1、生物制药 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 微生物药物筛选生物制药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n1680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 n1857年法国巴斯德(Pasteur)实验证明酒精发酵n1897年德国毕希纳(Buchner)发现酶生物制药n1928年英国弗莱明(Fleming)发现青霉素n1940年英国弗洛里(Florey)和钱恩
2、(Chain) 开始规模化生产青霉素，发展了微生物工业技术。n20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。n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。 生物制药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。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(Ch
3、ain)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。生物制药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。n70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。 生物制药二. 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生物制药Alexander Fleming的一次意外的实验 1928
4、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生物制药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Penic
5、illium 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。生物制药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。牛津大学弗洛里牛津大学弗洛里（H.florey，1938 1939）生物制药Heatley批量生产青霉素 Heatley是一名生物化学家，而此
6、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。生物制药临床试验 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。 生物制药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
7、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？ 生物制药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
8、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。 生物制药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。 生物制药第二节 微生物工业产品的范围 发酵产品主要应用
9、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. 溶剂及燃料生物制药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 生物制药1.传统抗生素 -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
10、环内酯类抗生素如红霉素,螺旋霉素. 生物制药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.生物制药n1948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.n1952年，McGuire发现的第一个有临床应用价值的大环内酯类抗生
11、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。n1957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.n1962年，Godtfredsen报导了林可霉素;1967年发现了磷霉素.n1963年由Weinstein发现的毒性较小的庆大霉素等.生物制药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生物制药头孢菌素母核
12、 头孢拉定 生物制药n半合成-内酰胺类抗生素如氨苄青霉素,唑啉头孢霉素.n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.n半合成四环类抗生素如二甲胺四环素,去甲基金霉素.n半合成大环内酯类抗生素如乳酸红霉素,乙酰螺旋霉素. 生物制药多肽类抗生素 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.短杆菌肽A多粘菌素B（X=D-苯丙氨酸）和多粘菌素E（X=D-亮氨酸）生物制药二. 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 维生
13、素 特异性酶抑制剂 免疫调节剂 受体拮抗剂 抗氧化剂-内酰胺酶抑制剂-棒酸 维生素C结构 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
14、一个很有前途的免疫抑制剂。环抱菌素A生物制药 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生物制药3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,Alph
15、aNine等) 尿激酶 链激酶 生物制药二. 现代生物技术药物发展历史：n1953 DNA 双螺旋结构的发现n1966 破译遗传密码n1970 发现限制性内切酶n1971 第一次完全合成基因n1972 用限制性内切酶和连接酶第一次完成DNA n 的切酶和连接，揭开了基因重组的序幕n1975 杂交瘤技术创立，揭开了抗体工程的序幕n1977 在细菌中表达人类基因n1978 基因重组人胰岛素在大肠杆菌中成功表达n1982 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 的序幕生物制药n1982 第一个用酵母表达的基因工程产品胰岛素(Novolin）上市n1983 PCR
16、技术出现n1984 嵌合抗体技术创立n1986 人源化抗体技术创立n1986 治疗性单克隆抗体药物（Orthoclone OKT3）获准上市，n用于防止肾移植排斥n 1986 第一个基因重组疫苗上市（乙肝疫苗，Recombivax-HB）n1986 第一个抗肿瘤生物技术药物-干扰素（Intron A）上市n1987 第一个用动物细胞（CHO）表达的基因工程产品t-PA上市n1989 目前销售额最大的生物技术药物EPO-获准上市XX生物制药n1990 人源抗体制备技术创立n1994 第一个基因重组嵌合抗体 ReoPro上市n1997 第一个肿瘤治疗的治疗性抗体 Rituxan上市n1997 第一
17、个组织工程产品-组织工程软骨Carticel 上市n1998 第一个反义寡核苷酸药物（Vitravene） 上市，用于AIDS病人由巨细胞病毒引起的 视网膜炎的治疗n1998 Neupogen成为生物技术药物中的第一个重 磅炸弹（年销售额超过10亿美元）n1998 第一次分离培养了人胚胎干细胞n2000 人类基因组草图绘就n2002 第一个治疗性人源抗体Humira获准上市n2004 中国批准了第一个基因治疗药物重组人 p53腺病毒注射液生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药生物制药
