最新应用微生物学1、2PPT课件.ppt

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1、应用微生物学应用微生物学1、2教学计划及参考书本课程30学时2学分（每周两学时）无教材参考书：1、姜成林等编 微生物资源开发利用2001.42、岑沛霖等编 工业微生物学 2000.63、杨柳燕等编 环境微生物技术2003.84、李虞庚 冯世功 编译石油微生物学1991.55、徐积恩 朱明珍编抗 生 素1982.86、柳忠辉 吕昌龙主编免疫学常用实验技术2002.8 近年来，国外以经济微生物学为内容的书连续出版了8卷(卷1：酒精饮料；卷2：初级代谢产物；卷3：次生代谢产物；卷4：微生物生物量；卷5：微生物酶和生物转换；卷6：微生物腐蚀；卷7一卷8：食品微生物学)。由此可见这是一个新兴的科学领域，

2、涉及的面十分广泛，发展极其迅速，世界各国都非常重视。随着我国国民经济和生物工程的发展，必将更迅猛地推动经济微生物学的研究和发展，会有更多的人认识到它的重要性。随着分支学科工业微生物学、食品微生物学、农业微生物学和医学微生物学等学科的发展。也必将推动经济微生物学的更快发展。（一）应用（经济）微生物学涉及的领域主要有：医药、食品工业、农业、化工原料、环保、冶金、采油等领域。并在以上各领域中得到了广泛应用,且给人们带来了巨大的经济利益。第二节 应用（经济）微生物资源 微生物是人类赖以生存的重要资源之一，在食品、医药、化工等许多领域得到了广泛应用，而且发挥着巨大的作用。自古以来，我国人民就知道利用曲酿

3、酒、酿造调味品；面醪可制作面食（馒头、面包）；酸性矿水能浸出铜矿；沤肥能提高速效养分；豆科植物的根瘤能肥田；疯狗脑可防治狂犬病；“人痘可防天花、等等。这些都是利用经济微生物造福于人类的例证。一、应用（经济）微生物的种类：主要包括细菌、放线菌、霉菌和酵母菌四大类群。自然界中微生物资源是非常丰富的，但迄今为止，已经发现的微生物仅占总数的10左右，在工、农、医诸方面被利用已获得经济效益的微生物则更少，只有数百种。因此，研究和开发经济微生物资源的任务非常艰巨，但潜力很大，前景广阔。利用高新科学技术发掘新的微生物资源，改造老的微生物资源，必将对经济微生物学的发展起着明显的推动效应。二、经济微生物在工、农

4、、医的应用：应用非常广泛，有的是直接利用菌体(如酵母片、菌体蛋白、活性干酵母、微生物农药、微生物肥料和食用菌等)；有的则是利用其代谢产物(如乙醇、柠檬酸、氨基酸和抗生素等)和分泌的酶类(如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和果胶酶等)。（一）、细菌的应用 细菌资源可供生产乳酸、醋酸、丙酮、丁醇和发酵食品；可用于氨基酸、有机酸、糖类、核甘酸、维生素和抗生素的发酵；还可用于甾体物质转化，生物农药及肥料的生产以及湿法冶金、采油等。（二）、放线菌的应用 放线菌的资源主要用于生产抗生素在已发现的1000多种抗生素中，由放线菌产生的占23。此外，在氨基酸、核甘酸和酶制剂的生产以及甾体物质的转化等方面放线菌也有重要的作

5、用。（三）、酵母菌的应用 酵母的资源利用从本世纪50年代后期开始，已由酒精发酵力强的发酵型酵母转向发酵力弱或无发酵力的氧化型酵母。如：食用、药用和饲料酵母，以及生产多元醇、油脂、有机酸、维生素和酶制剂的酵母等。（四）、霉菌的应用 霉菌的资源主要用于酶制剂、抗生素、有机酸、氨基酸和核酸等的生产。近几年国外又开始兴起利用霉菌生产油脂，如最近日本工业技术院化学技术研究所分离到一种被孢霉产油酯的能力比以往菌种高7倍，他们已设计出年产油脂7000t的成套工艺设备。发酵罐容积为1000t。（五）、担子菌的资源利用 担子菌的资源利用正愈来愈引起人们的重视。如多糖、橡胶物质和抗癌药物的开发。近来日本、美国的一

6、些科学家对香菇的抗癌作用进行了深入研究，发现有一种“1，3一葡萄糖甘酶”具有抗癌作用。且香菇含有的多糖类物质 也具有抗癌作用。我国把猴头的菌丝体制成片剂在临床上用于治疗胃癌、贲门癌和食道癌，有效率达69.3，若再配伍其他中草药有效率可提高到82.8。（六）、其他微生物资源应用 可利用蓝细菌生产蛋白质(如螺旋蓝细菌的菌体蛋白质可达70)、脂肪以及处理废水获得能源；利用原生动物监测活性污泥的质量和工业废水中的有毒物质等等。第三节 经济微生物资源的发掘、驯化和应用 要想获得有价值的经济微生物种类，必须从自然界中发掘出来、经过驯化再应用到生产上。一、应用（经济）微生物的发掘 微生物资源开发利用 的程序

7、通常由：总体设计、找到目的菌、效果试验、申请专利、菌种改良及发酵工艺研究、报批、生产、市场等相互关联的过程所组成。现就部分要点作一般介绍。(一)、总体设计 总体设计是微生物资源开发利用的首要任务。1、市场是核心。包括现有市场、潜在市场、竞争对手、自己的市场开拓能力、开发的策略、工作基础、已具备的条件、自己的优势和劣势、合作伙伴的力量及诚信度、投资大小、投资周期及风险等。2.创新是灵魂 一套好的总体设计往往要有几套方案，根据情况变化而随机应变。避免开发目标与别人相重，保证能及时改变战略，力争别处领先。(二)、找到目的菌1.菌种来源：可来自两方面。一是来自菌种保藏中心：目前至少有 58个国家共建立

8、了 484个菌种保藏中心，已保藏菌种80多万株，很多是典型菌株。二是自己分离菌种：就是要根据开发目标:选择取样地域、取样环境。如：土壤 海洋 极端环境。未知微生物是最值得开发的资源。2.模型设计（1）筛选模型的概念：筛选模型是用于证明某种物质具有生物活性、的实验方法，这些实验方法是寻找和发现新物质，新菌种的重要条件之一。（2）筛选模型的标准：准确、微量、快速、简便（3）模型设计：可根据 作用机制、代谢途径的靶位、酶反应机制、基因操作过程的各种调控因子、目的化合物的类型等来设计。模型设计是微生物开发最活跃的领域。3.一菌多筛 不仅有利于找到目的菌、增加了菌种的利用率和入选率，更重要的是有可能找到

9、用途更大的非目的菌，（比如具有某种活性的菌）。这就需要开发人员：全局在胸、看的深远全局在胸、看的深远、通晓相关领域的动态。同时还需要制定几套筛选几套筛选方案。4.高通量筛选和组合生化相结合 高通量筛选：是将许多模型固定在各自不同的载体上，用机器人加样、培养后，用计算机记录结果，并进行分析，使筛选从繁重的劳动中解脱出来，实现了快速、准确、微量，一周可筛选成千上万个样品。组合生化：是用已知已知有用化合物或已知骨架的化合物分别与不同的微生物共培养不同的微生物共培养，然后分析不同培养时间化合物的结构及其活性 的变化（发生修饰或转化），从而极大地增加了化合物的多样性，相应增加了获得理想化合物的可能性。若

10、把组合生化与高通量筛选结合起来，筛选的效能将大大提高，找到优越化合物的可能性剧增。（三）、申请专利1.申请专利的时机：一般应在确定某种新活性、新用途、或新化合物时立即申请。新菌种也可申请专利，不同国家有不同规定：美国：新菌种发表后就不能再申请专利。西欧国家：发表一年内可以申请专利。所以在新菌种被接受可以发表时（到发表还有约三个月到半年时间）立即申请专利最为合适。2.什么情况下不必申请专利？如果别人仿制了你的技术，而你又无法弄到明确的证据，那么你就要靠保密手段来保护知识产权。3.聘请法律顾问或专利申请代理人。（四）、菌种改良和基因工程1.传统的理化诱变技术 是目前普遍采用的方法，使菌种发生突变，

11、存优去劣，容易施行、易见成效。2.基因工程技术 是研究目的物的基因结构及基因调控、表达的方式，进行基因重组、转殖，使之高效表达。本技术将变成常规技术，成为微生物资源开发利用的强大武器。（五）、微生物资源开发利用的重大课题1.微生物资源种类的探索：未知微生物的分离是微生物资源开发利用的重要前提和基础。2.生物固氮 尤其是非豆科粮食作物的固氮是最值得研究的重大课题。3.微生物药物的开发 仍然是当今的重大任务。随着开发进程的不断深入，开发领域的不断扩大，新技术的发展和渗透，微生物资源开发利用将会日新月异，新思维、新产品、新用途、新领域将层出不穷。使微生物资源将更好的为人类造福。二、经济微生物的应用

12、发掘、驯化的微生物只有经过生产实践的检验才能证实它是否具有经济效益，也只有通过在生产上应用才能发挥它的经济价值。若要使经济微生物实现应用，必须使之成为微生物产品。微生物产品的生产如下图所示。菌种源菌种源接种接种培养基培养基培养培养分离分离培养液培养液死细胞生物量死细胞生物量细胞细胞死细胞破碎死细胞破碎膜分离澄清膜分离澄清离心离心离心离心离心离心 产品稳定产品稳定产品稳定产品稳定产品稳定产品稳定脱水脱水脱水脱水脱水脱水干产品干产品新鲜产品新鲜产品干产品干产品新鲜产品新鲜产品干产品干产品新鲜产品新鲜产品贮存、使用贮存、使用第一章第一章 药用微生物的开发及应用药用微生物的开发及应用 微生物在自然界中

13、几乎是无处不有微生物在自然界中几乎是无处不有,无处不在无处不在.并并且种类多且种类多,繁殖快繁殖快,因此因此,它们具有产生各种各样具有它们具有产生各种各样具有不寻常化学结构和不寻常生物学活性化合物的无限不寻常化学结构和不寻常生物学活性化合物的无限潜力潜力,这些化合物在医药上的应用是微生物资源开发这些化合物在医药上的应用是微生物资源开发应用的一个重要方面。应用的一个重要方面。自古以来自古以来,微生物药物就用于防病治病微生物药物就用于防病治病,特别是近特别是近一百多年来一百多年来,经过几代人的努力经过几代人的努力,这类药物通过工业化这类药物通过工业化生产大量投放市场生产大量投放市场,对于保障人类健

14、康起到了不可估对于保障人类健康起到了不可估量的作用。量的作用。本章主要介绍以下几方面的内容：本章主要介绍以下几方面的内容：第一节、药用微生物资源开发利用的历史第一节、药用微生物资源开发利用的历史第二节、药用微生物的来源和分离方法第二节、药用微生物的来源和分离方法第三节第三节、微生物药物的研究与开发、微生物药物的研究与开发第四节、微生物药物的生产第四节、微生物药物的生产第一节第一节药用微生物资源开发利用的历史药用微生物资源开发利用的历史一一.微生物之间的拮抗现象微生物之间的拮抗现象二二.第一个实用抗生素第一个实用抗生素青霉素的发现青霉素的发现三三.链霉素的发现与新抗生素开发的活跃期链霉素的发现与

15、新抗生素开发的活跃期四四.半合成抗菌素的发展半合成抗菌素的发展五五.微生物药物应用范围的扩大微生物药物应用范围的扩大六六.药用微生物发展的趋势药用微生物发展的趋势一、微生物之间的微生物之间的拮抗现象 一种微生物的生长微生物的生长如果造成对周围其他微生物周围其他微生物生长的抑制生长的抑制,这种现象就叫做拮抗现象拮抗现象。也可以说也可以说:一种微生物在生命活动过程中一种微生物在生命活动过程中,通过其通过其产生的某种代谢产物或改变环境条件产生的某种代谢产物或改变环境条件,能够抑制别种能够抑制别种微生物的生长繁殖微生物的生长繁殖,或毒害甚至使别种微生物致死的或毒害甚至使别种微生物致死的现象。现象。在医

16、学上用抗生素治疗感染等疾病抗生素治疗感染等疾病,就是依据依据微生物之间的拮抗现象进行的，那么,这种现象是谁在什么时间发现的呢？（一）拮抗现象的发现（一）拮抗现象的发现1、世界上最早最早报告的拮抗现象拮抗现象 1874年,W.Roberts发现某种霉菌霉菌能抑制细菌细菌的生长。是世界上最早最早报告的拮抗现象拮抗现象2、巴斯德（1822-1895）指出可利用拮抗现拮抗现象治疗感染症象治疗感染症 1877年,巴斯德发现炭疽杆菌炭疽杆菌培养物被杂菌杂菌污染污染后其对人体的感染力下降感染力下降,并指出可利用拮抗现象治疗感染症。治疗感染症。3、拮抗现象的本质的揭示拮抗现象的本质的揭示 1887年,进一步发

17、现：绿脓假单胞菌绿脓假单胞菌产生的水溶性物质能够抑制包括葡萄球菌在内的各葡萄球菌在内的各种细菌种细菌的生长，从而揭示了拮抗现象的本质。揭示了拮抗现象的本质。4、拮抗作用物质的获得拮抗作用物质的获得 1889年：从一种细菌的培养液中细菌的培养液中提取得到对炭疽杆菌炭疽杆菌有拮抗作用拮抗作用的物质；还由一种青霉的培养液中分离精制得到后来被命名为:霉酚酸霉酚酸的抗菌活性物质抗菌活性物质。5、世界上首次利用拮抗现象治疗感染症的实例。1899年，O.low报告局部应用假单胞菌的培假单胞菌的培养液治愈了皮肤感染症养液治愈了皮肤感染症，这是世界上首次利这是世界上首次利用拮抗现象治疗感染症的实例。用拮抗现象治

18、疗感染症的实例。从以上可以看出从以上可以看出,拮抗现象拮抗现象的发现是漫长漫长的,自1874年-1899年25年的时间,经过十几位科十几位科学家的艰苦努力学家的艰苦努力对这一现象才有了初步初步的认识,但没有真正得到抗生素但没有真正得到抗生素。二、第一个使用抗生素二、第一个使用抗生素-青霉素的发青霉素的发现现 1.青霉素的第一次发现青霉素的第一次发现:1928年年,英国学者Fleming(1881-1955),在研究葡葡萄球菌萄球菌的变异时,发现一个培养皿在污染了霉菌(后来被确认为点青霉)的菌落周围出现了无葡萄球菌生长的透明抑菌圈透明抑菌圈.Fleming用这一霉菌的培养滤液进行了动物抗感染试验

19、,获得了确切的疗效,而未见对宿主兔子的白血球产生影响.他把存在于点青霉培养滤液中产生这一抗菌作用的有效物质叫做青霉素青霉素(Penicilin).但由于点青霉产生青霉素的能力很弱能力很弱,当时未能将这一物质分离出来（只知道在酸酸性条件下可将其萃取到脂类脂类溶剂中）,加上那时抗菌磺胺药物磺胺药物的应用正处于十分盛行十分盛行的时代,因而这一发现长期未能得到人们的重视。2.青霉素的第二次发现青霉素的第二次发现 在Fleming 首次发现青霉素首次发现青霉素10年后年后，1938年,英国牛津大学的生理学家 H.W.Florey开始了对微生物产生的抗菌物质微生物产生的抗菌物质进行系统的研究.在E.B.C

20、hain等化学家化学家的协助下,于1940年成功的获得了较为纯净的青霉素,用于对葡萄葡萄球菌和链球菌球菌和链球菌感染的实验动物进行治疗,产生了意想不到的效果.其有效剂量低于当时的任何抗感染药物,而未出现任何副作用。这就是后人所说的对青霉素的第二次发现。对青霉素的第二次发现。由于当时英国正处于第二次世界大战英国正处于第二次世界大战的前沿,缺乏青霉素产业化的环境环境,故将这一研究工作移到了美国美国。在美国国家的支持下,以制药公司制药公司为中心的青霉素研究取得了很大进展很大进展。筛选获得了被称为产黄青霉的高产菌株;并且改良了培养方法(由固体固体发酵改成了液体液体深层发酵,）从而很快开始了大规模工业化

21、大规模工业化生产.1941年,青霉素开始用于救治二战的伤病员救治二战的伤病员,进一步证明了它的无以伦比的疗效,被当时的人们誉为黄色的魔物,主要是因为当时的提取纯度不是很高,使产品带有产生菌的黄色色素产生菌的黄色色素.由于青霉素这一划时代抗生素的发现,Fleming,Florey和Chain同时获得1945年诺诺贝尔医学生理学奖。贝尔医学生理学奖。在这一研究中开发的大规模通气大规模通气,搅拌培搅拌培养方法养方法也为后来各种抗生素和其他发酵产品的工业化生产打下坚实的基础。坚实的基础。三三.链霉素的发现与新抗生素链霉素的发现与新抗生素开发的活跃期开发的活跃期 1939-1941年年,几乎与第二次青霉

22、素发现的几乎与第二次青霉素发现的同时同时,抗细菌的抗生素抗细菌的抗生素:短杆菌肽和短杆菌酪肽短杆菌肽和短杆菌酪肽先后被从土壤先后被从土壤革兰氏阳性杆菌革兰氏阳性杆菌培养液中分离培养液中分离得到得到;并且还从灰黄青霉培养液中获得了抗真并且还从灰黄青霉培养液中获得了抗真菌的抗生素菌的抗生素-灰黄霉素灰黄霉素.于是于是,美国著名土壤学家瓦克斯曼美国著名土壤学家瓦克斯曼(SlemanA.Waksman)(1888-1973)对以上抗对以上抗生素的研究工作表现了极大的兴趣生素的研究工作表现了极大的兴趣,因此因此,他对他对土壤中一类新的微生物土壤中一类新的微生物放线菌放线菌的拮抗特性的拮抗特性进行了系统的

23、研究进行了系统的研究,发现发现许多放线菌能产生抗许多放线菌能产生抗生素生素.并于：并于：1940年年,发现了放线菌素发现了放线菌素 1942年年,发现了链丝菌素发现了链丝菌素19431943年年,他又由他又由鸡咽喉鸡咽喉中分离得到了一株中分离得到了一株灰色灰色链霉菌链霉菌,从中分离得到了不仅从中分离得到了不仅抗革兰氏阳性细抗革兰氏阳性细菌菌,而且抗革兰氏阴性细菌而且抗革兰氏阴性细菌,特别是对特别是对结核杆结核杆菌菌有效的有效的广谱抗生素广谱抗生素链霉素链霉素.大家都知道大家都知道:青霉素只对革兰氏阳性细菌和青霉素只对革兰氏阳性细菌和少部分革兰氏阴性球菌有抗菌活性少部分革兰氏阴性球菌有抗菌活性.

24、由于当时由于当时结核病对人类的威胁很大结核病对人类的威胁很大,因而因而,链霉素链霉素的发现的发现在社会上引起了很大反响。在社会上引起了很大反响。瓦克斯曼瓦克斯曼也因此也因此获得了获得了1952年的年的诺贝尔医学生理学奖诺贝尔医学生理学奖.青、链霉素青、链霉素的发现并使用化的发现并使用化,极大的推动了极大的推动了抗生素研究的发展抗生素研究的发展,各种各种新抗生素新抗生素不断的被发不断的被发现现,使使抗生素在抗感染治疗抗生素在抗感染治疗中发挥着日益重要中发挥着日益重要的作用。的作用。针对青霉素对革兰氏阴性杆菌无活性；链针对青霉素对革兰氏阴性杆菌无活性；链霉素对链球菌和破伤风杆菌作用弱的缺点，霉素对

25、链球菌和破伤风杆菌作用弱的缺点，在在19471950年又先后开发了更具有广谱年又先后开发了更具有广谱抗菌作用的抗菌作用的:氯霉素氯霉素(对肠伤寒有特效对肠伤寒有特效)金霉素、土霉素金霉素、土霉素(对当时流行的对当时流行的斑疹伤寒及对耐磺胺药的痢疾杆菌引起的斑疹伤寒及对耐磺胺药的痢疾杆菌引起的赤痢疗效显著赤痢疗效显著).).但是，随着抗生素的广泛使用但是，随着抗生素的广泛使用，开始出现，开始出现对抗生素对抗生素耐药耐药的病原菌。的病原菌。于是于是,从从19521957年又相继发现了：年又相继发现了：红霉素红霉素,白霉素白霉素(对青霉素耐药菌有效对青霉素耐药菌有效)卡那霉素卡那霉素(对链霉素耐药菌

26、有效对链霉素耐药菌有效)并且并且,针对滥用广谱抗生素造成的真菌交针对滥用广谱抗生素造成的真菌交叉感染叉感染(如如:曲霉病和念珠菌病曲霉病和念珠菌病)开发了：开发了：制霉菌素和两性霉素制霉菌素和两性霉素B,B,等抗真菌抗生素等抗真菌抗生素 截止到截止到19591959年底，已发现的抗生素达年底，已发现的抗生素达10001000多种多种,在临床上使用的约在临床上使用的约4040余种。因此，这一余种。因此，这一时期被誉为时期被誉为抗生素研究的全盛期抗生素研究的全盛期,抗感染化抗感染化疗也进入了辉煌的抗生素时代疗也进入了辉煌的抗生素时代.四四.半合成抗生素的发展半合成抗生素的发展 进入进入1960年以

27、后年以后,抗生素时代似乎从它的顶峰跌落抗生素时代似乎从它的顶峰跌落下来下来,对抗生素大部分筛选工作都是重复过去已有的对抗生素大部分筛选工作都是重复过去已有的发现发现,寻找新抗生素变的越来越困难；已有的抗生素寻找新抗生素变的越来越困难；已有的抗生素也由于日益增加的也由于日益增加的耐药性问题耐药性问题和不断显现的和不断显现的副作用副作用(如：如：链霉素链霉素,卡那霉素卡那霉素的的致聋致聋;四环素四环素使牙变黑使牙变黑四四环素牙环素牙)问题而困扰着医药卫生界。问题而困扰着医药卫生界。但是科学家们仍在不断地探索,不断地调整思路。用化学的方法化学的方法对老抗生素进行改造改造，得到了很多疗效好，副作用小的

28、半合成抗生素。1.青霉素活性母核的发现：青霉素活性母核的发现：经过科学家的不断努力，1958年发现了：青霉素的活性母核青霉素的活性母核 -6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6-APA)头孢菌素的活性母核头孢菌素的活性母核-7-氨基头孢烯酸氨基头孢烯酸(7-ACA)以上两种活性母核活性母核可由青霉素和头孢菌素C裂解裂解得到得到.20世纪80年代以及近些年，由青霉素青霉素进行化学扩环化学扩环分别获得了:7-氨基脱乙酰氧头孢烯酸(7-ADCA)氯甲基头孢苄酯(GCLE)两种母核。用化学方法对这些母核重新装配不同的侧链,则获得了许许多多具有:扩大抗生谱、增强抗菌活力、改善药物代谢动力学、耐酸耐酶 、抑制耐

29、药菌等新特性的各种半合成青霉素和半合成头孢菌素，从而使抗生素时代再现出柳暗花明又一村的新局面。目前，半合成青霉素和半合成头孢菌素的品种已不下于70个，产量和销售量均占据了抗生素的大半壁江山大半壁江山。2.新的含新的含-内酰胺环抗生素的发现内酰胺环抗生素的发现：1970-1980年，又先后发现了微生物产生的：头霉素头霉素(7-甲氧基头孢菌素）、甲氧基头孢菌素）、碳青霉碳青霉烯、单环烯、单环-内酰胺内酰胺 等新的含等新的含-内酰胺环内酰胺环的抗生素，并相应开发出各种能够用于临床的抗生素，并相应开发出各种能够用于临床的半合成产品，使的半合成产品，使半合成半合成-内酰胺抗生素内酰胺抗生素家家族进一步扩

30、大。族进一步扩大。3.其他半合成抗菌素的发展：其他半合成抗菌素的发展：在半合成-内酰胺抗生素取得巨大成功的鼓舞下：半合成卡那霉素、半合成四环素、半合成红霉素 等得到长足的发展，特别是半合成红霉素，因其药效和药动学的显著改善而更加引起世人注目。直到现在，用半合成方法改造已有的抗生素仍是开发临床上有效抗生素的重要途径。五、微生物药物应用范围的扩大五、微生物药物应用范围的扩大 1.微生物产生的抗肿瘤物质：微生物产生的抗肿瘤物质：嗜癌菌素、放线菌素D、肉瘤霉素、丝裂霉素、色霉素、道诺霉素、新制癌霉素、博来霉素、阿霉素 等 一个接一个的被发现，目前多数仍在临床上使用。人们把具有抗癌活性的微生物代谢产物也

31、归为抗生素。2.微生物产生的酶抑制剂：微生物产生的酶抑制剂：大家都知道：生物体内每时每刻都在进行的物质代谢（生物化学变化）均是在酶的催化下进行的。因此，酶的紊乱是引起各种非感染性疾病的重要原因。如：非淋巴细胞白血病、高胆固醇血症、糖尿病、高血脂、高血糖、肥胖等疾病。对人类健康的危害日益显得突出。（1）.乌苯美司 是细胞表面氨肽酶B的抑制剂。因其具有免疫调节作用而用于某些 癌症如：非淋巴细胞性白血病的辅助治疗。（2）.洛伐他定、普伐他定、辛伐他定（半合成）是肝脏-羟基-甲基戊二酰辅酶A还原酶的抑制剂。肝脏-羟基-甲基戊二酰可生成：甲羟戊酸是合成胆固醇的中间物质。因此以上三种微生物药物可用于治疗高

32、胆固醇血症。（3）.阿卡糖、奥洛里糖、米格列醇是唾液腺和胰腺-葡萄糖苷酶的抑制剂。可用于治疗糖尿病。（4）.奥里司他奥里司他胰脂酶的抑制剂。胰脂酶的抑制剂。可用于可用于 减肥和控制高血脂、高血糖。减肥和控制高血脂、高血糖。3.免疫抑制剂的应用：如：免疫抑制剂的应用：如：抗真菌抗生素抗真菌抗生素环孢菌素环孢菌素A在在1970年被发年被发 现和证明还有免疫抑制作现和证明还有免疫抑制作 用。自用。自80年代中期已成功年代中期已成功 地应用于：地应用于：防治器官移植防治器官移植 后的免疫排异反应。后的免疫排异反应。后来又发现：藤霉素 雷帕霉素 也具有同样的免疫抑制作用，且活性较强、副作用较轻，引 起医

33、学界的广泛瞩目。4.4.免疫激活剂的应用：（用于免疫力低下的免疫激活剂的应用：（用于免疫力低下的人）人）裂褶菌素、云芝多糖、香菇多糖、一些病原细菌的灭活细胞、破壁灵芝粉（液）等已在临床上用来进行抗癌、抗病毒的辅助治疗；或用于治疗慢性支气管炎慢性支气管炎及创伤性溃创伤性溃疡。疡。上述（抗微生物和抗癌活性物质）以外的微生物药物，被称为微生物产生的药理活性物质，也叫作广义抗生素。六、药用微生物研究开发的趋势六、药用微生物研究开发的趋势1、非抗生素类非抗生素类生物活性化合物的数量持续增数量持续增加加，使药用微生物的应用范围不断扩展应用范围不断扩展。2、抗微生物活性化合物的作用靶由细菌扩大作用靶由细菌扩

34、大到其他微生物到其他微生物。(如：真菌、病毒、原虫以及微生物以外的生物如：寄生蠕虫、昆虫 等）。3、被发现的药用微生物种类不断扩大种类不断扩大。4、重组DNA技术的应用5、老抗生素老抗生素及其半合成衍生物半合成衍生物不断发现新的生物学活性、开发新的应用。第二节、药用微生物的来源和分离第二节、药用微生物的来源和分离方法方法一、来源：一、来源：二、具有医药品生产价值的微生物：二、具有医药品生产价值的微生物：三、药用微生物的分离：三、药用微生物的分离：一、来源（一）土壤中的微生物（一）土壤中的微生物（二）海洋中的微生物（二）海洋中的微生物（三）热带地区的微生物（三）热带地区的微生物 （四）极端环境中

35、的微生物（四）极端环境中的微生物（五）基因重组微生物（五）基因重组微生物 （一）、土壤中的微生物（一）、土壤中的微生物1、土壤中各种微生物的数量：、土壤中各种微生物的数量：土壤土壤是微生物资源的宝库。是微生物资源的宝库。1g普通土壤中大约含有：普通土壤中大约含有：1亿个细菌亿个细菌 1千万个放线菌孢子千万个放线菌孢子 1百万个真菌孢子百万个真菌孢子2、微生物在土壤中的一般分布规律：、微生物在土壤中的一般分布规律：（1）含有机氮较多有机氮较多的中性中性及微碱性微碱性土壤中：细菌细菌和放线放线菌占多数。（2）含有机氮少的酸性土壤中有机氮少的酸性土壤中：真菌真菌较多。（3）真菌真菌多生活在土壤表层土

36、壤表层。（4）细菌放线菌可延伸到土层深处（细菌放线菌可延伸到土层深处（1米米）（5）近植物根系较多、远则较少。近植物根系较多、远则较少。（二）海洋中的微生物（二）海洋中的微生物 1、海水的特点：（1）盐分含量高。（2）水温低。（3）有机质含量少。（4）海底承受的水压高。2、海洋中微生物的特性：、海洋中微生物的特性：（1）嗜压（或耐压）（2）嗜盐（或耐盐）（3）低营养要求（4）可在低温下生长 3、海洋微生物的分布特点：、海洋微生物的分布特点：（1）沿海岸比外海密度高（特别是江河入口及近海养殖场海域）（2）海面20-25米之上，微生物密度高，随 水深增加则密度下降，至海底淤泥又急剧升高。（3）砂砾

37、海底数量偏低，1千米以上的海底中主要为嗜压细菌，其他微生物很少。（4）浅海水中的微生物对明胶、酪蛋白等蛋白质的分解力高于对淀粉的分解力。（三）热带地区的微生物（三）热带地区的微生物 1、热带地区的特点：热带地区的特点：（1）高温、高湿。（2）自然环境复杂、多变。2、热带地区微生物资源的数量热带地区微生物资源的数量 热带地区热带地区生存的生物极具多样性，也蕴藏着丰富的微生物资源。如：热带雨林只占地球面积的3.3，而生长着的生物种类却在50 以上。所以，从热带雨林、热带深草原、热带沼泽等地的土壤、水流及动植物中分离药用微生物的前景是十分诱人的。（四）极端环境中的微生物（四）极端环境中的微生物 高温

38、 、高压、高盐、高寒、强酸、强碱 等条件下生长的微生物，也有着重要的开发价值。不同的生境，生长着不同的微生 物。在特定的环境中可以找到特定的药用微生物。（五）基因重组微生物（五）基因重组微生物1、在生产生物活性蛋白方面应用、在生产生物活性蛋白方面应用：这类微生物首先在生产人体内固有的微量生物活性蛋白方面取得 了突破。如，将人类产生：生长激素 红细胞生成素 胰岛素 等基因导入细菌或酵母菌一 类的微生物中进行表达，利用微生物 生长快、易培养的优点，大量生产这类活性蛋白，用于因体内缺失这类蛋白所致疾病的治疗。这类重组蛋白类药物又称为基因工程药物。2、在抗生素和药理活性物质生产方面、在抗生素和药理活性

39、物质生产方面的应用：的应用：在这方面也取得了很大进展，并创立了组合生物合成这门新的学科。组合生物合成是将生产不同抗生素或药 理活性物质中间体的基因 重组到一种微生物中，使生 物合成途径重新组合，生产 迄今自然界还没有的新抗生 素或药理活性物质。如下图：将将放线菌紫素放线菌紫素产生菌的产生菌的梅得霉素梅得霉素产生菌中产生菌中萘醌环羟化萘醌环羟化基因基因导入导入重组重组微生物微生物获获得得新抗生素新抗生素产生产生梅得紫素梅得紫素A A梅得紫素梅得紫素B B 也可应用组合生物合成技术提高已有抗生素的产量或有效组分含量，或生产半合成抗生素中间体。目前，已经工业化或接近工业化的成果是由重组微生物直接生产

40、：7-氨基脱乙酰氧头孢烯酸（7-ADCA）7-氨基头孢烯酸 （7-ACA）以及提高抗生素提高抗生素如：红霉素 头孢菌素 青霉素 等的产量产量。二、具有医药品生产价值的微生物二、具有医药品生产价值的微生物1、自然界已发现的药用微生物类群分布：、自然界已发现的药用微生物类群分布：类群 产生抗生素和药理 所占比例 活性物质大致数量 细菌 1100 11.7 放线菌 6400 68.1 真菌 1900 20.2 合计 9400 100 从土壤中随机 产生的新抗生素和 分离的放线菌：药理活性物质占 链霉菌属占 80-90 70 左右 稀有放线菌占 10-20 30 左右2、不同的微生物产生不同的抗生素如

41、：、不同的微生物产生不同的抗生素如：芽孢杆菌属芽孢杆菌属的细菌产生的抗生素几乎都是多肽类抗生素。链霉菌属或小单孢菌属链霉菌属或小单孢菌属产生的抗生素几乎都是大环内酯和多烯大环类抗生素。3、多数情况下：一类微生物可产生多种抗生素；一种抗生素也可由多种微生物产生。4、研究过的药用微生物占自然界已知属、研究过的药用微生物占自然界已知属、种的数量：种的数量：细菌、放线菌为：20-25 真 菌为：10-15 因此，具有医药品生产价值的微生物，今后还会有相当大的开发潜力开发潜力。三、药用微生物的分离三、药用微生物的分离 从自然界分离具有不同特性的不同类群微生物，是研究它们产生的抗生素和药理活性物质的第一步

42、。自然界生存着无数的微生物，它们中什么样的属种能够产生什么样的有用物质，目前尚无一定规律，从中分离有用的菌种，就像从大海捞针一样。因此，分离药用微生物因此，分离药用微生物：首先要有数量，既每年都要成千上万地对自然界的微生物进行分离；还要有好的方法，能够识别和分离那些不常见的和人工难以培养的微生物属种。（一）土样的采集和预处理（一）土样的采集和预处理、土样的采集：、土样的采集：要尽可能的选择：各种不同地理和生态环境的土壤及不同深度的土层。2、土样的预处理：、土样的预处理：分离的微生物不同，处理的方法亦不同。（1）物理法）物理法:A、风干法：、风干法：简单风干的方法可以大部分排除不产芽孢的细菌，特

43、别是革兰氏阴性细菌；而增加产孢子放线菌的检出机会。B、干热法：、干热法：放线菌的孢子耐干热，将风干的土样在干燥状态下加热到120，可杀死不产芽孢的细菌却仍保留放线菌的孢子。注意：放线菌的孢子不耐湿热，加热的极限温度为45-50，小单孢菌可以加热到 60-75（2）化学法：）化学法：采用化学处理方法必须考虑所要分离的微生物对所用化学药品的抗性及对不同养分的需要。主要是通过分离培养基进行调节。（二）分离培养基（二）分离培养基1、分离、分离细菌细菌用的培养基：用的培养基：一般采用普通肉膏琼脂肉膏琼脂培养基。在培养基中：加入亚胺环己酮或其它抗真菌药物，可抑制霉菌的生长。加入多粘菌素可抑制革兰氏阴性菌的

44、生长。2、分离放线菌的培养基、分离放线菌的培养基 一般采用:(1)高氏1号培养基 (2)葡萄糖-天冬素琼脂培养基：葡萄糖 10 g 天冬素 0.5g K2HPO4 0.5g 琼脂 15-20g pH 7.0 蒸馏水 1000ml 抑制不同杂菌加入不同药品抑制不同杂菌加入不同药品 （1）加入制霉菌素或亚胺环己酮抑制霉抑制霉菌。菌。（2）不加蛋白胨和氨基酸可限制芽孢杆菌限制芽孢杆菌的发芽。（3）胶体壳多糖琼脂培养基可使孢囊菌属放线菌优先生长；也被用来选择性地分离小单小单孢菌。孢菌。（4）用用腐殖酸腐殖酸作为碳源、氮源，辅以各作为碳源、氮源，辅以各种种维生素维生素，可以分离得到，可以分离得到多种不同

45、属多种不同属的放线的放线菌，而且菌，而且孢子孢子生长良好。生长良好。典型培养基典型培养基配方为：配方为：腐殖酸腐殖酸1.0g（溶于溶于10ml0.2mol/LNaOH溶液中溶液中）Na2HPO4 0.5g、KCl 1.7g、MgSO47H2O 0.05g、FeSO47H2O 0.01g、CaCO30.02g、亚胺环己酮亚胺环己酮50mg、复合维生素溶液、复合维生素溶液10ml（内内含盐酸硫胺素、核黄素、盐酸比多醇、肌醇、泛酸含盐酸硫胺素、核黄素、盐酸比多醇、肌醇、泛酸钙、对氨基苯甲酸、烟酸各钙、对氨基苯甲酸、烟酸各0.5mg;0.5mg;生物素生物素0.25mg0.25mg，过滤除菌）过滤除菌

46、），琼脂琼脂18g、加蒸馏水至、加蒸馏水至1000ml、pH7.2。分离海洋放线菌可采用以下两种培养基：分离海洋放线菌可采用以下两种培养基：（1）可溶性淀粉10 g 酪蛋白1g 海水海水 500ml 蒸馏水500ml 琼脂 15-20g pH 7.4-7.6（2）蛋白胨 5g 磷酸铁 0.1g 酵母提取物 1g 海水海水 1000ml 琼脂 15-20g pH 7.4-7.6 加入某些特定的抗菌剂可以分离得到一些特殊的放线菌属、种，如马杜拉放线菌、小单孢菌等。采用贫乏培养基可以减慢生长快减慢生长快的微生物的生长速度，给生长慢生长慢的微生物留下一些生生长空间长空间，故分离的菌落种类菌落种类一般多

47、于丰富的培养基。分离平板培养基表面的表面的水分有利于革兰氏阴性细菌的生长和扩散，影响放线菌孢子的发芽和生长。因此，分离平板培养基配制好后，应在37下孵育一段时间，待表面不存在肉眼可分辨的水雾后才可使用。3、分离真菌的培养基、分离真菌的培养基：一般采用查氏培养基。加氯霉素、或四环素或其它抗细菌抗生素，可以排除大部分细菌的生长。大家应该注意的是大家应该注意的是：不存在能够分离各种微生物的万能培养基。为了尽可能获得更多属、种的微生物，应当同时使用多种分离培养基。（三）分离方法（三）分离方法1、水悬浮稀释法、水悬浮稀释法稀释混合平板法（稀释混合平板法（湿法分离）湿法分离）2、干土喷射法、干土喷射法：（

48、：（干法分离）干法分离）用一种特制的喷土器特制的喷土器将研碎的干土样直接喷射到分离平板上，根据：土样的多少、喷射距离的远近、喷射角度、来调节每个平板的喷射量。此种方法比湿法分离，简单、方便，不同的喷射角度还有可 能分离得到不同的放线放线菌。菌。但对喷射量的掌握要经过一段时间的经验一段时间的经验摸索。摸索。3、孢子飞扬法：、孢子飞扬法：是将土样放在一种瓶口刚好能倒扣在一个瓶口刚好能倒扣在一个分离平板的特制瓶中分离平板的特制瓶中，剧烈振荡使孢子飞扬，撞在分离平板上，进行分离培养。可分离得到许多典型的放线菌属许多典型的放线菌属。4、微孔滤膜法：、微孔滤膜法：在分离培养基表面覆盖孔径为覆盖孔径为0.4

49、5 m的的微微孔滤膜孔滤膜，然后将土样接种到滤膜上将土样接种到滤膜上，在室温下培养一段时间。丝状放线菌可以透过滤孔丝状放线菌可以透过滤孔，深入到下面的培养基中生长，而单细胞细，深入到下面的培养基中生长，而单细胞细菌停留在滤膜表面。揭取滤膜菌停留在滤膜表面。揭取滤膜后继续培养，琼脂平板上长出得差不多全是放线菌菌落。这是选择性这是选择性 的分离放线菌的一种十分简的分离放线菌的一种十分简便的方法便的方法（四）、培养时间和温度（四）、培养时间和温度 分离的目标菌不同目标菌不同，培养时间和温度不同培养时间和温度不同。一般：细细 菌：菌：37 3-5天天 真真 菌：菌：25-28 5-10天天 放线菌：放

50、线菌：28-30 2-4周周 （五）菌种纯化（五）菌种纯化 平板上长出的各种单菌落如果过于密集，平板上长出的各种单菌落如果过于密集，为防止不同菌落之间相互污染，需要将菌落为防止不同菌落之间相互污染，需要将菌落挑出后再进行平板分离。确认获得比较纯的挑出后再进行平板分离。确认获得比较纯的单菌落后，接种斜面，进行代谢产物的筛选单菌落后，接种斜面，进行代谢产物的筛选和短期保存。和短期保存。第三节第三节 微生物药物的研究与开发微生物药物的研究与开发一、微生物药物研究开发的一般程序一、微生物药物研究开发的一般程序二、微生物药物的筛选方法二、微生物药物的筛选方法三、微生物药物的安全性与有效性评价三、微生物药