工业微生物 chap11 微生物与现代生物制药工业

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1、 第十一章 微生物与现代生物制药工业微生物制药的开创可追溯到20世纪40年代初，世界上第一个有效的抗菌物质青霉素的研究开发和工业化生产。在英国细菌学家弗莱明（Fleming）发现了点青霉能产生一种活性抗菌成分并命名为青霉素（Penicillin）的10年后，牛津大学病理学教授Florey和他的助手Chain组织了20多位不同学科的学者进行攻关。经过一年多时间的努力，首次制得青霉素结晶并在1941年应用于临床试验，奠定了青霉素的治疗学基础。1942年，美国Merck制药公司在Florey和Chain的帮助下，开始工业化生产青霉素并大规模用于临床试验，为挽救在第二次世界大战中战伤受细菌感染而濒临死

2、亡的伤员生命, 发挥了奇特的决定性的重大作用。1943年又发现产黄青霉菌（Pchrysogenum）, 经选育后表现出更高的青霉素产生能力，使青霉素的产量大大提高。同年，Chain又确定了青霉素的分子结构。至此，第一个利用微生物发酵制备抗生素的工业化获得了成功，开创了抗生素黄金时代的到来，被誉为二次大战中三大发现之一，而Fleming、Florey和Chain三位科学家同时获得了1945年度诺贝尔医学生理学奖。青霉素在临床上的抗感染奇异疗效，引起世人的震惊轰动，也大大激发了各国微生物学者的研究热情。继青霉素之后，从微生物中大规模进行其他抗生素的筛选，是由美国科学家瓦克斯曼（Waksman）及其

3、合作者开始的。瓦克斯曼根据自己多年的研究工作，逐步建立并提出一整套分离培养放线菌、提取抗生素及测定其活性的筛选实验技术。使他在1943年发现了链霉素，并在1944年1月首次对外宣布了这种新抗生素作为抗结核病药品应用于临床取得了令人振奋的治疗效果。在以后的近20年内陆续发现了众多的抗生素品种。如1947年发现了氯霉素（第一个广谱抗生素）；1948年Dugger发现了金霉素，以后又得到土霉素和毒性较低的四环素；1952年发现了红霉素；1953年发现了新生霉素；1957年，Sensi发现了利福霉素（经结构改造得到利福平），同年由梅泽滨夫发现了对耐药菌有效的卡那霉素；1963年Weinstein发现了

4、毒性较低的艮他霉素(庆大霉素)等。自60年代起，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、莫能霉素、阿弗米丁）、农用抗生素（春雷霉素、有效霉素、井冈霉素）和抗病毒抗生素等也不断被发现。目前，在临床上应用的大多数天然抗生素都是在5060年代发现的。由于青霉素等天然抗生素的大量广泛使用，使临床应用上出现过敏反应和耐药性菌，因此，从60年代开始，科学家们对原有抗生素进行结构改造，寻求具有更好临床效果的抗生素衍生物，使抗生素的研究进入了半合成抗生素的时代。如60年代初，英国Beecham公司由青霉素母核6APA合成了苯乙青霉素，接着又合成了耐酶的甲氧苯青霉素、可供口服的苯唑青

5、霉素和广谱氨苄青霉素。接着，Glanxo公司也由头孢菌素C的母核7ACA先后合成了头孢噻吩、头孢唑啉、头孢噻肟和头孢拉定等抗菌性较强的半合成头孢菌素。后来又发展到由青霉素G的6-APA母核经化学扩环得到的7ADCA为母核，再经酶促合成获得可供口服的头孢氨苄、头孢克罗等半合成头孢菌素，并使该类抗生素从窄谱的第一代逐渐发展到广谱的第三代，临床应用的品种增加到50多个。由于40和50年代抗生素大规模发酵生产的成功，从而建立了一整套液体深层通气发酵工程技术，这就为其他的微生物药物的发酵生产奠定了坚实的基础。这些微生物药物是应用生物化学和微生物学的理论、方法和研究成果，从微生物菌体或其发酵液中经分离、纯

6、化得到的某些生理活性物质。除抗生素类药物外，还包括氨基酸类药物、核苷酸类药物、维生素类药物、酶类药物、多肽蛋白质类药物、甾体类激素和生物制品等。这类以微生物初级代谢产物和微生物菌体为主的微生物药物，在6070年代得到蓬勃发展并取得巨大的成果。在抗生素深入研究的基础上另一类由微生物产生的除抗感染、抗肿瘤以外的其他生理活性物质，如特异性酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等的研究报道层出不穷，这类物质也是微生物的次级代谢产物，但其活性已超出了抑制某些生物生命活动的范围。由于这类物质具有广泛的生理活性而已经或正在被开发成为各种药物用于临床。从已经取得的研究成果来看，在微生物次级代谢产物中已发现

7、的生理活性物质，不仅是构成微生物药物的最新部分，而且已是主要部分。随着细胞工程技术和基因工程技术的发展，更进一步为微生物制药提供了新型的融合子和工程菌，它们能极大地提高生产效率或能够生产原来微生物所不能产生的药物。如用于预防或治疗心脑血管疾病、糖尿病、肝炎、肿瘤的药物以及抗感染、抗衰老的新型药物。基因工程药物主要是生理活性多肽类和蛋白质类药物，如胰岛素、生长激素、干扰素、组织纤溶酶原激活剂、白细胞介素、促红细胞生成素、集落刺激因子等，此外还有各种基因工程疫苗。实际上，应用DNA重组技术和细胞工程技术所获得的工程菌和新型微生物菌种来开发各类新型药物，已经成为微生物制药研究的重点和发展方向之一。生

8、物制药的三大来源是微生物、植物和动物，而植物和动物的生长周期长，收获量有限，因此，开发新型生物药物的重点会逐渐转向微生物。应用微生物技术研究开发新药, 改造和替代传统制药工业技术，加快医药生物技术产品的产业化规模和速度，是目前医药工业的一个重要发展方向。 第一节 微生物来源抗生素的研究与生产抗生素的来源可以是微生物、植物和动物，但抗生素的工业化生产主要是来自微生物的大量发酵法。多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。因此抗生素可定义为：抗生素是在低微浓度下即可对它种生物的生命活动有特异性抑制或影响作用的微生物次级代谢产物及其衍生物。抗生素是一类最重要和在临床上用量最大的抗感

9、染药物。它用于治疗由病原微生物，包括病毒、细菌、真菌、原虫和寄生虫所引起的各种疾病，也用于某些癌症的治疗。此外，抗生素还应用于禽畜和植物病害的防治、食物防腐以及工业防霉等。可见抗生素对人类的生活与生产以及对国民经济的作用十分重要。在50年代至60年代，是从微生物的次级代谢产物中不断发现和生产各种天然抗生素的黄金时代，而随后开创的从已有抗生素采用酶法或化学法进行结构改造来生产各种疗效更高、毒副作用更低和更为有效的半合成抗生素，则是又一个黄金时代。随着对抗生素认识的加深和研究工作的深入开展，许多新型抗生素不断被发现，其中有不少已被应用于临床。目前，抗生素的生理活性和作用已超出了抗微生物感染和抗肿瘤

10、的范围，某些抗生素还具有特异性酶抑制作用、免疫调节作用和受体拮抗作用等广泛的生理活性作用。 、微生物发酵法生产天然抗生素(一) 主要天然抗生素及其产生菌当前在临床上实际应用和工业生产的天然抗生素中，以放线菌所产生的抗生素为第一位（表81），其次是真菌中的半知菌产生的抗生素（表8 2），再其次是由细菌产生的抗生素（表83）。 表8 1 放线菌产生的主要抗生素 抗生素 产生菌链霉素（streptomycins）灰色链霉菌（Sgriseus）卡那霉素（kanamycins）卡那霉素链霉菌（Skanamyceticus）庆大霉素（gentamycins）绛红小单孢菌 ( M. purpurea )棘孢

11、小单孢菌 ( Mechinospora )金霉素（chlortetracycline）金色链霉菌（Saureofaciens）红霉素（erythromycin）红色链霉菌（Serythreus）柱晶白霉素（leucomycins）北里链霉菌（Sritasatoensis）麦迪霉素（mydemycin）生米卡链霉菌 ( Smycarfaciens nov.sp.)螺旋霉素（spiramycins）生二素链霉菌（Sambofaciens）制霉菌素（nystatin）诺卡氏链霉菌（Snoursei）两性霉素B（amphotericin B）结节链霉菌（Streptomyces nodosus）诺卡霉

12、素（nacardicins）均匀诺卡氏菌（Nocardia uniformi）硫霉素（thienamycin）卡特利链霉菌 (Scatteya )氯霉素（chloramphenicol）委内瑞拉链霉菌（Sveneznelae）新生霉素（novobiocin）浑球链霉菌（S. sphaeroides）四环素（tetracycline）金霉素链霉菌（Saureofaciens）土霉素（oxytetracycine）龟裂链霉菌（Srimosus）巴龙霉素（paromomycin）巴龙霉素型龟裂链霉菌（S. rimosus var paromonomycincus）利福霉素（rifamycin）地中海

13、诺卡氏菌（Nocardia meditrerranei）博莱霉素（bleomycins）轮枝链霉菌（Sreticillus）丝裂霉素C（mitomycin C）头状链霉菌 ( Scaespitocus )放线菌素C（actinomycin C）金羊毛链霉菌 ( SChrysomallus )林可霉素（lincomycin）林可链霉菌 ( S. lincolnensis )表8 2 真菌产生的主要抗生素抗生素产生菌青霉素（不包括青霉素N）（penicillin）点青霉（Penicillium notatum）产黄青霉 ( Pencillnum chrysogenum ) 青霉素N（penicil

14、lin N）顶孢头孢子菌（Cephalosporium acremonium） 头孢菌素C（cephalosporin C）顶孢头孢子菌 去乙酰氧头孢菌素C（deacetoxycephalosporin C）顶孢头孢子菌 去乙酰头孢菌素 C（deacetylocephalosporin C）顶孢头孢子菌 灰黄霉素（grisefulvin）灰黄霉素青霉 ( Penicillium griseofulvin ) 变曲霉素（pecilocin）宛氏拟青霉 ( Paecilomyces varioti ) 表8 3 细菌产生的主要抗生素抗生素产生菌 杆菌肽（bacitracin）枯草芽孢杆菌（Baci

15、llus subtilis）短杆菌肽（gramicidin）短芽孢杆菌 ( Bacillus brevies )多黏菌素（polymyxin）多黏芽孢杆菌（Bacillus polymyxin）短杆菌酪肽（tyrocidin）短芽孢杆菌 ( Bacillus brevies )(二) 新抗生素产生菌的分离与筛选1. 放线菌的分离大多数放线菌的分离并不采用含丰富营养的生长培养基，而是采用较贫瘠或复杂底物（如几丁质）的琼脂平板培养基。如可采用精氨酸甘油培养基、AV琼脂、Benedict琼脂、胶状几丁琼脂等培养基进行平板分离。在分离培养基中，通常都加入抗真菌剂如制霉菌素或放线菌酮，以抑制真菌的繁殖。

16、此外，为了富集和分离某些特殊种类的放线菌，可选择性地添加某些抗生素。放线菌的分离有非选择性分离和选择性分离两种，前者是对土样中所有放线菌都进行分离，后者是在分离之前，先对土样进行预处理（如在不同温度下进行热处理），只留下具有特定特性的放线菌。分离方法可采用平板划线分离法、玻璃涂棒连续涂布法、十倍稀释法和接种环快速稀释法等。总的目的是使以混杂的状态生长繁殖在一起的各类微生物单个分开并选择性地生长，从而获得放线菌的纯培养。2. 放线菌的次代培养及纯化成功地分离出各种不同放线菌的关键, 是上述所采集的含菌样品的本身及所采用的合适分离培养基。而当菌落形成后，先用肉眼识别不同的生长形态，从而初步地加以鉴

17、定，再通过显微镜进行镜检。进一步了解其菌丝和孢子丝的形成情况，这对于成功地分离获得放线菌纯培养也是很重要的。次代培养及纯化操作是将分离平板上所形成的菌落, 用无菌接种针或钩挑取单个菌落，转接到适宜的琼脂斜面上，或者点接到琼脂平板上进行培养，以供进一步分离和筛选用。3. 新抗生素产生菌的筛选从大量分离获得的纯培养微生物中，采用合理的方法尽快鉴别出少数有应用价值的抗生素产生菌的试验过程，即为筛选。一般根据筛选目的，选择合适的筛选方法，例如选用有利于目的菌种生长的培养基及选用合适的试验菌作为筛选模型。在筛选抗细菌或抗真菌的新抗生素时，一般应先尽量选用无毒性而对某些致病菌具有代表性的微生物作为试验菌，

18、以防止在筛选工作中感染病原菌的危险。例如常用金黄色葡萄球菌209P代表革兰氏阳性病原球菌作为试验菌，即筛选模型；用大肠杆菌代表革兰氏阴性肠道致病细菌作为试验菌；用青霉菌代表致病性丝状真菌作为试验菌等。新抗生素产生菌的常用筛选方法有下列几种：(1) 琼脂块移置法将已分离纯化的放线菌逐个点接于合适的平板培养基上，经培养形成菌落后，用打孔器将菌落连同琼脂块切取后分别移置于已接种有试验菌的平板上，在合适温度下培养一定时间后，观察琼脂块周围有无抑菌圈形成。(2) 培养液扩散法将待筛选的纯化菌株接种于一定量的液体培养基中，置摇床于适宜的温度下振荡培养36 d。用直径为5mm的滤纸片沾取培养液的上清液或菌丝

19、体的丙酮浸提液，分别置于接种有试验菌的平板上，培养一定时间后观察有否抑菌圈产生。(3) 抗肿瘤抗生素的筛选法筛选抗肿瘤抗生素的方法很多，较有效的方法是人肿瘤细胞或动物肿瘤模型法，但因该法繁复，耗时耗动物和耗人力多，故作为初筛一般仍常用体外微生物噬菌体模型法。噬菌体模型法可分为诱导噬菌体法和抗噬菌体法两种。前者是将沾有待筛培养液的圆滤纸置于混有溶原菌和指示菌的平板上，凡能诱导溶原菌释放出噬菌体者，滤纸片周围出现清晰噬菌斑。后者则是将沾培养液的滤纸片置于混有噬菌体及其敏感细菌的平板上，有抗噬菌体作用者，滤纸片周围有明显的细菌生长圈。(4) 抗病毒抗生素的筛选法筛选抗病毒抗生素除可采用前述筛选抗肿瘤

20、抗生素类似的方法外，还可采用体内筛选法。该法是采用病毒感染动物，然后进行试验治疗，观察动物存活期或生存期以判断其疗效。4. 新抗生素的早期鉴别为了尽早了解筛选到的抗生素是新的还是旧的抗生素，是那一类新或旧的抗生素，必须对上述筛选获得的阳性菌株进行早期鉴别，以便淘汰不需要的菌株。鉴别时，可先进行菌株形态特征、培养特征和生理生化特性等试验，观察并分析有否可能是哪种新老抗生素的产生菌。接着可将产生菌所产生的抗生素进行层析或电泳分析，并将获得的各种图谱与已知抗生素图谱进行比较鉴别和判断。经过分离筛选和早期鉴别，有价值的新抗生素产生菌应进行菌种选育和发酵条件优化提高抗生素产量，并妥善保藏。新抗生素还必须

21、通过药理和临床试验，以便为实际应用提供实验依据。（三）抗生素的生物效价测定法抗生素的医疗作用主要是它的抗菌活力，而采用微生物检定法正是以抗生素的抗菌活力为指标来衡量抗生素生物效价的一种方法。其测定原理于临床要求相一致，能直接反映抗生素的医疗价值。微生物检定法测定抗生素生物效价，一般可分为稀释法、比较法和琼脂扩散法。以琼脂扩散法（亦称管碟法）应用最广泛。该法的一般操作步骤是：先将固体培养基融化并倒制平板，待凝固后，在上面再倒一层混有试验菌的融化培养基。凝固后，在表面放置不锈钢管子，向管子中加入抗生素稀释液，适温培养一定时间。经培养后，由于抗生素向培养基中扩散，凡抑菌浓度所达之处，试验菌不能生长而

22、呈透明抑菌圈。量取抑菌圈直径并进行效价计算，具体方法请参照中国药典。（四）b内酰胺类抗生素的发酵生产 b内酰胺类抗生素是一类最重要的抗生素，在医用抗生素中一直处于优势地位，在销量和发展上一直呈上升趋势。其主要特征是在分子结构中含有一个具抗菌活力的b内酰胺环状结构。青霉素和头孢菌素是天然b内酰胺类抗生素的两个典型代表。1. 青霉素（1）结构与性质青霉素的母核是6氨基青霉烷酸（6Amino Penicillanic Acid, 6APA），由四元b内酰胺环、五元二氢噻唑环这两个稠骈杂环组成，可以看作由半胱氨基酸和缬氨酸结合而成。侧链R不同，所形成的青霉素也不同，如R为苯甲基（苄基）时，为青霉素G即

23、苄基青霉素（图8 1）。 图11 1 青霉素的化学结构 R侧链； *不对称碳原子 在不添加侧链前体的自然发酵液中，含有青霉素F、G、K、V、X和双氢F等混合物，但只有青霉素G和青霉素V在临床上有疗效。现行的青霉素发酵液中，G的含量最高，抗菌作用最强。青霉素G是一种有机酸、难溶于水，不稳定。但其Na+、K+盐稳定，易溶于水。 青霉素G优点是使用安全，毒性小，低浓度抑菌、高浓度杀菌、对大多数G+球菌和杆菌、螺旋体及放线菌的抗菌作用强。其缺点是对酸不稳定，不能口服、排泄快；对G-菌无效，大量应用后易诱发耐药性菌株；某些病人会产生过敏反应（因产品中含微量青霉噻唑酸蛋白）。上述缺点可通过研制各类半合成新

24、青霉素和各种制剂加以克服。（2）青霉素产生菌1929年由Fleming发现并分离获得的青霉素产生菌是点青霉菌，又称音符型青霉菌（Penicillium notatum），其青霉素产量很低，表面培养的效价也只有几十个单位，不符合工业生产的要求。1943年分离到一株橄榄型青霉菌即产黄青霉菌（Penicillium.Chrysogenum）NRRL1995，适合于液体深层发酵，效价约为100 U/ml。该菌株经X射线和紫外线诱变处理后得到一变异株WisQ176，青霉素产量最高达1500 U/ml，比原始株提高约15倍，但发酵时产色素，影响产品质量。后来再将WisQ176通过一系列的诱变处理，获得不产

25、生色素的变异株5120。目前工业生产上采用的生产菌种均为该变种经不同改良途径得到的变异株，有形成绿色和黄色孢子的两种生产菌株。通过采用理化因素不断进行诱变选育，当前青霉素发酵生产的效价已超过50000 U/ml的高水平。目前，又采用原生质体诱变、原生质体融合及基因工程等现代育种技术进一步定向选育优良高产的菌种，并已取得显著成效。 产黄青霉菌的个体形态：青霉穗形似毛笔，从气生菌丝形成大梗和小梗，于小梗上着生分生孢子。分生孢子呈链状排列，椭园或园柱形。菌落形态为园形，边缘整齐或锯齿状，外观平坦或皱褶，孢子呈黄绿色，绿色或蓝绿色，成熟后变为黄棕色或红棕色。（3）青霉素的发酵 工业生产上所用的产黄青霉

26、菌孢子的制备过程是：将长期保藏的冷冻管孢子移接于斜面培养基上培养，成熟后再移植于固体培养基（大米和小米）上，于25培养约7天，收集成熟孢子进行真空干燥，低温保存备生产用。 为制备大量种子（菌丝体）供大规模发酵用，一般采用二级或三级种子培养。一级种子培养在小型种子罐中进行，主要是使接入的生产孢子萌发形成菌丝并增殖为大量菌丝体。二级种子培养在较大的种子罐中进行，主要目的是进一步扩大培养使获得足量的供发酵用的菌丝体。种子培养基营养较丰富，碳源多采用葡萄糖、蔗糖或乳糖，氮源采用玉米浆、尿素等，还有起pH缓冲作用的碳酸钙和各种必需的无机盐类。在自然pH条件下，保持最适生长温度2627和充分的通气、搅拌，

27、分别培养约56 h和24 h，可达到上述种子扩大培养之目的。 进入大罐发酵时除了继续大量繁殖菌丝体外，主要是发酵产生青霉素。为了获得较高的青霉素发酵产率，需要控制并优化的主要环境因素和生理因素有：发酵温度、发酵pH、溶解氧、碳氮源、补料、侧链前体添加、菌丝浓度与生长速度、菌丝形态等。（4）青霉素的提取 发酵液预处理：发酵液中杂质很多，其中对青霉素提取影响最大的是高价无机离子Ca+、Mg+、Fe+等和蛋白。可用草酸钙除Ca+和蛋白，用三聚磷酸纳除Ca+、Mg+，用黄血盐除Fe+，变性除蛋白。过滤：通过调pH、加去乳化剂、助滤剂等方法尽量除去蛋白以改善过滤性能，并经两次过滤得青霉素滤液。 萃取：根

28、据青霉素游离酸易溶于有机溶剂而青霉素盐易溶于水的特性，采用溶媒萃取法，进行反复转移而达到提纯和浓缩之目的。整个萃取过程在低温下进行，需添加去乳化剂防止蛋白引起的乳化。 结晶：在醋酸丁酯萃取液中加入醋酸钾（或钠）乙醇液，使析出青霉素钾盐或钠盐的结晶。 2. 头孢菌素(1) 头孢菌素C的结构头孢菌素C的化学结构与青霉素相似，也具有b-内酰胺环，其母核为7-氨基头孢霉烷酸（7ACA）。不同之处在于青霉素母核的二氢噻唑五元环扩大为 二氢噻嗪六元环，侧链为Da氨基己二酸，含有乙酰氧基取代基（图8 2）。 图11 2 头孢菌素C的化学结构（2）头孢菌素C的性质与特点头孢菌素C与青霉素不同，对酸性和重金属离

29、子较稳定。在pH11时，才迅速丧失其生物活性；对青霉素酶不敏感，抗革兰氏阴性细菌能力较强；具有抗耐药金黄色葡菌球菌（革兰氏阳性）的作用；对细菌的作用是杀菌，对动物和人毒性非常低；头孢菌素C的抗菌活性较低，只有苄青霉素的1/200；头孢菌素C虽没有临床应用价值，但通过酶法和化学改造，可以制备出比半合成青霉素更高效的衍生物，即半合成头孢菌素类抗生素。（3）头孢菌素C产生菌 1948年布鲁特治氏（Brotzas）分离到顶孢头孢菌（Cephalosporium acremonium），后来从发酵液中发现其中含有三种完全不同的抗生素：头孢菌素N、头孢菌素P和头孢菌素C。这三种天然头孢菌素都不具备临床使用

30、价值。但由于头孢菌素C的化学结构、母核与青霉素相似，而与青霉素相比具有耐酸性强、毒性低，对青霉素酶不敏感，抗革兰氏阴性菌能力强，且具有抗耐青霉素的金黄色葡萄球菌等优点而引起重视。原始的Bratzas顶孢头孢菌菌株产量很低，后经诱变选育获得M 8650母株，再经埃莉.礼莱公司（Eli.Lilly）进一步诱变选育获得菌株CW 19，产量比母株提高了三倍，而且发酵液中头孢菌素C与副产物青霉素N (造成提取和纯化的困难及成本的增加）之间的比例也有明显的改进。 其它有关菌种选育的报道有：意大利报道，通过选育获得一个头孢菌素C产量高而青霉素N产量低的新菌种名为Cephalosporium SP.F12（A

31、TCC20339）, 发酵130 h可得头孢菌素C 45005000 mg/ml，且副产物PCN产量低； 1976年，日本某公司将一高产菌株N-16亲株以紫外线处理后，获得一变异株IS5，能利用硫酸盐合成头孢菌素C，改变过去一直用甲硫氨酸作硫源的工艺，且产量比亲株提高2倍; 日本某公司将LM5（甲硫氨酸和亮氨酸双缺陷型）与AP78（精氨酸、苯丙氨酸双缺）进行杂交，获得头孢菌素C高产菌株2M16，产量高达8200 mg/ml。(4) 头孢菌素C的发酵 头孢菌素C的发酵控制要点可归纳为下列几点： 解除碳源阻遏作用： 在较高葡萄糖浓度下头孢菌素C的产率下降，而青霉素N积累增加，表明葡萄糖会通过阻遏扩

32、环酶的产生而阻遏头孢菌素C的生物合成。通过控制碳源的流加补料发酵，或用代谢速度较慢的植物油作碳源，可以较有效地避免这种碳源阻遏作用，显著提高头孢菌素C的产率。 硫源的补给： 头孢菌素C分子中含有硫原子，故发酵时除需要一般的碳源和氮源外，还须在培养液中补给硫源。头孢菌素C的产量与蛋氨酸和硫酸盐的量成正比，蛋氨酸不仅能提供硫，而且还有诱导调控作用。此外半胱氨酸能渗入头孢菌素C结构中去。 防止头孢菌素C的水解： 发酵液中存在着乙酰酯酶，能将头孢菌素C水解成抗菌活性很弱且影响产物分离提纯的脱乙酰头孢菌素C。对于某些菌株，保持一定的碳源浓度有助于防止产物的水解。此外，尽量避免发酵温度和pH的异常升高。这

33、对于减少脱乙酰头孢菌素C的生成也有一定作用。 维持较高的溶氧浓度： 据报道当溶氧浓度低于25饱和浓度时，头孢菌素C的产率将显著降低。故在头孢菌素C发酵过程中，要求较高的氧传递率，以维持较高的溶氧浓度，一般要求发酵液中搅拌输入功率在4 kw/m3。此外，要严格控制油的流加，使溶氧始终保持在25饱和度以上。 促进菌体的形态分化： 在头孢菌素C深层发酵过程中，顶孢头孢菌有四种细胞型：菌丝型、萌芽型、节孢子型和分生孢子型。在快速生长期菌体以细长的丝状为主，随着营养的消耗和生长速率的下降，菌丝开始膨胀、断裂、形成单细胞的节孢子，这种节孢子可以生成芽管，发育成为新的菌丝。在菌丝型向节孢子型转化时期，头孢菌

34、素C大量产生，其合成量与节孢子数量成正比。当加入蛋氨酸和限制碳源的数量时，可以促进这种形态分化，从而促进产物的生物合成。 适时把握发酵终点： 在发酵过程中，头孢菌素C是不稳定的化合物，随着其浓度的提高，非酶降解作用和乙酰酯酶的水解作用逐渐加大。另一方面，降解产物及脱乙酰头孢菌素C含量的增加，又给产物的提取纯化带来不利影响。故应从产率、产物组成、生产成本和效益等综合因素考虑，适时把握发酵终点。(5) 头孢菌素C的提取 一般采用溶剂法萃取。先用酰化剂，如氯乙酰丙酸酐或对硝基苯甲酰氯将侧链上的aNH2酰化，转化成N酰化头孢菌素C，再用溶剂（乙酸乙酯、丁醇）萃取后做成钠盐，或用某些有机碱（如喹啉）做成

35、难溶性复盐沉淀。（五）氨基糖苷类抗生素的发酵生产氨基糖苷类抗生素是一类分子中含有一个环己醇配基，以糖苷键与氨基糖相结合的抗生素，又称氨基环己醇类抗生素。其中链霉素是瓦克斯曼在1943年发现的第一个氨基糖苷类抗生素(图8 3)，随后相继从微生物代谢产物中分离出多达200余种的这类天然抗生素，其中有巴龙、卡那、庆大、新霉素等重要的抗生素。该类抗生素是控制细菌（革兰氏阳性和阴性）感染的广谱抗生素，并具有较强的抗菌活性，是临床上重要的抗感染药物。 图11 3 链霉素的化学结构1. 链霉素 链霉素在低浓度时有抑菌作用，高浓度时则有杀菌作用。临床应用链霉素主要是治疗结核杆菌和某些细菌引起的疾病。 链霉素生

36、产菌种主要有三个： 灰色链霉菌; 比基尼链霉菌（Streptomyces bikiniensis）; 灰肉链霉菌（Streptomyces griseocarneus）。其他产生链霉素的菌种还有很多。 灰色链霉菌的孢子丝直而短，不呈螺旋状，分生孢子由断裂生成。菌落34mm，隆起状，梅花型或馒头型，气生菌丝和孢子均呈白色，菌落背面产生淡棕色色素。链霉素生产菌种的退化表现为菌落变成光秃形或半光秃形，气生菌丝减少，链霉素产量下降。链霉素发酵的控制要点： 碳源以葡萄糖最合适（工业葡萄糖或葡萄糖废母液）。菌种的蛋白酶活力较高。氮源可用有机氮（黄豆饼粉、玉米浆等）和无机氮。游离氨基酸有促进菌丝生长和链霉素

37、生物合成的作用； 葡萄糖代谢速率受氧传递程度和磷酸盐浓度的调节，高浓度磷酸盐加速葡萄糖的利用，大量长菌，但抑制链霉素的合成。通氧不足，葡萄糖降解速度加快，积累丙酮酸和乳酸。因此链霉素发酵需在高氧传递水平和适当低的磷酸盐浓度条件下进行； 适当低浓度的铵氮，控制适量Fe+浓度以及pH适当偏碱性等，为链霉素生物合成创造有利条件。 2. 庆大霉素 庆大霉素又名艮他霉素, 是1963年由美国先令公司Weinstein等发现的，1965年开始应用于临床。庆大霉素的抗菌活性强（C1 C2、G1），对铜绿假单胞菌、肠道杆菌等革兰氏阴性细菌感染引起的多种疾病疗效显著，已被广泛用于临床。 庆大霉素的产生菌主要是绛

38、红小单孢菌和棘状小单孢菌，后者的孢子表面有钝刺。我国于1967年分离到这两个菌种。绛红小单孢菌F543（菌丝深紫色，单孢子），棘状小单孢菌F1977（菌丝浅橙或橙色，单孢子表面棘状）。1969鉴定投产并定名为庆大霉素。 在庆大霉素的发酵代谢产物中，含有许多不同的组分，因此如何控制庆大霉素成品的组分使之能符合临床治疗上的需要是一个很重要的问题。庆大霉素发酵工艺要点： 发酵培养基由淀粉、葡萄糖、黄豆饼粉、蛋白胨、豆油、淀粉酶等组成；发酵温度前期控制在36 ，以后维持在34 ,分别于发酵1820小时和44小时左右补全料次，30小时左右补氯化钠0.2，鱼胨1。如需提取维生素12，则需添加氯化钴。通气量

39、为1：1。3. 新霉素 新霉素(neomycin)也是瓦克斯曼等人于1949年发现并已在临床上应用的第二个氨基糖苷类抗生素，新霉素在低浓度下就能抑制包括结核杆菌在内的许多革兰氏阳性和阴性细菌，对铜绿假单胞菌和变形杆菌的抑制能力较差，对真菌、原虫、病毒无效。 新霉素产生菌为弗氏链霉菌（S. fradiae）, 其形态特征为：营养菌丝呈黄橙色，气生菌丝呈白色或粉红色，孢子丝直、有钩、紧圈，分生孢子呈杆状至卵圆。新霉素发酵工艺要点： 种子培养基由淀粉、葡萄糖、花生饼粉、玉米浆、蛋白胨、酵母膏、硫酸铵组成。调pH7.5，再加入碳酸钙, 35 培养3040小时； 发酵培养基以籼米粉酶解液及葡萄糖为主要碳

40、源，以花生饼粉、黄豆饼粉、液胨、酵母粉、硫酸铵为主要氮源，于35发酵约10天； 还原糖（维持在1.01.5）作为控制加糖量的参数。当氨氮低于15mg100ml时应及时添加硫铵（每次0.05左右），补料宜少量多次。发酵中途(约110小时)补加酵母粉次。4.卡那霉素卡那霉素是1975年由日本梅泽教授发现的多组分氨基糖苷类抗生素，是一种广谱抗生素，其抗菌谱与庆大霉素相似，但活性比庆大霉素小46倍，对耐链霉素的结核杆菌也有抑制作用。卡那霉素产生菌是卡那链霉菌。我国生产所用的菌种是1965年从云南西双版纳土壤中分离得到的。卡那链霉菌的营养菌丝呈黄色或秸秆色，气生菌丝呈白色、为黄色和微绿色，孢子丝直或柔曲

41、。 卡那霉素发酵工艺要点： 酵培养基为淀粉、葡萄糖、黄豆饼粉、麦芽粉、淀粉酶、硝酸钠、硫酸锌等； 隔24 h补水次，共约次（总量为发酵液的2028）； 种子培养于27 培养4050 h，通气量；。发酵则为2728 ，100110 h，逦气量：0.8。（六）四环类抗生素的发酵生产四环类抗生素是母核为四并苯的一族化合物，其中由微生物发酵生产的品种主要有四环素、土霉素、金霉素和去甲基金霉素(图8 4)。四环类抗生素属广谱抗生素，能抑制多种革兰氏阳性和阴性细菌，某些立克次氏体、较大的病毒和一部分原虫，早已普遍应用于医疗上，世界各地均有大规模生产。 图11 4 四环类抗生素的化学结构 四环素； 土霉素；

42、 金霉素； 去甲基金霉素金霉素和四环素产生菌都是金色链霉菌。金色链霉菌在马铃薯葡萄糖斜面培养时，营养菌丝分泌金黄色色素，气生菌丝无色，孢子由白色 棕灰色 灰黑色，孢子链状、圆形或椭圆形。1948年杜盖尔(Dugger)首次分离到该菌，金霉素发酵单位只有165U/ml。后来发现当培养基中加入抑氯剂后，该菌也能产生95左右的四环素。经过不断的菌种选育和工艺优化。目前四环素的发酵单位已达到30000U/ml左右。除金色链霉菌外，生绿链霉菌(S. viridifaciens)和佐山链霉菌(S. sayamaensis)等也能产四环素。 土霉素产生菌为龟裂链霉菌，于1950年首次筛选出来。龟裂链霉菌菌落

43、灰白色，后期生皱褶，呈龟裂状。菌丝呈树枝状分枝，白色，孢子灰白色，柱形。经过长时间的菌种选育和工艺条件的优化，发酵单位也已达到30000U/ml的水平。另发现淡黄色链霉菌（S. gilbus ）和圈环链霉菌（S. armillatus）也能产生土霉素。 四环类抗生素的种子扩大培养依发酵规模分为一级种子和二级种子。培养基要求氮源丰富，以利菌丝大量增殖，一般以蛋白胨，花生饼粉、淀粉为主料。一级种子接入孢子悬浮液后，于3032通气搅拌培养约24 h即可。 发酵培养基常用碳源为淀粉，葡萄糖、糖蜜及油脂等，氮源常用：花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆、脲素、硫胺等,各种无机盐类适量加入。四环素发酵需添加抑氯剂溴

44、化钠和2巯基苯骈噻唑，另再加微量硫氰化苄（BTG），可使四环素比例提高。发酵温度一般采用2832，生物合成四环素的最适pH为5.86.0，前期长菌最适pH为6.06.8。(七) 大环内酯类抗生素 大环内酯类抗生素是以一个大内酯环（其大小有12、14、16、17、18、和20元等）为母核，通过糖苷键与13个糖分子(中性糖和氨基糖)相连接的一类抗生素(图85)。自从1950年Brockmann报道了第一个大环内酯抗生素苦霉素以来，至今已发现了几百种，已经确定化学结构的也已有100多种，是三大类抗生素之一。红霉素最早被用于临床，随后碳霉素、酒霉素、竹桃霉素、螺旋霉素、柱晶霉素、麦迪霉素等相继被广泛用

45、于临床。 大环内酯类抗生素能够抑制许多革兰氏阳性和阴性细菌，但其抑菌活性依不同类型而差异较大，其中十六元大环内酯抗生素的活性最强。许多品种对耐青霉素的葡萄球菌和支原体有效，某些品种对螺旋体、立克次氏体和巨大病毒有效，个别品种还具有抗原虫的作用，而多烯大环内酯抗生素对许多致病真菌（酵母菌、霉菌及皮肤癣菌）有不同的抑制和杀灭作用。已发现能产生大环内酯类抗生素的微生物中，绝大部分是链霉菌属, 小部分是小单孢菌属。 图11 5 红霉素的化学结构1. 红霉素红霉素是1952年从红色链霉菌培养液中分离出来的一种碱性抗生素。红霉素的毒性和副作用极为少见，也很少出现过敏反应，它是治疗耐青霉素及其它广谱抗生素的

46、病原菌感染首选药物，而且对葡萄球菌引起的各种感染具有一定特效。 红色链霉菌生长扩展，有不同规则的边缘，菌丝深入培养基内，菌丝初始白色，后变为微黄色,菌落周围白色乳状，气生菌丝细，有分枝。 有研究结果表明，红霉素高产菌株对正丙醇的利用率比低产菌株高45倍，且对正丙醇的利用速度和红霉素的生成速度都较快，能使约45的正丙醇结合到红霉内酯结构中，而低产菌株只能结合15。这对选育红霉素高产菌株的工作很有参考价值。此外，也曾报道菌株表现出一定的培养特征，如孢子颜色由白色到粉红色，或在琼脂培养基中产生米色至淡橙色色素等，似乎也与红霉素的生物合成有关。 红霉素的发酵工艺要点： 发酵培养基成分由淀粉、葡萄糖、黄

47、豆饼粉、玉米浆、硫酸铵、磷酸二氢钾和碳酸钙组成。发酵过程加入丙酸成丙醇作为前体以提高红霉素的产量。 培养条件的控制：发酵通气量一般为：0.81.2，发酵温度为31，pH维持在6.67.2。发酵过程还原糖控制在1.21.5，每隔h补加次葡萄糖。有机氮一般每天补次，前体般在2436 h后补入，每隔24 h加一次，全程45次（总量0.70.8）。若发酵后期采用滴加氨水工艺，有利于提高发酵单位。2. 柱晶白霉素、麦迪霉素和螺旋霉素 柱晶白霉素、 麦迪霉素和 螺旋霉素是目前已投入工业化生产并广泛用于临床的三种重要的十六元大环内酯抗生素，它们的产生菌分别为北里链霉菌. 生米加链霉菌和生二素链霉菌。二、半合

48、成抗生素的酶促生产 半合成抗生素研究的目的在于通过酶法或化学法修饰原抗生素的化学结构，改进天然抗生素的性能，包括克服耐药性、增强抗菌活性、扩展抗菌谱、改善药代动力学性能、降低毒副反应、增强稳定性以及适应制剂要求等诸方面，从而创制出具有新特点的半合成抗生素。纵观各年代新上市的医用抗生素，其中半合成与合成的抗生素所占的比例在逐年上升。例如，在50年代仅约占10，60年代就增至50，到了80年代已高达90。而自1990年至今，上市的19个新品种全都是合成和半合成的抗生素。采用微生物发酵法生产获得的各种天然抗生素，则为半合成抗生素提供了重要的原料药，而半合成抗生素的研究开发又成为新型抗生素来源的最重要

49、途径之一。可以认为，如果没有半合成抗生素的出现，很难想象会有微生物药物的今天。(一) 半合成新青霉素的酶促生产 青霉素的酰基侧链虽不具决定抗菌活力构效，但它却对青霉素的抗菌强度、抗菌谱的范围、对青霉素酶的稳定性强弱、对血液中有效浓度的持久性、对酸稳定性以及溶解度等理化性质起着非常重要的作用。因此，可通过对酰基侧链的改造，获得性质更优，疗效更高的半合成青霉素。半合成法制新青霉素的步骤为： 由微生物发酵法获得青霉素G或V；采用酶法水解青霉素G或V制备青霉素6APA母核；采用酶法将酰基侧链联结到6APA母核上。1. 青霉素酰化酶 青霉素酰化酶（penicillin acylase）能水解青霉素成为6

50、APA。该酶可分为三型酶：型为细菌产生，适宜于水解青霉素G；型为放线菌或真菌产生，适于酶水解青霉素V； 型为假单胞菌产生，适于氨苄青霉素水解。青霉素酰化酶都是可逆酶，一般在碱性条件下催化青霉素水解成6APA母核和酰基侧链，而在酸性条件下又可催化6APA与酰基侧链的缩合即酰基化（图8 6）。不同来源的微生物酶其催化条件（pH、温度）是不同的（图8 7）。图11 6 青霉素酰化酶催化水解与酰基化反应 图11 7 各种来源微生物酰化酶的不同催化条件 2. 酶法制备6-APA母核 酶法催化青霉素水解制备6APA母核的方式可直接采用细菌的细胞、真菌的孢子或菌丝体、粗酶或纯酶。现在大多采用固定化活细胞或固

51、定化酶法来进行生产。(1) 菌体悬浮法（大肠杆菌酰化酶为例）培养大肠杆菌并诱导产酶 杀灭活菌体 分离收集菌体 菌体（约10）悬浮于2%青霉素G溶液中 水解反应（pH8.0, 40） 分离除去菌体（可重复用） 得水解液 加明矾除去蛋白质 减压浓缩 加乙酸丁酯萃取苯乙酸 调pH4结晶析出6APA（产率一般为70% 80%）。 (2) 固定化酶法将菌体破碎 提纯释放出的酰化酶 吸附或结合在一种固体载体（如葡聚糖凝胶）上 固相酶装入柱反应器 用12青霉素溶液进行循环反应 分离水解产物6APA 精制。 (3) 固定化活细胞法培养好的菌体细胞不经过破碎和提纯酶的过程而直接固定化（如采用包埋法），酰化酶保存

52、在完整胞内，直接作用青霉素溶液，水解后分离产物。该法优点是省去分离纯化酶，酶活损失小，酶在细胞内较稳定。缺点是由此法生产的青霉素产品中含有少量青霉噻唑酸蛋白，易引起过敏反应。4. 酶法制半合成青霉素 （1）菌体悬浮法 方法与前类同。利用微生物产生的青霉素酰化酶催化作用的可逆性，使6APA母核在酸性条件下与侧链羧酸结合成新青霉素。例如: 在3537.pH6.06.5磷酸缓冲液中、6APA与a-氨基苯乙酸甲酯在E.coli酰化酶催化下，缩合生成a氨苄青霉素, 转化率在60%以上（图8 8）。若将侧链供体改为a-氨基对羟基苯乙酸甲脂，则在酰化酶催化下，缩合生成羟氨苄青霉素。图11 8 酶法制备氨苄青

53、霉素 不同微生物来源的青霉素酰化酶对不同结构底物的亲和力不同，据此可简化工艺，降低成本。例如改用黑素假单胞菌产生的III型酰化酶，则青霉素G水解成6APA与苯乙酸后，两者不必分离，就可直接将a-氨基苯乙酸甲酯加到混合裂解液中，此时，该酶只催化合成氨苄青霉素，而不产生青霉素G。 由于微生物菌体有时会产生青霉素酶破坏合成的新青霉素，故采用酰化酶一般需加入青霉素酶抑制剂邻-二氮杂菲或硫脲，也可选育缺失青霉素酶的变异株。(2) 固定化酶或固定化细胞法 固定化酶或固定化活细胞技术的应用，使利用微生物产生青霉素酰化酶来合成新青霉素的生产获得了新的发展。例如将由环状芽孢杆菌产生的青霉素酰化酶提取后，先用琥珀

54、酸酸酐酰化，再与DEAE葡聚糖凝胶结合形成固定化酶，此固定化酰化酶用于氨苄青霉素的酶促合成可连续使用10次；又如将巨大芽孢杆菌或色素杆菌变种的活细胞吸附在DEAE纤维素上制成固定化细胞，装填于柱反应器后可用于连续反应生产氨苄青霉素。5. 半合成青霉素的研究与发展动向 目前在临床上应用的青霉素类抗生素只有青霉素G和V是天然产物,其余都是半合成的。半合成新青霉素的研究与发展动向主要有下面几个方面：(1) 增加对青霉素结合蛋白的亲和力，以扩展抗菌谱和提高抗菌活性。例如BRL44454是引入了2氨基噻唑肟基的新型青霉素,它对青霉素结合蛋白PBP2（G菌）有较高的亲和力,抗耐药金葡菌活性强，是广谱的新青

55、霉素。(2) 增强对内酰胺酶的稳定性。例如Temocillin、Formidacillin和BRL44154等半合成新青霉素对各种内酰胺酶均较稳定。(3) 应用前药原理，改善青霉素的药物动力学性质和在体内的吸收。例如BRL20330的血药浓度比原药（Temocillin）明显提高，半衰期延长达6 h，且具有长效作用。又如Lenampicillin口服吸收良好，在体内抗菌作用比氨苄青霉素强24倍，血药浓度明显提高，半衰期明显延长。(4) 根据菌酶各个击破的原理，研究开发青霉素与内酰胺酶抑制剂的合剂。例如羟氨苄青霉素加克拉维酸、氨苄青霉素加青霉烷砜、哌拉西林加他佐巴坦（Tazobactan）、阿莫

56、西林加BRL42715等，并不断寻找具有特色的高效内酰胺酶抑制剂。(二) 半合成头孢菌素的酶促生产头孢菌素C的抗菌活力与青霉素G相比是很低的。试验表明若以青霉素G的侧链苯乙酰基取代头孢菌素C的侧链，则抗菌作用比头孢菌素C大100倍。因此设法除去头孢菌素C的侧链，制取其母核7氨基头孢霉烷酸（7Aminocephalosporanic Acid , 简称7ACA），然后在母核上再接入新的侧链，是获得具有更高疗效半合成头孢菌素的有效途径。1. 母核7ACA的酶解制备和直接发酵生产 7ACA母核过去一直采用化学脱酰基（亚硝酸氯法或硅酯法）由头孢菌素裂解制备。年代未，开始了酶法水解制备ACA新工艺，即采

57、用假单胞菌产生的酰化酶催化头孢菌素直接水解生成ACA母核，但转化率较低。后来小松等人分别将假单胞菌83和缺陷假单胞菌22产生的酰化酶基因克隆到头孢菌素产生菌中，使该菌在产生头孢菌素的同时，将部分头孢菌素脱酰基生成ACA，从而开创了直接发酵法生产ACA的种可能途径。2. 母核7-ADCA的酶解法制备 用化学扩环法可以将青霉素G或V转变为头孢菌素（五环扩展为六环），且酰化酶更易催化此类头孢菌素水解。水解产物为青霉素G或V的侧链产物苯乙酸或苯氯乙酸和母核7氨基3去乙酰氧基头孢菌素（7Aminodeacetoxycephalosporanic Acid,简称7ADCA）。 能产生头孢菌素酰化酶的微生物

58、有巨大芽孢杆菌、粘分节孢子杆菌、天南星欧文氏菌等多种菌类。一般采用固定化酰化酶法进行水解反应，其过程大致为：培养巨大芽孢杆菌 提取酰化酶 次乙酰塑料或硅藻土吸附酶 洗涤、装填柱式反应器 底物上柱反应 收集流出液 制取7ADCA母核。3. 酶法制取半合成新头孢菌素（1）固定化酶法该法与半合成青霉素的制取方法相似。以a-乙酸甲酯噻吩与7ACA缩合为头孢菌素为例 ，其大致过程为：吸附有酰化酶（巨大芽孢杆菌产生）的次乙酰塑料（或硅藻土铝盐）载体 装入反应柱 含侧链和7ACA的缓冲液通过反应柱 收集流出液（约857ACA被酶酰基化） 制取结晶头孢菌素I号（即先锋霉素号）。 (2) 固定化细胞法以a-氨基

59、苯乙酸甲酯酰基化到7ADCA母核上，合成头孢氨苄（即先锋霉素号）为例（图8 9）：将色素杆菌变种或巨大芽孢杆菌或大肠杆菌的活细胞与DEAE纤维素结合并吸附于羟基磷灰石上，也可将活细胞包埋于三醋酸纤维素中实现固定化，反应底物与固定化细胞进行酶促合成反应，从而制得头孢氨苄（先锋号）。 图11 9 头孢氨苄（先锋号）的酶促合成 (母核为7-ADCA )4. 半合成头孢菌素的研究与发展动向 80年代末，头孢菌素已由第一代发展到第三代，如头孢噻肟（CTX）、头孢哌酮（CPZ）、头孢三嗪（CRO）、头孢他啶（CAZ）等，与早期品种相比，具有抗菌谱广、抗菌活性高，对内酰胺酶稳定以及在药物动力学性质方面大大改

60、善的特点。但现有第三代头孢菌素在抗菌性能方面仍存在着一些缺点，主要是：(1) 抗革兰氏阳性菌的作用较差；（2）对铜绿假单胞菌及厌氧菌的作用仍不理想；（3）半衰期不够长，剂量较大；（4）一般都需注射给药；（5）成本较高，价格昂贵；（6）有时会引起凝血功能障碍。 针对上述缺点，从80年代初以来，研究开发了很多新的半合成头孢菌素。近年来研究的主要动向为：(1) 进一步扩展抗菌谱, 研制新一代高效衍生物。例如Ceftazidime是氨噻肟唑类衍生物, 对铜绿假单胞菌有高效, 人们称之为第四代头孢菌素。(2) 进一步发展长效头孢菌素, 目的在于降低剂量, 节约治疗费用。例如头孢曲松、Monocid、SK

61、F88070和SR44337都是每天给药一次则可，半衰期很长的长效头孢菌素。(3) 进一步开发新的口服头孢菌素，例如头孢克肟(cefixime)、头孢他美脂(cefetamid piroxil ) 和头孢布坦(ceftibuten)都是血药浓度高、剂量小的口服头孢菌素。(4) 提高抗革兰氏阳性菌的活性。如美国某公司研制的BMY28142, 对金葡菌等革兰氏阳性菌的抗菌活性比其他氨噻头孢菌素强数倍，且对铜绿假单胞菌有高效，被称为第四代头孢菌素。 第二节 应用微生物生产各类生物药物一、微生物生产氨基酸类和核苷酸类药物(一) 微生物发酵法生产药用氨基酸1. 氨基酸在医药中的应用 组成生物体的各种蛋白质的生物功能，都与构成蛋白质的氨基酸种类、数量、排列次序及由其形成的空间构象有密切的关系。因此氨基酸对维持机体蛋白质的动态平衡有极其重要的意义，若其动态平衡失调则机体代谢紊