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发酵技术在生物制药中的应用

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河北化工医药职业技术学院

2016年 12 月

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摘要 (3)

绪论 (4)

§1发酵的定义及发展简史 ...................... 错误!未定义书签。§2微生物发酵在生物制药的基本过程............. 错误!未定义书签。§3发酵在中药中的应用 ........................ 错误!未定义书签。§4抗生素与酶制剂的生产 ..................... 错误!未定义书签。§5结束语 .................................... 错误!未定义书签。参考文献..................................... 错误!未定义书签。4致谢. (25)

发酵技术在生物制药中的应用

摘要

发酵工程制药是利用微生物的代谢过程,所生产药物的生物技术。例如人们普遍认知的抗生素、氨基酸以及维生素等。而发酵工程的制药在研究也主要在微生物菌种的筛选和改良上,还有极为重要的产品后处理也就是分离纯化。

关键词

发酵工程制药菌种筛选

绪论

微生物在生长发育和繁殖过程中,需要不断地从外界环境中摄取营养物质,在体内经过一系列的生化反应,转变成能量和构成细胞的物质,并排出不需要的产物。这一系列的生化过程称为新陈代谢。代谢作用是生物体维持生命活动过程中的一切生化反应的总称。它是生命活动的最基本特征。代谢作用包括分解代谢(异化作用)和合成代谢(同化作用)。分解代谢是指生物体将各种营养物质和细胞物质降解成简单的产物,即由大分子物质降解成小分子物质并产生能量的过程。合成代谢是指将分解代谢所提供的或从环境中所吸收的小分子物质合成大分子物质的过程。分解代谢为合成代谢提供原料和能量,而合成代谢又为分解代谢提供物质基础,两者相互对立而又统一,在生物体内偶联着进行,使生命繁衍不息。

⒈发酵的定义及发展简史

发酵现象早巳被人们所认识,但了解它的本质却是近200年来的事。英语中发酵一词fermentation是从拉丁语fervere派生而来的,原意为“翻腾”,它描述酵母作用于果汁或麦芽浸出液时的现象。沸腾现象是由浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生的二氧化碳所引起的。也就是说,发酵是在厌氧条件下,原料糖经酵母菌等生物细胞的作用进行分解代谢、向菌体提供能量,从而得到原料风界产物酒精和二氧化碳。然而不同的对象有不同的意义:

(1)微生物生理学严格定义的发酵有机物被生物体氧化降解成氧化产物并释放能量的过程统称为生物氧化. 微生物生理学把生物氧化区分为呼吸和发酵,因此,发酵是生物氧化的一种方式,即在没有外源最终电子受体的条件下,化能异养型微生物细胞对能源有机化合物的氧化与内源的(已经经过该细胞代谢的)有机化合物的还原相耦合,一般并不发生经包含细胞色素等的电子传递链上的电子传递和电子传递磷酸化,而是通过底物(激酶的底物)水平磷酸化来获得代谢能ATP;能源有机化合物释放的电子的一级电子载体NAD,以NADH的形式直接将电子交给内源的有机电子受体而再生成NAD,同时将后者还原成发酵产物(不完全氧化的产物)。细胞中的NAD是有限的,如果作为一级电子载体的辅酶NAD不能得到再生,就不能被回用,有效的电子载体就会愈来愈少,脱氢反应就不能持续进行下去了。因此辅酶NAD的再生是生物氧化(包括发酵)继续进行下去的必要条件。

(2)工业生产上定义的发酵工业微生物学家把发酵扩展到利用

微生物来制得产物的需氧和厌氧的任何过程。工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产均称为“发酵”。并广泛应用于发酵工艺,形成了各类型的微生物发酵工业,生产出不同类型的代谢产物,如医药、食品等的发酵产品。近百年来,随着科学技术的进步,发酵技术发生了划时代的变革,已经从利用自然界中原有的微生物进行发酵生产的阶段进入到,按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生产人类所需要的发酵产品的新阶段。

(3) 专业词汇“发酵(fermentation)”

“发酵”作为专业词汇其含义不但覆盖发面制作大饼、油条、馒头、包子,更重要的是指用发酵的手段工业化生产酒及酒精饮料。饲料及饲料添加剂、药品、化工材料等等。

⒉发酵工业的发展在 A.van列文虎克用自制的显微镜发现微生物之前,古代巴比伦人(公元前6000)早已会制造类似现代啤酒的饮料,古代埃及人(公元前4000)早已会利用酵母菌所产生的二氧化碳来发面。中国龙山文化时期(公元前2000)出现大量酒器,表明当时酿酒技术已很发达。贾思勰的《齐民要术》(533~544)详细记载了中国古代酿酒、制曲、制酱、沤麻和制取靛蓝等多种利用微生物的生产技术。1887年,挪威细菌学家G.H.A.汉森将纯种酵母菌用于生产啤酒,随后,便有人设计制造了便于灭菌的密闭式发酵罐。由于应用R.科赫所创立的微生物纯培养技术,人们能够利用控制特定微生物发酵生产特定产品。19世纪末,E.毕希纳证明微生物发酵是由酶催化的化学反应。第一次世界大战时期建立了生产丙酮、丁醇和甘油

的发酵工厂,加速了工业微生物学的发展。

20世纪40年代,开始生产青霉素,这是人类在利用工业微生物方面的又一重大成就。此后,发酵工业中广泛采用了深层培养法进行青霉素的工业化生产并大量制出酶制剂、柠檬酸、维生素、甾体激素及其他抗生素。中国现代工业微生物学是从20世纪20年代开始发展的。50年代以后,传统的微生物发酵产品有了明显的改良和发展,并逐渐形成比较完善的现代化发酵工业体系。有机酸、酶制剂、氨基酸和维生素等的发酵生产。现代微生物工程不仅使用微生物细胞,也可以使用动物和植物的细胞来进行发酵,以生产出对人类有用的各种生物产品。例如利用培养罐可以大量培养出杂交瘤细胞,生产出用于疾病诊断和治疗的单克隆抗体等生物工程药品。

2 微生物发酵在生物制药的基本过程

微生物在生长发育和繁殖过程中,需要不断地从外界环境中摄取营养物质,在体内经过一系列的生化反应,转变成能量和构成细胞的物质,并排出不需要的产物。这一系列的生化过程称为新陈代谢。代谢作用是生物体维持生命活动过程中的一切生化反应的总称。它是生命活动的最基本特征。代谢作用包括分解代谢(异化作用)和合成代谢(同化作用)。分解代谢是指生物体将各种营养物质和细胞物质降解成简单的产物,即由大分子物质降解成小分子物质并产生能量的过程。合成代谢是指将分解代谢所提供的或从环境中所吸收的小分子物质合成大分子物质的过程。分解代谢为合成代谢提供原料和能量,而合

成代谢又为分解代谢提供物质基础,两者相互对立而又统一,在生物体内偶联着进行,使生命繁衍不息。生物体内的化学反应几乎都要依靠酶的催化才能进行。酶是由生物细胞合成的,以蛋白质为主要成分的生物化学反应催化剂。从化学组成来看,可分为简单蛋白和结合蛋白两种酶。根据酶在细胞中的活动部位,也可将酶分为胞外酶和胞内酶两种。作为生化反应的催化剂和其他的催化剂一样,能显著改变反应的速度,但不能改变反应的平衡点。酶有以下几个特点:催化反应的效率高、具有高度的专一性、容易失活、活性受调节控制等。所有生物进行生命活动都需要能量,因此,能量代谢成了新陈代谢中的核心问题。自然界中的能量以多种形式存在,但生物只能利用光能或化学能,而光能也必须在一定的生物体(光合生物)内转化成化学能后,才能被生物利用。一个化学反应只有在一定条件下,当有能量放出时才能自由地进行,即自由能的变化为负值时,反应才能进行,这种反应称为放能反应;如果产物的自由能大于反应物的自由能时,必须供给能量才能进行反应,称为吸能反应。生物体内,吸能反应所需要的能量是由放能反应来供给的,两者是偶联进行的。其中的能量载体主要是ATP。ATP是腺嘌呤核甘三磷酸(简称腺三磷)的缩写, ATP 的生成和利用是微生物能量代谢的核心。在生物体内,ATP主要由ADP 的磷酸化生成。生成ATP的过程需要供应能量,能量来自光能或化能。以光能生成ATP的过程称为光合磷酸化作用,这种转变需要光和色素作媒介。利用化合物氧化过程中释放的能量进行磷酸化生成ATP的过程称为氧化磷酸化作用,它为一切生物所共有,微生物的氧化作用

可根据最终电子受体的性质不同而分为:呼吸作用、无氧呼吸作用和发酵作用。ATP主要用于供应合成细胞物质(包括贮藏物质)所需的能量。此外,细胞对营养物的吸收,鞭毛菌的运动,发光细菌的发光等所消耗的能量也要由ATP供给。组成细胞的物质主要是蛋白质、核酸、类脂和多糖,合成这些物质都需要ATP。目前利用代谢调节理论已经用来指导实际工作和进行微生物发酵的生产控制。 1、培养菌种:培养基(Medium)是供微生物、植物和动物组织生长和维持用的人工配制的养料,一般都含有碳水化合物、含氮物质、无机盐(包括微量元素)以及维生素和水等。有的培养基还含有抗菌素和色素。其基本成分有能源、碳源、氮源、矿质元素、生长因子,水等。根据原料来源不同,可将培养基分为合成培养基、半合成培养基与天然培养基。在制药工业中通过摇床、培养皿不断选育优质菌种,以免菌种退化。

2、中试:通过小规模的试生产,修正合理的生产工艺指标,并对生产的样品进行检验。

3、大量生产:通过大批生产,按照最适合菌种生产的条件,给以原料,通过一个生产周期,培养出含大量抗生素的产品

4、萃取:将成品采用萃取的方法,提纯

5、浓缩;将萃取的原液进行浓缩。

6、成型:将浓缩后的的母液与相应的配料制成相应的形状,再进行有效包装

7、在生产必须报批,生产中、生产后进行多次严格检验,在无菌条

件下生成。

3 发酵在中药中的应用

早在千余年前,我国己开始用发酵方法制药,直到现在临床仍在应用的发酵(制品)中药有六神曲、半夏曲、淡豆豉、豆黄等,其工艺均为固体发酵。如半夏曲的制造,明·《本草纲目》记载:“半夏研末,姜汁、白矾汤和作饼,褚叶包置篮中,待生黄衣,晒干用。”其性味苦辛、平,能化痰止咳、消食积、治泄泻。中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的础上,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。传统的中药发酵多是在天然的条件下进行的,而现在的中药发酵制药技术是在充分吸收了近微生态学、生物工程学的研究成果而逐渐形成的。其先进发酵工艺特点是;以优选的有益菌群中的一种或几种、一株或几株益生菌作为菌种,加入中药提取液中,再按照现代发酵工艺制成产品,它是一种含有中药活性成分、菌体及其代谢产物。

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[2]。

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。传统的

中药发酵多是在天然的条件下进行的,而现在的中药发酵制药技术是在充分吸收了近代微生态学、生物工程学的研究成果而逐渐形成的。其先进发酵工艺特点是:以优选的有益菌群中的一种或几种、一株或几株益生菌作为菌种,加入中药提取液中,再按照现代发酵工艺制成产品,它是一种含有中药活性成分、菌体及其代谢产物的全组分发酵液的新型中药发酵加工制剂。

3.1 中药发酵制药的源流

早在千余年前,我国已开始用发酵方法制药,直到现在临床仍在应用的发酵(制品) 中药有六神曲、半夏曲、淡豆豉、豆黄等,其工艺均为固体发酵。如半夏曲的制造,明・《本草纲目》记载:“半夏研末,以姜汁、白矾汤和作饼,楮叶包置篮中,待生黄衣,晒干用”。其性味苦辛、平,能化痰止咳、消食积、治泄泻[3]。而未发酵的半夏刚性味辛,有毒,功能燥湿化痰、降逆止呕、消痞散结[4]。清代,按其辅料中药及治疗功能的不同,又制出了皂角曲、竹沥曲、麻油曲、牛胆曲、开郁曲、海粉曲、覆天曲等10 种药曲[5]。淡豆豉的发酵工艺另具特色,它是以黑大豆为原料制成的,性味苦寒,具有解表除烦、宣郁解毒功能,其工艺为“用黑大豆二三斗,水浸一宿,沥干黄熟,摊席上..蒿覆,侯黄衣上遍..安瓮中筑实,桑叶盖厚三寸,密封泥..如此七次”[6]。再有用黑大豆制成的豆黄,则性味甘温,能祛湿痒、健脾益气。其发酵工艺为“用黑大豆一斗,黄熟,铺席上以蒿覆之,如氽酱法,待上黄,取出晒干”[7]。未经发酵的黑大豆,则性味苦平,有活

血、利水、解毒作用[8]。从上述可以看出,中药发酵的目的主要为改变药物原有性能,产生新的治疗作用(如淡豆豉、豆黄),或增强原有疗效的治疗作用(如淡豆豉、豆黄),或增强原有疗效(如半夏曲),扩大用药品种[9]。由于其疗效确切,至今对六神曲、半夏曲和淡豆豉等仍在进行工艺改进研究,并取得相应成绩[10~ 13]。片仔癀的主要成分是三七的微生物发酵物,建神曲、沉香曲、淡豆豉、半夏曲、红曲、麦芽也都是通过发酵而形成的药物。从某种意义上说,虫草是蝙蝠蛾幼虫经虫草菌、僵蚕是家蚕经白僵菌感染发酵而成的。这些经典药物都是经微生物发酵后产生了新的药理活性,其中虫草是非常名贵的中药。

3.2 中药发酵技术的研究现状

中药发酵研究开始于80 年代,但仅是对真菌类自身发酵的研究,如灵芝菌丝体、冬虫夏草菌丝体、槐耳发酵等,大都是单一发酵。虽有报道加入中药,但也仅是将中药当做菌丝体发酵的菌质,同时研究发现,含有中药的菌质对原发酵物的功效有影响,只是未见深入研究[2,13]。目前,已有学者呼吁中药发酵制药可按新药审批办法规定开发新药[13]。同时也开展了另一项研究,即生物转化,我们认为它与中药发酵是密不可分的。90 年代初,日本人小桥恭一发现中草药成分如番泻叶甙,可借助肠道细菌转化为致泻有效成分而起到治疗作用。又有报道,在中药有效成分与细菌的生物转化过程,许多甙类、黄酮类、黄酮醇、黄烷酮类、香豆素类等均经过肠道菌进行了化学修饰

[14]。有作者指出,在中药成分生物转化的研究过程中,对代谢物提纯、确定结构模式固然需要,但更应当推出微生物发酵。中药成分的生物转化是中药创制新药研究的重要方面。正在修订中的我国新药申报指导原则,已决定将生物转化列入创新(一类) 药的研究[15]。董玫[16]等研究发现,六味地黄丸发酵液可显著抑制小鼠肝癌H22的生长,而等量的六味地黄丸煎剂则无明显抑瘤作用。六味地黄发酵液还可以对抗环磷酸酰胺所致白细胞减少,且升高报细胞的作用明显高于六味地黄煎剂。香港中医博士吴志勇[17]成功发酵出黄芪液,经福建中医学院测定,发酵的黄芪所含的黄芪多糖是普通煎、煮、熬水提法的5.04~0.365倍之间。据悉,卫生部药品检验所动物试验结果:发酵中药只需1/28的量,即可与一般煎、煮、熬的水提物一份的量发挥同等的药效。3 中药发酵制药的特点

中药发酵制药技术的典型特点就是生物转化。可概括如下几

点:1)药物的有效组分、活性物质最大限度的得以提取、利用;2)药物进入人体后不能直接被利用的有效活性组分,因在体外得以完成而被直接利用,迅速发挥应有效能;3)优选的人体有益菌种本身具有补充或增强原有药物的功能;4)中药发酵制药与原有药物相比产生了新的活性物质,从而具有新的保健、预防或治疗功能;5)是实现中药现代化、具有高科技水平的又一新技术,生产工艺可控,所得产物精确,制剂方便,便于与国际接轨。

3.3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。酶是一切生物体进行生命活动的基础,它可以使复杂的化学反应在常温常压下迅速完成,如米曲霉在生长过程中产生中性蛋白酶、碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、单宁酶、酯化酶、酰胺酶、淀粉酶和糖化酶等,酵母在发酵时可产生蔗糖酶、淀粉酶、脂肪酶、酒化酶等,这些酶中既有胞内酶也有胞外酶;既有合成酶,也有分解酶。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,据马田田等报道,提取小檗碱之前,药材经纤维素酶进行酶解后,可以提高小檗碱的收

率[18-19]。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。微生物次生代谢产物可以和中药的有效成分发生复方协同作用。

微生物在中药的特殊环境中也有可能会产生新的代谢反应,因为中药的物质可能对微生物的生长和代谢有促进或抑制作用,从而改变微生物的代谢途径,从而形成新的成分或改变各成分的相互比例。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,如菜籽饼、棉籽饼经微生物发酵后可以脱去有毒物质,从而用来饲喂牲畜;也有可能经微生物的分解作用使原来不易消化吸收的物质变得易于吸收,如动物血经微生物发酵后,消化吸收率可以成倍地提高。由于微生物生长主要消耗的是动植物的蛋白质、糖等常规物质,有可能对有效成分有浓缩作用,如发酵法提取薯蓣皂苷就是通过发酵去除薯蓣中的淀粉。就微生态制剂而言,有益菌本身就是很好的药物,如双歧杆菌。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。

3.4 微生物类群为中药发酵提供了充足的选择余地

据统计,目前已发现的能产生抗细菌、抗病毒产物的微生物仅真菌就达200余种,抗肿瘤的真菌200种。据全国中药资源普查统计,我国药用真菌有41科、110属、298种,占藻类、菌类、地衣类等同属低等药用植物467种的63.8%,是低等药用植物中种数最多的一类[20]。微生物的生物多样性为我们提供了丰富的可供选择菌株,不同的微生物具有不同的特性,可能在中药发酵中具有不同的效果。但不同的微生物有时会产生大体上类似的生理活性物质,如人们已从冬虫夏草中分离出多达几百种真菌,但它们所产生的冬虫夏草的效果都是类似的;不同的培养基经同样的微生物类群发酵处理后也会产生药性的差异,如发酵淡豆豉时,用桑叶、青蒿同制的,药性偏于寒凉,适用

于外感风热或温病初起之证;用麻黄、紫苏等同制的,药性偏于辛温,适用于外感风寒之证[5]。6 中药发酵的发展方向

对某一具体发酵中药的研究来说,主要需做好以下工作:1)

加强功能微生物的菌种选育工作不再采用自然酵母菌类,而应进行广泛筛选。我们采用人体内存在的有益菌群为菌种,这些有益菌群自身在胃肠道中就有重要的生理活性作用;毒菌也是一类含有对人有强烈作用效果的菌类,极其少量的活性物质就可引起人的剧烈反应,若用这些菌类发酵有关中药,可能会收到意想不到的效果。如毒蝇鹅膏菌含有神经毒素,能引起人的精神幻觉,在欧美还有食毒蝇菌的嗜好。采用这类毒菌发酵相应的戒毒中药,有可能对开发戒毒类药物有所帮助。2)中药发酵技术及装备研究菌群的生长和繁殖状况是关系中药发酵的关键;3)发酵中药的组方及药理活性研究;4)复合微生物发酵技术研究;5)建立有效的筛选模型;6)应用现代化学分析技术,建立快速灵敏的分析检测手段;7)在研究发酵中药过程中如何贯彻中医理论的指导并吸收现代中医药的其他新成果。

3.5意义

中药炮制采用微生物发酵法具有一般方法所无法比拟的优势,可以为开发新药、提高药物疗效、降低药物毒副作用的研究提供新的手段,为中药的发展开辟新的研究空间。进行中药发酵研究也具有成熟的现实条件,应当成为我国中药现代化研究的内容之一,从而更好的为人类服务。

4 抗生素与酶制剂的生产

自从1876年,J.廷德尔发现青霉属的菌株能使试管中的细菌死亡之后。微生物发酵生产出了种类繁多的药品,抗生素,维生素,动物激素,药用氨基酸,核苷酸等;

基因工程药品:如人生长激素,重组乙肝疫苗,某些种类的单抗,白细抗生素以前被称为抗菌素,事实上它不仅能杀灭细菌,而且对霉菌、支原体、衣原体等其它致病微生物也有良好的抑制和杀灭作用,近年来通常将抗菌素改称为抗生素。抗生素可以是某些微生物生长繁殖过程中产生的一种物质,用于治病的抗生素除由此直接提取外,还有完全用人工合成或部分人工合成的。通俗地讲,抗生素就是用于治疗各种细菌感染或其以致病微生物感染的药物。抗生素指由细菌、霉菌或其它微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性

的一类物质。其主要是从微生物的培养液中提取的或者用合成、半合成方法制造。其产品有以下几种:β-内酰胺类青霉素类和头孢菌素类的分子结构中含有β-内酰胺环、氨基糖甙类

四环素类、氯霉素类、大环内脂类、作用于G+细菌的其它抗生素、抗肿瘤抗生素等。

酶是生物体内产生的有催化能力的蛋白质,是生命的催化剂。催化剂能加速化学反应,而它本身的量和化学性质在化学反应后不发生改变。许多酶构成一个有规律的酶系统,它们控制和调节复杂的生命代谢活动。

早期的酶工程技术主要是从动物、植物、微生物材料中提娶分离、

纯化制造各种酶制剂,并将其应用于化工、食品和医药等工业领域。70年代后,酶的固定化技术取得了突破,使固定化酶、固定化细胞、生物反应器与生物传感器等酶工程技术迅速获得应用。

随着第三代酶制剂的诞生,应用各种酶工程技术制造精细化工产品和医药用品,及其在化学检测、环境保护等各个领域的有效应用,使酶工程技术的产业化水平在现代生物技术领域中名列前茅,并正在与基因工程、细胞工程和微生物工程融为一体,形成一个具有很大经济效益与社会效益的新型工业门类。

酶存在于动物的脏器和植物的茎、叶、果中,但从这些原料中去提取人们所需要的酶,所得微乎其微。生物学家们在微生物中发现了存在于动、植物细胞中的酶。微生物繁殖非常迅速,细菌24小时内能繁殖72代,利用微生物的繁殖速度,可以实施酶生产的工厂化。微生物培养易于控制,微生物本身也容易改造。基因工程不仅能使酶的产量大幅度提高,而且还能使经过改造的微生物生产出动、植物的的酶。例如有一种α-淀粉酶,本是地衣芽孢杆菌生产的,而通过基因工程的办法就可以使枯草杆菌也生产出这种酶,这使淀粉酶的的产量提高了2500倍。人尿激酶本来只存在于人的肾脏中,无法提取,但从人的肾脏中分离出人尿激酶基因,将这种基因与质粒PBR322进行重组后,就能使大肠杆菌生产人的尿激酶胞介素等。

5结束语

生物技术在制药的应用中,其地位是无法替代的,并且其影响力也不断的扩大。而生物技术也将在中西药物的研制以及融合还有生产中的大部分环节得到广泛的应用;并且可以有效的保护相关的濒危灭绝的草药以及珍稀动物,在批量生产高品质的药材的同时,还能提高其活性成分。而有效的利用现代生物技术可以使得制药行业在药品的质量以及安全性上得到提高,最终使得制药行业得到更为广阔的发展.

参考文献:

[1]《生物制药》吴剑波主编化学工业出版社2002

[2]《生物制药工艺》朱素贞主编中国医药科技出版社2004

[3]《生物发酵制药的研究》王玉阁首都医药 2004年第2期

[4]《微生物发酵学》吴喜红主编平凉医学高等专科学校

[5]张雅阁.高新技术在中药制药领域应用的分析和探讨[J].山东工业技术,2014(18).

[6]王兰,朱磊,徐刚领,等.单克隆抗体类生物治疗药物研究进展[J].中国药学,2014(23).

[7]王一岭.内蒙古自治区发酵制药类项目发展现状及污染防治问题探讨[J].内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版),2014(3).

微生物发酵技术在制药和生物工程中的应用

微生物发酵技术在制药和生物工程中的应用微生物发酵技术是指利用微生物生物化学合成能力和代谢功能,通过优化培养基、控制发酵条件,使微生物在一定条件下进行生 长繁殖、代谢产生需要的化合物的过程。因其具有高效、环保、 低成本等优势而被广泛应用于制药和生物工程等领域。 一、微生物发酵技术在制药中的应用 1. 抗生素的生产 抗生素是指可抑制或杀灭生物体中某些细菌的一类药物。抗生 素的生产利用了各种微生物的生物合成能力,如链霉菌发酵产生 的青霉素、放线菌发酵产生的红霉素等。此外,利用微生物在发 酵过程中产生的化合物,可以进一步合成各种新型抗生素,如头 孢菌素、青(黄)霉素等。 2. 激素的生产

激素是神经系统、内分泌系统和免疫系统等多种生理系统中起调节作用的活性物质。有些激素是人体无法合成的,需要通过发酵技术进行生产,如生长激素、胰岛素等。 3. 人类蛋白质类药物的生产 人类蛋白质类药物包括生长因子、免疫调节剂、抗体等,具有特异性强、生物活性高、体内生存时间长等优点。这些药物基本上都需要通过发酵技术进行生产,如重组人生长激素、重组人干扰素、单克隆抗体等。 二、微生物发酵技术在生物工程中的应用 1. 生物酶的生产 生物酶是一类可以加速生物反应速度的酶类物质。利用微生物发酵技术合成酶,具有高产量、低成本、反应速度快等优点,广泛应用于制药、生化、食品加工、环境保护等领域。如淀粉酶、葡萄糖氧化酶、抗体酶、纤维素酶等。

2. 生物质能的转化 生物质能是指可转化为生物燃料或化学原料的生物物质。利用 微生物发酵技术将生物质能转化为生物酒精、乙酸、丙酮、酮等,可以替代传统化石能源,减少对环境的影响,开发可持续能源。 如生物柴油的生产,利用微生物对生物质进行发酵,生成油酸甲酯,再去水、纯化、异构等工艺制取生物柴油。 3. 基因工程 基因工程是指通过对基因结构、序列进行修改、组合、转移等 手段,使生物产生新的特性、新的功能的技术。微生物发酵技术 是基因工程的一个重要应用领域,可以将外源基因导入生物体中,利用其代谢和遗传特性生产各种转基因产物,如转基因大豆、转 基因玉米、转基因棉花等。 总结: 微生物发酵技术具有广泛的应用和潜力,利用它可以生产许多 人类所需的生物制品,推动生物医药产业的发展和环境护理。但

发酵技术在生物制药中的应用

发酵技术在生物制药中的应用生物制药是指利用生物制造技术制备的药品。与传统药品相比,生物制药的特点是来源于生物产物、具有高度的特异性、更安全、更有效。目前,生物制药正在成为医药行业发展的焦点领域,注 射用生物制品几乎已占到整个生物制药市场的90%以上。 在生物制药制造过程中,主要使用的方法是发酵技术。发酵技 术是利用微生物代谢能力进行有机物、无机物的转化和生产。生 物制药中采用的微生物有细胞培养毒素产生菌、蛋白质表达菌、 细胞培养病毒。 发酵技术在生物制药中的作用 1. 生产活性成分 生物制药药品的活性成分是高度特异性的蛋白质,这类药品的 制备必须保证产品的批次一致性和纯度。发酵技术可以控制产菌 条件,保证产品一致性和质量。同时,可以优化发酵条件,提高 产量和提高培养效率,从而降低生产成本。

2. 代谢工程 发酵技术中涉及到的代谢工程是微生物的代谢路径,这部分主要指在生产过程中微生物的代谢过程。通过代谢工程的优化,可以调节代谢产物的生成,降低副产物的合成,提高目标产物的产量和降低生产成本。 3. 蛋白质表达 微生物表达分泌外源蛋白质是生物制药制造过程中的一个核心技术,也是最有挑战性的部分。在蛋白质表达过程中,需要考虑微生物的菌株选择、表达载体选型、诱导条件控制等等。发酵技术可以优化这些条件。 4. 病毒培养 许多治疗疾病的生物制药需要通过细胞培养的方式产生病毒。通过发酵技术,可以更好地控制细胞培养的条件和病毒培养的条件,提高病毒产量和纯度。

发酵技术在生物制药中的发展趋势 发酵技术在生物制药中的应用已经非常成熟,但随着技术的发展,未来的发展还面临着许多挑战。 1. 低成本生产 目前,生物制药的生产成本因为设备成本和过程控制成本等因素较高,往往会使生物制药的价格比传统药品昂贵。因此,如何将制造成本降到最低,让疗效更好的生物制药到达更多的患者手中是一个重要问题。发酵技术需要更好的生产工艺和一整套的经济和环保控制方案。 2. 大规模生产 尽管生物制药已经在市场上获得成功,但由于微生物的生长与代谢过程会受到环境条件和投料等因素的影响,就导致了但量生产、均质化和一致性方面的难题。如何在生产大规模的情况下保持规模经济性是个值得探讨的话题。

生物发酵技术在制药工业中的应用

生物发酵技术在制药工业中的应用生物发酵技术是一种基于微生物生长代谢特性,利用人工环境 培养出所需的微生物进行代谢反应,从而实现生物产物生产的技术。近年来,随着微生物学、分子生物学的不断发展,生物发酵 技术得到了广泛的应用,其中在制药工业中的应用更是引人注目。 药物开发过程中需要大量的药物原料,如果使用化学合成方法 生产药物原料,则存在成本高、污染环境、反应废弃物处理等问题。而生物发酵技术不仅可以生产高纯度的药物原料,而且无污染,具有可持续发展的优势。下面将具体介绍生物发酵技术在制 药工业中的应用。 一、抗生素的生物合成 抗生素是一种具有抑制或杀灭某些细菌、真菌和其他微生物的 药物。利用生物发酵技术生产抗生素是制备高纯度抗生素的最佳 选择。常见的生产抗生素的微生物有青霉素的青霉菌属、链霉素 的放线菌属、红霉素的链霉菌属等。这些微生物在适宜的环境下 进行生产,可以使抗生素的修饰与合成达到最佳效果。现在,反 问题中也有许多机构和团队致力于探索新的合成抗生素的方式, 但是微生物生产仍然是主要方式之一。

二、其他药物的生物合成 除了抗生素,许多其他药物的先导化合物也可以通过生物发酵技术生产,例如利用大肠杆菌生产肽类等生物药物。生物药物因其可重复性、强大的临床效果和较小的不良反应而越来越受到关注。通过生物发酵技术生产肽类药物可以有效地避免产生蛋白质结构错误,提高产品稳定性和可靠性,在生产过程中可以进行严格的质量控制。 三、工业酵素的生产 酶是生物发酵技术在制药工业中的另一个成功领域,工业酵素分为水解酶和合成酶两大类。水解酶包括淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等,是化学工业、食品工业、炭黑、造纸、印染、清洗剂、皮革加工、建筑材料、纺织、胶体等行业制造的基础原料和改性剂的重要组成部分。合成酶用于药物合成、农业化学品合成和其他化学品的合成。 虽然生物发酵技术的应用优势明显,但生物发酵技术仍然面临着许多挑战。生物发酵过程中因为微生物工程不稳定、酵母菌和

细菌发酵技术在生物制药中的应用

细菌发酵技术在生物制药中的应用 细菌发酵技术是一种利用微生物进行生物合成的技术,已经成为生物制药领域 中不可或缺的工具。细菌发酵技术的应用范围非常广泛,从基础研究到工业生产都有涉及。本文将重点介绍细菌发酵技术在生物制药中的应用,并探讨其在该领域中的重要作用。 细菌发酵技术在生物制药中的应用主要可以分为以下几个方面:蛋白质表达与 纯化、药物合成、疫苗生产和基因工程。 首先,细菌发酵技术在生物制药领域中被广泛用于蛋白质表达与纯化。通过利 用转基因技术,可以将目标蛋白的基因导入到细菌中,使其具备表达该蛋白的能力。细菌的繁殖速度较快,容易培养,并且具有较低的生产成本,因此被广泛应用于工业级蛋白质生产。其中一种常用的细菌是大肠杆菌(Escherichia coli),它可以高效、大规模地表达多种重组蛋白。通过发酵技术,可以将大肠杆菌进行扩增培养,使蛋白的产量得到提高,从而满足生物制药领域对大量蛋白质的需求。此外,发酵后的细菌还需要通过一系列的纯化步骤,去除杂质,并得到纯净的重组蛋白,以保证蛋白质药物的质量和安全性。 其次,细菌发酵技术还被广泛用于药物的合成。许多生物活性物质,如抗生素、抗癌药物等,可以通过细菌发酵合成。细菌可以作为工厂来生产这些药物,通过调节培养条件来提高产量和纯度。例如,链霉菌(Streptomyces)是一种常见的用于抗 生素合成的细菌,它可以通过发酵技术大规模地合成抗生素,比如青霉素和四环素等。通过优化发酵条件、调节发酵菌株和质量控制等手段,可以实现高效、稳定的药物合成过程。 第三,细菌发酵技术在疫苗生产中也起到了重要的作用。疫苗是预防疾病的重 要手段之一,而细菌发酵技术可以用于生产疫苗中的抗原。抗原是疫苗中诱导免疫反应的关键成分,通过将抗原基因导入到细菌中,可以实现对抗原的大规模合成。

发酵工程技术在制药中的应用

发酵工程技术在制药中的应用前言 发酵工程技术是一门应用广泛的学科,它将微生物学、化学、生物化学、化工、质量控制等多个学科的理论和实践相结合,旨在发掘和改善自然界中微生物的利用价值,以解决生产、生态环境和能源等问题。在制药领域,发酵工程技术已经成为一项不可或缺的技术手段。本文旨在介绍发酵工程技术在制药中的应用。 制药中的发酵工程技术 发酵工程技术已经成为制药过程中不可或缺的关键技术之一。广义上讲,在制药工业中,发酵工程技术包括基于微生物的药品(如抗生素、生物制剂、酶制剂等)的发酵、微生物的培养、发酵过程控制、微生物组学等多方面。其中,最为关键的是发酵过程的控制和精确的品质控制。下面将分别从微生物的发掘、药品的开发以及发酵过程的控制和品质控制等方面细述发酵工程技术在制药领域的应用。 微生物的发掘与药品的开发

微生物的开发是制药领域的重要前置技术,它决定了药品的开 发和性能。通过发酵工程技术的应用,制药企业可以发掘和改良 大量微生物资源,研究微生物生长、代谢、遗传、调控等机理, 以及优化和创新微生物酶制剂生产、甜味剂生产、生物合成等生 产技术。这些技术不仅可以提高药品的产量和纯度,减少废料排 放和能源消耗,还可以发掘和改良更多的微生物资源,为制药业 的创新和可持续发展带来新的希望。 发酵过程的控制 发酵过程控制技术是发酵工程技术中最为重要的技术之一。在 制药工业中,发酵过程的控制和管理是制药产品能否达到良好品 质和产量的关键因素之一。当前,发酵过程控制技术主要分为三 个方面:微生物处理和培养;发酵过程的控制;产品的分离和精 细加工。其中,微生物处理和培养是发酵过程控制和管理的基础,发酵过程的控制和管理则依赖于先进的传感器、计算机系统和自 动化控制技术,产品的分离和精细加工则需要先进的分离技术和 纯化技术。 品质控制

发酵技术在生物制药中的应用前景

发酵技术在生物制药中的应用前景 随着科技的不断发展和进步,人们对于生物制药领域的兴趣也越来越浓厚。而 在生物制药生产领域中,发酵技术可以说是其中不可或缺的一种技术。那么,什么是发酵技术?为何发酵技术可以在生物制药领域中发挥如此大的作用?下面就来一一探讨。 一、发酵技术的定义及起源 发酵技术,又称为微生物发酵技术,是利用微生物的代谢功能,使某些物质在 适宜条件下产生变化的一种技术。发酵作为一种生物工艺操作方法,其实践最早可以追溯到5世纪。中国南北朝时期,陶朱公就开发出了豆腐、酱油、浆糊等多种发酵食品,并且存在至今。 二、应用领域 发酵技术可以在许多领域得到应用,包括食品、药品、化妆品、生物燃料等领域。其中,在生物制药领域中,发酵技术的应用尤其广泛。如利用微生物代谢产生药物,或以微生物的菌丝或细胞为生产基础,生产制造大量生物制品。 三、发酵技术在制药中的应用前景 发酵技术在制药领域中的应用前景非常广阔。一方面,发酵技术可以生产出大 量的经济有效的药物,为人们的健康提供了重要的支持,也推动了医药研究的发展。另一方面,发酵技术生产的药物质量高、纯度高、副作用小,并且对环境污染、资源消耗等方面影响小,是一种具有可持续性的生产模式,因此更加受到社会的青睐。 四、发酵技术在制药中的具体应用案例 下面以某一种药物为例,来具体介绍发酵技术在制药中的应用。一种被广泛使 用的生物制药——乙肝疫苗,主要由来自新鲜白菜或卷心菜的人工合成多肽(HBsAg)筛选后得到相同人工序列的戊型肝炎病毒表面抗原(HBsAg)片段利

用大肠杆菌发酵生产得到。在利用大肠杆菌进行发酵生产的过程中,需要调整多个条件,如细胞密度、温度、PH值等,以达到最佳的生产条件,获得高质量的产物。 五、总结 综上所述,发酵技术在生物制药领域中的应用前景非常广阔。随着科学技术的 不断进步,发酵技术也正在不断地升级和完善。未来,发酵技术将在生物制药领域扮演越来越重要的角色,为人们的健康和医疗事业做出更大的贡献。

微生物发酵技术在生物制药中的应用

微生物发酵技术在生物制药中的应用生物制药是指利用生物体或其衍生物制备的药物,包括蛋白质、多肽、基因药物等。随着生物科学的不断发展以及人们对健康的 更高要求,生物制药的市场需求不断增长。而微生物发酵技术作 为生物制药生产的关键技术之一,已成为生物制药领域中不可或 缺的产业。 一、微生物发酵技术的原理 微生物发酵技术是指利用微生物(如细菌、真菌、酵母等)在 特定条件下生产有用物质的技术。其原理是在适宜的温度、pH值、氧气供应量等环境因素下,将某种微生物菌种培养在一定的营养 基上,通过其自身代谢产生的酶类和代谢产物,使原料逐步转化 为需要制备的目标物质。这一过程通常会分为培养菌种、筛选合 适的菌株、优化发酵条件、提取纯化目标产物等多个环节。 二、微生物发酵技术在生物制药中的应用非常广泛,涉及到各 个领域,包括疫苗、抗体、蛋白质、酶、基因药物等制备。 1. 疫苗的制备

对于疫苗制备,微生物发酵技术被广泛应用。例如,乙型肝炎 疫苗就是通过大肠杆菌发酵的方式制备而成。在这个过程中,将 乙型肝炎抗原基因插入到大肠杆菌的某个表达载体中,然后在适 宜的发酵条件下进行培养生长,使其产生大量的乙型肝炎表面抗 原(HBsAg),再经过一系列步骤制备成疫苗。利用这种方法, 生产效率高,成本也低廉。 2. 抗体和蛋白质的制备 抗体和蛋白质在生物制药中的应用越来越广泛。通过微生物发 酵技术可以将某些抗体或蛋白质序列插入到某些高效表达载体中,然后利用适当的培养条件,使细胞大量生产该抗体或蛋白质。例如,一些针对恶性肿瘤的治疗药物,就是利用这种方法制备而成的。 3. 酶的生产 酶在工业生产中十分重要。利用微生物发酵技术生产酶类已成 为常用的方法。常见的酶包括蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素

生物发酵技术在生物制药中的应用

生物发酵技术在生物制药中的应用生物制药是指利用生物制备和生物法制备的药物,广泛应用于治疗 疾病、改善人类健康。其中,生物发酵技术是一种重要的生产手段, 极大地推动了生物制药的发展。本文将介绍生物发酵技术在生物制药 中的应用,并探讨其优势和未来发展方向。 一、生物发酵技术概述 生物发酵技术是指利用微生物、动植物细胞或其代谢产物进行酶法 催化、代谢工程、酸碱反应等一系列反应的技术。通过对微生物的培 养和控制,可以使其合成所需的药物或药物前体。 二、生物发酵技术在生物制药中的应用 1. 蛋白质药物的生产:蛋白质药物是生物制药的重要组成部分,包 括重组蛋白、单克隆抗体等。通过生物发酵技术,可以大量高效地生 产这些蛋白质药物,并保证其质量的一致性和稳定性。 2. 抗生素的生产:抗生素是治疗多种感染性疾病的重要药物。利用 生物发酵技术,可以通过培养抗生素产生菌株,获得高产量的抗生素。同时,通过基因工程技术的应用,还可以提高抗生素的产量和改善其 性能。 三、生物发酵技术在生物制药中的优势 1. 高效、规模化生产:通过合理的培养和控制条件,生物发酵技术 可以实现大规模的药物生产,满足市场需求。

2. 产品质量可控:微生物发酵过程中的环境因素对药物质量具有重要影响,通过对培养条件的调控,可以实现对产品质量的可控制。 3. 生产成本低:相比传统的化学合成方法,生物发酵技术能够降低生产过程中的能耗和原料成本,提高资源利用效率,从而降低了生产成本。 四、生物发酵技术在生物制药中的未来发展方向 1. 高效表达系统的研究:当前,科学家们正在研究开发更高效的蛋白质表达系统,以提高蛋白质药物的产量和纯度。 2. 代谢工程的应用:代谢工程是通过改变微生物的代谢途径和调控代谢网络,以实现高效产物合成的技术。未来,代谢工程将在生物发酵技术中发挥重要作用。 3. 微生物菌株改良:通过基因工程技术对微生物菌株进行改良,使其具备更高的产物合成能力和更强的抗逆性,将进一步提高生物发酵技术的效率和稳定性。 总结 生物发酵技术作为一种高效、可控、低成本的生产手段,在生物制药领域发挥了重要作用。未来,随着科学技术的不断发展,生物发酵技术将进一步提高生物制药的效率和质量,为保障人类健康作出更大的贡献。

微生物发酵技术在生物制药中的应用

微生物发酵技术在生物制药中的应用 随着医疗技术的不断发展和科技的进步,生物制药品的生产和研究越来越受到 人们的关注。生物制药的制造离不开微生物发酵技术,这种技术在制药生产中发挥着不可替代的作用。本文将讨论微生物发酵技术在生物制药中的应用,包括其原理、优点和缺点等相关内容。 一、微生物发酵技术原理 微生物发酵技术是指利用微生物在发酵过程中代谢产生的物质,合成需要的生 物制品。因为微生物具有较高的生物催化活性、显著的代谢多样性和较高的酶活性,所以其应用在制药生产中具有得天独厚的优势。 微生物发酵技术的原理是将微生物菌种引入培养基,通过培养控制pH、温度、营养物等条件,使微生物在培养基中进行生长和代谢,并合成所需要的生物产品。发酵过程中,可选择性地添加抗生素或其他化合物,选择适当的微生物菌株以提高产品的纯度和产率。最终,通过分离纯化、结晶、干燥等工艺手段,得到纯度高、活性强的生物制品。 二、微生物发酵技术在生物制药中的应用广泛,例如青霉素、链霉素、利福平等世界著名的生物抗生素,疫苗,多肽类药物等多种治疗药品均采用了这种技术。下面我们分析微生物发酵技术在生物制药应用中的优势和缺点。 优势: 1. 生产成本低。由于微生物发酵生产操作简单、条件控制容易、生产周期短, 使得生产成本较低,有助于降低生产成本和广泛应用生物制药。 2. 生产管理简单。微生物发酵生产流程相对简单,不需要大量人力和机械设备,使生产管理变得容易。

3. 生产规模可控。随着技术的发展,微生物发酵技术生产规模也越来越庞大,可以满足不同规模的生产需求。 缺点: 1. 真菌或细菌中会存在多种代谢产物,有些可能会降低产品效价,还可能有毒性或过敏性反应。 2. 微生物发酵繁殖过程中,可能会受到环境条件的影响,导致成分的波动和产品的不稳定。 3. 容器需设计成消毒状态,微生物接触患者血液等情况下的风险会增加。 三、微生物发酵技术的发展前景 随着制药生产的不断发展和技术的不断成熟,微生物发酵技术也将不断完善。未来,微生物发酵技术将继续应用于各领域,尤其在新药研发方面,将会有更多的新型抗生素、疫苗、生物类药物等诞生,并对人类的健康事业做出更大的贡献。 总之,微生物发酵技术在生物制药中的应用不可替代。发酵生产一直是制药行业的核心技术之一。它在生产效率、生产成本、纯度等方面都有具有独特的优势和潜力,将继续支撑着生物制药领域的发展。

发酵技术在制药工业中的应用

发酵技术在制药工业中的应用近年来,随着人们健康意识的逐渐提高,制药工业成为了人们关注的热点之一。现代医学的进步,离不开各种高科技手段的支持,而其中一种技术——发酵技术在制药工业中有着不可替代的作用。 发酵技术,就是利用微生物发酵生产所需的物质,从而生产出各种有用的物质的过程。早在古代,人类就已经开始利用发酵技术制作酒类、醋等食品。而随着科学技术的不断发展,发酵技术也逐渐被广泛应用于制药工业中,并且成为了一种不可替代的技术手段。 目前,在制药工业中,发酵技术被广泛应用于生产抗生素、维生素等生物制品的生产过程中。其中,抗生素的生产是利用微生物发酵技术最为广泛的一个领域。利用微生物发酵生产抗生素,具有成本低、产量高、纯度高等优点。经过多年的研究与发展,现在抗生素的种类也越来越多,品质也越来越高。 此外,发酵技术在制药工业中还被广泛应用于生产维生素等生物制品。维生素是人体必需的一种微量营养素,对人体的健康起着极为重要的作用。而现代人类的生活环境、生活习惯等多种因

素,都会导致人体维生素缺乏。利用发酵技术生产维生素,可以满足人体维生素需求,减少维生素缺乏症的发生。 除了抗生素和维生素,发酵技术还可以用于生产多种其他的生物制品,如生长激素、单克隆抗体、酶制剂等。利用微生物发酵制备这些生物制品,具有生产工艺简单、成本低、优质高效的特点。因此,这些生物制品已经在医疗、环保、食品加工等多个领域得到了广泛的应用。 总之,发酵技术在制药工业中的应用,已经成为了一种不可替代的技术手段。利用发酵技术制备药品,除了可以大幅降低制药成本,还可以提高药品的品质,从而有效地保障人民群众的健康需求。随着发酵技术的不断发展,相信未来,在制药领域里会有更多新的应用,使得人们的生活更加健康、美好。

生物发酵技术在医药制造中的应用

生物发酵技术在医药制造中的应用随着生物技术的不断发展,生物发酵技术在医药制造中的应用越来越广泛。自上世纪80年代开始,人类制药行业开始采用生物技术制药,制备出的生物制品被广泛用于各种疾病的治疗。生物发酵技术可以利用微生物生产具有生物活性的大分子化合物,比传统的化学合成技术更为快速、高效、可控,受到了越来越多的关注。本文将围绕生物发酵技术在医药制造中的应用进行介绍和探讨。 一、生物发酵技术的基本原理 生物发酵技术是利用微生物在特定条件下进行代谢和生长,产生所需要的生物产品的过程。生物发酵技术常用的微生物包括真菌、酵母、细菌等。这些微生物在发酵过程中分解底物,产生所需要的酶和酵素,进而合成目标产物。过程主要分为下面几步: 1. 选择和培养微生物:首先需要选择和培养产出目标化合物的微生物并获得足够的获得规模。

2. 发酵培养:在进行发酵之前,需要提供环境因子,如氧气、 温度、pH和营养物质等,以维持微生物的正常生长和代谢。同时,可以将微生物置于发酵罐中进行培养,以便控制各种环境条件。 3. 生产目标产品:微生物在发酵罐内繁殖之后,可以分泌出所 需要的酶、蛋白质、抗生素等化合物。产物通常分泌到培养基中,通过一系列的取出、提取和纯化等步骤,最终得到目标产品。 二、生物发酵技术在医药制造中的应用 生物发酵技术被广泛应用于医药制造领域,其产品包括生物药 和化学药。生物药是指用生物发酵技术生产的药物,包括蛋白质、抗体、疫苗等,这些都是通过微生物转化或重组基因技术制造出 来的。蛋白质药物占生物制药市场的主要份额,包括具有生物活 性的激素、酶以及各种生物大分子。化学药是指用传统的化学合 成技术生产的药物。 1. 生物药物的制造:生物药物的制造受制于生物制剂和发酵技术。工业生产中通常使用大规模发酵罐来进行生物制品制造。发 酵罐的规模可以从几升到数千升不等。例如,生产重组蛋白质、 抗体、疫苗和酶等的工业发酵技术已经被广泛采纳。这些生物药

微生物发酵技术在制药中的应用

微生物发酵技术在制药中的应用 制药,是通过化学和生物学的方法进行药物制备、加工和生产 的过程。随着科技的不断进步,越来越多的新技术被应用到制药中,其中微生物发酵技术是一个非常重要的技术。本文将从微生 物发酵技术的基本原理、在制药中的应用以及其发展前景三个方面,探讨微生物发酵技术在制药中的应用。 一、微生物发酵技术的基本原理 微生物发酵技术是指利用微生物代谢物质的过程中,通过控制 条件使产生的物质在微生物体内积累和分泌出来,达到制作特定 产品的目的。这是一种生化反应,其基本原理是微生物的代谢分 为两个阶段:生长期和产物积累期。 在生长期,微生物繁殖迅速,并利用培养基中的营养物质进行 代谢,产生能量和生长分子等。而在产物积累期,微生物的增殖 速率逐渐降低,此时代谢转化方向发生变化,合成一些新的代谢 产物,并排出细胞外。 应用微生物发酵技术,制得的产品包括抗生素、基因工程药物、酶制剂、氨基酸、有机酸、醇类等,同时还可以生产消化系药物、缓释剂、控释剂、维生素等。 二、微生物发酵技术在制药中的应用非常广泛,下面就举几个 具体的例子:

(一)利用微生物发酵技术制造抗生素 抗生素是一种由微生物产生的一类药物,是微生物发酵技术最早应用的领域之一。抗生素可以有效地抵抗病原体,特别是某些细菌感染,对人类健康起到了至关重要的作用。 (二)基因工程药物的生产 基因工程药物的设计和生产需要利用微生物发酵技术,涉及到的步骤有基因克隆及转染、表达优化、发酵、提纯和制剂等。微生物发酵技术是基因工程药物能够量产的基石。 (三)氨基酸的生产 氨基酸作为一种生物化学物质,具有多种用途。在制药业中能够合成天然的和人工的氨基酸,是利用微生物发酵技术实现的。 (四)酶制剂的生产 酶是一种生物催化剂,能够在温和条件下加速某些化学反应的进行。与传统的化学催化剂相比,酶具有温和的反应条件、高效率、高特异性和易回收等优点。利用微生物发酵技术可生产出多种酶制剂,包括生物体内酶、生物外酶和微生物发酵培养液中所含的酶等。 三、微生物发酵技术的发展前景

发酵技术在生物制药与药物合成中的创新应用

发酵技术在生物制药与药物合成中的创新应用 发酵技术是一种利用微生物代谢产物进行生物制药与药物合成的重要方法,它具有高效、环境友好、可控性强等优点。在过去的几十年里,发酵技术在生物制药与药物合成领域中得到了广泛的应用与创新。 生物制药是利用生物体制备药物的一种方法。通过利用微生物、动植物细胞等生物体代谢产物进行药物生产,不仅可以大幅度降低药物生产的成本,还可以使药物更加纯净、有效。发酵技术在生物制药中的应用非常广泛,其中最重要的是利用微生物进行蛋白质的表达与生产。 发酵技术在蛋白质的表达与生产中的创新应用,可以分为两个方面:一是利用重组DNA技术构建高效表达载体;二是通过 改进培养条件提高蛋白质的产量和纯度。 在构建高效表达载体方面,发酵技术的创新应用主要体现在两个方面:一是采用高效的启动子和调控元件来提高目标蛋白的表达水平;二是设计适合目标蛋白质的表达载体结构,使其具有较高的表达稳定性和表达效率。例如,利用PCR扩增技术,可以构建具有较高表达水平的启动子和调控元件,提高目标蛋白的表达水平。另外,通过构建双重操控系统,能够实现对蛋白质表达的双重调控,提高目标蛋白的表达效率和稳定性。 在改进培养条件方面,发酵技术的创新应用主要包括:一是利用统计学和数学模型对微生物培养的过程进行优化,例如利用信息学方法进行培养条件的优化,通过调整培养基的成分和添

加剂的使用量,可以提高目标蛋白质的产量和纯度。二是利用代谢工程技术,通过改变微生物的基因组和代谢途径,提高目标蛋白质的产量和纯度。例如,利用代谢工程技术可以改变微生物的代谢途径,使其产生更多的胞外蛋白质,提高目标蛋白的产量。 发酵技术在药物合成中的创新应用也非常重要。药物合成是通过改良或合成化合物,使其具有药物效应的过程。发酵技术在药物合成中的创新应用主要体现在两个方面:一是利用微生物代谢活性产物来合成药物;二是利用转基因技术改造微生物菌株,使其产生目标化合物。例如,利用微生物菌株产生的酶类来合成药物前体,可以大幅度提高药物合成的效率和产量。此外,利用转基因技术,可以将目标合成酶的基因导入微生物细胞中,使其具有合成目标化合物的能力。 总的来说,发酵技术在生物制药与药物合成中具有很大的创新应用潜力。通过构建高效表达载体和改进培养条件,可以提高蛋白质的产量和纯度;利用微生物代谢活性产物来合成药物,以及利用转基因技术改造微生物菌株,可以提高药物合成的效率和产量。发酵技术的创新应用将会为生物制药和药物合成带来新的突破,提高药物生产的效率和质量,为人类健康做出更大贡献。继续发酵技术的创新应用方面,还可以深入探讨以下几个方面: 一是发酵技术在新药开发中的应用。随着生物学和基因工程技术的发展,越来越多的新药候选物被发现,但是这些候选物往往很难通过化学合成来获得足够的量供临床研究和应用。这时,

生物制药技术在细胞培养和发酵中的应用

生物制药技术在细胞培养和发酵中的应用 生物制药技术是指利用生物体内合成的活性物质作为药物或药物前体,并通过 基因组工程、细胞培养和发酵等方法进行制备。在细胞培养和发酵过程中,生物制药技术发挥了重要的作用。本文将从细胞培养和发酵两个方面探讨生物制药技术在制药领域的应用。 细胞培养是生物制药过程中的重要环节。通过细胞培养,可以大规模地生产和 积累靶向药物所需的生物分子。目前,常见的细胞培养技术主要包括传统培养方法和基因工程技术。 传统的细胞培养方法主要利用培养基中添加的适当营养物质来让细胞生长和繁殖。此外,还可以通过优化培养条件来提高细胞的生产效率和稳定性。例如,调节培养基的pH值、温度和气体组成等因素,可以促进细胞的生长和代谢。 基因工程技术在细胞培养中的应用越来越广泛。通过定向改造细胞的基因组, 可以实现蛋白质表达水平的调控,从而提高目标产物的产量和质量。例如,可以利用基因工程技术将外源基因导入细胞内,使生产细胞能够表达特定的药物分子。此外,还可以通过基因编辑技术来删除或修饰细胞中的特定基因,以改变细胞的代谢途径和产物分布,进一步提高目标产物的产量。 发酵是生物制药过程中另一个重要的环节。通过发酵,可以利用微生物及其代 谢产物来生产药物。目前,工业上常用的发酵技术主要包括传统发酵和固定床发酵。 传统发酵技术主要利用微生物的生长和代谢活动来合成目标产物。例如,酿酒 酵母可以通过发酵过程来生产乙醇,青霉素产生菌可以通过发酵过程来生产青霉素。通过优化发酵条件和培养基配方,可以提高微生物的生长速度和产物的产量。 固定床发酵技术是近年来快速发展的一种新型发酵技术。它通过将固定床填充 有固定菌床的生物反应器,利用微生物的固定生长和代谢活动来生产药物。相比传

生物发酵技术在制药领域中的应用

生物发酵技术在制药领域中的应用生物发酵技术是一种利用微生物或细胞进行化学反应的技术, 它可以生产出各种精细化学品,为制药行业提供了重要的助力。 在过去的几十年中,随着生物制药技术的发展,生物发酵技术在 制药领域中的应用越来越广泛。 1. 生物制药的发展 生物制药是指利用生物技术和生物发酵技术,制备出生物大分 子产品的一种技术。这些大分子产品包括蛋白质、抗体、疫苗等,这些产品与化学药物相比具有更高的特异性和更少的副作用。生 物制药在医药领域中占据着越来越重要的地位,已经成为医学研 究和治疗疾病的主流方向。 随着生物制药的发展,制药企业对于生产生物制药的需求也越 来越强烈。生物发酵技术作为一种高效、环保、省能的生产手段,逐渐成为生物制药生产的主要方法。 2. 生物发酵技术广泛应用于生物制药领域,其应用领域主要包 括以下几个方面:

2.1 重组蛋白制药 重组蛋白是指将人工合成的DNA插入到细胞内并表达成为蛋 白质。生物发酵技术可以利用真菌、酵母、细菌等微生物或细胞 表达重组蛋白,并大规模生产。例如,利用重组工程技术制备的 重组人胰岛素是治疗糖尿病的常用药物之一。 2.2 微生物发酵制药 利用微生物发酵技术可以制备出许多天然活性物质,如青霉素、链霉素、四环素等抗生素,抗癌药物紫杉醇等。微生物发酵技术 具有反应温度低、反应器尺寸小、生产成本低等优点,适用于许 多生物大分子类药物的生产。 2.3 抗体制造 抗体是一种高度特异的蛋白质,能够识别并结合到其他生物大 分子上。利用生物发酵技术可以制造外源性单克隆抗体,作为药

物治疗癌症、自身免疫病等疾病。近年来,随着生物发酵技术的 发展,特异性更高的人源化抗体也为药物治疗提供了更好的选择。 2.4 DNA疫苗制造 DNA疫苗是一种将有效抗原编码到DNA质粒中,通过DNA 疫苗转染后,人体自身细胞表达抗原,从而诱导机体产生免疫保护。生物发酵技术可以高效制备大量的DNA疫苗,为抗击多种疾 病提供了新的手段。 3. 可持续发展的生物发酵技术 生物发酵技术一直以来被看作是一种环保、可持续发展的制药 技术。因为生物发酵反应中所产生的废料与固体废弃物含量低, 且可回收率高,减少了对环境的负面影响。同时,生物发酵技术 也具有生产过程自动化、连续化、高产效率、节能减排等特点, 可以有效提高制药企业的生产效益。 4. 结论

酵母发酵技术在生物制药中的应用研究

酵母发酵技术在生物制药中的应用研究 随着信息时代的发展,生物技术在医疗行业中的应用越来越广泛。其中,利用酵母菌进行生物制药的技术,已成为当今生物医 学领域的热点之一。酵母菌在生物大分子合成、代谢和能源转换 等方面的特殊优势,使其成为生物制药领域内最为重要的工具之一。下面,本文将从酵母菌发酵技术的基础原理、酵母菌在生物 制药中的应用、以及发展趋势等方面,阐述酵母发酵技术在生物 制药中的应用研究。 一、酵母菌发酵技术的基础原理 发酵技术是一种利用微生物代谢特性,生产有用物质的方法, 其基础原理是在适宜的培养环境中,微生物进行代谢,产生特定 的代谢产物。在这个过程中,微生物在代谢过程中会消耗一些营 养物质,同时也会释放一些代谢产物。酵母的发酵过程本质上是 这个过程的一个应用。 在酵母的发酵过程中,营养物质是被分解成较小的有机分子, 然后通过酵母利用这些分子来进行代谢。此外,酵母还能够产生 一些活性物质,促进酵母的生长和代谢,使其充分发挥代谢功能。最终,由酵母合成产生的代谢物能够具有某些生物活性和药物活性,成为医学和制药领域的重要药物。 二、酵母菌在生物制药中的应用

1. 丝裂霉素 丝裂霉素是一种由酵母菌合成的抗生素,其抗菌作用优于青霉素、链霉素等多种抗生素。目前,丝裂霉素已成为医学上普遍使用的一种抗生素,能够治疗多种感染病症。 2. 重组抗体 重组抗体是一种非常重要的生物医药,在治疗肿瘤、炎症性疾病、自身免疫等方面具有广泛的应用。酵母菌发酵技术不仅可以实现大规模的抗体表达和纯化,还可以通过改变酵母菌中的基因来调控抗体分泌,提高抗体表达水平。 另外,酵母菌作为一种便于操作、容易培养的微生物,还可以提供多种基于酵母菌的新型药物的研究与开发。 三、发展趋势 随着生物技术的不断发展和推广,人们对酵母菌在生物制药中的应用越来越关注。在未来的研究和发展中,我们可以通过以下几个方面来推动酵母发酵技术在生物制药中的应用: 1. 利用基因工程技术进行酵母代谢途径的改造,以提高药物的产量和纯度。

生物发酵技术在制药和化工中的应用

生物发酵技术在制药和化工中的应用随着生物医药产业的快速发展,生物发酵技术在制药和化工领域中得到了广泛的应用。生物发酵技术可以利用细菌、真菌、酵母等微生物的代谢活性,实现有机化合物的高效合成、生产菌种的改良和纯化、蛋白质的表达和分离等目的。 本文将从制药和化工领域的角度,介绍生物发酵技术的应用以及该技术的优点。 一、生物发酵技术在制药领域的应用 1.1 生物药物的生产 生物药物是指以生物制剂(如蛋白质、肽、抗体等)作为活性成分的药物,其生产过程需要利用生物发酵技术。生物药物的生产过程可以分为发酵、提取、精制和制剂四个环节。发酵过程是生产生物药物的核心环节,其质量和效率直接影响到产品品质和成本。 通过对发酵工艺参数的调节,可以实现不同药物的高效生产。例如,利用表达人重组血小板生长因子基因的农杆菌,实现了血小板生长因子的工业化生产。利用表达人重组水溶性白蛋白(HSA)的酵母菌,可以实现大规模生产HSA等。 1.2 徽标多肽的生产

徽标多肽是一种由氨基酸组成的短链肽,具有特异性识别分子 的功能。通过引入不同表达徽标多肽的菌株,可以实现多个靶向 分子组成复合物,提高药效的目的。例如,利用大肠杆菌表达功 能性徽标多肽,可以实现与靶向患者肿瘤组织亲和力增强的治疗 药物。徽标多肽的应用也可以用于诊断技术和生产食品添加剂等 领域。 二、生物发酵技术在化工领域的应用 2.1 酶催化反应 酶催化反应是指利用酶作为催化剂,加速化学反应速率、提高 反应产物纯度和选择性的一种化学反应。与传统的化学催化反应 相比,酶催化反应需要极少的反应剂、易于实现环境友好型生产,同时还能加速不对称合成反应。通过优化催化条件和组合催化剂,可以实现高效、经济、环保型的有机合成反应。 2.2 代谢工程 代谢工程是通过基因组学和生物化学手段优化微生物的代谢通路,实现异人类化合物、基础化学品、生物燃料和化学品等目的。代谢工程可以通过改变菌株的基因组、代谢通路和微环境来实现 有机物的特异性生产和优化代谢途径。

微生物发酵技术在制药领域中的应用研究

微生物发酵技术在制药领域中的应用研究微生物发酵技术在制药领域的应用研究 随着科技的不断发展,现代医药制造业向着高效、低成本的方向发展,微生物发酵技术因其高效、可控等优点而备受关注。在制药领域中,微生物发酵技术已经成为了制药企业的核心技术之一,其应用范围不断拓宽,促进了新药研发和生产。本文将从微生物发酵技术在制药领域中的应用,以及微生物发酵技术的改良等方面进行论述。 一、微生物发酵技术在制药领域中的应用 微生物发酵技术是指利用微生物代谢作用,将基质中的一部分原料转换成所需要的产物,是制药工业的重要生产方法之一。例如,青霉素、链霉素等抗生素,都是通过微生物发酵技术生产出来的。此外,微生物发酵技术也可用于制备植物生长素、胰岛素、计量用酶等生物制品。 目前,微生物发酵技术在制药领域中的应用正在不断拓宽,可生产的产品种类也逐渐增加。例如,利用基因重组技术和微生物发酵技术,可以生产出高效的重组人胰岛素、细胞因子、肿瘤治疗剂等高附加值药品。此外,将微生物发酵技术与纳米技术相结合,可以生产出高效的靶向药物,使得药物的治疗效果能够最大化地发挥出来。 二、微生物发酵技术的改良 尽管微生物发酵技术在制药领域中应用广泛,但传统的微生物发酵技术仍存在一些问题,例如产量不足、纯度不佳、生产周期长等。为了解决这些问题,研究人员不断进行微生物发酵技术改良的尝试。 1. 育种技术的改良

育种技术的改良是微生物发酵技术改良的重要手段之一。在培养基组成和培养 条件不变的情况下,通过对微生物的育种,可以获得新品系的微生物,提高生产效率和产量。此外,通过对微生物进行遗传改造,例如基因敲除、基因表达、基因点突变等,可以使微生物产量更高、生产周期更短,从而使得生产成本更低。 2. 发酵条件的改良 发酵条件的改良同样可以提高微生物发酵技术的效率。例如,减小罐体容积、 增加氧气分压、改善营养物质的供应和代谢废物的排泄等措施,可以改善微生物的生长环境,从而提高微生物的产量和纯度。 3. 微生物筛选技术的改良 微生物筛选技术的改良可以筛选出更适宜生产的微生物。例如,利用生物信息 学和高通量技术,可以快速筛选出生产所需产物的微生物,大大缩短了筛选时间,并且降低了生产成本。 三、未来展望 随着制药科技不断发展,微生物发酵技术在制药领域中的应用前景广阔。未来,微生物发酵技术将进一步与生物大数据、人工智能等前沿技术相结合,不断提高生产效率和品质,生产出更加安全、有效的药品,从而为人类的健康事业做出更大的贡献。

生物发酵技术在制药中的应用研究

生物发酵技术在制药中的应用研究第一章引言 近年来,随着现代科技的不断发展,生物发酵技术作为一种简单、高效的生产方式逐渐受到人们的重视。在制药领域中,生物 发酵技术也得到了广泛应用,并取得了显著成果。本文将从生物 发酵技术在制药领域中的应用出发,探讨其中涉及的关键技术、 优势和不足之处,并针对存在的问题提出相应的解决方案,以期 为该领域的发展提供有益的借鉴。 第二章生物发酵技术概述 生物发酵技术是一种通过微生物代谢反应来生产特定物质的方法。这种方法基于微生物代谢途径中的酵素合成、降解及能量转 换等特性,通过合理的培养条件和生物工程学手段,使得微生物 在特定的物理、化学、生物因素的作用下,对特定底物进行代谢 作用,产生所需的产物。现代生物发酵技术可以通过对微生物代 谢途径的深入研究,调控代谢途径、降低代谢废物产生和提高产 物得率,从而实现对生产过程的控制和优化,被广泛应用于食品、化工、制药等领域。 第三章生物发酵技术在制药中的应用 3.1 酶制剂的生产

酶制剂是一类可以加速生物或化学反应的生物大分子催化剂。 随着生物制剂市场的不断扩大,酶制剂在制药领域中的应用也越 来越广泛。生物发酵技术在酶制剂生产上具有许多优势,如生产 周期短、成本低、产品质量高等。其中,木聚糖酶和纤维素酶是 生物制剂中应用最为广泛的两种酶制剂。 3.2 抗生素类药物的生产 抗生素类药物是一类通过阻止或杀灭病原体的生物活性物质。 生物发酵技术在该领域中的应用十分广泛,如青霉素、链霉素等。生产抗生素需要耗费大量的时间和能源,利用生物发酵技术能够 大大缩短生产周期,提高产品质量同时减少能源消耗和废物排放,具有非常重要的社会和经济意义。 3.3 生物类仿制药的生产 生物类仿制药是指在专利保护期过期后,基于已有药物研究的 生产出具有类似作用的新药制剂。利用生物发酵技术生产生物类 仿制药可以使得产量和质量得到有效控制,从而为研究人员提供 了优质的药品,并为生物类仿制药的研发和推广提供了有力支持。 第四章存在的问题及解决方案 4.1 环境问题 生物发酵技术生产过程中会产生大量的有机废水、有机气体以 及其他毒害物质,对生态环境造成极大的影响。解决这种问题的

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