專題一微生物藥物研究概況專題一微生物藥物研究概況專題一微生物藥物研究概況課程安排授課時間：1-6周課程內容：1、微生物藥物的研究概況〔9月9日〕2、微生物藥物生產中的假設干重要問題〔9月16日〕3、微生物藥物作用機制〔9月23日〕4、微生物的耐藥性〔9月30日〕5、新型微生物藥物開發〔10月7日？〕6、微生物藥物實踐課程〔10月14日〕專題一微生物藥物研究概況專題一微生物藥物研究概況專題一微生物1課程安排授課時間：1-6周課程內容：1、微生物藥物的研究概況〔9月9日〕2、微生物藥物生產中的假設干重要問題〔9月16日〕3、微生物藥物作用機制〔9月23日〕4、微生物的耐藥性〔9月30日〕5、新型微生物藥物開發〔10月7日？〕6、微生物藥物實踐課程〔10月14日〕課程安排授課時間：1-6周2成績評定A、出勤率〔20%〕B、課堂表現和成績〔20%〕C、課程綜合考察〔60%)成績評定3考核形式：課程論文課程論文要求：字數：3000-5000字選題范圍：與新型微生物藥物相關的研究領域，盡可能具體和明確格式：中文期刊發表綜述的格式〔題目，中英文摘要，關鍵詞，正文，參考文獻〕課程綜合考核考核形式：課程論文課程綜合考核4專題一、微生物藥物的研究概況專題一、微生物藥物的研究概況5思考題1、什么是微生物藥物？2、微生物藥物學主要研究什么？3、怎么樣開展微生物藥物研發？4、微生物藥物學的開展方向是什么？思考題1、什么是微生物藥物？6從抗生素到微生物藥物的開展概況微生物藥物的定義、組成及其研究內容尋找微生物藥物的根本途徑和方法微生物藥物研究的熱點及前沿問題主要內容從抗生素到微生物藥物的開展概況主要內容7I.從抗生素到微生物藥物的開展概況

I.從抗生素到微生物藥物的開展概況

8中國抗生素分布地圖中國抗生素分布地圖9專題一微生物藥物研究概況課件10I-抗生素時代開創之前1876年，物理學家Tyndall曾記載過青霉菌屬的一個菌株對細菌的生長有抑制作用，但他認為青霉菌的作用是阻礙細菌吸收氧氣;1877年，Pasteur和Jonbert發現空氣中某些細菌能夠抑制炭疽桿菌的生長，但他們的注意力似乎集中在免疫學上面，而未注意到細菌間的拮抗作用。1885年，Babes用固體培養基及液體培養基試驗出一種微生物可以產生一種物質來阻止另一種微生物的生長。1887年，Garre記述了用明膠培養基檢測拮抗性細菌的方法。1889年，Bouchard注意到銅綠假單胞菌有拮抗其他細菌的能力。I-抗生素時代開創之前1876年，物理學家Tyndall曾記11II-抗生素時代的開創

——青霉素發現的前后〔1916~1940年〕1912年，從真菌中別離得到曲酸〔合成頭孢類抗生素原料〕1913年，從真菌中別離得到青霉素酸1924年，報道白放線菌素和綠膿菌藍素1927年，報道紫色桿菌素〔紫色色桿菌〕1929年，報道青霉素〔但不受重視〕1931年，發現橘霉素1939年，Dubos發現短桿菌素II-抗生素時代的開創

——青霉素發現的前后〔1916~1912II-抗生素時代的開創

——青霉素的發現

命名Penicillin〔青霉素〕污染的青霉菌抑制周圍葡萄球菌的生長AlexanderFlemingII-抗生素時代的開創

——青霉素的發現

命名Penicil13青霉素的發現

——Florey和Chain的作用Florey是使青霉素重見天日的中心人物，他早期邀請Chain研究Fleming發現的具有抗菌作用的溶菌酶，從而熟悉了關于自然界的抗生物質的大量文獻。FloreyChain青霉素的發現

——Florey和Chain的作用Flor14青霉素的發現

——Florey和Chain的具體選擇

青霉素研究的原因第一，Fleming已經指出青霉素對葡萄球菌有抗菌作用，他用純度不到5%的粗品進展小鼠實驗，取得了驚人的效果。而當時普遍使用的磺胺藥對葡萄球菌相對來說已經沒有作用。第二，青霉素是一個不穩定的化學物質，對作為生物化學家的Chain來說具有挑戰性，他希望在青霉素提純過程中有所創新。青霉素的發現

——Florey和Chain的具體選擇

青15青霉素的發現

——希特利的功績由于Chain受溶菌酶的影響，認為青霉素也是一種蛋白質，故一直得不到純品。希特利創造了反萃取，得到了純度很高的青霉素。青霉素的發現

——希特利的功績由于Chain受溶菌酶的影響，16II-抗生素時代的開創

——實現青霉素工業化生產的主要奉獻1、有機酸等浸沒深層發酵技術已經成熟；2、用X-線照射進展青霉素菌種的誘變育種取得了成功；3、使用玉米漿發酵使青霉素發酵單位有了很大的提高。II-抗生素時代的開創

——實現青霉素工業化生產的主要奉獻117SelmanAbrahamWaksman〔1888-1973〕III抗生素開展的黃金時代鏈霉素發現者生物化學家和微生物學家創造了一系列別離抗生素的方法和技術獲得1952年諾貝爾生理和醫學獎

SelmanAbrahamWaksman〔1888-118III-抗生素開展的黃金時代一是研究系統化——進展了有目的、有方案的科學研究，并且所使用的方法也十分嚴謹；二是生產方法工業化——建立了大規模的抗生素制藥工業，且產品到達一定的純度以及有明確的作用和療效；三是傳染病治療方式的改變——推廣了化學治療的范圍并開辟了新的用途。III-抗生素開展的黃金時代一是研究系統化——進展了有目的、19早期發現并在臨床應用的一些重要的抗生素品種抗生素名稱產生菌年份能被抑制的主要病原體臨床給藥方法青霉素青霉菌1929革蘭氏陽性細菌和部分陰性細菌注射、口服及外用灰黃霉素青霉菌1939發癬菌及表皮癬菌口服、外用短桿菌素短桿菌1939革蘭氏陽性球菌外用鏈霉素鏈霉菌1944革蘭氏陽性及陰性細菌、結核桿菌注射、外用氯霉素鏈霉菌1947同上、立克次氏體及部分病毒口服、外用多粘菌素多粘桿菌1947革蘭氏陰性細菌注射、外用金霉素鏈霉菌1948革蘭氏陽性及陰性細菌、立克次氏體及部分病毒和原蟲口服、注射新霉素鏈霉菌1949革蘭氏陽性及陰性細菌、結核桿菌局部制霉菌素鏈霉菌1950白念珠菌、酵母菌、阿米巴口服、局部土霉素鏈霉菌1950同金霉素口服、注射早期發現并在臨床應用的一些重要的抗生素品種抗生素產生菌年份能20粘菌素細菌1950革蘭氏陰性細菌口服、注射四環素鏈霉菌1952同金霉素口服、注射曲古霉素鏈霉菌1952白念珠菌、陰道滴蟲、酵母菌口服、局部紅霉素鏈霉菌1952革蘭氏陽性及陰性細菌、立克次氏體及部分病毒口服碳霉素鏈霉菌1952同上口服抗癌霉素鏈霉菌1953吉田氏肉瘤細胞注射竹桃霉素鏈霉菌1954同紅霉素口服新生霉素鏈霉菌1955革蘭氏陽性細菌口服、注射環絲氨酸鏈霉菌1955革蘭氏陽性細菌及結核桿菌口服兩性霉素B鏈霉菌1956白念珠菌等口服、注射萬古霉素鏈霉菌1956革蘭氏陽性細菌口服絲裂霉素鏈霉菌1956癌及革蘭氏陽性細菌注射巴龍霉素鏈霉菌1956革蘭氏陽性細菌及結核桿菌注射卡那霉素鏈霉菌1958革蘭氏陽性細菌及結核桿菌注射利福霉素鏈霉菌1959革蘭氏陽性細菌及結核桿菌口服、注射

β-內酰胺類、氨基糖苷類和大環內酯類抗生素及其衍生物仍是目前臨床上應用的主要抗生素粘菌素細菌1950革蘭氏陰性細菌口服、注射四環素鏈霉菌19521思考題根據抗生素作用機理，大致可以分為哪幾類？作用于細胞壁作用于細胞膜作用于DNA作用于蛋白質代謝類似物思考題根據抗生素作用機理，大致可以分為哪幾類？22參見教材-抗生素產品樹〔P4〕參見教材-抗生素產品樹〔P4〕23IV-微生物藥物的最新組成

--微生物來源的其他生理活性物質微生物來源酶抑制劑篩選的先驅－梅澤濱夫〔HamaoUmezawa〕發現卡那霉素〔上世紀50年代〕尋找抗腫瘤抗生素-sakamycin〔60年代〕酶抑制劑概念的提出--抗蛋白酶、彈性蛋白酶抑制劑等1914-1986，JapanIV-微生物藥物的最新組成

--微生物來源的其他生理活性物質24IV-微生物藥物的最新組成〔1〕

--已經用于臨床的HMG-CoA復原酶抑制劑開創了治療高血脂癥的新紀元日本“生命科學與工業〞雜志引述醫藥界權威的評價，認為這種新型藥物對治療高血脂癥是一場革命，其深遠影響就如同青霉素治療感染性疾病一樣普伐他丁（Pravastatin）洛伐他丁（Lovastatin）IV-微生物藥物的最新組成〔1〕

--已經用于臨床的HMG-25乙酰CoA+乙酰乙酰CoA甲羥戊二酰CoAL-甲羥戊酸鯊烯羊毛膽固醇2,4-脫氫膽固醇7-脫氫膽固醇膽固醇膽固醇生物合成途徑甲羥戊二酰CoA復原酶甲羥戊二酰CoA復原酶〔HMG-CoA復原酶〕抑制劑的發現1976年遠藤等從桔青霉中發現；1979年遠藤等從紅曲霉中發現，并命名為monacolinK；1980年Alberts從土曲霉中發現mevinolin洛伐他丁（Lovastatin）乙酰CoA+乙酰乙酰CoA甲羥戊二酰CoAL-甲羥戊酸鯊烯羊26用于臨床的HMG-CoA復原酶抑制劑銷售情況1987年美國默克公司率先上市銷售洛伐他丁

用于臨床的HMG-CoA復原酶抑制劑銷售情況1987年美國默27IV-微生物藥物的最新組成〔2〕

--已經用于臨床的alpha-葡萄糖苷酶抑制劑開創治療糖尿病的新方法阿卡波糖伏格列波糖米格列醇乙格列酯阿卡波糖米格列醇IV-微生物藥物的最新組成〔2〕

--已經用于臨床的alph28IV-微生物藥物的最新組成〔3〕

--已經用于臨床的免疫抑制劑環孢菌素A：作用于T細胞，抑制其增殖和分化他克莫司〔tacrolimus，FK-506〕西羅莫司〔sirolimus；也稱雷帕霉素，rapamycin〕環孢菌素A他克莫司IV-微生物藥物的最新組成〔3〕

--已經用于臨床的免疫抑制29IV-微生物藥物的最新組成〔4〕

--已經用于臨床的其他微生物藥物免疫增強劑：烏本美司胰脂酶抑制劑：奧利司他抗帕金森氏：溴隱亭耐藥腫瘤細胞外泵抑制劑：PSC833烏本美司IV-微生物藥物的最新組成〔4〕

--已經用于臨床的其他微生30II.微生物藥物的定義、組成以及研究內容II.微生物藥物的定義、組成以及研究內容31抗生素的定義“抗生素是微生物在其代謝過程中所產生的、具有抑制它種微生物生長及活動甚至殺滅它種微生物性能的化學物質。〞--SelmanAbrahamWaksman〔1942〕〔1888-1973〕抗生素的定義“抗生素是微生物在其代謝過程中所產生的、具有抑制32抗生素的一般定義“抗生素〞是在卑微濃度下有選擇地抑制或影響它種生物機能的、是在微生物生命過程中產生的具有生物活性的次級代謝產物及其衍生物。〞次級代謝產物：指微生物生長到一定階段才產生的化學構造十分復雜、對該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質在穩定期活菌數目到達頂峰期，細胞內大量積累代謝產物抗生素的一般定義“抗生素〞是在卑微濃度下有選擇地抑制或影響它33微生物藥物的定義由微生物〔包括重組微生物〕在其生命活動過程中產生的、在卑微濃度下具有生理活性的次級代謝產物及其衍生物。這些具有生理活性的次級代謝產物包括：具有抗微生物感染、抗腫瘤和抗病毒的所謂傳統的抗生素,以及具有調節原核生物和真核生物生長、復制等生理功能的特異性酶抑制、免疫調節、受體拮抗、抗氧化等作用的化學物質。微生物藥物的定義由微生物〔包括重組微生物〕在其生命活動過程中34微生物藥物學的研究內容：產生菌的菌種選育產物的別離純化微生物藥物生物合成的代謝調控作用機制和耐藥機制的研究尋找新微生物藥物的方法和途徑微生物藥物學的研究內容：35微生物藥物的應用臨床醫學農業畜牧業食品保藏工業科學研究中在全球臨床上所使用的藥物總量中，約有30%～40%來源于微生物產生的代謝產物或其半合成化合物，而在我國那么超過50%.微生物藥物的應用臨床醫學在全球臨床上所使用的藥物總量中，約有36專題一微生物藥物研究概況課件37發現微生物新藥的情況在20世紀40年代，僅發現了20種抗生素；50年代為300～400種；60年代大約800～1000種；至70年代已經發現了2500種抗生素；至那時起，大約每隔10年被發現的化合物數量翻倍；至80年代約發現了5000種；至90年代約發現了10000種；至2000年已經發現了20000種抗生素類化合物；至2002年，在各種文獻和專利中發表的具有生理活性的微生物次級代謝產物數量已經超過22000種；目前還以每年發現約500種新化合物的速度增加發現微生物新藥的情況在20世紀40年代，僅發現了20種抗生素38微生物學·樣品的采集·各種各樣菌種的分離·發酵培養以增加代謝產物多樣性·再次發酵·提高目標物的產量·菌種分離分子生物學、藥理學

·作用靶選擇

·篩選方法設計/實施

·高產出篩選系統

·活性的鑒定

·有效性研究

·作用機制

化學

·活性化合物的鑒定

·理化屬性/排重

·分離/純化

·結構闡明微生物代謝產物篩選系統中各學科分支的配合與交叉微生物學分子生物學、藥理學化學微生物代謝產物篩選系39菌種分離其他篩選模型無活性或未能確定活性評價發酵初篩分離純化菌株選擇預處理選擇條件預篩（初步分類）全液過濾提取部分純化產物（純度：10～15％）層析結晶其他提取、吸附離子交換體外試驗色譜層析（體內初步試驗和毒性）培養基和培養參數改變純產物（純度：80～100％）物理－化學試驗（紫外、紅外、高效液相、核磁）體內和更進一步體外試驗毒性

闡明結構放大臨床前研究其他活性辦理專利臨床試驗有用的化合物的化合物復篩新的化合物發現微生物新藥的根本途徑菌種分離其他無活性或未評價發酵初篩分40過程適用的信息菌株采集地理和生態環境菌株分離生長特性、分離條件和形態學菌株發酵在不同培養條件下的生長特性樣品制備粗略估計化合物的極性和酸堿度初篩在靶測定體系中的靈敏度、特異性和活性再次發酵重現性和穩定性擴大生物試驗關于活性、特異性、生物和微生物活性的進一步信息分離和純化理化性質(如溶劑分配系數、TLC、HPLC以及光譜分析等)結構測定已知或新結構菌種分類種的確定排重數據庫的產生過程適用的信息菌株采集地理和生態環境菌株分離生長特性、分離條41IV.微生物藥物的熱點及前沿問題IV.微生物藥物的熱點及前沿問題42尋找新微生物藥物的主要途徑建立新的篩選模型尋找微生物新藥擴大微生物來源尋找微生物新藥以微生物來源的生理活性物質為先導化合物，進展化學改造尋找效果更好的微生物藥物應用次級代謝產物的生物合成原理，“創造〞微生物新藥利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌利用宏基因組技術發現新的活性物質或基因尋找新微生物藥物的主要途徑建立新的篩選模型尋找微生物新藥43〔一〕建立新的篩選模型尋找微生物新藥生物殺蟲劑-Bt〔伴孢晶體蛋白〕鱗翅目昆蟲：斜紋夜蛾雙翅目昆蟲：埃及伊蚊直翅目昆蟲：蝗蟲線蟲、螨類、原生動物抗癌活性〔一〕建立新的篩選模型尋找微生物新藥生物殺蟲劑-Bt〔伴孢44〔二〕擴大微生物來源尋找微生物新藥稀有放線菌是發現微生物新藥的重要源泉黏細菌是一類值得關注的微生物資源從植物內生菌中篩選微生物新藥從海洋微生物中篩選微生物新藥〔二〕擴大微生物來源尋找微生物新藥稀有放線菌是發現微生物新藥45〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找效果更好的微生物藥物青霉素分子的化學構造6－APA的化學構造序號側鏈R學名俗名1對羥基芐青霉素青霉素X2芐青霉素青霉素G3戊烯[2]青霉素青霉素F4戊青霉素青霉素二氫F5庚青霉素青霉素K6丙烯巰甲基青霉素青霉素O7苯氧甲基青霉素青霉素V84－氨基－4－羧基丁基青霉素青霉素N〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找46〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找效果更好的微生物藥物構造修飾始于上世紀50年代末：6-氨基青霉烷酸〔6-APA〕高潮時期是上世紀60年代后期：7-氨基頭孢烷酸〔7-ACA〕各年代新上市的醫用抗生素中合成品占有率〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找47〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找效果更好的微生物藥物構造修飾中可供選擇的改造措施1〕擴展抗菌譜：改變極性2〕增強抗菌活性3〕抑制耐藥性4〕改善藥代動力學性能5〕降低毒副作用6〕增強穩定性7〕適應制劑要求：調節溶解度8〕副作用的利用：紅霉素〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找48〔四〕應用次級代謝產物的生物合成原理，“創造〞微生物新藥野生型產生菌獨需型突變株AB正常途徑某抗生素阻斷變株A阻斷變株BAB+BA+ABABA，B為某一抗生素分子結構的兩個部分AB為發酵液培養時阻斷變株的代謝產物BA為發酵培養時添加的AB的結構類似物ABAB即為新的雜合抗生素利用獨需型突變株合成產生新抗生素的基本原理誘變突變生物合成〔四〕應用次級代謝產物的生物合成原理，“創造〞微生物新藥野生49出發菌株的選擇誘變處理阻斷突變株篩選瓊脂塊法選擇有生理活力的突變株無生理活力的突變株搖瓶復篩有生理活力的突變株無生理活力的突變株區段合成產物，連接酶等生化特性的研究有區段合成產物、無連接酶等活性的突變株有區段產物A有連接酶等活性的突變株有區段產物B有連接酶等活性的突變株發酵培養添加結構類似物A或B樣品收集TLC、HPLC檢測及制備結構檢測突變生物合成的根本流程出發菌株的選擇誘變處理阻斷突變株篩選瓊脂塊法選擇有生理活力的50菌種抗生素特殊營養增補物新抗生素伊尼奧小單孢菌西梭霉素DOS鏈霉胺等突變霉素1等絳紅小單孢菌慶大霉素DOS鏈霉胺等2－羥基GM等紅霉素鏈霉菌紅霉素Erythronolide8，8α－deoxyoleanolie未鑒別弗氏鏈霉菌新霉素DOS鏈霉胍等雜交霉素A，B加利利鏈霉菌阿克拉霉素阿克拉酮紫紅霉酮等11－羥基阿克拉霉素A灰色鏈霉菌鏈霉素紫紅霉酮等2－脫氧鏈霉胍streptomutinA卡那霉素鏈霉菌卡那霉素DOS1－N－甲基－DOS等1－N－甲基－GM等雪白鏈霉菌新生霉素氨基香豆氨基香豆素同系物未鑒明核糖苷鏈霉菌核糖霉素DOS1－N－甲基－DOS等1－N－甲基－RSMC等普拉特鏈霉菌普拉特霉素PlatenolideNarbonolide5－O－mycaminosylnarbonolide龜裂鏈霉菌巴龍霉素DOS鏈霉胍雜交霉素C巴龍鏈霉菌尼可霉素尿嘧啶嘧啶尼可霉素Z等突變生物合成產生的新抗生素菌種抗生素特殊營養增補物新抗生素伊尼奧小單孢菌西梭霉素DOS51〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌1、抗生素基因工程常用載體及技術載體宿主系統質粒載體：pIJ101〔變青鏈霉菌〕、SLP1.2、SCP2(天藍鏈霉菌)噬菌體載體：KC404〔溫和噬菌體ΦC31〕粘粒載體：pKC505宿主菌：鏈霉菌〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌1、抗52〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌B、基因工程宿主菌要求：1〕遺傳背景清楚，不帶內生質粒；2〕宿主菌的原生質體制備和再生必須要容易；3〕宿主菌相當于載體上的標記必須是“缺陷〞的；4〕宿主菌必須沒有限制作用；5〕常用宿主菌株：變青鏈霉菌1326、TK24、TK54等〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌B、基53〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌C、外源基因導入方法A〕轉化：質粒；需要聚乙二醇；電激法B〕轉導〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌C、外54〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌2、抗生素生物合成基因的克隆技術1〕將目的基因克隆到標準宿主中，然后檢測個別基因產物要知道何種酶參與生物合成具有檢測此酶的靈敏分析方法不需要了解抗生素生物合成途徑的遺傳信息〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌2、抗55〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌舉例：直接克隆抗生素產生菌DNA大片段到非生產菌中完整的放線紫紅素生物合成基因克隆至一個非產生菌的小小鏈霉菌中，使小小鏈霉菌產生放線紫紅素〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌舉例：56〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌3、基因工程技術在新抗生素研究中的應用1〕應用PCR技術篩選新抗生素：抗腫瘤抗生素篩選2〕基因圖譜和菌種分類3〕雜合抗生素的產生：聚酮類化合物生物合成酶〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌3、基57〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌4、利用基因工程技術改進微生物藥物生產菌種1〕解除限速步驟，提高抗生素產量2〕阻斷支路代謝，增加有效組分的含量3〕引入血紅蛋白基因增加抗生素產量4〕引入抗性基因和調節基因，提高抗生素產量〔五〕利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌4、利58〔六〕利用宏基因組技術發現新的活性物質或基因轉化宿主細胞環境樣品總DNA提取DNA片段與適當載體連接宏基因組文庫基于功能的鑒定基于序列的分析新功能基因的鑒定系統進化和功能分析不同環境樣品：極端環境，特殊生境等

舉例：南極土-抗腫瘤活性的基因海洋-聚酮類生物合成新途徑〔六〕利用宏基因組技術發現新的活性物質或基因轉化宿主細胞環境59討論與課后作業1、你對微生物藥物學中的哪一局部或者哪幾局部內容更感興趣，為什么？2、已學的各種生物技術在微生物藥物學研究中的應用.討論與課后作業1、你對微生物藥物學中的哪一局部或者哪幾局部內60謝謝欣賞謝謝欣賞61專題一微生物藥物研究概況專題一微生物藥物研究概況專題一微生物藥物研究概況課程安排授課時間：1-6周課程內容：1、微生物藥物的研究概況〔9月9日〕2、微生物藥物生產中的假設干重要問題〔9月16日〕3、微生物藥物作用機制〔9月23日〕4、微生物的耐藥性〔9月30日〕5、新型微生物藥物開發〔10月7日？〕6、微生物藥物實踐課程〔10月14日〕專題一微生物藥物研究概況專題一微生物藥物研究概況專題一微生物62課程安排授課時間：1-6周課程內容：1、微生物藥物的研究概況〔9月9日〕2、微生物藥物生產中的假設干重要問題〔9月16日〕3、微生物藥物作用機制〔9月23日〕4、微生物的耐藥性〔9月30日〕5、新型微生物藥物開發〔10月7日？〕6、微生物藥物實踐課程〔10月14日〕課程安排授課時間：1-6周63成績評定A、出勤率〔20%〕B、課堂表現和成績〔20%〕C、課程綜合考察〔60%)成績評定64考核形式：課程論文課程論文要求：字數：3000-5000字選題范圍：與新型微生物藥物相關的研究領域，盡可能具體和明確格式：中文期刊發表綜述的格式〔題目，中英文摘要，關鍵詞，正文，參考文獻〕課程綜合考核考核形式：課程論文課程綜合考核65專題一、微生物藥物的研究概況專題一、微生物藥物的研究概況66思考題1、什么是微生物藥物？2、微生物藥物學主要研究什么？3、怎么樣開展微生物藥物研發？4、微生物藥物學的開展方向是什么？思考題1、什么是微生物藥物？67從抗生素到微生物藥物的開展概況微生物藥物的定義、組成及其研究內容尋找微生物藥物的根本途徑和方法微生物藥物研究的熱點及前沿問題主要內容從抗生素到微生物藥物的開展概況主要內容68I.從抗生素到微生物藥物的開展概況

I.從抗生素到微生物藥物的開展概況

69中國抗生素分布地圖中國抗生素分布地圖70專題一微生物藥物研究概況課件71I-抗生素時代開創之前1876年，物理學家Tyndall曾記載過青霉菌屬的一個菌株對細菌的生長有抑制作用，但他認為青霉菌的作用是阻礙細菌吸收氧氣;1877年，Pasteur和Jonbert發現空氣中某些細菌能夠抑制炭疽桿菌的生長，但他們的注意力似乎集中在免疫學上面，而未注意到細菌間的拮抗作用。1885年，Babes用固體培養基及液體培養基試驗出一種微生物可以產生一種物質來阻止另一種微生物的生長。1887年，Garre記述了用明膠培養基檢測拮抗性細菌的方法。1889年，Bouchard注意到銅綠假單胞菌有拮抗其他細菌的能力。I-抗生素時代開創之前1876年，物理學家Tyndall曾記72II-抗生素時代的開創

——青霉素發現的前后〔1916~1940年〕1912年，從真菌中別離得到曲酸〔合成頭孢類抗生素原料〕1913年，從真菌中別離得到青霉素酸1924年，報道白放線菌素和綠膿菌藍素1927年，報道紫色桿菌素〔紫色色桿菌〕1929年，報道青霉素〔但不受重視〕1931年，發現橘霉素1939年，Dubos發現短桿菌素II-抗生素時代的開創

——青霉素發現的前后〔1916~1973II-抗生素時代的開創

——青霉素的發現

命名Penicillin〔青霉素〕污染的青霉菌抑制周圍葡萄球菌的生長AlexanderFlemingII-抗生素時代的開創

——青霉素的發現

命名Penicil74青霉素的發現

——Florey和Chain的作用Florey是使青霉素重見天日的中心人物，他早期邀請Chain研究Fleming發現的具有抗菌作用的溶菌酶，從而熟悉了關于自然界的抗生物質的大量文獻。FloreyChain青霉素的發現

——Florey和Chain的作用Flor75青霉素的發現

——Florey和Chain的具體選擇

青霉素研究的原因第一，Fleming已經指出青霉素對葡萄球菌有抗菌作用，他用純度不到5%的粗品進展小鼠實驗，取得了驚人的效果。而當時普遍使用的磺胺藥對葡萄球菌相對來說已經沒有作用。第二，青霉素是一個不穩定的化學物質，對作為生物化學家的Chain來說具有挑戰性，他希望在青霉素提純過程中有所創新。青霉素的發現

——Florey和Chain的具體選擇

青76青霉素的發現

——希特利的功績由于Chain受溶菌酶的影響，認為青霉素也是一種蛋白質，故一直得不到純品。希特利創造了反萃取，得到了純度很高的青霉素。青霉素的發現

——希特利的功績由于Chain受溶菌酶的影響，77II-抗生素時代的開創

——實現青霉素工業化生產的主要奉獻1、有機酸等浸沒深層發酵技術已經成熟；2、用X-線照射進展青霉素菌種的誘變育種取得了成功；3、使用玉米漿發酵使青霉素發酵單位有了很大的提高。II-抗生素時代的開創

——實現青霉素工業化生產的主要奉獻178SelmanAbrahamWaksman〔1888-1973〕III抗生素開展的黃金時代鏈霉素發現者生物化學家和微生物學家創造了一系列別離抗生素的方法和技術獲得1952年諾貝爾生理和醫學獎

SelmanAbrahamWaksman〔1888-179III-抗生素開展的黃金時代一是研究系統化——進展了有目的、有方案的科學研究，并且所使用的方法也十分嚴謹；二是生產方法工業化——建立了大規模的抗生素制藥工業，且產品到達一定的純度以及有明確的作用和療效；三是傳染病治療方式的改變——推廣了化學治療的范圍并開辟了新的用途。III-抗生素開展的黃金時代一是研究系統化——進展了有目的、80早期發現并在臨床應用的一些重要的抗生素品種抗生素名稱產生菌年份能被抑制的主要病原體臨床給藥方法青霉素青霉菌1929革蘭氏陽性細菌和部分陰性細菌注射、口服及外用灰黃霉素青霉菌1939發癬菌及表皮癬菌口服、外用短桿菌素短桿菌1939革蘭氏陽性球菌外用鏈霉素鏈霉菌1944革蘭氏陽性及陰性細菌、結核桿菌注射、外用氯霉素鏈霉菌1947同上、立克次氏體及部分病毒口服、外用多粘菌素多粘桿菌1947革蘭氏陰性細菌注射、外用金霉素鏈霉菌1948革蘭氏陽性及陰性細菌、立克次氏體及部分病毒和原蟲口服、注射新霉素鏈霉菌1949革蘭氏陽性及陰性細菌、結核桿菌局部制霉菌素鏈霉菌1950白念珠菌、酵母菌、阿米巴口服、局部土霉素鏈霉菌1950同金霉素口服、注射早期發現并在臨床應用的一些重要的抗生素品種抗生素產生菌年份能81粘菌素細菌1950革蘭氏陰性細菌口服、注射四環素鏈霉菌1952同金霉素口服、注射曲古霉素鏈霉菌1952白念珠菌、陰道滴蟲、酵母菌口服、局部紅霉素鏈霉菌1952革蘭氏陽性及陰性細菌、立克次氏體及部分病毒口服碳霉素鏈霉菌1952同上口服抗癌霉素鏈霉菌1953吉田氏肉瘤細胞注射竹桃霉素鏈霉菌1954同紅霉素口服新生霉素鏈霉菌1955革蘭氏陽性細菌口服、注射環絲氨酸鏈霉菌1955革蘭氏陽性細菌及結核桿菌口服兩性霉素B鏈霉菌1956白念珠菌等口服、注射萬古霉素鏈霉菌1956革蘭氏陽性細菌口服絲裂霉素鏈霉菌1956癌及革蘭氏陽性細菌注射巴龍霉素鏈霉菌1956革蘭氏陽性細菌及結核桿菌注射卡那霉素鏈霉菌1958革蘭氏陽性細菌及結核桿菌注射利福霉素鏈霉菌1959革蘭氏陽性細菌及結核桿菌口服、注射

β-內酰胺類、氨基糖苷類和大環內酯類抗生素及其衍生物仍是目前臨床上應用的主要抗生素粘菌素細菌1950革蘭氏陰性細菌口服、注射四環素鏈霉菌19582思考題根據抗生素作用機理，大致可以分為哪幾類？作用于細胞壁作用于細胞膜作用于DNA作用于蛋白質代謝類似物思考題根據抗生素作用機理，大致可以分為哪幾類？83參見教材-抗生素產品樹〔P4〕參見教材-抗生素產品樹〔P4〕84IV-微生物藥物的最新組成

--微生物來源的其他生理活性物質微生物來源酶抑制劑篩選的先驅－梅澤濱夫〔HamaoUmezawa〕發現卡那霉素〔上世紀50年代〕尋找抗腫瘤抗生素-sakamycin〔60年代〕酶抑制劑概念的提出--抗蛋白酶、彈性蛋白酶抑制劑等1914-1986，JapanIV-微生物藥物的最新組成

--微生物來源的其他生理活性物質85IV-微生物藥物的最新組成〔1〕

--已經用于臨床的HMG-CoA復原酶抑制劑開創了治療高血脂癥的新紀元日本“生命科學與工業〞雜志引述醫藥界權威的評價，認為這種新型藥物對治療高血脂癥是一場革命，其深遠影響就如同青霉素治療感染性疾病一樣普伐他丁（Pravastatin）洛伐他丁（Lovastatin）IV-微生物藥物的最新組成〔1〕

--已經用于臨床的HMG-86乙酰CoA+乙酰乙酰CoA甲羥戊二酰CoAL-甲羥戊酸鯊烯羊毛膽固醇2,4-脫氫膽固醇7-脫氫膽固醇膽固醇膽固醇生物合成途徑甲羥戊二酰CoA復原酶甲羥戊二酰CoA復原酶〔HMG-CoA復原酶〕抑制劑的發現1976年遠藤等從桔青霉中發現；1979年遠藤等從紅曲霉中發現，并命名為monacolinK；1980年Alberts從土曲霉中發現mevinolin洛伐他丁（Lovastatin）乙酰CoA+乙酰乙酰CoA甲羥戊二酰CoAL-甲羥戊酸鯊烯羊87用于臨床的HMG-CoA復原酶抑制劑銷售情況1987年美國默克公司率先上市銷售洛伐他丁

用于臨床的HMG-CoA復原酶抑制劑銷售情況1987年美國默88IV-微生物藥物的最新組成〔2〕

--已經用于臨床的alpha-葡萄糖苷酶抑制劑開創治療糖尿病的新方法阿卡波糖伏格列波糖米格列醇乙格列酯阿卡波糖米格列醇IV-微生物藥物的最新組成〔2〕

--已經用于臨床的alph89IV-微生物藥物的最新組成〔3〕

--已經用于臨床的免疫抑制劑環孢菌素A：作用于T細胞，抑制其增殖和分化他克莫司〔tacrolimus，FK-506〕西羅莫司〔sirolimus；也稱雷帕霉素，rapamycin〕環孢菌素A他克莫司IV-微生物藥物的最新組成〔3〕

--已經用于臨床的免疫抑制90IV-微生物藥物的最新組成〔4〕

--已經用于臨床的其他微生物藥物免疫增強劑：烏本美司胰脂酶抑制劑：奧利司他抗帕金森氏：溴隱亭耐藥腫瘤細胞外泵抑制劑：PSC833烏本美司IV-微生物藥物的最新組成〔4〕

--已經用于臨床的其他微生91II.微生物藥物的定義、組成以及研究內容II.微生物藥物的定義、組成以及研究內容92抗生素的定義“抗生素是微生物在其代謝過程中所產生的、具有抑制它種微生物生長及活動甚至殺滅它種微生物性能的化學物質。〞--SelmanAbrahamWaksman〔1942〕〔1888-1973〕抗生素的定義“抗生素是微生物在其代謝過程中所產生的、具有抑制93抗生素的一般定義“抗生素〞是在卑微濃度下有選擇地抑制或影響它種生物機能的、是在微生物生命過程中產生的具有生物活性的次級代謝產物及其衍生物。〞次級代謝產物：指微生物生長到一定階段才產生的化學構造十分復雜、對該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質在穩定期活菌數目到達頂峰期，細胞內大量積累代謝產物抗生素的一般定義“抗生素〞是在卑微濃度下有選擇地抑制或影響它94微生物藥物的定義由微生物〔包括重組微生物〕在其生命活動過程中產生的、在卑微濃度下具有生理活性的次級代謝產物及其衍生物。這些具有生理活性的次級代謝產物包括：具有抗微生物感染、抗腫瘤和抗病毒的所謂傳統的抗生素,以及具有調節原核生物和真核生物生長、復制等生理功能的特異性酶抑制、免疫調節、受體拮抗、抗氧化等作用的化學物質。微生物藥物的定義由微生物〔包括重組微生物〕在其生命活動過程中95微生物藥物學的研究內容：產生菌的菌種選育產物的別離純化微生物藥物生物合成的代謝調控作用機制和耐藥機制的研究尋找新微生物藥物的方法和途徑微生物藥物學的研究內容：96微生物藥物的應用臨床醫學農業畜牧業食品保藏工業科學研究中在全球臨床上所使用的藥物總量中，約有30%～40%來源于微生物產生的代謝產物或其半合成化合物，而在我國那么超過50%.微生物藥物的應用臨床醫學在全球臨床上所使用的藥物總量中，約有97專題一微生物藥物研究概況課件98發現微生物新藥的情況在20世紀40年代，僅發現了20種抗生素；50年代為300～400種；60年代大約800～1000種；至70年代已經發現了2500種抗生素；至那時起，大約每隔10年被發現的化合物數量翻倍；至80年代約發現了5000種；至90年代約發現了10000種；至2000年已經發現了20000種抗生素類化合物；至2002年，在各種文獻和專利中發表的具有生理活性的微生物次級代謝產物數量已經超過22000種；目前還以每年發現約500種新化合物的速度增加發現微生物新藥的情況在20世紀40年代，僅發現了20種抗生素99微生物學·樣品的采集·各種各樣菌種的分離·發酵培養以增加代謝產物多樣性·再次發酵·提高目標物的產量·菌種分離分子生物學、藥理學

·作用靶選擇

·篩選方法設計/實施

·高產出篩選系統

·活性的鑒定

·有效性研究

·作用機制

化學

·活性化合物的鑒定

·理化屬性/排重

·分離/純化

·結構闡明微生物代謝產物篩選系統中各學科分支的配合與交叉微生物學分子生物學、藥理學化學微生物代謝產物篩選系100菌種分離其他篩選模型無活性或未能確定活性評價發酵初篩分離純化菌株選擇預處理選擇條件預篩（初步分類）全液過濾提取部分純化產物（純度：10～15％）層析結晶其他提取、吸附離子交換體外試驗色譜層析（體內初步試驗和毒性）培養基和培養參數改變純產物（純度：80～100％）物理－化學試驗（紫外、紅外、高效液相、核磁）體內和更進一步體外試驗毒性

闡明結構放大臨床前研究其他活性辦理專利臨床試驗有用的化合物的化合物復篩新的化合物發現微生物新藥的根本途徑菌種分離其他無活性或未評價發酵初篩分101過程適用的信息菌株采集地理和生態環境菌株分離生長特性、分離條件和形態學菌株發酵在不同培養條件下的生長特性樣品制備粗略估計化合物的極性和酸堿度初篩在靶測定體系中的靈敏度、特異性和活性再次發酵重現性和穩定性擴大生物試驗關于活性、特異性、生物和微生物活性的進一步信息分離和純化理化性質(如溶劑分配系數、TLC、HPLC以及光譜分析等)結構測定已知或新結構菌種分類種的確定排重數據庫的產生過程適用的信息菌株采集地理和生態環境菌株分離生長特性、分離條102IV.微生物藥物的熱點及前沿問題IV.微生物藥物的熱點及前沿問題103尋找新微生物藥物的主要途徑建立新的篩選模型尋找微生物新藥擴大微生物來源尋找微生物新藥以微生物來源的生理活性物質為先導化合物，進展化學改造尋找效果更好的微生物藥物應用次級代謝產物的生物合成原理，“創造〞微生物新藥利用基因工程技術構建能產生微生物新藥的基因工程菌利用宏基因組技術發現新的活性物質或基因尋找新微生物藥物的主要途徑建立新的篩選模型尋找微生物新藥104〔一〕建立新的篩選模型尋找微生物新藥生物殺蟲劑-Bt〔伴孢晶體蛋白〕鱗翅目昆蟲：斜紋夜蛾雙翅目昆蟲：埃及伊蚊直翅目昆蟲：蝗蟲線蟲、螨類、原生動物抗癌活性〔一〕建立新的篩選模型尋找微生物新藥生物殺蟲劑-Bt〔伴孢105〔二〕擴大微生物來源尋找微生物新藥稀有放線菌是發現微生物新藥的重要源泉黏細菌是一類值得關注的微生物資源從植物內生菌中篩選微生物新藥從海洋微生物中篩選微生物新藥〔二〕擴大微生物來源尋找微生物新藥稀有放線菌是發現微生物新藥106〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找效果更好的微生物藥物青霉素分子的化學構造6－APA的化學構造序號側鏈R學名俗名1對羥基芐青霉素青霉素X2芐青霉素青霉素G3戊烯[2]青霉素青霉素F4戊青霉素青霉素二氫F5庚青霉素青霉素K6丙烯巰甲基青霉素青霉素O7苯氧甲基青霉素青霉素V84－氨基－4－羧基丁基青霉素青霉素N〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找107〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找效果更好的微生物藥物構造修飾始于上世紀50年代末：6-氨基青霉烷酸〔6-APA〕高潮時期是上世紀60年代后期：7-氨基頭孢烷酸〔7-ACA〕各年代新上市的醫用抗生素中合成品占有率〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找108〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找效果更好的微生物藥物構造修飾中可供選擇的改造措施1〕擴展抗菌譜：改變極性2〕增強抗菌活性3〕抑制耐藥性4〕改善藥代動力學性能5〕降低毒副作用6〕增強穩定性7〕適應制劑要求：調節溶解度8〕副作用的利用：紅霉素〔三〕以微生物來源的生理活性物質為先導化合物進展化學改造尋找109〔四〕應用次級代謝產物的生物合成原理，“創造〞微生物新藥野生型產生菌獨需型突變株AB正常途徑某抗生素阻斷變株A阻斷變株BAB+BA+ABABA，B為某一抗生素分子結構的兩個部分AB為發酵液培養時阻斷變株的代謝產物BA為發酵培養時添加的AB的結構類似物ABAB即為新的雜合抗生素利用獨需型突變株合成產生新抗生素的基本原理誘變突變生物合成〔四〕應用次級代謝產物的生物合成原理，“創造〞微生物新藥野生110出發菌株的選擇誘變處理阻斷突變株篩選瓊脂塊法選擇有生理活力的突變株無生理活力的突變株搖瓶復篩有生理活力的突變株無生理活力的突變株區段合成產物，連接酶等生化特性的研究有區段合成產物、無連接酶等活性的突變株有區段產物A有連接酶等活性的突變株有區段