２０１４年９月第９期 、ｌ ｕＪ±口￡Ｉ Ｆａｍｉ Ｉｙ ｐｓｙｃｈｏＩｏｇｉｃａＩ ｄｏｃｔｏｒ 药物・临床 浅谈微生物药物研究进展与发展趋势 张志红 （贵州省黔南州食品药品检验所 贵州 都匀 ５５８０００） 摘要：随着社会经济的不断发展，生物信息工程的不断进步，微生物药物面临着一个新的发展阶段，微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、 生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。ｘ－，３ｋ微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要 角色。本文通过对研究微生物制药技术的研究和前景的综述，介绍了微生物制药的原理和方法以及可能对人类医学事业产生的积极影响，旨在进一步明确生物制药在 社会发展过程申重要地位。 关键词：微生物制药；生物制品；抗生素 【中图分类号】Ｒ９７８．１ 引言 【文献标识码】Ａ 【文章编号】１６７２－８６０２（２０１４）０９－０１５５－０１ 微生物药物作为重要的临床药物，在医学领域具有重要的地位。微生物来源 从大自然分离出来的微生物菌种，存活率比较低，不能立即用于生产，需要 经过自然分离和人工诱变才能获得稳定的优质菌株，将这个优质菌株保存起来是 的药物也被称为生物药物，是微生物在其生命活动过程中产生的，能以极低浓度 抑制或影响其他生物机能的低分子量代谢物。微生物制药在医药工业中占有重要 地位，半个世纪以来微生物转化在药物研制中一系列突破陛的应用给医药工业创 造了巨大的医疗价值和经济效益。目前全世界微生物药物的总产量占医药工业总 产值的１５％左右，是医疗工业的支柱行业之一。 １微生物药物研究进展 微生物药物的研究进展，包括以下几个方面的内容： １．１菌种的获得 菌种获得的途径是多种多样的，可以向有关科研单位、相关菌种冷藏部门索 取或购买，也可以从大自然中分离筛选新的微生物菌种。新菌种的分离是要从混 杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准 确地把所需要的菌种挑选出来，进行生产性能测定 这些特性包括形态、培养特 征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生 长和发酵最适温度、最适ｐＨ值、提取工艺等。 １．２高产菌株的选育 由于基因突变发生的特殊性，人们倾向于选用经诱变剂处理过的细胞，该种 细胞内存在突变型菌株。况且，在突变型菌株中又只有一小部分是理想的正突变 体菌株，而有害突变体往往占很大比例；另一方面，从自然界筛选得来的菌株药 物代谢合成能力低，野生型菌株由于长时间生长在非最适条件下，大多只产生不 带１０ｍｇ／Ｌ产物，而对于工业生产来说，如果不尽心改良，势必造成成本过高， 因而没有工业生产价值；即使是以用于工业生产的菌株，为了不断提高产量、降 低成本，菌株改良也是手段之一。要想使菌种产量不断提高，最根本的还是要依 靠本身固有的遗传特性，这就必须不断地进行军中选育、改良。工业菌种的育种 是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的 改造。通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。 育种的方法包括：自然选育、杂家育种、基因工程技术改良菌种。 １．２．１ 自然选育 自然选育也称为自然分离，是指不经过人工处理而选育的方法，主要是对菌 种加以纯化，以获得遗传背景较为均一的细胞群体。一般菌种经过多次传代或长 期保存后，由于自发突变或异核体和多倍体的分离，使有些细胞的遗传性状发生 改变，造成菌种不纯，生产能力下降，亦即菌种退化。因此在工业生产和发酵研 究中要经常进行自然分离，纯化菌种。但微生物的自发突变频率很低，正突变频 率更低，因而通过自然选育虽能提高菌种生产力或获得某种优良特性菌株，但一 般来说，效率低、进展慢，效果不显著。因此，经常将自然选育和有变育种交替 使用，这样可以收到良好的效果。 １．２．２杂交育种 杂交育种是指将不同种群、不同基因型个体间进行杂交，并在后代中选取纯合 品种的方法。杂交育种包括准ｌ生生殖、接合、原生质融合。其中原生质融合包括选 出标记菌株、两亲株分别制备原生质体、原生质体的再生、融合子的选择四个步骤。 １．２３基因工程技术改良菌种 近年来，由于抗生素的大量使用，病菌不断进化，常规抗生素已无法起到作 用，人们希望抗生素药物也能得到不断进化。然而，常规方法从微生物中发现新 抗生素已经越来越难，如果采用诱变育种方法来寻找新品种，存在选育周期长、 效率低以及盲目性、随机性的问题。基因工程，即重组ＤＮＡ技术的实际应用， 从分子水平上揭开了遗传的奥秘。随着这一技术的不断发展和完善，重组ＤＮＡ 技术已在微生物菌种改良中起着越来越重要的作用，在工业上已经取得有重要意 义的成果。通过对微生物进行改进，重组ＤＮＡ技术可以提高现微生物药物的产 量，如增加限速酶基因拷贝数，引入抗性基因和调节基因，通过克隆抗生素的全 部结构基因改变表达体系提高产量。重组ＤＮＡ技术还可通过以下四个方面实现 菌种改良：（１）阻断支路代谢，增加有效组分含量；（２）构建能产生半合成抗生 素中间体的基因工程菌；（３）构建生产新型化合物的基因工程菌；（４）引入血红 蛋白基因，改善微生物的工业性状。 １－３微生物药物产生菌的保藏 作者简介；张志红（１９８５年９月——），女，主管药师，主要从事工作：药 工业菌株管理的一道必要程序，在发酵工业生产中某种产品能否持续高产，大部 分依赖于菌种的稳定性。菌种保存的方法有：（１）移植培养保藏法；（２）液体石 蜡保藏法；（３）沙土保藏法；（４）麦粒保藏法；（５）低温保藏法；（６）冷冻干燥 保藏法；（７）Ｌ一干燥保藏法；（８）双层管瓶保藏法；（９）液氮超低温保藏法。 １．４微生物药物的发酵工艺 根据发酵工艺选取的方式不同，可以分为间歇、连续和流加发酵三种方式， 其中，流加发酵应用最为广泛。在发酵工艺中反映发酵过程变化的参数分为物理 参数、化学参数和生物学参数三大类，这些参数的变化直接影响到发酵工业的生 产率和产物品质。对发酵工艺过程影响较大的是发酵温度、ｐＨ值、溶解氧、泡 沫、菌体浓度和基质、发酵时问等６个方面。发酵工艺简要步骤如下：首先，要 了解菌种的特性以及种类，根据不同的微生物的生理特性考虑培养基的组成。其 次，要了解生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、 分子结构、一般提取方法和产品质量。再次，选择一种较好的化学合成培养基做 基础，先做一些试验性实验，考察微生物药物的产量和品质，不断调整各种营养 物质和其他物质的配比来改善产品的质量。然后，有些发酵产物，如抗生素等， 除了配制培养基以外，还要通过中间补料法，一面对碳及氮的代谢予以适当的控 制，一面间歇添加各种养料和前体类物质，引导发酵走向合成产物的途径。最后， 选择培养及原料时也应考虑经济效益。 １．５微生物药物的精制和鉴别 １．５．１微生物药物的精制 经过处理后的产品，仍具有瑕疵，需要对其进一步地精制，由于经过初步处 理后的产品质量不高，量也很少，进～步精制需要借助色谱技术。按照分离机理， 色谱法可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱和排阻色谱。２Ｏ世纪６０年代 以后基于技术的进步，发展了高压液相色谱技术，其机理与经典色谱相同，但分 离效率大大提高。 １．５．２微生物药物的鉴别 到目前为止，已有很多种微生物产物，在对微生物的筛选过程中，很多化合 物都是已知的，所以微生物产物的鉴别在微生物制药工业中也是一个重要步骤。 现阶段主要利用微生物药物快速准确鉴别的技术是ＬＣ—ｕｖ（液相色谱一紫外光谱 连用技术）、ＬＣ—ＭＳ（液相色谱一质谱联用技术）、ＬＣ—ＩＲ（液相色谱一红外连用技 术）及ＬＣ—ＮＭＲ（液相色谱一核磁共振连用技术）。 ２我国微生物制药的发展趋势 在过去的几年里，微生物制药获得了很大的发展，目前，生物药物技术的发 展方向可以划分为五种，分别是功能性基因治疗剂、可溶性蛋白药物、抗体药物、 单克隆抗体与疫苗。随着生物药物技术的发展，预期在２０２０年，单克隆抗体 将成为治疗肿瘤疾病、皮肤疾病与神经系统疾病的有力措施，统计数据显示，截 至２０１２年，世界单克隆抗体总销售额超过２５０亿美元，这个数据将随着单克 隆抗体技术的发展进一步提高，由此可见，单克隆抗体技术已经成为生物药物领 域最具代表性的技术。 ３结束语 近年来，微生物制药的应用越来越广，微生物制药相对于化学合成的方法更 加简单，且具有较高的经济效益。微生物制药技术作为一项新兴的技术，在世界 各国卫生医疗、环境保护等领域已经取得了卓越的成绩。一方面随着制药工艺的 不断完善和成熟，微生物制药必然能够解决更多传统制药工艺所不能解决的问 题，有利于加速医药卫生事业的发展。另一方面现代社会以追求绿色高科技，可 持续发展为目标，随着能源日益稀缺传统医药发展瓶颈日趋严重，微生物制药将 在医疗领域发挥重大作用。 参考文献： ［１】刘毅．气象干旱与农业干旱田．北京农业．２０１１（１３）：１２．１３ ［２】 陈晓楠，冯丽云，段春青，冯晓波．农业干旱灾害风险管理体系探讨［Ｊ］．华 北水利水电学院学报２０１０（０４）：４５－４６ ［３］陈建华，吴梧桐．药物基因组学、药物蛋白质组学与现代药物研究［Ｊ】．中国药 学杂志．２ｏ１１（ｏ３）：１７．１８ 品检验 －——１５５・——