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1、抗生素类青霉素的生物制药工艺及其应用性研究作者名称：路 环专业班级 化工系08生化制药2班学 号 20080614123 指导教师 张 业 时 间 2010-6-22 摘要 抗生素自发现以来已经有80多年的时间，长期以来成为研究热点，并且被得到广泛的应用，抗生素的发现和使用使人类健康得到空前提高，使人类战胜了因为各类感染所带来的痛苦，由于抗生素的优良抗菌抗病毒做用，抗生素的使用一直被密切研究，新型抗生素的研发和使用更是意义重大，并且有不可估量的经济效益。本学期通过对抗生素生产工艺的不断学习和研究，本文引以青霉素的生产工艺为例，从而对揭示各类抗生素的工业生产工艺，为抗生素的生产和研究提供指导。虽
2、然抗生素被得到广泛的应用，并使用使人类健康得到空前提高。但是通过长期研究和使用后发现，长期滥用抗生素给人类带来了严重的危害，其耐药性和致畸性不断引起了人们的广泛关注。本文最后章节亦就抗生素的耐药性做简要研究，为人们更好的了解和合理使用抗生素提供指导。关键词：抗生素；青霉素；生产工艺；耐药性Abstract Since the discovery of antibiotics more than 80 years since the time has long been a research focus, and is widely used, the discovery and use of
3、antibiotics to human health are higher than ever before, because all mankind overcome the pain caused by infection, Since antibiotics do good antibacterial and antiviral use, antibiotic use has been closely studied the development and use of new antibiotics is of great significance, and have immeasu
4、rable economic benefits. The term antibiotic production process through the continuous study and research, the paper cited an example to penicillin production process, thus revealing all kinds of antibiotics in industrial production processes for antibiotic production and research guidance. Although
5、 antibiotics are widely used, and used to enhance human health is unprecedented. But through the use of long-term research and found that long-term abuse of antibiotics to bring serious harm to humans, the drug resistance and teratogenicity been aroused extensive attention. This last chapter also br
6、iefly antibiotic resistance research, for people to better understand and guide the rational use of antibiotics. Key words Antibiotics; penicillin; production process; drug resistance第一章 综述部分1 前言抗生素（antibiotics）是指“在低浓度下即可对某些生物的生命活动有特异抑制作用的化学物质的总称”1。抗生素的生产目前主要由微生物发酵法进行生物合成。很少数的抗生素如氯霉素、磷霉素等亦可用化学合成法生产。
7、此外，还可将生物合成法制得的抗生素用化学或生化方法进行分子结构改造而制成各种衍生物，称半合成抗生素，如氨苄青霉素就是半合成青霉素的一种2。微生物量多，种多，分布广；有共生，有拮抗，有自发突变，有诱发突变。随着抗生素合成机理和微生物遗传学理论的深入研究，目前人们已经了解到抗生素有别于其他（初级）代谢产物。抗生素是次级代谢产物。次级代谢产物还有生长素（赤霉素），毒素（如黄曲霉素）。这些产物与微生物的生长繁殖无明显的关系，是以基本代谢的中间产物如丙酮酸盐，乙酸盐等作为母体衍生出来的。其结构性质随不同微生物种属而异，因此次级代谢产物很多。基本代谢产物如蛋白质、脂肪、多糖等物质，直接与微生物的生长繁殖相
8、关。这些物质的构造也因微生物种属不同而异，但产生这些物质的代谢过程基本相似。在某些放线菌中发现级代谢产物与染色体外的遗传因子质粒也有关系。微生物生产抗生素的原理：控制发酵条件，使抗生素产生菌的代谢向合成抗生素的方向发展，从而有利于抗生素的产生。1.1 抗菌药物发展简史1.1929年，弗来明 (Alexander Fleming) 发现青霉素。 2.194O年，弗劳雷 (Florey and Chain) 分离提纯青霉素成功，开创了抗生素化学治的新纪元。 3.1950年: 链霉囊、氯霉素、多粘霉素、金霉素、土霉素、红霉素、卡那霉素、利福霉素。 4.60年代: 1959年英国 Beecham 研究
9、组从青霉素发酵液中分离提纯青霉素母核6氨基青霉烷酸(6-APA)成功。半合成青霉素迅速发展，头孢菌素萌芽。 5.70年代: 头孢菌素迅速发展，半合成青霉素推出酰脲类青霉素。 6.80年代: 第三代头孢菌素类、单环类、B-内酰胺酶抑制剂、喹诺酮类抗菌药崛起。 7.90年代-现在，针对细菌耐药性开发新品种。主攻-内酰胺类抗生素和喹诺酮类抗菌药。1.2 抗菌药物的分类及代表药物1.2.1 根据抗生素的生物来源分类 微生物是产生抗生素的主要来源，其中以放线茵产生的为最多，真菌次之，细菌又次之。来源于高等植物和动物的不多。 (一)放线菌产生的抗生素放线菌中以链霉菌属(或称链丝菌属)产生的抗生素最多，诺卡
10、氏菌属较少。近年来在小单孢菌属中寻找抗生索的工作也受到了重视。(二)真菌产生的抗生素真菌的四个纲中，藻菌纲及子囊菌纲产生的抗生富较少。(三)细菌产生的抗生素细菌产生的抗生素的主要来源是多粘杆菌、枯草杆菌(芽抱杆菌，、短芽抱杆菌等。这一类抗生素如多粘茵素、枯草菌素(Subtilin)、短杆菌素(Tyrothicin)等，具有复杂的化学结构，是环状或链环状多肽类物质，由肽链将多种不同的氨基酸结合而成，含有自由氨基，其化学性质一般为碱性。这类抗生素多数对肾脏有毒性。(四)植物及动物产生的抗生素植物产生的抗生素例如地衣和藻类植物产生的地衣酸(Vulpinic)和绿藻素(chlorellin)从被子植物
11、如蒜和番茄等植物的组织或果实中制得的蒜素(A1licin)和番茄素(Tomatin)；裸子植物如银杏、红杉等也能产生抗生物质；中药中有不少能抑制细菌，已提纯的抗生物质有常山碱、黄连素C、白果酸及白果醇等。1.2.2 根据抗生素的作用分类(一)抗革兰氏阳性细菌的抗生素 主耍有青霉素、红霉素和新生霉素等 (二)抗革兰氏阴性细菌的抗生素 主耍有多粘菌素等。总的来说，专门抑制革全氏阴性细然的抗生素很少。(三)抗真菌的抗生素 主耍有放线菌酮、制霉苗素、灰黄雷素、两性霉紊等。(四)抗结核分枝杆菌的抗生素 主要有链霉素、新霉索、卡那霉素、巴龙霉和环丝氨酸等。(五)抗癌细胞的抗生索 主要有放线菌素D、丝裂雷素
12、C、博来霉索(BlemvcIn)、柔毛霉素(Daunomycin)、阿霉素(Amycin)等。(六)抗病毒和噬菌体的抗生素 除了青霉素及四环类抗生素对立克次氏体及较大的病毒有一定作用外，其它还有一些抑制病毒和噬菌体的抗生素如艾霉素(Ehrlichin)等。(七)抗原虫的抗生素 除了青霉素和红霉素能抗梅毒螺旋体外四环类抗生素能抗阿米巴原虫。对原虫有抑制能力的还有嘌呤霉素(Puromycin)、巴龙霉索、抗滴虫霉索和蒜素等。在抗癌、抗病毒及抗原虫方面目前还没有很理想的抗生索。1.2.3 根据抗生素的作用机制分类按作用机制分类,对理论研究具有重要的意义，已有许多抗生素按已知作用机制分类的范例。根据抗
13、生贵的主要作用可分成五类；(一)抑制细胞壁合成的抗生素 如青霉素、瑞斯托菌素(Ristocetin)等；(二)影响细胞膜功能的抗生素 如多烯类抗生素；(三)抑制核酸合成酌抗生素 如影响DNA结构相功能的博来霉素、丝裂霉素C及柔毛霉素等；(四)抑制蛋白质合成的抗生素 如四环索及氯霉素等；(五)抑制生物能作用的抗生素 如抑制电子转移的抗霉素(Antimycin)、抑制氧化磷酸化作用的短杆菌肽S(Gramicidin S)和寡霉素(Oligomycin)等。1.2.4 根据抗生素的生物合成途径分类根据生物合成途径可将临床上使用的一些抗生素分为下列几个类群。(一)氨基酸、肽类衍生物1简单的氨基酸衍生物
14、：如环丝氮酸、重氮丝氨酸；2寡肽抗生素：如青霉素、头抱菌素等；3多肽类抗生素：如多粘菌素、杆菌肽等；个多肽大环内酷抗生素：如放线菌素等；4含嘌呤和嘧啶基团的抗生素；如曲古霉素,嘌呤霉素等;(二)糖类衍生物1糖苷类抗生素：如链霉素、新雷素、卡那霉索和巴龙霉素等；2与大环内酯连接的糖苷抗生素：如红霉亲、碳霉素等。(三)以乙酸、丙酸为单位的衍生物1乙酸衍生物：如四环类抗生索、灰黄霉素等；2丙酸衍生物：如红霉素等；3多烯和多炔类抗生索；如制霉菌素、曲古霉索等。1.2.5 根据抗生素的化学结构分类 根据化学结构，能将一种抗生素和另一种抗生素清楚地区别开束。化学结构决定抗生素的理化性质、作用机制和疗效,例
15、如对于水溶性碱性氨基糖苷类或多肽类抗生素,含氨基愈多,碱性愈强，抗菌谱逐渐移向革兰氏阴性菌；大环内酯类抗生素对革兰氏阳性、革兰氏阳性球菌和分枝杆菌有活性有中等毒性和副作用；多烯大环内酯类抗生索对真茵有广谱活性，而对细菌一般无活性，四环素类抗生素对细菌有广谱活性。结构上微小的改变常会引起抗菌能力的显著变化。现在根据习惯的分类方法，将抗生素分为下列五类。 (一)B内酰胺类抗生素这类抗生素都包含一个四元内酰胺环，其中有青霉素、头抱菌素和最近发现的几个抗生亲。 (二)氨基糖苷类抗生素目前届于本类而实际应用的共有13种抗生素，其中包括链霉素、双氢链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素、春日霉素和有效霉素等。
16、它们既含有氨基糖苷，也含有氨基环醇结构。由于具有氨基糖苷结构的抗生素数目很多，故最好称为氨基糖苷氨基环醇类(aminoglycosideaminocyclitol)抗生素，但因氨基糖苷类抗生素这一名称沿用己久，故仍用此名。(三)大环内酯类抗生素这类抗生素含有一个大环内酯作为配糖体，以苷键和l3个分于的糖相连。其中在医疗上比较重要的有红霉素、竹桃霉素、麦迪加霉素(Medicamycin)、制霉菌素、两性雹素(Amphotericin B)等。另外蒽沙霉素(Ansumycin)虽然并不含有大环内酯,但由于它们含有的脂肪链桥,其立体化学结构和大环内酯很相似，故也并入此类，典型的有利福霉素类抗生素等。
17、(四)四环类抗生素这类抗生素是以四并苯为母核,包括金霉素、土霉素和四环素等。由于含四个稠合的环也称为稠环类抗生素。 蒽环酮类(Anthracylinone)抗生素的结构与此类似,也可归入此类，典型的有柔毛霉素、紫红霉素(Rhodomycin)等。 (五)多肽类抗生素这类抗生素多由细菌，特别由产生孢子的杆菌产生。它们含有多种氨基酸，经肽键缩合成线状、环状或带测链的环状多肽类化合物。其中较重要的有多粘菌素(Polymyxin)、放线菌素(Actinomycin)和杆菌肽(Bacitracin)等。1.3 抗生素的应用1.3.1 医疗上的应用 抗生素在医疗临床的应用已有六十多年的历史，在人类同疾病的
18、斗争中，特别是同各种严重的传染病的斗争中，抗生素起了很大的作用。抗生素在医疗药物方面的应用是20世纪医药史上最巨大的成就，他的出现和应用时过去许多不能治疗或难以治疗的传染病得到了治疗。如传染性很强的脑膜炎、严重威胁儿童生命的肺炎，均可用青霉素等抗生素治疗。犹如过去人们为之恐惧的鼠疫、旧社会劳动人民无力治愈的肺结核均可用链霉素来治疗。另外还发现和找到一些抗生素在治疗肿瘤、白血病等有良好的疗效。1.3.2抗生素在农业中的应用 利用抗生素防治植物病害，很早就有人研究。最早在农业上大面积应用的抗生素要推链霉素、土霉素及其混合液“农霉素”。它们对苹果、梨、胡桃、柑橘、烟草、蔬菜和豆类等植物的细菌性病害都
19、有特效，对少数真菌性病害如霜霉、疫霉等也有防治作用。放线酮为内吸性强、杀菌力大的抗霉物质。灰黄霉素具有抑制植物病原真菌的作用，特别对防治白粉病、苹果花腐病和西瓜枯萎病更为有效。杀稻瘟菌素是第一个在大面积上应用并得到十分成功的农用抗生素。春日霉素对防治稻瘟疹病的效果比杀稻瘟菌素高数倍，对植物、动物和人体的毒害较低。多氧霉素能抑制各种植物病原真菌，是一个有前途的抗生素。此外还找到许多农用抗生素的新品种，如庆丰霉素、内疗霉素、多效霉素等。现在世界各国除致力于寻找防治细菌性和真菌性植物病害的抗生素外，对抗病毒、抗衰老、杀虫，甚至能除草的抗生素也很重视。 目前已有高效杀虫的抗生素如四抗生素、奥弗麦菌素和
20、日光霉素等等。1.3.3在食品保藏等方面的应用在食品工业中，抗生素可以作为防腐剂。用抗生素作防腐剂比冰冻、干燥、盐渍、酸渍等方法手续简捷，抑菌面广，抑菌能力强。抗生素除在食品保藏方面应用外，在发酵工业上也有广泛的应用，于再谷氨酸发酵工业中应用青霉素提高谷氨酸发酵的产酸率，国内外均用于生产。此外在轻工业品等的保藏方面均可应用，防止这些制品的发霉。另外抗生素在微生物、生物化学、分子生物化学等科学的研究方面是一个重要的工具，抗生素可以用来分离特殊的微生物，也可用于微生物的分类，用抗生素阻断代谢特殊的特殊反应，以证明某些物质的生理功能等总之，抗生素不仅是人类战胜疾病的有力武器，而且在国名经济的许多方面
21、均有重要的作用。随着抗生素学科的发展，它将发挥越来越大的作用3。第二章 青霉素的生产工艺1 青霉素1.1 青霉素概述青霉素（Benzylpenicillin）又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。1.2 天然存在的青霉素青霉素是一族抗生素的总称，它们是由不同的菌种或扎起不同的培养条件所得的同一类化学物质，其结构通式如图1.所示4。图1.青霉素的结构通式Fig.4. Pen
22、icillin general formula目前，已知的天然的青霉素（即通过发酵而生产的青霉素）有8种，见表1.，称为青霉素族抗生素。其中以苄青霉素疗效最好，应用最广泛5。表1.已知的天然青霉素（微生物制药工艺及反应器，于国文，2007）Table 1. Known natural penicillin(Microbial pharmaceutical technology and reactors, Yu Guowen, 2007)序号侧链R学名俗名1对羟基苄青霉素青霉素X2苄青霉素青霉素G3戊烯2青霉素青霉素F4戊青霉素青霉素二氢F5庚青霉素青霉素K6丙烯巯甲基青霉素青霉素O7苯氧甲基青
23、霉素青霉素V84-氨基-4-羟基丁基青霉素青霉素N发酵中也产生青霉素母核6-氨基青霉烷酸（6-APA），但产量很低。工业上是用固定青霉素酰化酶水解青霉素G或 V制备6-APA，再由化学法或酶法进行侧链缩合，获得一系列半合成的青霉素6。2 青霉素的发酵工艺及过程2.1 工艺流程图2.青霉素的发酵工艺路线7Fig.4. Penicillin fermentation process routes2.2 生物合成法生产青霉素的工艺过程一、生产菌种生产菌种是抗生素生物合成的主要基础，它必须具备产量高、性能稳定和容易培养等特点。为了防止菌种衰退，生产菌种必须以休眠状态保存在砂土管或冷冻干燥管中，并置于0
24、4恒温冰箱，使用时可临时取出，接种后仍须冷藏。生产菌种一般都严格规定其使用期，一般砂土管为1 2年，生产菌种应不断纯化，淘汰变异菌落，防止衰退。有条件的工厂，还应开展选育工作，使发酵水平不断提高。移植菌种时，要采用严格的无菌操作，以防止杂菌污染。抗生素发酵是纯种培养、时刻注意无菌操作!二、孢子制备这是发酵工序的开端，是一个重要环节。其方法是将保藏的休眠状态的孢子（通常保存在砂土管或冷冻管中）通过严格的无菌手续将其接种到经过灭菌的固体培养基上（一般是斜面），在一定的温度下培养几天就可以进行下道工序。但对产孢子能力较差的菌种来说，这样培养出来的孢子数量还是很有限的，为了获得更多的孢子，就需要进一步
25、采用较大表面积的固体培养基（如小米、大米、破碎的玉米粒等），扩大培养。三、种子制备 这一过程是使孢子发芽繁殖、以获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐。种子制备可以在摇瓶中或小罐内进行，大型发酵罐的种子要经过两次扩大培养才能接入发酵罐。摇瓶培养是在锥形瓶内装入一定量的液体培养基，灭菌后接入孢子，然后放在回转式或往复式摇床上恒温培养。种子罐一般用钢或不锈钢制成，结构相当于小型发酵罐，种子罐接种前有关设备及培养基要经过严格的灭菌。种子罐可用微孔压差法或打开接种阀在火焰的保护下接种。接种后在一定的空气流量、耀温、罐压等条件下进行培养，并定时取样做无菌试验，菌丝形态观察和生化分析，以确保种子质量。四、发
26、酵这一过程的目的是使微生物分泌大量的抗生素，这是发酵工序的关键阶段。发酵一般是在钢制或不锈钢的罐内进行，有关设备和培养基应事先经过严格灭菌，然后将长好的种子接入。接种量一般为5 20%。通气量为0.3-1m3/m3)，搅拌转速，罐温（一般为26 37 ）罐压（一般为0.3 0.5kg/cm3表压）定时取样分析和无菌试验（发酵参数:通气量、搅拌转速、罐温、罐压、培养基总体积、粘度、泡沫情况、菌丝形态、PH值、溶解氧浓度、二氧化碳含量、总糖、还原糖、总氮、氨基氮、磷和抗生素含量等），补料和前体，发酵周期约为4一8天。抗生素生物合成较为复杂，影响因素比较多需要各方面的密切配合和严格操作，把住各个环节
27、。五、发酵液的预处理和过滤发酵液预处理及过滤是抗生素提炼的第一步操作，在发酵液过滤以前，发酵液需进行预处理。预处理的目的是使发酵液中的蛋白质和某些杂质沉淀，以增加滤速有利于提取发酵液。过滤的目的是使菌丝体从发醉液中分离出来。除制霉菌素、灰黄霉素、庐山霉素、曲古霉素等存在于菌丝体中，需从菌丝中提取外，一般过滤操作都是为了获得含有抗生素的澄清发酵滤液，供下步提取抗生素。六、提取和精制提取过程的目的是将发酵液中的抗生素初步浓缩和纯化。提取方法一般有吸附法、沉淀法、溶媒萃取法、离子交换法等。精制是将抗生素的浓缩液或粗制品进一步提纯并制成产品的过程。精制时仍可重复或交叉使用上述四种基本提取方法。如用沉淀
28、法提取所得的四环素碱纯度不高时，可以重复使用沉淀法（先将粗碱溶解，加尿素使它成为不溶于水的四环素复盐，当复盐溶于有机溶媒后、又分离出四环素）。在沉淀前还可用于交换树脂将四环素溶液脱色，以提高四环素碱沉淀物的纯度。青霉素是用溶媒萃取法提取的，但可用结晶法精制，即在青霉素溶媒萃取液中加入结晶醋酸钾或盐剂，以析出青霉素钾盐晶体。吸附法是精制时普遍使用的方法，许多抗生素精制时都用活性炭脱色。此外，在精制过程中还常用结晶、重结晶、晶体洗涤、蒸发浓缩，层析凝胶分离、无菌过滤、干燥等方法。七、成品检验由于抗生素的生产一般采用生物合成法，虽经提取和精制，但其纯度仍不能达到百分之百，而且在生物合成过程中也会同时
29、产生其它药效和药性不同的各种物质，在制品和加工、贮藏过程中也还可能引起抗生素的变质。因此，为了保证药品质量、用药安全，对抗生素各种成品都必须进行检验。抗生素产品常规检验项目一般包括：性状及鉴别试验、安全试验、降压试验、热原试验、无菌试验、酸碱度测定、效价测定、水分测定、混浊度测定、色泽颗粒细度测定等等。由于抗生素品种不同和临床上用药方式不同（如外用、口服、注射等），检验项目的多少也有所不同。因此，成品检验应严格按国家药典有关规定进行。八、成品分包装抗生素原料药除进行成品大包装外，还必须由制剂厂（或制剂车间）再进行分包装，即将大包装原料药进行小包装或加工成各种类型的制剂，若为注射用抗生素尚须在无
30、菌条件下，用手工或自动分装机进行小瓶分装或加工成其它各种类型的制剂，以供临床上应用。第三章 抗菌药物的耐药问题及合理使用1 抗生素的耐药问题1.1 抗生素的发展与细菌耐药抗生素的发展史也就是细菌对其耐药性的发展史。伴随抗菌药物强大的抗感染疗效的同时，细菌等病原体对抗生素的耐药问题日渐显露出来。 偶然发现开创了抗生素历史1929年，美国弗来明（Fleming）博士报告发现了青霉素。而这一发现纯属偶然：弗来明博士在他欲抛弃的偶有青霉菌生长的葡萄球菌培养皿上发现，在青霉菌的周围，已生长的葡萄球菌出现溶解现象。他将该青霉菌培养液稀释1000倍后，稀释液仍能抑制葡萄球菌的生长，该稀释液还能抑制其他革兰氏
31、阳性球菌的生长。弗来明博士将其中的有效物质命名为青霉素。他在报告中指出，该培养液中的青霉素能抑制革兰氏阳性球菌生长，可用来鉴别革兰氏阳性菌和阴性菌。不过，弗来明博士当时没有做葡萄球菌和肺炎链球菌的抗感染实验，也没有想到用青霉素来作为治疗药物用于临床。 1932年，Raistrick博士报告青霉素提取方法；1941年，Florey、Chain、Heatley等博士先后发现青霉素粗制品有抗感染效果。随后，青霉素被应用到临床治疗感染性疾病。1942年，Waksman在美国细菌学会提出“抗生素”一词，至此，抗菌药物时代来临。 由自然性转向化学合成1945年至1947年以后，青霉素开始在临床普遍使用。
32、从1942年开始美国的制药公司开始了抗生素的筛选工作。随着研究的不断深入和青霉素提取技术的进步，青霉素由黄色物质变为白色物质，培养液中青霉素产量由每毫升500单位提高到每毫升50000单位以上，在临床逐步大量使用。 在青霉素临床应用的同时，科研人员先后于1944年发现链霉素，1947年发现氯霉素，1948年发现金霉素，1949年发现土霉素，1951年发现红霉素。这些新型抗菌药物都来自于细菌和真菌。后来，随着化学合成技术的发展，在弄清自然来源的抗生素的结构后，人们开始生产半合成抗生素，许多半合成抗生素加入到了抗感染队伍中。 虽然1945年Brotzu就发现了头胞菌素，但直到上世纪60年代人们才确
33、定了头胞菌素C的化学结构，并开始进行对耐药菌有效的半合成抗菌药物研究。最先用于临床的头胞菌素是头胞噻酚。自1972年开始，美国、日本、法国等国家的大型制药公司先后推出头胞孟多、头胞呋新、头胞替胺、头胞噻肟、头胞唑肟、头胞哌酮、磺苄头胞菌素、头胞西尼、头胞美唑以及口服头胞菌素等。1976年硫霉素被发现，同时第一个-内酰胺酶抑制剂克拉维酸问世。 除抗生素外，磺胺药也在20世纪初被开发利用。第一个磺胺类药物“百浪多息（Protosil）”是由Klarer和Mietzsch于1932年首先合成，是由多马克医师所实验的对溶血性链球菌感染有治疗作用的系列偶氮染料之一。当时产褥热的死亡率很高，磺胺药问世后，
34、产褥热的病死率急剧下降，并随着更有效的磺胺药的出现其病死率进一步降低。 从磺胺药的问世到青霉素等-内酰胺类抗菌药物的不断发展，及其他抗菌药物陆续投入临床使用，抗菌药物在人类与感染性疾病的斗争中发挥了举足轻重的作用。 耐药问题接踵而至1940年，青霉素刚开始投入临床时的药敏实验显示，所有金黄色葡萄球菌（简称“金葡菌”）均对其敏感。1942年，Ramel-kamp和Maxon报道出现对青霉素耐药的金葡菌，其实际出现时间应为1941年。1944年，Kirby从7株耐青霉素金葡菌中提取出青霉素酶。随着青霉素的广泛使用，金葡菌的耐药性迅速增加，当时主要通过质粒介导的诱导性A类-内酰胺酶水解青霉素。为解决
35、这一问题，1961年甲氧西林问世并投入临床使用，不久之后报告出现耐甲氧西林金葡菌（MRSA）。后来研发的万古霉素对MR鄄SA一直相当敏感，但在20世纪90年代末期，又有对万古霉素敏感性降低的金葡菌的报告，2002年以来美国已先后报道3株对万古霉素完全耐药的金葡菌。 20世纪50年代中期，革兰氏阴性菌和葡萄球菌出现耐药性开始引起人们的注意。1957年发现并开始研究卡那霉素对耐药菌的效果，并于1958年将其应用于临床。1959年Rolinson博士发酵生产6APA成功，于是开始研究开发抗青霉素酶（内酰胺酶）和对耐药菌有效的半合成青霉素。 为满足临床需要，广谱青霉素及头胞菌素的开发与应用发展迅速，但
36、细菌的耐药性也进一步发展。人们发现，抗菌药物时代以前的质粒不带耐药基因，而当前的质粒携带耐药基因，传播耐药性。1963年，科研人员在雅典从一株大肠杆菌中首次分离出TEM-1型-内酰胺酶，随后发现携带TEM-1基因的转座子在全球内各菌株中广泛传播；1973年发现染色体介导的C型酶（AmpC），1983年发现超广谱-内酰胺酶（ESBL），这两种酶能水解三代头孢菌素。少数细菌可产生金属酶，对-内酰胺类抗菌药物具有极强的破坏力。现在，革兰氏阴性菌已成为医院感染的主要病原菌。 同样，对其他抗菌药物，细菌也不断表现出新的耐药性。目前除已出现对万古霉素敏感性降低的金葡菌外，多重耐药的革兰氏阴性杆菌特别是肠杆
37、菌、结核杆菌迅速增加。同时由于一些抗菌药物被作为动物促生产剂在动物饲料中作为添加剂，使细菌耐药性问题变得更加复杂，如美国用尚未上市的新抗菌药“奎奴普丁/达福普丁”对临床分离细菌做药敏实验，发现部分细菌已对其产生耐药性，其原因可能与饲料添加剂中含类似成分有关；再如临床应用时间并不长的喹诺酮类药物，在国内由于广泛使用，目前细菌对其耐药性已十分严重。 1.2 抗生素压力与耐药性与抗菌药物的接触（抗菌药物压力）是细菌产生耐药的主要源动力。1985年，著名学者McGowan指出了与医院内细菌耐药性的出现相关的7个方面：（1）引起医院感染的微生物的耐药性比引起社会感染的微生物的耐药性更多见；（2）医院中耐
38、药菌株感染者使用的抗菌药物比敏感株感染或定植者使用的抗菌药物多；（3）抗菌药物使用情况的变化会引起细菌耐药情况的变化，如投入或停用某种抗菌药物常与其耐药性的消长有关；（4）抗菌药物使用愈多的区域耐药菌分布愈多；（5）抗菌药物应用时间越长耐药菌定植的可能性越大；（6）抗菌药物剂量越大耐药菌定植或感染的机会更多；（7）抗菌药物对自身菌群有影响并有利于耐药菌生长。 1998年，StuartBLevy在新英格兰医学杂志上发表题为多重耐药-一个时代的标志的文章，认为（1）抗菌药物只要使用了足够时间，就会出现细菌耐药性，如使用青霉素25年后出现耐青霉素肺炎球菌、氟喹诺酮使用10年后出现了肠杆菌耐药；（2）
39、耐药性是不断进化的，随着抗菌药物的应用，耐药也从低度耐药向中度、高度耐药转化；（3）对一种抗菌药物耐药的微生物可能对其他抗菌药物也耐药；（4）细菌耐药性的消亡很慢；（5）使用抗菌药物治疗后，患者容易携带耐药菌。 遗传机制确定了细菌耐药性的生化机制。细菌耐药的生化机制主要有（1）抗菌药物作用靶位的改变；（2）抗菌药物被细菌产生的酶灭活；（3）细菌细胞膜通透性的改变，使抗菌药物不能进入细菌细胞或被细菌细胞膜的药物泵排出细胞；（4）形成细菌生物被膜，为细菌躲避抗菌药物作用提供场所；（5）以上几种机制的结合。细菌耐药性既可在细菌间传播，也可通过人或环境进行传播9。 1.3 耐药性的分类1、固有耐药性(
40、intrinsic resistance),又称天然耐药,由细菌染色体基因决定,代代相传10。 肠道阴性杆菌 - 青霉素 绿 脓 杆 菌 - 氨苄西林 链 球 菌 - 庆大霉素 2、获得性耐药(acquired resistance),是指细菌在接触抗生素后,改变代谢途径,使自身不被抗菌药物杀灭的抵抗力。这种耐药菌可通过耐药基因的传代、转移、传播、扩散、变异形成高度和多重耐药。 1.4 耐药性机制分类1、细菌产生灭活酶，破坏抗生素的结构使其失去活性； 2、改变抗生素作用的靶位蛋白结构和数量，使细菌对抗生素不再敏感；3、外膜屏障及外流泵作用使抗生素在细菌体内的积累减少； 4、细菌产生灭活酶导致耐
41、药性。1.5 耐药性机理示范表2.抗生素的耐药机理Table 2. Antibiotic resistance mechanism抗生素类别耐药类型耐药机理氨基糖甙类靶位点改变核糖体蛋白改变-内酰胺类青霉素结合蛋白改变或新产生红霉素核糖体RNA甲基化喹诺酮类DNA旋转酶改变磺胺叶酸代谢途径改变四环素核糖体保护氨基糖甙类灭活酶的破坏酶导致分子运转改变-内酰胺类酶破坏-内酰胺环-内酰胺类进入减少细菌细胞膜通透性改变氯霉素喹诺酮类四环素备注： 1通常革兰氏阳性菌不容易产生耐药性，而革兰氏阴性菌较易产生耐药性；2联合制剂不易产生耐药性； 3磺胺类较易产生耐药性。2 合理使用抗生素减少耐药性2.1 措施
42、寻找新的抗菌作用部位和阐明耐药性机理是不够的。下述措施可抑制耐药性的产生：1、对抗生素滥用进行控制；2、提出有针对性的治疗建议；3、对繁殖迅速的细菌病原体进行敏感性试验；4、对受感染的病人进行隔离。2.1.1 理想抗生素具备特点1、广谱、杀菌；2、长效、高效；给药方便、安全、无副作用；3、感染组织穿透性好；4、不易产生耐药性；配伍性好。2.1.2 抗生素治疗失败原因 1、细菌产生耐药性；2、给药途径不当；3、给药时机、剂量不当；4、靶组织（病灶）药物分布差；5、储存不当；判断错误导致误诊；6、混合感染；药物配伍不当。2.1.3 抗生素选择原则1、认真阅读并理解药品的各种说明； 2、掌握抗生素适
43、应症，选择敏感度高、抗菌作用强、组织渗透性好、副反应少的药物； 3、熟悉细菌获得耐药性的动向及对各种抗生素敏感度的变迁； 4、了解各类抗生素的作用特点及同类抗生素中不同品种之间差异。 结论 抗生素作为20世纪的重大发现之一，它的发现和使用使人类健康得到空前提高，使人类战胜了因为各类感染所带来的痛苦，因而研究和使用抗生素具有重大的意义。本文通过对抗生素的介绍和研究，并对抗生素的经典药物青霉素生物制药工艺进行了总结，这必将使得我们更好的对抗生素类药物的生物制药工艺作出理论指导。本文还深入浅出的介绍了抗生素的耐药问题，这使得我们更深入的了解了抗生素的性质特点，更好的指导我们在日常生活中如何正确使用抗
44、生素。言尽所及，本文不足之处还请各位提出意见和建议。参考文献1 胡国勤.抗生素质控分析中HPLC分析方法的理论与实践.北京：气象出版社，20012 梁世中.生物制药理论与实践M，北京：高等教育出版社，2005.6（1）：2903 吴晓英.生物制药工艺学M，北京：化学工业出版社，2009.3（1）：158-1594 梁世中.生物制药理论与实践M，北京：高等教育出版社，2005.6（1）：3005 盛贻林.微生物制药技术M,北京：中国农民大学出版社，2008.8（1）：1316 吴晓英.生物制药工艺学M，北京：化学工业出版社，2009.3（1）：1607 梁世中.生物制药理论与实践M，北京；高等教育出版社，2005.6（1）：300.8 刘玉兵.抗生素的作用机制J，交通大学，2004.6（884）：379 杨宝峰，苏定冯，周宏源等.药理学M，北京：人民卫生出版社，2010.2（7）：377