第二章微生物药物的来源

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维生素C结构
维生素 特异性酶抑制剂 免疫调节剂 受体拮抗剂 抗氧化剂
β-内酰胺酶抑制剂-棒酸
生物制药
•1978年,瑞士山道士公司把由真菌产生的、由11 种氨基酸组成的环状聚肽环抱菌素A用于临床肾移 植,从而开发了一种强有效的免疫抑制剂。目前还 用于治疗自身免疫性疾病和类风湿性关节炎。 •FK506是由链霉菌产生的23元环大环内酯类抗生 素,体外试验和动物试验表明其生物活性和毒副作 用都比环抱菌素A好,现已进入临床应用。 •雷帕霉素(rapamycin)具有与FK506相似的大环 内酯结构,原来作为抗真菌抗生素筛选获得,现发 现其免疫抑制活性比环孢菌素A和FK506更好,且 具有协同作用,目前正在进行三期临床试验。这又 将是一个很有前途的免疫抑制剂。 环抱菌素A
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Howard Florey和 Ernst Chain开发青霉素
第二次世界大战迫切需 要一种副作用小而用途广泛 的抗生素,虽然当时有一些 磺胺类抗炎症药物,但磺胺 类药物活性范围相当有限 。 牛津的Howard Florey和 Ernst Chain决定对 Fleming的发现进行研究。
牛津大学弗洛里 (H.florey,1938 ~ 1939) , )
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3. 3.多肽类抗生素
多肽类抗生素为一类分子量较 , 小的肽,常含有自然界中不常见 的D型氨基酸或非α氨基酸,具 有抗细菌,真菌,病毒和肿瘤细 胞的作用. 如短杆菌肽,多粘菌素.
多粘菌素B(X=D-苯丙氨酸) 和多粘菌素E(X=D-亮氨酸)
短杆菌肽A
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二. 生理活性物质类微生物药物 由微生物在其生命活动过程中产生 的具有生理活性(或称药理活性)的次级 代谢产物及其衍生物
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1982 第一个用酵母表达的基因工程产品胰岛素 (Novolin)上市 1983 1984 1986 1986 PCR技术出现 嵌合抗体技术创立 人源化抗体技术创立 治疗性单克隆抗体药物(Orthoclone
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二. 从青霉素开始的现代微生物工业
在我头一篇论文里,我曾说 过,我作出结论是认真研究文献 和深入思考的结果.现在我愿意 说实话,青霉素是一次偶然观察 中产生的.我唯一的功劳是我没 有忽视观察,还有就是我认真地 研究了它. ----Fleming
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Alexander Fleming的一 次意外的实验
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1948年,Dugger发现了第一个可供口服的抗生 素品种金霉素,这代表着四环类抗生素的诞生, 以后又得到了土霉素和毒性较低的四环素. 1952年,McGuire发现的第一个有临床应用价 值的大环内酯类抗生素-一红霉素,陆续诞生了 柱晶白霉素、麦迪霉素和螺旋霉素等具有临床应 用价值的大环内酯类抗生素。
第二节 微生物工业产品的范围
发酵产品主要应用在医药、食品、 饲料、材料、能源等领域。按产品性 质分,有以下几大类: 1. 抗生素 2. 氨基酸 3. 维生素 4. 激素 5. 蛋白药物、疫苗及抗体 6. 酶 7. 有机酸 8. 核苷酸 9. 多糖类 10. 溶剂及燃料
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第三节微生物药物 一. 抗生素(antibiotic) 抗生素是在低微浓度下有选择地抑制或影响 它种生物机能的微生物次级代谢产物及其衍 生物. Waksman首先下的定义: 抗生素是微生物在其代谢过程中所产生的、 具有抑制它种微生物生长及活动甚至杀灭它 种微生物性能的化学物质
Alexander Fleming 的平板原始照片
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Fleming发现青霉素
Fleming的贡献在于认识到这个观察 是富有意义的而不是一次失败的实验。 他认识到细胞被杀死的原因一定是由于 一种抗菌物质。他分离出了这个外来的 粒子并发现它是青霉菌属(Penicillium genus)中一种普通的霉茵(后来确定为点 青霉Penicillium notaturn)。Flem-mg 培养这种霉菌使之生长,并运用当时可 利用的粗提法设法得到少量的分泌物。 然后他证明这种物质具有很强的抗菌性 质,并将其命名为青霉素。
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1.传统抗生素 β-内酰胺类抗生素如青霉素,头孢霉素. 氨基糖苷类抗生素如链霉素,卡那霉素. 四环类抗生素如四环素,金霉素. 大环内酯类抗生素如红霉素,螺旋霉素.
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•1928年Fleming发现能抑制葡萄球菌的青霉 素. •1939年,OxfordAE等发现了第一个抗真菌 抗生素灰黄霉素,制霉菌素和两性霉素B等 具有临床应用价值的抗真菌抗生素;同年 Dubos发现了抗化脓性球菌的短杆菌素. •1943年由Waksman发现的对革兰氏阳性菌、 革兰氏阴性菌及耐酸菌都有良好活性的链霉 素. •1947年发现了第一个广谱抗生素--氯霉素.
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Heatley批量生产青霉素
Heatley是一名生物化学家,而此 次他却作为一个生物工程师参与并完成 了这些工作。Norman Heatley生产 了足够量的材料,这对Chain和Florey 检测青霉素的有效性起了关键作用。他 开发了一种检测所生产的青霉素的方法, 以便确定发酵动力学; 发展了一种可以 很容易实施的培养技术; 他还发明了一 种新颖的反萃取过程来回收非常精细的 产品。经过数月的巨大努力,他们生产 出了足够的青霉素以处治一些实验室动 物。
谱; 毒性小; 副反应小;抗耐药性强. 毒性小; 副反应小;抗耐药性强.
头孢拉定
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半合成β-内酰胺类抗生素如氨苄青 霉素,唑啉头孢霉素.
半合成氨基糖苷类抗生素如3’-去氧 双氢链霉素,丁胺卡那霉素.
半合成四环类抗生素如二甲胺四环 素,去甲基金霉素.
半合成大环内酯类抗生素如乳酸红 霉素,乙酰螺旋霉素.
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临床试验 在这项计划开始18 个月后,他们在临床上进 行人体血液感染治疗,青 霉素显现了奇效,这时人 们发现青霉素有巨大的应 用潜力。
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液体深层发酵的启端
战争造成的伤残需要大量的青霉素, 而生产大量的青霉素需要高强度的生产方 法,依赖固体表面培养生产量极其有限, 无法满足对青霉素的全部需求。液体深层 培养就被提上桌面,但液体深层发酵是在 液体中的高微生物密度的培养,对于霉菌 细胞生理来说是否可行?能否满足霉菌对 溶解氧的大量需求?怎么样设计发酵罐与 操作以满足大规模生产量?
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1985年,从洋葱曲霉中找到了 第一个非肽的缩胆囊素(CCK) 受体拮抗剂asperlicin。它对 胰腺、肠和胆囊的受体亲和力 比丙谷胺(proglumide)增加约 300倍。在此基础上,又合成 了活力比asperlicin强1000倍 的MR329。 辅酶Q10是细胞代谢电子传递 过程的电子接受体,有很强的抗 氧化作用,是良好的抗氧化剂. 辅酶Q10
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青霉素分离纯化技术的成功开发 除了在发酵罐设计方面的挑战 外,在产品的回收和纯化方面也 有类似的障碍。青霉素非常脆弱, 这就需要发展专门的技术。已证 明将pH的变换和快速液-液萃取 相结合的工艺在青霉素的提纯生 产是非常有效的,这种分离纯化 方法现在还一直用于工业化青霉 素生产。
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此后,发酵工业中广泛采用深层培养法进行 生物产品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。
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•50年代,随着遗传学在工业微生物学方面取 得的进展,用发酵法生产谷氨酸获得成功,并 出现了核苷酸发酵工业。
•1950年美国瓦克斯曼(Waksman) 发现放线 菌产生的链霉素作为抗菌药品应用于临床并同 样取得了令人振奋的治疗效果。
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青霉素的大规模工业化生产
许多公司和政府的实验室在大学的协助下接受 了这一挑战。尤其杰出的是美国制药公司Merck, Pfizer, Squibb和美国农业部(USDA)北方地区研 究实验室。 USDA北方地区研究实验室的生命科学 家们对青霉素项目作出了很多重要的贡献。其中之 一是设计出以玉米浆和乳糖为基础的培养基,这种 培养基使生产率提高了大约10倍。同时新型高产的 青霉菌也被分离出来。不久,就建成了使用10000 加仑发酵罐的过程。 Prizer公司在不到6个月的时间内完成了深层发 酵法青霉素的商业化发酵生产。这个工厂有14个 7000加仑的发酵罐,使美国在第二次世界大战结 束时具有了为每年约10万个患者提供足够青霉素的 生产能力。
•1957年日本梅泽滨夫发现的对耐药菌有效的 卡那霉素。
•1959年英国钱恩(Chain)利用大肠杆菌酰胺 酶裂解青霉素G制成了6-氨基青霉烷酸进入了 半合成抗生素的时代。
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1965年日本梅泽滨夫提出了酶 抑制剂的概念,开始生理活性的 物质的寻找。
70年代开始,基因工程和细胞 工程等生物工程技术的开发,以 基因工程药物产品为代表的现代 生物技术产品获得突飞猛进的发 展。
四环素类
1957年由梅泽滨夫发现的对耐药菌有效的卡那 霉素;同年Sensi发现了安莎类抗生素的第一个成 员--利福霉素. 1962年,Godtfredsen报导了林可霉素;1967 年发现了磷霉素. 1963年由Weinstein发现的毒性较小的庆大霉 素等.
大环内酯类
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•1974年我国发现了具有独特化学结 构的创新霉素抗肿瘤抗生素,以后, 柔红霉素、丝裂霉素C、博莱霉素, 抗虫抗生素盐霉素、莫能霉素、阿弗 米丁,农用抗生素春雷霉素、有效霉 素、井岗霉素,抗病毒抗生素阿糖腺 苷、偏端霉素A(又名他利霉素) 丝裂霉素C
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第二章 微生物药物的来源
第一节 从微生物到微生物工业 第二节 微生物工业产品的范围 第三节 微生物药物 第四节 工业微生物的菌种 第五节 工业微生物菌种的来源 第六节 微生物药物筛选
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第一节.从微生物到微生物工业
一. 从微生物到微生物工业的历史
1680年荷兰列文虎克(Leenwenhoek)制 成显微镜,在全世界第一个观察到球形、杆 状和螺旋形的细菌和原生动物,还第一次 描绘了细菌的运动
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2.半合成抗生素 2.半合成抗生素 以由生物代谢合成所得的天然抗 生素或其类似物为原料, 生素或其类似物为原料,用化学合成 方法来改造其部分结构和制造一些 新型衍生物, 新型衍生物,或是利用微生物某些酶 的作 用,在抗生素分子中改变或引 进取代基衍生出新抗生素, 进取代基衍生出新抗生素,由此获得 的产品称为半合成抗生素. 的产品称为半合成抗生素. 半合成抗生素的优点: 半合成抗生素的优点: 高效; 高效; 广 头孢菌素母核
1928年9月, Alexander Fleming在位于伦敦的圣玛丽医 院试图分离引起疖子的细菌一一 金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus )。 采用的技术是在培养基表面培养 细菌。 其中一个培养皿不小心被 外来的粒子污染了。通常,这种 被污染的平板会被扔掉。然而 Fleming却注意到在侵入的污染 物附近没有细菌生长
1857年法国巴斯德(Pasteur)实验证明酒 精发酵
1897年德国毕希纳(Buchner)发现酶
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1928年英国弗莱明பைடு நூலகம்Fleming)发现青霉素
1940年英国弗洛里(Florey)和钱恩(Chain) 开始规模化生产青霉素,发展了微生物工业 技术。
20世纪40年代, 美国Prizer制药公司采用深 层发酵法商业化生产青霉素,这是人类在利用 工业微生物方面的重大成就。
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三.蛋白质药物
临床上具有治疗作用的蛋白质类药物
1.传统的蛋白质药物 主要是指从人和动物的血液,尿液和组 织中提取的生物活性蛋白质药物, 如: 人, 猪,牛血清白蛋白等 血源性凝血因子 (Alphanate,AlphaNine等) 尿激酶 链激酶
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二. 现代生物技术药物发展历史:
1953 1966 1970 1971 1972 DNA 双螺旋结构的发现 破译遗传密码 发现限制性内切酶 第一次完全合成基因 用限制性内切酶和连接酶第一次完成DNA 的切酶和连接,揭开了基因重组的序幕 1975 1977 1978 1982 杂交瘤技术创立,揭开了抗体工程的序幕 在细菌中表达人类基因 基因重组人胰岛素在大肠杆菌中成功表达 FDA批准了第一个基因重组生物制品— 胰岛素Humulin上市,揭开了生物制药 的序幕
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