微生物制药工艺

第一章 概述

1、微生物制药是利用微生物技术，通过高度工程化的综合性技术，以利用微生物反应过程为基础，依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物，通过分离纯化进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产。 传统微生物药物: 主要指微生物合成的抗生素。

现代微生物药物: 指由微生物在其生命活动过程中产生的、具有生理活性（抗微生物感染、抗肿瘤、特异性酶抑制剂、免疫调节等作用）的次级代谢产物及其衍生物。

2、微生物药品种类：包括抗生素、维生素、氨基酸、核酸、酶及酶抑制剂、免疫抑制剂、生物制品、甾体激素等药物。

3、掌握微生物制药的一般生产过程。

答：微生物制药工艺过程一般包括菌体生产及代谢产物或转化产物的发酵生产。

其主要内容包括生产菌种的选育培养及扩大，培养基的制备，设备与培养基的灭菌，无菌空气的制备，发酵工艺控制，产物的分离、提取与精制，成品的检验与包装等。

4、微生物制药的工业发酵类型：微生物菌体发酵；微生物酶发酵；微生物代谢产物发酵；微生物转化发酵。

5、了解微生物制药的特点 。

答：以活的生命体(微生物)作为目标反应的实现者，反应过程中既涉及特异的化学反应的实现又涉及生命个体的生长发育及代谢，生物反应机理非常复杂，较难控制，反应液中杂质也多，不容易提取、分离；

反应通常在常温常压下进行，条件温和，能耗小，设备较简单；微生物发酵过程是微生物菌体非正常的、不经济代谢过程，生产过程中应为其代谢活动提供良好的环境。因此，需防止杂菌污染，要进行严格冲洗、灭菌，空气需要过滤等；微生物药物生产周期长，生产稳定性差，技术复杂，不确定因素多，废物排放及治理要求高，难度大；现代微生物制药的最大特点是高技术含量、智力密集、全封闭自动化、全过程质量控制、大规模反应器生产和新型分离技术综合利用等。

第 二 章 抗 生 素 概 论 1、半合成抗生素：将天然代谢产物再用化学、生物或生化方法进行分子结构改造，制成的各种衍生物。氨苄西林

2、次级代谢：微生物在一定的生长时期(一般是稳定生长期），以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质的过程

次级代谢产物: 微生物在细胞分化过程中产生的，往往不是细胞生长所必需的代谢产物，对细胞生长并不具有明显的作用，而且通常由一簇结构相似的化合物组成。

3、抗生素的主要产生菌是：产抗生素的微生物中，以放线菌为最多，其次是真菌和细菌。除微生物外，还有来源于植物、动物和海洋微生物的抗生素。

4、医疗用抗生素应具备的条件：难使病源菌产生耐药性；较大的差异毒力；最小抑菌浓度要低；抗菌谱要广。

5、抗生素剂量的表示法

答：合理使用抗生素的剂量十分重要。

抗生素在应用时剂量很小，因此除质量外，更常用特定的效价单位（简称单位）表示。单位是衡量抗生素有效成分的一种尺度。

目前国际上抗生素活性单位表示方法主要有两种：一是指定单位 (unit)；二是活性质量（μg)。 6、管碟法测定抗生素效价的原理：在培养过程中，小管中的抗生素向培养基中呈球面扩散，与此同时试验菌也开始生长。抗生素浓度高于最小抑菌浓度之处，试验菌不能生长，出现抑菌圈，其圈之边缘处就是最低抑菌浓度。

7、抗生素生产工艺过程：菌种→孢子制备→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取精制→产品检

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验→成品

8、微生物的初级代谢和次级代谢的关系：许多次级代谢产物的基本结构是由若干初级代谢产物构成的。如内酰胺类抗生素是由半胱氨酸、缬氨酸等氨基酸形成的。次级代谢产物基本上都是以初级代谢产物为母体衍生而来的，与后者有密切关系。

9、由初级代谢物合成次级代谢物的基本代谢途径：① 葡萄糖碳架掺入途径。② 莽草酸途径。③ 与核苷有关的途径。④ 聚酮体和聚丙酸途径。⑤由氨基酸衍生的途径；⑥ 甲羟戊酸途径和⑦其他复合途径。

第三章 β-内酰胺类抗生素

1、 什么是β-内酰胺类抗生素？其常见品种

答：β-内酰胺类抗生素是分子中含有β-内酰胺环的一类天然和半合成抗生素的总称。

β-内酰胺类抗生素包括青霉素、头孢菌素、头霉素、硫霉素、克拉维酸(或称棒酸)、单环β-内酰胺类等，其中仅前两者广泛用于临床，故仅讨论青霉素和头孢菌素。

2、最早发现产生青霉素的原始菌种是点青霉；工业生产上使用的青霉素产生菌是：产黄青霉菌；目前青霉素生产菌种有形成绿色孢子和黄色孢子的两种产黄青霉菌株。 3、青霉素的母核是：6-氨基青霉烷酸(6-APA)

4、头孢菌素的母核是：7-氨基头孢霉烷酸(7-ACA)

5、常见青霉素盐种类：青霉素钾盐的结晶、青霉素普鲁卡因盐结晶、青霉素钠盐结晶 6、青霉素提取的机理是什么？

答：溶剂萃取法。青霉素与碱所生成的盐类在水中溶解度很大，而青霉素游离酸易溶解于有机溶剂中。利用这一性质，将青霉素在酸性溶液中转入有机溶剂(醋酸丁酯、氯仿等)中，然后再转入中性水相中。经过这样反复几次萃取，就能达到提纯和浓缩的目的。

由于青霉素的性质不稳定，整个提取和精制过程应在低温下快速进行，并应注意清洗和保持在稳定的pH值范围。

7、青霉素生产工艺流程？

第四章 大环内酯类抗生素

1、什么是大环内酯类抗生素及其常见品种？

答：大环内酯类是以一个大环内酯为母体，通过羟基，以苷键和1～3个罕有的糖相联结的一类抗生物质。

根据大环内酯结构的不同，这类抗生素又分为三类：多氧大环内酯；多烯大环内酯；蒽沙大环内酯。 2、红霉素的产生菌是：红霉素链霉菌 3、红霉素的发酵工艺流程及重点参数

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：

4、红霉素发酵的前体：丙醇

5、溶剂法提取红霉素的机理？

答：红霉素分子结构中有一个二甲基氨基官能团，是一个弱碱，在酸性条件下与某些酸会形成盐，如红霉素乳酸盐。纯红霉素碱在水中溶解度较小，并随温度升高而减小，在55℃时溶解度最小； 当pH＜6.0时，红霉素以盐的形式存在，其在水中的溶解度随pH值降低而迅速增大；当pH>10.0时红霉素基本以游离碱的形式存在，能溶于醋酸丁酯中，因此，采用在水溶液(乙酸缓冲液)及在乙酸丁酯中反复萃取，可以达到浓缩和提纯的目的。

6、发酵液的预处理中如何去除蛋白质？

答：一般采用硫酸锌沉淀蛋白质，促使菌丝结团加快滤速。 7、溶剂法提取和精制红霉素的工艺流程

第 五 章 四 环 类 抗 生 素

1、四环类抗生素的常见种类

答：四环类抗生素是以四并苯为母核的一类有机化合物。其中有应用价值的品种有金霉素、土霉素、四环素、地美环素(去甲金霉素)及其半合成衍生物如多西环素(强力霉素)、美他环素(甲烯土霉素)、米诺环素(二甲胺四环素)等。

2、在四环素发酵生产中为什么加入抑氯剂？

答：加入竞争性的抑氯剂NaBr和抑氯剂2-巯基苯并噻唑，抑制氯原子进入四环素的分子结构中去，从而阻止金霉素的合成，促进四环素合成，使金霉素在总产量中低于5％。

3、在四环素发酵生产中，为什么要严格控制磷酸盐的浓度？

答：无机磷浓度是控制菌丝生长率的重要因子，也是金色链霉菌从生长期转入抗生素生物合成期的关键因素。

高浓度的磷酸盐能抑制产生菌体内的戊糖循环途径中的6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性，同时促进糖酵解速度，使菌体内能产生还原性辅酶Ⅱ(NADPH)的戊糖循环途径受阻。已知还原性辅酶Ⅱ是四环素

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生物合成中的氢供体。

另外磷酸盐对合成四环素前体丙二酰CoA的合成有较强的抑制作用，所以生产中要控制发酵培养液中的磷酸盐含量，保证通气效果，以提高发酵水平。

4、四环素提取精制的机理是：利用四环素是两性化合物（等电点pH5.4），以氨水调节滤液(或脱色液)pH至等电点，使四环素呈碱游离析出，经分离、洗涤、干燥即得精制碱成品。若要制得高纯度四环素，可采用四环素与尿素形成复盐的结晶工艺，得到四环素盐酸盐。 5、四环素发酵液预处理时，常用的酸化剂是什么？

答：生产上多采用草酸，可采用盐酸、硫酸、草酸、磷酸等。 6、

第六章 氨基糖苷类抗生素

1、链霉素为什么呈碱性？ 答：因分子没有游离醛基

2、为什么采用离子交换法精制链霉素？

离子交换法提取过程一般包括：发酵液的过滤(或不过滤)及预处理、吸附和洗脱、精制及干燥等过程。

链霉素游离碱为白色粉末，无嗅，味微苦。链霉素分子中有三个碱性基团。链霉素在水溶液中随pH值不同可有四种不同形式存在。当pH值很高时，链霉素成游离碱(Str)形式；当pH值降低时，可逐渐电离成一价正离子(Str-H+)、二价正离子(Str-H2+)；在中性及酸性溶液中，成为三价正离子

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(Str-H3+)。所以，可用离子交换法进行提取。

3、链霉素的产生菌是：灰色链霉菌

4、防止链霉素产生菌变异的常采取措施是什么？

答：①菌种采用冷冻干燥法：需严格控制操作条件，并限制使用期限，否则还会引起变异。时间长者需进行分离，挑出高产者用于生产。②严格掌握保存生产菌种的条件，所有生产用菌种或斜面都要保存在冰箱或冷库中(O～4℃)，原始斜面的使用期限不超过5d，生产斜面不超过3d。③ 严格控制生产菌落在琼脂斜面上的传代次数，一般以3次为限，并采用单菌落传代和新鲜斜面。④ 定期进行纯化筛选，淘汰低单位的退化菌落。⑤ 不断选育出高单位的新菌种，保证稳产高产。

第 七 章 维 生 素 1、维生素生产方法：提取法，化学合成法及生物合成法。

2、二步法发酵生产维生素C时，第一、二步发酵所使用的菌种分别是什么？它们各自的作用是什么？

第一发酵所使用的菌种是：黑醋菌；作用：可选择性地使D-山梨醇的2位羟基氧化成酮基，即得L-山梨糖。

第二步发酵所使用的菌种是：芽孢杆菌（大菌）和氧化葡萄糖酸杆菌（小菌）；作用：将第一步发酵产生的L-山梨糖氧化为2-酮基-L-古龙酸（简称古龙酸）。 3、大、小菌之间是什么关系？

小菌为产酸菌，但单独培养传代困难，且产酸能力弱；大菌不产酸，但可促进小菌的生长和产酸，为小菌的伴生菌。二步发酵法是由这两株分属于两个性质差别较大的属的菌株协同完成的。大菌本身虽然并不产酸，对小菌的生长和产酸却具有极其重要的作用，且二者必须保持适当的比例。其比例通常为大菌:小菌＝1：1.2~1.4。

4、二步法发酵生产维生素C时常用的发酵罐的类型是：种子

5、维生素B12的前体是：丙酸菌属中的费氏丙酸杆菌和谢氏丙酸杆菌。

第八章 甾类激素的微生物转化 1、微生物转化与普通微生物发酵的区别是什么？

微生物转化：由微生物进行的化学反应。反应被微生物细胞中的酶催化。

2、同化学合成相比，微生物转化在生产工艺上有何特点？

答：① 可减少化学合成步骤，简化生产流程，缩短生产路线。 ② 能提高产物的收率和产品质量，降低成本。③ 可进行化学法难以实现的反应。如甾类化合物C11上的加氧(即羟化)等反应，化学法难以实现，常采用微生物法处理。④ 微生物转化避免和减少了强酸、强碱或化学有毒物质，改善了生产环境。

3、掌握甾类激素的微生物转化生产流程

第九章 基因工程制药

1、基因工程药物: 又称生物技术药物，指采用基因工程技术研制的，能预防和治疗某种疾病但含量极微而难以用传统方法制取的特殊药物。

基因工程药物：根据人们的愿望设计的基因，在体外剪切组合，并和载体DNA 连接，然后将载体导入靶细胞(微生物、哺乳动物细胞)，使目的基因在靶细胞中得到表达,最后将表达的目的蛋白质纯化及做成制剂,从而成为蛋白类药或疫苗。

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2、掌握基因工程药物生产的基本过程

获得外源（目的）基因?组建DNA重组体?构建基因工程菌?培养工程菌?产物分离纯化?除菌过滤?产品的检验?包 装

3、引起质粒不稳定性的主要几种原因？

⑴ 质粒复制不稳定性:复制中，不正常的起始和终止、延伸时的断裂及错配等都会造成质粒不稳定性,并产生单链质粒和高相对分子质量畸型质粒。⑵ 质粒分配不稳定性：在细胞分裂时，质粒也要分配到子代细胞，但由于在子代细胞中分配不均一而导致部分细胞完全丢失质粒，结果产生无质粒的细胞。⑶ 质粒结构不稳定性：质粒中DNA的缺失、插入、突变、重排等使质粒DNA的序列结构发生了变化，引起复制和表达的不稳定性。⑷培养环境条件引起的质粒不稳定性：质粒作为一种核外遗传物质，其稳定性最容易受到生长环境条件的影响。

4、提高质粒稳定性的策略是：⑴ 通过基因操作策略构建高稳定性的重组质粒； ⑵ 优化培养条件及过程控制。

5、基因工程制药过程中目的产物的分离纯化主要采用什么方法？ 主要依赖色谱分离方法。

色谱技术分为离子交换色谱、亲和色谱、凝胶色谱、反相色谱等。

6、遗传不稳定性具体表现为三种形式：① 重组质粒的不稳定性：重组质粒逐渐减少甚至完全丢失或发生部分DNA片段缺失② 染色体DNA的不稳定性：整合到染色体的外源DNA在分裂期间发生重组、丢失或表达的沉默； ③ 表达产物的不稳定性。

第十章 微生物药物的质量管理与控制 1、掌握GMP管理对厂房、设备及卫生的要求。 GMP（《药品生产质量管理规范》）是指从负责指导药品生产质量控制的人员和生产操作者的素质到生产厂房、设施、建筑、设备、仓储、生产过程、质量管理、工艺卫生、包装材料与标签，直至成品的贮存与销售的一整套保证药品质量的管理体系。

实施GMP的目的：是为了保护消费者的利益，保证人们用药的安全有效。同时也是为了保护药品生产企业，强化药品监督管理。GMP使药品生产企业有法可依，有法必依，执行GMP是药品生产企业生存和发展的基础。GMP也使药品监督管理部门对药品生产企业的检查有了依据，监督有法可依。

GMP总则：厂址及总图、药品生产区域的环境参数、工艺布局及厂房、设备选型及安装、空气净化系统、工艺用水系统、生产辅助设施、机构和人员。

厂房与设施：药品生产企业必须有整洁的生产环境；行政、生活和辅助区的总体布局应合理，不得互相妨碍。厂房应有防止昆虫和其它动物进入的设施。

在设计和建设厂房时，应考虑使用时便于进行清洁工作。洁净室（区）的内表面应平整光滑、无裂缝、接口严密、无颗粒物脱落，并能耐受清洗和消毒，墙壁与地面的交界处宜成弧形或采取其它措施，以减少灰尘积聚和便于清洁。

洁净室（区）的管理需符合下列要求:①洁净区内人员数量应严格控制。对进入洁净区的临时外来人员应进行指导和监督。②洁净区与非洁净区之间必须设置缓冲设施，人、物流走向合理。③100级洁净区内不得设置地漏，操作人员不应裸手操作，当不可避免时，手部应及时消毒。④10,000级洁净区使用的传输设备不得穿越较低级别区域。⑤100,000级以上区域的洁净工作服应在洁净区内洗涤、干燥、整理，必要时应按要求灭菌。

2、GMP洁净区（室）的洁净等级：100级、10000级、100000级、300000级

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2、掌握基因工程药物生产的基本过程

获得外源（目的）基因?组建DNA重组体?构建基因工程菌?培养工程菌?产物分离纯化?除菌过滤?产品的检验?包 装

3、引起质粒不稳定性的主要几种原因？

⑴ 质粒复制不稳定性:复制中，不正常的起始和终止、延伸时的断裂及错配等都会造成质粒不稳定性,并产生单链质粒和高相对分子质量畸型质粒。⑵ 质粒分配不稳定性：在细胞分裂时，质粒也要分配到子代细胞，但由于在子代细胞中分配不均一而导致部分细胞完全丢失质粒，结果产生无质粒的细胞。⑶ 质粒结构不稳定性：质粒中DNA的缺失、插入、突变、重排等使质粒DNA的序列结构发生了变化，引起复制和表达的不稳定性。⑷培养环境条件引起的质粒不稳定性：质粒作为一种核外遗传物质，其稳定性最容易受到生长环境条件的影响。

4、提高质粒稳定性的策略是：⑴ 通过基因操作策略构建高稳定性的重组质粒； ⑵ 优化培养条件及过程控制。

5、基因工程制药过程中目的产物的分离纯化主要采用什么方法？ 主要依赖色谱分离方法。

色谱技术分为离子交换色谱、亲和色谱、凝胶色谱、反相色谱等。

6、遗传不稳定性具体表现为三种形式：① 重组质粒的不稳定性：重组质粒逐渐减少甚至完全丢失或发生部分DNA片段缺失② 染色体DNA的不稳定性：整合到染色体的外源DNA在分裂期间发生重组、丢失或表达的沉默； ③ 表达产物的不稳定性。

第十章 微生物药物的质量管理与控制 1、掌握GMP管理对厂房、设备及卫生的要求。 GMP（《药品生产质量管理规范》）是指从负责指导药品生产质量控制的人员和生产操作者的素质到生产厂房、设施、建筑、设备、仓储、生产过程、质量管理、工艺卫生、包装材料与标签，直至成品的贮存与销售的一整套保证药品质量的管理体系。

实施GMP的目的：是为了保护消费者的利益，保证人们用药的安全有效。同时也是为了保护药品生产企业，强化药品监督管理。GMP使药品生产企业有法可依，有法必依，执行GMP是药品生产企业生存和发展的基础。GMP也使药品监督管理部门对药品生产企业的检查有了依据，监督有法可依。

GMP总则：厂址及总图、药品生产区域的环境参数、工艺布局及厂房、设备选型及安装、空气净化系统、工艺用水系统、生产辅助设施、机构和人员。

厂房与设施：药品生产企业必须有整洁的生产环境；行政、生活和辅助区的总体布局应合理，不得互相妨碍。厂房应有防止昆虫和其它动物进入的设施。

在设计和建设厂房时，应考虑使用时便于进行清洁工作。洁净室（区）的内表面应平整光滑、无裂缝、接口严密、无颗粒物脱落，并能耐受清洗和消毒，墙壁与地面的交界处宜成弧形或采取其它措施，以减少灰尘积聚和便于清洁。

洁净室（区）的管理需符合下列要求:①洁净区内人员数量应严格控制。对进入洁净区的临时外来人员应进行指导和监督。②洁净区与非洁净区之间必须设置缓冲设施，人、物流走向合理。③100级洁净区内不得设置地漏，操作人员不应裸手操作，当不可避免时，手部应及时消毒。④10,000级洁净区使用的传输设备不得穿越较低级别区域。⑤100,000级以上区域的洁净工作服应在洁净区内洗涤、干燥、整理，必要时应按要求灭菌。

2、GMP洁净区（室）的洁净等级：100级、10000级、100000级、300000级

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