱抗生素氯霉素氯霉素和由细菌产生的和由细菌产
9、生的多粘菌素多粘菌素;19481948年发现了年发现了金霉素金霉素;19491949年发现了年发现了新霉素新霉素;19501950年发现了年发现了制霉制霉菌素菌素和和土霉素土霉素;19521952年发现了年发现了红霉素红霉素;19531953年发现了年发现了四环素四环素等。等。到目前为止,世界上已筛选出的抗生素已达到目前为止,世界上已筛选出的抗生素已达90009000种以上,应用于种以上,应用于临床治疗的在百余种左右(不包括半合成抗生素)。临床治疗的在百余种左右(不包括半合成抗生素)。分类方法 种 类 举 例 根据生物来源 1由放线菌产生的抗生素 链霉素、红霉素、四环素 2由真菌产生的抗生素
10、青霉素、头孢菌素 3由细菌产生的抗生素 多粘菌素、杆菌肽 4由植物及动物产生的抗生素 地衣酸、绿藻素、大蒜素 分类方法种 类 举 例 根据抗生素的作用对象 1抗革兰氏阳性细菌的抗生素 青霉素、红霉素、新霉素 2抗革兰氏阴性细菌的抗生素 多粘菌素 3抗真菌的抗生素 放线酮、制霉菌素、灰黄霉素、两性霉素 4抗肿瘤的抗生素 放线菌素D、丝裂霉素、博莱霉素、阿霉素 5抗结核分枝杆菌的抗生素 链霉素、新霉素、卡那霉素 6抗病毒和噬菌体的抗生素 艾霉素(ehrlichin)7抗原虫的抗生素 嘌呤霉素、巴龙霉素 分类方法分类方法种种 类类 举举 例例 根据抗生素的作用机制1抑制细胞壁合成的抗生素 青霉素、瑞
11、斯托菌素2影响细胞膜功能的抗生素 制霉菌素、两性霉素 3抑制核酸合成的抗生素 丝裂菌素、博来霉素、柔红霉素 4抑制蛋白质合成的抗生素 链霉素、红霉素、四环素、氯霉素 5抑制生物能作用的抗生素 抗霉素(抑制电子转移)短杆菌肽(抑制氧化磷酸化)6.影响细胞内Na+、K+平衡的抗生素 盐霉素 2 2、维生素类药物、维生素类药物 目前采用微生物技术生产的维生素类药物目前采用微生物技术生产的维生素类药物及其中间体有维生素及其中间体有维生素B B2 2(核黄素)、维生素(核黄素)、维生素B B1212(氰钴氨素)、(氰钴氨素)、2-2-酮基酮基-L-L-古龙酸(维生素古龙酸(维生素C C原原料)、料)、-
12、胡萝卜素(维生素胡萝卜素(维生素A A前体)、麦角甾前体)、麦角甾醇(维生素醇(维生素D D2 2前体)等。前体)等。3 3、氨基酸类、氨基酸类 目前氨基酸主要用于生产大输液及口服液,有些氨基酸尚有其特殊用途。如精氨酸盐及谷氨酸钠亦用于肝性昏迷的临床抢救,解除氨毒。L-谷氨酰氨用于治疗消化道溃疡,L-组氨酸亦为治疗消化道溃疡辅助药等。4 4、核苷酸类药物核苷酸类药物 以微生物发酵法生产核苷酸类物质是以微生物发酵法生产核苷酸类物质是6060年代后逐步发年代后逐步发展起来的。核苷酸类物质和氨基酸等类似,是微生物的初展起来的。核苷酸类物质和氨基酸等类似,是微生物的初级代谢产物,它们在生物体内受到严密
13、的调节和控制,因级代谢产物,它们在生物体内受到严密的调节和控制,因此,用于工业生产的产生菌都是经过选育的突变株。用微此,用于工业生产的产生菌都是经过选育的突变株。用微生物发酵技术生产的核苷酸类药物及其中间体有肌苷酸、生物发酵技术生产的核苷酸类药物及其中间体有肌苷酸、肌苷、肌苷、5-5-腺苷酸(腺苷酸(AMPAMP)、三磷酸腺苷()、三磷酸腺苷(ATPATP)、黄素腺)、黄素腺嘌呤二核苷酸(嘌呤二核苷酸(FADFAD)、辅酶)、辅酶A A(CoACoA)、辅酶)、辅酶I I(CoICoI)、二)、二磷酸胞苷(磷酸胞苷(CDPCDP)、胆碱等。)、胆碱等。5 5、医疗用酶、医疗用酶 以微生物作为酶
14、源具有生产周期短,成本低的优点。以微生物作为酶源具有生产周期短,成本低的优点。通过环境改变或遗传变异,有可能大大提高酶的活性和产通过环境改变或遗传变异,有可能大大提高酶的活性和产量。基因工程技术、蛋白质工程技术的发展,使得微生物量。基因工程技术、蛋白质工程技术的发展,使得微生物体可生产其自身没有的,甚至是自然界不存在的特殊蛋白体可生产其自身没有的,甚至是自然界不存在的特殊蛋白质和酶,大大扩展了微生物发酵技术的应用领域。酶工程质和酶,大大扩展了微生物发酵技术的应用领域。酶工程技术的迅速发展和应用,也极大地促进了对微生物酶的研技术的迅速发展和应用,也极大地促进了对微生物酶的研究和开发。目前可用发酵
15、工程技术生产的治疗用酶有:链究和开发。目前可用发酵工程技术生产的治疗用酶有:链激酶、胶原酶、脂肪酶、纤维素酶、天冬酰胺酶、葡聚糖激酶、胶原酶、脂肪酶、纤维素酶、天冬酰胺酶、葡聚糖酶、酶、-淀粉酶、酸性蛋白酶等。淀粉酶、酸性蛋白酶等。6 6、甾体类激素、甾体类激素 用微生物所进行的甾体转化主要有羟化、脱氧、加氢、用微生物所进行的甾体转化主要有羟化、脱氧、加氢、环氧化等反应以及侧链或母核开裂反应等。目前可的松、氢环氧化等反应以及侧链或母核开裂反应等。目前可的松、氢化可的松、泼尼松、地塞米松及确胺舒松等甾体激素化学合化可的松、泼尼松、地塞米松及确胺舒松等甾体激素化学合成工艺中,已有反应可用微生物转化
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