单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,,*,,,,,*,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,,*,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,,*,Click to edit Master title style,,Click to edit Master text styles,,Second level,,Third level,,Fourth level,,Fifth level,,*,,微生物制药绪论简洁k,生物制药的概念和研究内容,概念：生物制药是指利用生物体或生物过程生产药物的过程,,,研究内容：,,1-发酵工程制药 2-基因工程制药,,3-细胞工程制药 4-酶工程制药,,,1-发酵工程制药,,,发酵工程制药是微生物学，生物化学和化学工程学的有机结合，是利用微生物的特定形状，通过现代工程技术在生物反应器中生产药用物质的一种技术。
它是生物技术的支柱发酵工程技术可用于抗生素，氨基酸类药物，核酸类药物，维生素等药物的生产2-基因工程制药,,,通过DNA重组技术，将外源DNA与载体连接形成重组体，然后将重组体转入宿主细胞进行高效表达，获得利用传统技术难以得到的珍贵药品基因工程药物主要包括重组蛋白药物，多肽药物，反义核酸药物，DNA药物和基因工程抗体等我国从20世纪80年代初开始基因工程药物的开发研究2-基因工程制药,,目前，基因工程和细胞工程两大技术出现互相渗透，通过基因操作，可获得具有新遗传特性的转基因动-植物体，用于生产转基因药物目前研究发展的大方向）,,,,,3-细胞工程制药,,,以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传特性，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术细胞工程制药包括： A-动物细胞工程制药,,B-植物细胞工程制药,,,A-动物细胞工程：采用细胞培养，细胞融合，单克隆抗体等技术生产多种蛋白质药品，如疫苗，干扰素，单抗等B-植物细胞工程：应用植物组织培养和植物体细胞杂交技术制备细胞因子和重组DNA产品4-酶工程制药,,,利用酶的催化性质，动力学性质，可固定性质生产一种药物或药物中间体。
优点：,,利用酶特性进行药物生产，可以克服药物在化学合成过程中出现的许多不可避免的缺点简化生物工程下游技术的操作难度，节约工业化生产成本第一节 微生物药物与微生物制药,抗生素的定义（Waksman ，1942）,,,“抗生素是微生物在其代谢过程中所产生的、具有抑制或杀灭其它微生物性能的化学物质抗生素的一般定义,“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、是在微生物生命过程中产生的具有生物活性的次级代谢产物及其衍生物抗生素与抗菌药物的区别,完全通过化学合成方法制备的磺胺类、氟喹诺酮类和恶唑烷酮类等抗细菌药物，以及像酮康唑类抗真菌药物被称之为抗菌药物，而不属于抗生素的范畴而对于像磷霉素和氯霉素这些原来是来源于微生物的次级代谢产物，但由于结构简单而用化学合成的方法代替微生物发酵法来生产制备的品种，以及像源于微生物次级代谢产物硫霉素，后完全用化学合成方法制备的一系列碳青霉烯类β-内酰胺抗生素等，通常将其归纳在抗生素的范畴微生物药物的定义,由微生物（包括重组微生物）在其生命活动过程中产生的、在低微浓度下具有生理活性的次级代谢产物及其衍生物包括：具有抗微生物感染、抗肿瘤和抗病毒的所谓传统的抗生素,以及具有调节原核生物和真核生物生长、复制等生理功能的特异性酶抑制、免疫调节、受体拮抗、抗氧化等作用的化学物质。
微生物制药定义,,,,利用微生物技术，通过高度工程化的新型综合技术，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，通过分离纯化技术进行提取精制，并最终制剂成型来实现药物产品的生产微生物药物的分类,,微生物药物通常按其化学本质和化学特征进行分类主要分为右侧6类==》,,6治疗酶及,,酶抑制剂,5甾体类,,激素,4维生素,,类药物,3核酸类药物,2氨基酸,,类药物,1抗生素,,类药物,微生物药物,,分6大类,,,1-抗生素类药物,,何谓抗生素？,,,-----抗生素是在低微浓度下能抑制或影响活的有机体生命过程的次级代谢产物及其衍生物目前各国实际生产和应用于医疗的抗生素大约有120种，各种半合成衍生物及盐类约230种抗生素类型,,A-抗细菌型抗生素,,,eg:青霉素，红霉素，四环素等青霉素图片,,,,,,亚历山大·弗莱明,,,１９５３年５月，中国第一批国产青霉素诞生，揭开了中国生产抗生素的历史截至２００１年年底，我国的青霉素年产量已占世界青霉素年总产量的６０％，居世界首位 .,,,,,,,,右图为青霉素分子结构,,,B-抗真菌型抗生素,,,eg:两性霉素B，制霉菌素，灰黄霉素等。
两性霉素B(,二性霉素B,),,作用与用途：为多烯类抗真菌抗生素，通过影响细胞膜通透性发挥抑制真菌生长的作用临床上用于治疗严重的深部真菌引起的内脏或全身感染,两性霉素B副作用,,,,1 毒性较大，可有恶心、呕吐、食欲不振、发热、寒战、头痛等不良反应静脉给药可引起血栓性静脉炎2 对肾性毒性较常见，可出现蛋白尿、管型尿3 白细胞下降、贫血、血压下降或升高，周围神经炎、复视和肝损害C-抗肿瘤型抗生素,,eg:丝裂霉素，诺卡霉素等作用与用途：慢性淋巴瘤，慢性骨髓性,白血病,，胃癌，结肠、,直肠癌,，肺癌，胰癌，,肝癌,，子宫颈癌，子宫体癌，乳癌，头颈部肿瘤，,膀胱肿瘤,D-抗病毒抗生素,,,,,eg:阿糖腺苷，金刚烷胺等金刚烷胺--英文名称：Amantadine,,,中文别名：,三环癸胺,、,三环葵胺,、盐酸金刚烷胺盐酸金刚乙胺颗粒）,,,,2-氨基酸类药物,,,A-复方氨基酸输液，,,B-治疗性药物,,C-多肽类药物A-复方氨基酸输液可用于改善患者在手术前的营养状态，也可以作为消化吸收障碍患者的营养原料，还可在临床上作为血浆的代用品B-治疗性药物,,eg:消化道疾病，呼吸道疾病等R是可变基团）,,,,,B1、必需氨基酸,,,①,赖氨酸,（Lysine ）：促进大脑发育，是肝及胆的组成成分，能促进脂肪代谢，调节松果腺、乳腺、黄体及卵巢，防止细胞退化； ②,色氨酸,（Tryptophan）：促进,胃液,及,胰液,的产生； ③,苯丙氨酸,（Phenylalanine）：参与消除肾及膀胱功能的损耗； ④,蛋氨酸,（又叫甲硫氨酸）（Methionine）；参与组成,血红蛋白,、组织与血清，有促进脾脏、胰脏及淋巴的功能；,,,,,⑤,苏氨酸,（Threonine）：有转变某些氨基酸达到平衡的功能；,,⑥,异亮氨酸,（Isoleucine ）：参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢；脑下腺属总司令部作用于甲状腺、性腺； ⑦,亮氨酸,（Leucine ）：作用平衡异亮氨酸； ⑧,缬氨酸,（Valine）：作用于黄体、乳腺及卵巢。
9.,精氨酸,（arginine） 10.组氨酸histidine,,人体虽能够合成Arg和His，但合成的量通常不能满足正常的需要，因此，这两种氨基酸又被称为,半必需氨基酸,前8种人体必需氨基酸的记忆口诀,,,笨蛋来宿舍，晾一晾鞋,,,,笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）来（赖氨酸）宿（苏氨酸）舍（色氨酸），晾（亮氨酸）一晾（异亮氨酸）鞋（缬氨酸）,,B2、非必需氨基酸指人（或其它脊椎动物）自己能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸例如,甘氨酸,、丙氨酸等氨基酸C-多肽类药物,,,eg:谷胱甘肽（GSH），对糖尿病，肝病等有一定的疗效生产方法—发酵法和酶转化法Eg：发酵法是指经净制或处理后的药物，在一定的温度和湿度条件下，由于霉菌和酶的催化分解作用，使药物发泡发芽的炮制方法3-核苷酸类药物,,,体内合成核酸的前身物，并作为核酸的组成成分参与生物的遗传、发育、生长等基本生命活动；,,,以游离形式存在的核苷酸：,,,三磷酸腺苷,在细胞能量代谢中起着主要的作用；,,,三磷酸尿苷,、三磷酸胞苷及,三磷酸鸟苷,是有些物质,合成代谢,中能量的来源；,,某些辅酶，如辅酶Ⅰ、Ⅱ及辅酶A等的组成成分；,,,,在临床上，核苷酸类药物可用于治疗恶性肿瘤，病毒感染和遗传性疾病。
4-维生素类药物,,,维生素是一类维持正常生命活动所必需的小分子有机化合物，需要量很少，但是大都不能自身合成维生素又名,维他命,5-甾体类激素,,,类固醇类物质，通常指：肾上腺皮质激素、雄激素、雌激素非甾体类药物主要：双氯芬酸类、布洛芬类、COX2抑制剂类5-甾体类激素,甾体类药物一般采用化学合成和微生物转化法相结合的方法生产eg:雌醇雄酮，醋酸泼尼松，氢化可的松（皮质醇），醋酸可的松等在临床上可用于治疗风湿性关节炎，控制炎症6-治疗酶及酶抑制剂,,,治疗酶—主要有助消化酶，消炎酶，心血管疾病治疗酶，抗肿瘤酶类以及其它酶类eg:蛋白酶，天冬酰胺酶，尿激酶等酶抑制剂,,抑制抗生素钝化酶的抑制剂；,,抑制来自动物体的酶eg:有些可以降低血压，有些可以阻止血糖上升，如淀粉酶抑制剂能在服用糖时达到阻止血糖浓度增加的目的即糖尿病）,,,微生物药物学的研究内容,微生物药物生物合成的代谢调控；,,产物的分离纯化；,,作用机制和耐药机制的研究；,,产生菌的菌种选育；,,寻找新微生物药物的方法和途径等第二节 从抗生素到微生物药物的发展概况,1、传统微生物制药技术的产生,,1676，荷兰人制造显微镜；,,19世纪60年代，发酵由微生物引起；,,19世纪末到20世纪40年代，以微生物发酵生,,产产品；,,20世纪40年代以后，抗生素大量生产，微生,,物制药进入新阶段。
2、现代微生物制药技术的产生,,20世纪70年代重组DNA技术的产生,,,3、中国微生物制药业的发展,,1953年青霉素在上海第三制药厂正式投产,,,第二节 从抗生素到微生物药物的发展概况,,,微生物药物的重要地位,来源于微生物次级代谢的生理活性物质具有独特的化学结构，其作为先导化合物开发成为药物的可能性大大地增加最近几年，我国政府把中药现代化作为开发自主知识产权新药的“重中之重”，因为中药资源是我国特有的资源，从中发现新药的可能性极大同样，960万平方公里领域中的微生物资源也是我国特有的资源，从中发现微生物新药的可能性也是极大的开创抗生素时代的渊源,1876年，发现“Tyndall现象”的物理学家Tyndall曾记载过青霉菌属的一个菌株对细菌的生长有抑制作用，但他认为青霉菌的作用是妨碍细菌吸收氧气;,,,1877年，Pasteur和Jonbert发现空气中某些细菌能够抑制炭疽杆菌的生长，但他们的注意力似乎集中在免疫学上面，而未注意到细菌间的拮抗作用开创抗生素时代的渊源,1885年，Babes用固体培养基及液体培养基试验出一种微生物可以产生一种物质来阻止另一种微生物的生长1887年，Garre记述了用明胶培养基检测拮抗性细菌的方法。
1889年，Bouchard注意到铜绿假单胞菌有拮抗其他细菌的能力1894年，Мечииков 研究了微生物间的拮抗作用并指出：,“散布在自然界和人类机体内的微生物，会在对抗传染病的斗争中给予我们很大的帮助”他建议应用乳酸杆菌来抑制在肠中生长的腐败微生物他又详细描述了细菌给予霍乱弧菌的影响致使霍乱弧菌变成巨大的细胞这种细菌细胞受到细菌代谢产物作用而引起的形态学上的变化，在其后研究青霉素的作用机制时也有发现图1-1 细菌间的相互作用使霍乱弧菌的细胞形态发生改变,,1、正常的霍乱弧菌 2、受球菌作用后的霍乱弧菌,,,,,微生物产生拮抗作用的可能原因,1、,营养物质被消耗2、培养基的理化性质被改变3、微生物产生的酶的作用4、产生毒物或抗生素5、空间的争夺抗生素时代的开创,——青霉素发现的前后（1916~1940年）,,1912年，从某种真菌中分离得到曲酸,,1913年，从上述真菌中分离得到青霉素酸,,1924年，报道白放线菌素和绿脓菌蓝素,,1927年，报道紫色杆菌素,,1929年，报道青霉素（但不受重视）,,1931年，发现橘霉素,,1936年，枝霉粘毒素,,1939年，Dubos发现短杆菌素,,,,抗生素时代的开创,——青霉素的发现,图1-2 污染的青霉菌抑制周围葡萄球菌的生长,,,青霉素发现者 Alexander Fleming,,,抗生素时代的开创——青霉素的发现,1929年，Fleming偶尔发现音符型青霉菌对葡萄球菌有拮抗作用。
这种青霉菌的液体培养液能够抑制或杀死多种病原菌，并得到了粗品但没有做进一步的研究1932年Clutterbuck,，1935年Reid对这种青霉菌的代谢产物进行过研究，都认为其性质不稳定而不值得研究另外，当时都热衷于飞黄腾达的磺胺类药物的研究而将其放弃青霉素的发现,——Florey and Chain的作用,Florey是使青霉素重见天日的中心人物，他早期邀请Chain研究Fleming发现的具有抗菌作用的溶菌酶，从而熟悉了关于自然界的抗生物质的大量文献他们计划系统研究这些抗生物质的动机有两个：,,一是他们的研究兴趣（这是主要的）；,,二是当时的资助即将结束，而目前申请的课题对医药又有一定的用途，容易获得资助青霉素的发现,——Flory and Chain具体选择 青霉素研究的原因,第一，Fleming已经指出青霉素对葡萄球菌有抗菌作用，他用纯度不到5%的粗品进行小鼠实验，取得了惊人的效果而当时普遍使用的磺胺药对葡萄球菌相对来说已经没有作用第二，青霉素是一个不稳定的化学物质，对作为生物化学家的Chain来说具有挑战性，他希望在青霉素提纯过程中有所创新青霉素的发现,——希特利的功劳,由于Chain受溶菌酶的影响，认为青霉素也是一种蛋白质，故一直得不到纯品。
希特利发明了反萃取，得到了纯度很高的青霉素抗生素时代的开创,——青霉素的工业化生产,1941年，美国政府邀请Chain和Florey到美国帮助开发青霉素的生产最早采用牛奶瓶固体培养后分离提取抗生素时代的开创,——实现青霉素工业化生产的主要贡献,1、有机酸等浸没深层发酵技术已经成熟2、用X-线照射进行青霉素菌种的诱变育种取得了成功3、使用玉米浆发酵使青霉素发酵单位有了很大的提高抗生素发展的黄金时代,,研究系统化——进行了有目的、有计划的科学研究，并且所使用的方法也十分严谨；,,,生产方法工业化——建立了大规模的抗生素制药工业，且产品达到一定的纯度以及有明确的作用和疗效；,,,传染病治疗方式的改变——推广了化学治疗的范围并开辟了新的用途链霉素发现者Worksman,,,表1-1 早期发现并在临床应用的一些重要的抗生素品种,抗生素,,名称,产生菌,年份,能被抑制的主要病原体,临床给药方法,青霉素,青霉菌,1929,革兰氏阳性细菌和部分阴性细菌,注射、口服及外用,灰黄霉素,青霉菌,1939,发癣菌及表皮癣菌,口服、外用,短杆菌素,短杆菌,1939,革兰氏阳性球菌,外用,链霉素,链霉菌,1944,革兰氏阳性及阴性细菌、结核杆菌,注射、外用,氯霉素,链霉菌,1947,同上、立克次氏体及部分病毒,口服、外用,多粘菌素,多粘杆菌,1947,革兰氏阴性细菌,注射、外用,金霉素,链霉菌,1948,革兰氏阳性及阴性细菌、立克次氏体及部分病毒和原虫,口服、注射,新霉素,链霉菌,1949,革兰氏阳性及阴性细菌、结核杆菌,局部,制霉菌素,链霉菌,1950,白念珠菌、酵母菌、阿米巴,口服、局部,土霉素,链霉菌,1950,同金霉素,口服、注射,,,粘菌素,细菌,1950,革兰氏阴性细菌,口服、注射,四环素,链霉菌,1952,同金霉素,口服、注射,曲古霉素,链霉菌,1952,白念珠菌、阴道滴虫、酵母菌,口服、局部,红霉素,链霉菌,1952,革兰氏阳性及阴性细菌、立克次氏体及部分病毒,口服,碳霉素,链霉菌,1952,同上,口服,抗癌霉素,链霉菌,1953,吉田氏肉瘤细胞,注射,竹桃霉素,链霉菌,1954,同红霉素,口服,新生霉素,链霉菌,1955,革兰氏阳性细菌,口服、注射,环丝氨酸,链霉菌,1955,革兰氏阳性细菌及结核杆菌,口服,两性霉素B,链霉菌,1956,白念珠菌等,口服、注射,万古霉素,链霉菌,1956,革兰氏阳性细菌,口服,丝裂霉素,链霉菌,1956,癌及革兰氏阳性细菌,注射,巴龙霉素,链霉菌,1956,革兰氏阳性细菌及结核杆菌,注射,卡那霉素,链霉菌,1958,革兰氏阳性细菌及结核杆菌,注射,利福霉素,链霉菌,1959,革兰氏阳性细菌及结核杆菌,口服、注射,,,其他抗生素的发展,抗肿瘤抗生素柔红霉素、丝裂霉素C、博莱霉素；,,,抗虫抗生素盐霉素、莫能菌素、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等都是目前具有应用价值的天然抗生素。
抗生素的发展——,历年上市的新抗生素数量,,年代,1940～1950,1960s,1970s,1980s,1990s,2001后,合计,产品总数,47,56,52,30,26,6,217,修饰品数,5,28,46,27,25,6,137,,,抗生素的发展—— 2001年以来上市的新抗生素 (6种),,抗生素名称,,(英文名),商品名,开发单位,首先,,上市,备注,泰利霉素(telithromycin),Ketek,Aventis,法国(2001),酮内酯(由红霉素修饰),比阿培南(biapenem),Omegacin,Wyeth-Laderly,日本(2002),碳青霉烯(硫霉素衍生物),厄他培南(ertapenem),Invanz,Merck & Co.,美国(2002),碳青霉烯(硫霉素衍生物),达托霉素(daptomycin),Dapcin,Cubist Pharmac.,美国(2003),酯肽(由A-21978C修饰),卡帕芬净(caspofungin),Cancidas,Merck & Co.,美国(2001),脂肽(由Pneumocandin B0修饰),米卡芬净(micafungin),Funguard,藤泽药品,日本(2002),脂肽(由Pneumocandin A0修饰),,,,,半合成抗生素的发展,抗生素类别,50年代,60年代,70年代,80年代,90年代,合计,青霉素类,4（2）,12（12）,15（15）,6（6）,1（1）,38（36）,头孢菌素类,,6（6）,23（23）,10（10）,11（11）,50（50）,碳青霉烯类,,,,1（1）,2（2）,3（3）,单环内酰胺类,,,,2（2）,,2（2）,氨基糖苷类,6（0）,5（5）,6（2）,3（2）,1（1）,21（5）,大环内脂类,4（0）,3（1）,4（2）,2（2）,2（2）,15（7）,林可霉素类,,2（1）,1（1）,,,3（2）,四环素类,4（0）,5（5）,,,,9（5）,氯霉素类,3（3）,1（1）,,,,4（4）,多肽类,7（0）,2（0）,,2（0）,,11（0）,安莎类,1（0）,1（1）,1（1）,1（1）,1（1）,5（4）,抗真菌抗生素,12（0）,3（0）,,,,15（0）,抗肿瘤抗生素,1（0）,14（0）,2（2）,3（3）,1（1）,21（7）,其他抗生素,5（0）,2（0）,,,,7（0）,合计,47（5）,56（28）,53（46）,30（27）,19（19）,204（125）,合成品占有率（％）,10.64,50,88.46,90,100,61.27,,,半合成抗生素的发展,,——6-APA的发现,大量使用青霉素而引起的严重的细菌耐药性问题。
1959年，英国的Chain利用大肠杆菌酰胺酶裂解青霉素G获得了6-氨基青霉烷酸（6-aminopenicillanic, 6-APA）.,,,同年，英国Beecham公司从6-APA合成了苯乙青霉素，以后又合成了一系列具有抗耐药菌作用的半合成青霉素,,,,半合成抗生素的发展,,——7-ACA的发现,受半合成青霉素研究成功的启发，英国Glanxo公司的研究人员，从低活性的头孢菌素C经化学裂解得到了7-氨基头孢烷酸（7-aminocephalosporin acid, 7-ACA）从此，半合成头孢菌素的工作开始活跃起来，并大大地推动了整个天然抗生素结构改造工作的开展目前临床使用的抗感染抗生素中，发达国家beta-内酰胺类占60%以上，我国占20~30%左右,,,化学修饰的目的——,1）扩展抗菌谱的修饰,通过向青霉素G侧链导入氨基等的修饰，开发出氨苄西林(ampicillin)与阿莫西林(amoxicillin)等广谱青霉素；,,,向侧链导入羧基等的修饰，研制出对铜绿假单胞菌等难控制的革兰阴性菌也有良好作用的抗菌谱更广的羧苄西林(carbenicillin)与磺苄西林(sulbenicillin)，继而开发出哌拉西林(piperacil- lin)与美洛西林(mezlocillin)等活性更强的广谱青霉素。
化学修饰的目的——,2）增强抗菌活性的修饰,,天然头孢菌素C、头霉素(cephamycins)与头菌素(cephabacins)抗菌谱广，但抗菌活性极低，都不能应用经过适当的修饰非但提高了抗菌活性，而且扩展了抗菌谱临床应用的头孢菌素类抗生素已由第一代发展到第四代，成为当前最重要的一类抗感染药物化学修饰的目的——,,2）增强抗菌活性的修饰,,利用超敏感菌株筛选出的磺酰胺菌素(sulfazecin)等单环β-内酰胺类化合物抗菌活性低微，不能应用经过大量结构修饰，筛选出的安曲南(azteronam)与卡鲁莫南(carumonam)具有很强抗革兰阴性细菌，包括铜绿假单胞菌活性，已临床应用化学修饰的目的——,2）增强抗菌活性的修饰,,去掉土霉素的6位氧，制得多西环素(doxycycline)，抗菌谱同四环素，但抗菌活性比四环素强2～8倍将四环素4位的二甲氨基再导入7位，合成出米诺环素(minocycline)，抗菌活性比四环素强8～12倍化学修饰的目的——,3）克服耐药性的修饰,（,降低底物对酶的结构适应性）,,,①向青霉素分子中受β-内酰胺酶攻击部位附近导入障碍性基团，使酶难与之结合，从而保护青霉素免遭分解。
例如：,,甲氧西林、萘夫西林、苯唑西林、氯唑西林、二氯西林、氟氯西林等都在β-内酰胺基附近有甲氧基、乙氧基、苯基等空间位阻较大的基团，对青霉素酶稳定，用于治疗产青霉素酶的金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌感染化学修饰的目的——,,3）克服耐药性的修饰,（,降低底物对酶的结构适应性）,②向侧链导入Z-氧亚胺基(肟基)或O-烷基取代的肟基，可增强对广谱β内酰胺酶的稳定性如头孢呋辛(cefuroxime)、头孢噻肟(cefotaxime)与头孢地尼(cefdinir)等氨噻肟型第三代以及第四代头孢菌素等，但可被超广谱β内酰胺酶(氧亚胺β内酰胺酶)分解化学修饰的目的——,3）克服耐药性的修饰,（,降低底物对酶的结构适应性）,③向β-内酰胺环上引入甲氧基或甲酰氨基，增强酶稳定性例如：,,头孢西丁(cefoxitin)、头孢美唑(cefmetazole)、头孢替坦(cefotetan)、头孢拉腙(cefbuperazone)与头孢米诺(cefminox)等头霉素对超广谱β-内酰胺酶稳定化学修饰的目的——,3）克服耐药性的修饰,（,消除钝化酶作用基团）,,选择地消去氨基糖苷分子中的某些羟基、烷化氨基或以羟基氨基酸酰化特定的氨基可有效地克服耐药性：,,,地贝卡星(dibekacin, 双去氧卡那霉素B)；,,奈替米星(netimicin, N-乙基西梭霉素)；,,阿米卡星(amikacin，氨羟丁酰卡那霉素)；,,阿贝卡星(arbekacin)是地贝卡星的1位氨基被(S)-4-氨基-2-羟基丁酰化的新衍生物，活性比阿米卡星强，特别对MRSA有强大的抗菌力，,MIC,50与,MIC,90分别为0.39与1.56μg/ml，是一抗MRSA的氨基糖苷。
化学修饰的目的——,3）克服耐药性的修饰,（,增辟新作用点,）,,3位为酮基的十四元大环内酯－酮内酯有两个以上的作用点例如：,,泰利霉素对大环内酯耐药菌，尤其对肺炎球菌有很强作用，于2001年上市化学修饰的目的——,3）克服耐药性的修饰,（,增辟新作用点,）,例如：,,赛霉素(cethromycin, ABT-773)是进入临床试验的第二个酮内酯，性能与泰利霉素相似，对大环内酯敏感与耐药的肺炎链球菌、化脓性链球菌有良好作用，对流感嗜血杆菌、卡拉莫拉菌、奈瑟菌属、李斯特菌、葡萄球菌(MSSA)、肺炎支原体、衣原体、军团菌、幽门螺杆菌、棒状杆菌与革兰阳性厌氧菌亦有较好作用，对鸟分枝杆菌有中度作用，t,1/2,3.6~6.7,h,，血清蛋白结合率90%，预期疗效与泰利霉素相似A-217213抗肺炎链球菌包括耐大环内酯的菌株活性比泰利霉素强，对金黄色葡萄球菌亦有较强活性化学修饰的目的——,3）克服耐药性的修饰（,增辟新作用点,）,向四环素类抗生素的9位引入甘氨酰氨基得到的甘氨环素类(glycylcyclines)对起源于核糖体保护与外排机制的耐药菌都有作用其中替吉环素(tigecycline，叔丁基甘氨酰氨基米诺环素，GRA-936)在低浓度(≥0.12μg/ml)下，即可抑制四环素的高度耐药菌(,MIC,≤128μg/ml)，对临床分离的重要致病菌(包括耐四环素、糖肽与氟喹诺酮类的革兰阳性菌)有广泛活性，对MRSA、耐青霉素肺炎链球菌(PRSP)与耐万古霉素肠球菌(VRE)的,MIC90,分别为0.5、0.03与0.12μg/ml，优于万古霉素、共杀菌素(synercid)与利奈唑酮(linezolid)，口服300mg，C,max,2.8μg/ml，AUC 17.9μg.,h,/ml，t,1/2,长达36,h,, 已进入III期临床试验。
化学修饰的目的——,3）克服耐药性的修饰（增辟新作用点）,,,,,化学修饰的目的——,3）克服耐药性的修饰 （增强青霉素结合蛋白(PBPs)亲和力的修饰）,,向β-内酰胺类抗生素分子中导入适当的亲脂性取代基，探索既增强PBP2a亲和力，又不过分增大血清蛋白结合率的物质新头孢菌素MC-02479对革兰阳性菌有很强抗菌活性，抗MRSA、粪肠球菌与肺炎链球菌的,MIC,分别为0.25~4、0.06~0.5与0.008~1μg/mlBMS-247243对MRSA的,MIC90,为4μg/mlNB-2001抗MRSA活性比万古霉素强，S-3578对MRSA疗效与万古霉素相似，TAK-599对MRSA的,MIC,为0.88~4.72μg/ml4）改善药物动力学性能的修饰,,适当地结构修饰可改善抗生素的药物动力学性质，如增强稳定性，改善吸收，提高血药浓度，延缓消除半衰期和提高生物利用度等4）改善药物动力学性能的修饰,——增强稳定性的修饰： （1）消除四环素分子中不稳定部分,,四环素遇酸，6位羟基与5a位氢脱水形成去水四环素(anhydrotetracycline)失去抗菌活性经修饰除去6位羟基的6-甲烯基土霉素(美他环素, methacycline)，6-去氧土霉素(多西环素, doxycycline)，米诺环素(minocycline)以及全合成的6-去甲基-6-去氧-6-硫杂四环素(硫四环素，thiatetracycline)等对酸稳定并兼具优异的药物动力学性能。
4）改善药物动力学性能的修饰,——增强稳定性的修饰： （2）消除红霉素分子中不稳定部分,,红霉素的6-羟基与9-羰基在酸性下易缩合形成6,9-半缩酮，进而失水转化成脱水红霉素与6,9;9,12-螺缩酮而失去抗菌活性适当地修饰参与上列反应的有关基团，如6-羟基，9-羰基，12-羟基乃至8位质子，均可阻断此降解反应，提高对酸的稳定性将红霉素的6-羟基转变为6-甲氧基的克拉霉素(clarithromycin)；,,,红霉素9-羰基肟醚化的罗红霉素(roxithromycin)；,,红霉素肟经Beckmann重排、N-甲基化制得的阿奇霉素(azithromycin) 9-红霉胺经进一步修饰筛选出的地红霉素(dirithromycin)等对酸稳定，药物动力学性能都有明显改善，称为第二代大环内酯抗生素4）改善药物动力学性能的修饰,——增强稳定性的修饰： （3）消除头孢菌素分子中不稳定部分,,头孢菌素3-位乙酰氧基在体内被酯酶或非酶水解，降解成羟基化合物，使抗菌活性大幅度降低将R改变成H、烷基、烯基、烷氧基、卤素等可阻断此种降解，而保持抗菌活性以适当的含氮杂环基团取代，非但可阻断水解，而且可增强抗菌活性。
以适当的带有季氮的杂环取代，与4-位羧基形成内盐，除阻断代谢降解，增强抗菌活性之外，还可以增大水溶性，提高胞膜穿透力第四代头孢菌素都是这样的化合物4）改善药物动力学性能的修饰,——增强稳定性的修饰：（4）硫霉素稳定化修饰,,硫霉素(thienamycin)极不稳定，甚至10μg/ml以上浓度自身即加速分解经化学修饰获得的亚胺培南(imipenem)增强了稳定性，可注射给药抗菌谱广，抗菌活性强，是当前临床评价最高的抗生素之一4）改善药物动力学性能的修饰,改善吸收提高血药浓度的修饰 （1）制备前药改善口服吸收,有些抗生素口服吸收差，制成适当的前药，可增加口服吸收率，提高血药浓度口服氨苄西林250mg，T,max,2.0,h,，C,max,仅为1.7μg/ml，制成前药叔丁酰氧基甲酯(ampicillin pivoxil)，口服同样剂量，T,max,1.5,h,，C,max,为5.5μg/ml头孢帕肟口服吸收率为9.4%，C,max,为0.62μg/ml，其前药头孢帕肟乙酰氧基乙酯(cefpodoxime proxetil)口服吸收率提高到58.1%，C,max,可达8.4μg/ml制备氨苄西林前药改善口服吸收,,,合成头孢菌素酯型前药改善口服吸收,,,4）改善药物动力学性能的修饰,改善吸收提高血药浓度的修饰 （2）引入适当基团提高血药浓度,,向苯唑西林的苯环上导入氯或氟，可提高血药浓度，如邻氯西林(cloxacillin)、二氯西林(dicloxacillin)、氟氯西林(flucloxacillin)等异恶唑类青霉素对青霉素酶稳定，血药浓度明显高于苯唑西林，用于治疗产生青霉素酶的金黄色葡萄球菌感染。
林可霉素口服吸收差，且易受进食影响将其7(R)-羟基转变成7(S)-氯的克林霉素，口服与肌肉注射后形成的血药浓度都有明显提高引入适当基团提高血药浓度,,药物 R R’ 剂量(mg) 血药浓度(μg/ml),,苯唑西林 H H 500 4.9,,邻氯西林 H Cl 500 9.2,,二氯西林 Cl Cl 250 9.3,,氟氯西林 F Cl 250 8.8,,,林可霉素口服吸收差，且易受进食影响将其7(,R,)-羟基转变成7(,S,)-氯的克林霉素，口服与肌肉注射后形成的血药浓度都有明显提高给药途径 口服 肌肉注射,,抗生素 剂量 T,max,C,max,剂量 T,max,C,max,t1/2,,林可霉素 500mg 2,h,2.6μg/ml 600mg 0.5,h,1.0μg/ml 4~6,h,,克林霉素 300mg 0.75~2,h,4μg/ml 300mg 26μg/ml 3.5,h,,,4）改善药物动力学性能的修饰,改善吸收提高血药浓度的修饰：（3）修饰侧链提高生物利用度,,酯肽类抗生素A-21978不吸收，经,Actinoplanes utahensis,脱去N-末端的脂肪酸，再重新葵酰化，开发出新抗生素达托霉素(daptomycin)。
该抗生素能改变细菌细胞膜电位，阻断细胞膜输送氨基酸主要抗革兰阳性细菌，包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐万古霉素的肠球菌(VRE)等革兰阳性耐药菌，t,1/2,8.5~9,h,，24,h,尿中排泄出60%，蛋白结合率92%2003年美国FDA批准用于革兰阳性菌，MRSA与VRE等所致皮肤感染4）改善药物动力学性能的修饰,延缓消除半衰期的修饰,,利福霉素中的利福平的消除半衰期(t,1/2,)为2~3,h,，进一步修饰得到的利福定t,1/2,为4~5,h,，利福喷丁为18~30,h,，利福布丁为36~45,h,，而利福拉吉则长达55~60,h,亚胺培南等碳青霉烯类抗生素消除半衰期较短，亚胺培南、帕尼培南与美洛培南分别为54min、60min与70min，经修饰筛选出的厄他培南(ertapenam)消除半衰期延至3.3~4,h,，1日静注1次治疗严重感染获得良好疗效碳青霉烯类抗生素抗菌谱广，抗菌活性强，且对多数β-内酰胺酶(包括超广谱β-内酰胺酶)稳定，但消除半衰期较短碳青霉烯 亚胺培南 帕尼培南 美洛培南 t1/2 54,min.,60,min,. 70,min.,,近年经修饰制得的厄他培南(ertapenem) t1/2延长到3.3～4,h,。
5）降低毒副反应的修饰,为改善氨苄西林口服吸收，曾将其羧基酯化制成前药，有些已临床应用但有的品种在消化道内水解可产生醛(甲醛或其他醛)而引起消化系统症状临床评价指出：水解不产生醛的前药如棱氨西林（lenampicillin）等消化系统副作用轻微5）降低毒副反应的修饰,早期的碳青霉烯有一定中枢神经毒性，可引起痉挛构效关系研究表明：中枢神经毒性与2位含氮取代基有关例如：,,直接向鼠脑中注入亚胺培南(imipenem)引起间歇性与强直性痉挛的ED,50,分别为11与17μg/小鼠，注入培尼培南(penipenem)引起间歇性与强直性痉挛的ED,50,分别为29与41μg/小鼠，经过修饰获得的比阿培南(biapenem)直接注入鼠脑 >300μg/小鼠亦不引起间歇性与强直性痉挛，临床应用中从未出现中枢神经毒性反应直接向鼠脑中注入碳青霉烯引起痉挛的ED,50,,,碳青霉烯 间歇性痉挛 强直性痉挛,,亚胺培南(Imipenem) 11,μg/鼠 17 μg/鼠,,培尼培南(Penipenem) 29 41,,比阿培南(Biapenem) >300 >300,,,,比阿培南(Biapenem, Omegacin® ),,,抗菌活性：抗G+活性相当于亚胺培南的1/2~1/4。
抗G－活性比亚胺培南强，抗铜绿假单胞菌,,,活性比亚胺培南强2倍酶稳定性：对β-,内酰胺酶包括超广谱β-内酰胺酶稳,,定，对肾脱氢肽酶比美洛培南稳定，,,药动力学：C,max,8.8μg/ml (静滴150mg), t 1/2 1,h,，24,h,尿,,中排除60~70%, 血清蛋白结合率3.7~10.2%,,临床疗效：各科感染有效率87.7% (1101/1255),,不良反应：2.2% (29/1340)，未出现中枢神经症状0.3g×2/d iv),,,5）降低毒副反应的修饰,脂肽类抗生素毒性大，且有溶血作用，不能临床应用修饰酯肽肺囊康定（pneumocandin）B0与A0分别开发出卡帕芬净（caspofungin）与米卡芬净（micafungin）两者均为1,3-葡聚糖合成酶抑制剂，作用于真菌细胞壁，具有良好抗真菌活性，且不与现有的抗真菌药物交叉耐药，毒副反应远低于作用于真菌细胞膜的两性霉素B等多烯类抗生素，已分别于2001与2002上市，用于治疗侵袭性曲霉菌病与念珠菌病6）适应制剂需要的修饰,有些抗生素为了适应制剂要求，需进行必要的修饰例如：,,红霉素、氯霉素味苦，经修饰制成无味红霉素(2‘-O-丙酰红霉素十二烷基硫酸盐)与无味氯霉素(氯霉素棕榈酸酯)便于服用。
四环素经Mannich反应制得的吡咯烷甲基四环素（rolitetracycline）水溶性大，便于注射应用抗生素的结构修饰的重要性,抗生素结构的适当修饰，可扩展天然抗生素的抗菌谱、增强抗菌活性、克服耐药性、改善药物动力学性能与降低毒副反应，但不是所有抗生素经过修饰都能如愿地得到良好的修饰物有些天然抗生素仅经过微小的修饰，即全然丧失抗菌活性，而在众多的修饰物中性能都不如原天然物的实例亦不罕见在筛选新抗生素困难重重的今天，对获得的天然物进行适当的修饰是必要的类别,药物,开发程度,开发单位,头孢菌素(3种),BAL5788,II期临床试验,Basilea,,RWJ-54428,I期临床试验,Johnson & Johnson,,PPI-0903,I期临床试验,Peninsula,碳青霉烯(4种),Doripenem,III期临床试验,Peninsula,,CS-023 (R-115685),I期临床试验,三共/Roche,,ME1036 (CP5609),II期临床试验,明治制果,,ME1211 (L-084),II期临床试验,明治制果/Roche,大环内酯(1种),OPT-80,I期临床试验,Optimer,链阳霉素(1种),XRP2868,I期临床试验,Aventis,四环素(2种),Tigecycline,III期临床试验,Wyeth-Ayerst,,BAY 73-6944 (= PTK0796),I期临床试验,Bayer,糖肽/脂肽(4种),Oritavancin,新药申报,InterMune,,Dalbavancin,II期临床试验,Vicuron,,Telavancin,II期临床试验,Theravance,,Ramoplanin,III期临床试验,Genome Therapeutics,利福霉素(1种),Rifalazil,II期临床试验,ActiBiotics,肽脱甲酰酶抑制剂(1种),LMB415,I期临床试验,Novartis,β-内酰胺酶抑制剂(1种),AM-112,I期临床试验,Amura,,,第三节 微生物来源的其它生理活性物质 ——微生物药物的最新组成,,,,,,,,微生物来源酶抑制剂筛选的先驱－－Hamao Umezawa,,,继Fleming和Waksman后，在抗生素研究领域中作出卓越贡献的第三位科学家,20世纪50年代，由他领导的科研小组发现了卡那霉素，阐明耐药机制合成得到了阿米卡星，并很快被应用于临床。
60年代，他把研究方向确立在寻找抗肿瘤抗生素上，首先发现了抗肿瘤抗生素sakamycin随后又很快发现了具有临床应用价值的抗肿瘤抗生素博莱霉素(国内曾称争光霉素)，并通过应用定向生物合成原理，筛选获得了更为有效的第二代博莱霉素——培罗霉素(peplomycin)继Fleming和Waksman后，在抗生素研究领域中作出卓越贡献的第三位科学家,梅泽滨夫在其一生的研究生涯中，发现了许多新的抗生素，其中不少已被应用于临床，为抗生素事业作出了巨大的贡献梅译滨夫的另一个重要贡献是提出了酶抑制剂的概念(这里所指的酶是动物和人体内产生的参与各种生命活动的有关的酶，而不是指由微生物产生的诸如β-内酰胺酶等)，对开创从微生物代谢产物中寻找其它生理活性物质的新时代具有深远的意义酶抑制剂——酶学研究的几个阶段,第一代的研究是以阐明各种酶的一级结构和高级结构为标志；,,,第二代的研究以阐明酶的催化机制和限定分解机制为标志，这对理解酶的生理意义有着重要的作用；,,,,第三代的酶学研究：,,对酶抑制剂的研究有可能对炎症、免疫、补体反应、致癌、癌的转移、病毒感染、肌肉营养障碍和自身免疫等各种疾病的病因予以阐明并提出治疗方案；,,,,从微生物代谢产物中寻找酶抑制剂也正是一个新的研究领域，是学科间相互渗透，共同发展的结果。
酶抑制剂——酶学研究的几个阶段,,,微生物药物的最新组成,—已经用于临床的HMG-CoA还原酶抑制剂,开创了治疗高脂血症的新纪元,,普伐他丁,,洛伐他丁,,辛伐他丁（合成）,,氟伐他丁（合成）,,阿伐他丁（合成）,,得伐他丁（合成）,,日本“生命科学与工业”杂志引述医药界权威的评价，认为这种新型药物对治疗高血脂症是一场革命，其深远影响就如同青霉素治疗感染性疾病一样微生物药物的最新组成,—已经用于临床的alpha-葡萄糖苷酶抑制剂,,开创了治疗糖尿病的新方法,,阿卡波糖,,伏格列波糖,,米格列醇,,乙格列酯,,,,微生物药物的最新组成,—已经用于临床的免疫抑制剂,环孢菌素A,,他克莫司（tacrolimus，FK-506）,,西罗莫司（sirolimus；也称雷帕霉素，rapamycin）,,霉酚酸,,咪唑立宾,,,,,微生物药物的最新组成,——其他一些已经用于临床的微生物药物,,免疫增强剂：乌本美司,,胰脂酶抑制剂：奥利司他,,抗帕金森氏：溴隐亭,,耐药肿瘤细胞外泵抑制剂：PSC833,,,,,微生物药物的最新组成,——筛选模型引导的微生物新药的发现,,随着对各种疾病发生机理的逐步阐明，药物作用靶的发现以及体外筛选模型的建立（估计目前世界上有3000种左右），使愈来愈多的、以往不可能被发现的微生物来源的生理活性物质被发现并开发成为药物。
微生物药物的最新组成 ——一些植物专用微生物药物,植物生长激素：,,赤霉素、脱落酸；,,抗稻瘟病：,,有效霉素（井岗霉素）、春雷霉素、杀稻瘟菌素S等,,抗其他植物病原体：,,多氧菌素、日光霉素、杀螨霉素、皮欧霉素等,,,微生物药物的最新组成 ——一些植物专用微生物药物,抗菌、促进发育：,,泰乐菌素、硫肽霉素、恩拉霉素、大碳霉素、,,维及尼亚霉素等；,,,抗虫、促进发育：,,潮霉素、越霉素、非典型大环内酯类；,,,除草剂：,,双丙磷、除莠霉素等；,,,第四节 寻找微生物药物的基本途径和方法,,,,发现微生物新药的动力和源泉,当前，人们普遍认为微生物是具有潜在治疗效用的新结构化合物的无穷源泉这是因为：,,微生物具有分布广、种类多、易变异的特性；,,以及其次级代谢产物的多样性和新颖性发现微生物新药的动力和源泉,在20世纪40年代，仅发现了20种抗生素；,,50年代为300～400种；,,60年代大约800～1000种；,,至70年代已经发现了2500种抗生素；至那时起，大约每隔10年被发现的化合物数量翻倍；,,至80年代约发现了5000种；,,至90年代约发现了10000种；,,至2000年已经发现了20000种抗生素类化合物；,,至2002年，在各种文献和专利中发表的具有生理活性的微生物次级代谢产物数量已经超过22000种；,,目前还以每年发现约500种新化合物的速度增加。
微生物学,,·,样品的采集,,·各种各样菌种的分离,,·发酵培养以增加代谢产物多样性,,·再次发酵,,·提高目标物的产量,,·菌种分离,分子生物学、药理学,,,·作用靶点选择,,·筛选方法设计/实施,,·高产出筛选系统,,·活性的鉴定,,·有效性研究,,·作用机制,,化学,,,·活性化合物的鉴定,,·理化属性/排重,,·分离/纯化,,·结构阐明,0,微生物代谢产物筛选系统中学科分支的配合,,,,,排重数据库的产生,过程,适用的信息,菌株采集,地理和生态环境,菌株分离,生长特性、分离条件和形态学,菌株发酵,在不同培养条件下的生长特性,样品制备,粗略估计化合物的极性和酸碱度,初筛,在靶测定体系中的灵敏度、特异性和活性,再次发酵,重现性和稳定性,扩大生物试验,关于活性、特异性、生物和微生物活性的进一步信息,分离和纯化,理化性质(如溶剂分配系数、TLC、HPLC以及光谱分析等),结构测定,已知或新结构,菌种分类,种的确定,,,第四节 当前寻找新微生物药物的主要途径,,,1、建立新的筛选模型寻找微生物新药,,这是当今世界范围内一个最引人注目的研究领域，它研究的内容主要包括从微生物代谢产物中寻找小分子量的酶抑制剂、免疫调节剂和受体拮抗剂或激活剂等生物活性物质。
其中还包括利用新的筛选模型，从已知的微生物次级代谢产物来筛选以上这些物质目前在实验室里大约有3000个左右的药物作用靶，可以进行体外药物筛选2、扩大微生物来源寻找微生物新药,,这是新的抗生素筛选的传统方法的充实和继续近年来，在建立一些新的抗生素，包括抗虫 、抗肿瘤等抗生素筛选模型的同时，人们的注意力也集中到扩大微生物的来源，如从海洋微生物、稀有放线菌和在极端环境下生长的微生物的次级代谢产物中来筛选新的生理活性物质3、以微生物来源的生理活性物质为先导化合物，进行化学改造寻找效果更好的微生物药物,,根据药物的构效关系以及体内代谢的特性，对已知次级代谢产物进行结构改造的目的，主要是筛选相对于母体化合物具有如下特点的微生物新药：,,扩大抗菌谱或作用范围、克服细菌的耐性或改善药物对作用靶的敏感性、改进对细胞的通透性、改善化学和代谢的稳定性、提高血浆和组织浓度、增强与宿主免疫系统的协调作用、能够制备成合适给药方式的结构状态，以及减少毒副作用等4、应用次级代谢产物的生物合成原理，“创造”微生物新药,,根据已知次级代谢产物的生物合成机理，通过改变培养基成分、控制发酵条件进行定向生物合成来寻找新的次级代谢产物；,,,或是通过对已知抗生素产生菌进行诱变处理，使一些原先沉默的基因得以激活、或阻断某些生物合成途径中的某些基因而产生新的生物活性物质。