郑安琪发酵工程制药

介绍酶生产的上游酸技术至下游技术，重点对酶工程制药中的特殊性技术进行了描述，还从工程技术的角度介绍酶工程制药中已经用到或将会用到的技术策略和方法。

发酵工程制药

• 发酵工程
  • 发酵工程是生物技术的基础工程，用于产品制造的基因工程、细胞工程和酶工程等的实施，几乎都与发酵工程紧密相连
  • 发酵工程的进展
    • 利用传统的微生物发酵过程来生产
    • 900-1940年，随着微生物培养技术的不断进步，新的发酵产品不断问世
    • 发酵工业大发展时期，青霉素工业化成功推动了发酵工业的发展
    • 基因工程等高新技术应用阶段
  • 现代发酵工业已经形成完整的工业体系，包括抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、有机溶剂、多糖、酶制剂、单细胞蛋白、基因工程药物、核酸类物质及其他生物活性物质等。
  • 发酵的基本过程
    • 菌种→种子制备→发酵→发酵液预处理→提取精制
  • 发酵工程的基本内容
    • 菌种的培养与选育
    • 菌的代谢与调节
    • 培养基的配制与灭菌
    • 通气搅拌、溶氧、发酵条件的优化
    • 发酵过程各种参数与动力学
    • 发酵反应器的设计和自动控制
    • 产品的分离纯化和精制
  • 发酵工业的生产水平取决于3个要素：
    • 生产菌种
    • 发酵工艺
    • 发酵设备
  • 发酵工程制药的特点
    • ①微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品
    • ②发酵的理论产量很难从物料平衡中计算，这与一般的化学反应不一样，存在一个“生物学变量”的概念，一般为10%左右
    • ③发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件简单
    • ④发酵是一个“纯种培养”的过程，对杂菌污染的防治至关重要，反应必须在无菌条件下进行
    • ⑤发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物；同时，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位的氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物
    • ⑥目前发酵工程制药生产已达到分子水平，在发酵中可采用定向发酵、突变生物合成和杂合生物合成等手段得到化合物结构明确的产物
    • ⑦发酵工业与其他工业相比，投资少、见效快，并可以取得较显著的经济效益
  • 发酵类型
    • 微生物菌体发酵
    • 微生物酶发酵
    • 微生物的代谢产物发酵
    • 微生物转化发酵
    • 微生物工程菌发酵
    • 动、植物细胞培养
  • 微生物发酵生产药物的分类
    • 抗生素类
    • 氨基酸类
    • 核苷酸类
    • 维生素类
    • 甾体类激素
    • 治疗酶及酶抑制剂
    • 多糖类
• 发酵制药用微生物
  • 理想的工业发酵菌种要求
    • ①遗传性状稳定
    • ②生长速度快，不易污染
    • ③目标产物产量尽可能接近理论转化率
    • ④目标产物最好分泌到胞外
    • ⑤尽可能减少类似物的产量
    • ⑥其所利用生长的培养基成分简单、价格低廉
  • 菌种选育
    • 自然选育、诱变育种、杂交育种等经典育种方法
    • 控制杂交育种、原生质体融合、基因重组等定向育种方法
  • 菌种保藏
    • 背景
      • 微生物在传代过程中容易发生变异、污染甚至死亡，因此常造成生产菌种的退化，并有可能使优良菌种丢失
    • 目的
      • 保证菌种经过较长时间后仍保持生活能力，不被其他杂菌污染，形态特征和生理性状尽可能不发生变异，以便长期使用
    • 菌种保藏原则
      • 应该挑选典型菌种的优良纯种来进行保藏，最好保藏它们的休眠体，如分生孢子、芽胞等
      • 应人为地创造环境条件（如干燥、低温和缺氧），使微生物长期处于代谢不活泼、生长繁殖受抑制的休眠状态
      • 尽可能采用多种不同的手段保藏同一菌株
    • 常用的菌种保藏方法
      • 斜面低温保藏法
        • 广泛适用于各类微生物菌种的短期保藏，主要保藏措施是低温，一般可保存1-6个月左右
        • 优点是简便易行，容易推广，存活率高；缺点是保藏期短，传代次数多，菌种较容易发生变异和被污染
      • 石蜡油封存法
        • 广泛适用于各大类微生物菌种的中期保藏，不适用于保藏某些能分解烃类的菌种
        • 主要保藏措施是低温、阻氧
        • 一般可保存1-2年左右
      • 砂土管保藏法
        • 是一种常用的长期保藏菌种的方法，适用于产孢子的微生物及形成芽胞的细菌，对于一些对干燥敏感的细菌及酵母则不适用
        • 兼具低温、干燥、隔氧和无营养物等条件，故保藏期较长、效果较好，且微生物移接方便，经济简便。它的保藏期约1-10年
      • 麸皮保藏法（又称曲法保藏）
        • 适用于产孢子的霉菌和某些放线菌，保藏期在1年以上。因操作简单、经济实惠，工厂采用较多
      • 甘油悬液保藏法
        • 保藏温度若采用-20℃，保藏期约为0.5-1年，而采用-70℃，保藏期可达10年
        • 基因工程菌常采用本法保藏
      • 冷冻真空干燥保藏法（又称冷冻干燥保藏法，简称冻干法）
        • 适用于各类微生物，其主要保藏措施是低温、干燥、缺氧、有保护剂，保藏期一般长达5-15年
        • 存活率高，变异率低，是目前被广泛采用的一种较理想的保藏方法
        • 该法操作比较烦琐，技术要求较高，且需要冻干机等设备
      • 液氮超低温保藏法 （简称液氮保藏法或液氮法）
        • 适用于各种微生物菌种的保藏，其主要保藏措施是超低温、有保护剂，保藏期一般可达到15年以上，是目前公认的最有效的菌种长期保藏技术之一
        • 优点是操作简便、高效，且可保藏使用各种培养形式的微生物，其缺点是需购置超低温液氮设备且液氮消耗较多，费用较高
      • 宿主保藏法
        • 宿主保藏法
          • 植物病毒可用植物幼叶的汁液与病毒混合，冷冻或干燥保存
          • 噬菌体可以经过细菌培养扩大后，与培养基混合直接保存
          • 动物病毒可直接用病毒感染适宜的脏器或体液，然后分装于试管中密封，低温保存