最新头孢菌素C发酵相关进展幻灯片.ppt

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1、头孢菌素C发酵相关进展一.前言头孢类药物是抗生素类药物中最重要的药物之一，其市场份额已占到抗生素类药物物市场份额的一半以上。7-氨基头孢烷酸（7-ACA)作为合成头孢类药物的三大基本母核之一（7-ACA，7-ADCA，GCLE），虽然全化学合成方法早已经成功，但由于成本原因，目前工业上7-ACA主要是由顶头孢霉菌产生的头孢菌素C经化学或酶法裂解生产的。二.发酵历史沿革1945年，意大利科学家首先发现了产生广谱抗菌活性物质的一株顶头孢霉菌；1953年，从这一霉菌的发酵液中分离到化学结构不同于青霉素的第二类&-内酰胺抗生素----头孢菌素C，对

2、金黄色葡萄球菌的抗菌活性，头C的抗菌活性只及青霉素N的1％，青霉素N只及青霉素的10％，由于其抗菌活性低，而未能直接用于临床。二.发酵历史沿革青霉素是是世界上第一个进行工业化生产的抗生素品种，目前青霉素发酵生产工艺已经比较完善，已经实现了计算机自动化控制。头C发酵生产工艺受青霉素发酵生产工艺影响比较大。如上世纪70年代，分批补料半连续发酵工艺在青霉素生产中研制成功并用于大生产。受此启发，上世纪90年代，分批补料半连续发酵工艺在头孢菌素C发酵生产中成功运用，单罐产量得到大幅度提高，一是表现在放罐效价的提高，二是表现在放罐体积的增大。二.发酵历

3、史沿革头C生物合成途径及一些调控机制已经阐明。蛋氨酸的诱导作用及诱导机制被发现并成功应用于工业生产。另外，也选育出了不需要添加蛋氨酸的高产菌株。三.目前生产技术现状目前，国外的头C生产商主要是韩国、意大利、日本、印度的一些厂商，其中，韩国、意大利的发酵水平处于世界领先地位。我国的生产商主要有石家庄制药集团、哈尔滨制药集团、山东鲁抗、山西威奇达、浙江海正、福抗、健康元等，我们集团的生产规模相对来说还比较小。目前生产技术现状自70年代以来，英国、日本、荷兰等国相继研发酶法7—ACA生产工艺（指由头C到7-ACA的转化），目前国外已全部实现了酶法

4、7—ACA的工业生产，国内的生产厂家也正逐步由化学裂解法向酶法生产7—ACA改进。目前生产技术现状目前，头C的发酵大致划分为两种类型：一种是低菌浓、短周期、低单位、高质量的发酵液、高收率的发酵类型；二是高菌浓、长周期、高单位、收率相对略低的发酵类型。国内厂家多采用前一种发酵类型，周期120—140小时，一般为130小时左右，放罐菌浓45—52％，而国外大多数厂家，一般采用后一种类型，周期160—180小时，放罐菌浓60—65％.目前生产技术现状单罐规模向逐步增大的趋势发展，目前发酵罐单罐规模均在100方以上，一些新上的发酵罐的单罐体积一般在

5、180—200立方。国外罐压一般保持在1公斤左右，国内生产厂家一般将罐压保持在0.5—0.7公斤。近几年，国内大部分厂家，正逐步加大搅拌功率、提高罐压，改善中后期溶氧状况，以期望得到更高的发酵单位，提高经济效益。目前生产技术现状产能情况将在下一部分讨论。四.技术前沿1.菌种的选育菌种是影响头C发酵水平的第一位因素，一直是人们研究的热点。筛选去磷酸盐调节突变菌株、去碳源调节突变菌株、去铵离子调节突变菌株、前体抗性突变菌株、自身所产的抗生素抗性突变菌株是目前人们研究的方向。目前，已经利用传统育种技术选育出了不需要添加蛋氨酸，能够直接代谢无机硫的

6、头C生产菌，如能推向工业生产，将成为降低发酵成本的一大亮点。技术前沿虽然诱变育种仍然是目前微生物发酵工业的重要育种手段，但它的盲目性决定了其低效性，同时目前的菌种是由野生菌种经长期反复诱变筛选得到的，依靠传统的育种方法来大幅度提高生产菌种的生产能力已经变得越来越困难。技术前沿基因重组技术目前达到了实际应用的水平。由于基因工程育种具有明确的目的性，因此在头C的生物合成途径已经阐明的基础上，利用基因工程构建基因工程菌，已成为未来菌种改造的主要研究方向。下图为头C的生物合成途径：技术前沿目前，利用基因重组技术改良抗生素的生产菌主要在以下几个方向：

7、（1）、提高限速酶活力，解除抗生素生物合成中的限速步骤，改变细胞内代谢流的方向，提高抗生素的产量；（2）、引入抗性基因，增加抗性基因拷贝数，提高产生菌自身耐受性；（3）、引入氧结合蛋白来提高氧的利用率；（4）、增强正调控或解除负调控基因的阻遏作用；通过敲除或破坏次要组分的生物合成基因来消除或减少次要组分。技术前沿1-1.分析头C工业菌株发酵液，发现有青霉素N积累，表明合成途径中的下一步反应限制了这一中间体的转化。礼来公司与牛津大学合作构建了头C产生菌的工程菌，其中一个转化子增多了一个拷贝的扩环酶基因，结果工程菌的发酵液中扩环酶的活性增加、青

8、霉素N的浓度减少、最终CPC的产量增加了15％。这说明工程菌中已有效解除了头孢菌素C生物合成中的限速步骤，使青霉素N向脱乙酰氧头孢菌素C、脱乙酰头孢菌素C的转化反应不再成为限速瓶