应用微生物学药物.ppt

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1、微生物药物3应用微生物学内容提要第一节：微生物药物发酵概况第二节：微生物药物的分离提取、精制第三节微生物药物的鉴别一、微生物药物发酵概况发酵，在生理学上是指微生物无氧呼吸和有氧呼吸以外的一种生物氧化作用。在工业生产中，发酵是利用微生物的机能获得工业产品的泛称。通过微生物的培养，使某种特定的代谢产物得以大量积累，如各种有机酸发酵、维生素发酵、酶制剂发酵、氨基酸发酵、核酸发酵以及抗生素发酵等。目前，全世界的医药产品生产已有一半是由生物合成，抗生素、维生素、激素这三大类药物几乎都是通过微生物发酵而生产的。发酵工程

2、可以认为是直接利用微生物的机能将物料加工为所需产品的过程。发酵工程是一门新学科，它的内容极为丰富，涉及生物工程学的所有分支，与酶工程、遗传工程和细胞工程共同构成生物工程的四大支柱。无论从微生物中获得酶还是用遗传工程菌获得产品，都必须依赖于发酵工程技术，可见发酵工程的发展直接影响生物工程的进一步发展。近年来，微生物药物的产量不断增加，品种也在不断扩大，人干扰素、胰岛素、生长激素、乙肝疫苗等大批新型药物已经由基因工程菌发酵生产。随着代谢工程和蛋白质工程的研究进展以及在抗生素、蛋白质及其他生物活性物质发酵工业中的

3、应用，微生物制药工业的水平将进一步提高，成本也将进一步下降。1.次级代谢产物发酵的特点①所用的微生物以“纯种”状态在具有通气搅拌的发酵罐中进行发酵。②发酵过程中初级代谢和次级代谢两种不同的代谢途径交织在一起，有生长期和生产期两个截然不同的生理代谢阶段。次级代谢产物的形成与微生物的生长不同步，当微生物生长速度减低或停止生长后，次级代谢产物才开始合成。③发酵产物积累和基质消耗之间没有明显的化学计量关系。理论产量与实际产量往往相差甚远。④发酵产物极其复杂。通常一种微生物可以发酵产生几个甚至几十个结构类似的副产物，

4、需要经过一系列物理和化学方法对目的产物进行提取分离和精制。⑤微量的金属离子(Fe2+，Fe3+，Mn2+，Co2+，Ni2+等)和磷酸盐等无机离子对次级代谢产物的形成具有显著影响。⑥发酵过程更加难以控制。即使同一菌种，在同一厂家，也会因生产设备、原料来源等差别，使菌种的生产能力大不相同。2.微生物发酵的操作方式微生物发酵过程一般有3种操作方式，即分批发酵(间歇发酵)、补料分批发酵(半连续发酵)和连续发酵。发酵所采用的操作方式不同，微生物的代谢变化规律也不同。(1)分批发酵(batchculture)是在一个

5、密闭的系统内一次性投入有限数量营养物的一种发酵方式。分批发酵的特点在于发酵过程是非恒态的，微生物所处的环境在不断变化，发酵过程中营养成分不断减少，微生物得到相应的生长繁殖。在分批发酵过程中，微生物的生长速度随时间而发生规律性变化，整个发酵过程分为延迟期、对数生长期、稳定期和衰亡期4个阶段。微生物在快速生长阶段形成的代谢产物多为初级代谢产物，而次级代谢产物的合成发生在生长缓慢的稳定期。现代发酵工业中的大多数发酵产品都由此法生产而来。(2)补料分批发酵补料分批发酵也称半连续发酵，是指在分批发酵过程中，间歇地补加

6、有限制性营养物的一种与分批发酵相似的发酵方法。补料分批发酵与传统的分批发酵相比，其优点在于发酵系统中维持较低的基质浓度，以除去快速利用基质的阻遏效应；维持适当的菌体浓度，不至于加剧供氧矛盾；延长次级代谢产物的生产时间；避免培养基中积累某些有毒代谢物，对菌体生长产生抑制。与连续发酵相比，补料分批发酵不需要严格的无菌条件，也不会产生菌种老化和变异等问题。补料分批发酵应用十分广泛，包括抗生素、氨基酸、酶蛋白、核苷酸、有机酸以及高聚物等，是发酵工业研究的方向之一。(3)连续发酵连续发酵(continuouscult

7、ure)是在一个开放的系统内，以一定的速度向发酵罐内连续供给新鲜培养基的同时，将含有微生物和代{身}产物的培养液以相同的速度从发酵罐内放出，从而使发酵罐内液量维持恒定，使培养物在近似恒定的状态下生长及代谢。连续发酵的优缺点连续发酵的优点是：与补料分批发酵相似，能维持低基质浓度；有利于提高设备的利用率和单位时间的产量，节省发酵罐的非生产时间；发酵罐内微生物、基质、产物和溶解氧浓度等各种参数维持在一定水平，便于自动控制；微生物在近似恒定状态下进行生理代谢，发酵产品质量稳定。缺点是：在长时间培养过程中菌种容易发生

8、变异，有可能产生负变株；容易感染杂菌，难以保证纯种培养。连续发酵多数用于实验室研究微生物的生理特性，至今只有葡萄糖酸、酵母蛋白和酒精等少数发酵产品的生产采用连续发酵。3.微生物药物发酵生产的一般流程微生物药物产生菌在进入发酵罐之前，必须经过种子扩大培养。将冷冻管或沙土管的孢子接种到斜面上，待斜面孢子或菌丝成熟后接入摇瓶中培养，长好的种子接人一级种子罐中；另外，斜面孢子也可以扩大到茄子瓶(也称扁瓶)中，茄子瓶孢子长