第十三章　微生物與藥物

學(xué)　習(xí)　目　標(biāo)

1．簡述抗生素的定義及其制備過程。

2．抗生素的作用機制有哪些？

3．怎樣預(yù)防細(xì)菌產(chǎn)生的耐藥性？

4．由微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的藥物主要有哪些？

5．藥物中微生物的來源主要有哪些？

6．簡述微生物引起藥物變質(zhì)的后果。

7．藥物制劑的微生物學(xué)檢查主要有哪些檢查項目？

第一節(jié)　微生物與抗生素

一、抗生素的概念

（一）定義

最初，抗生素被定義為細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物的次級代謝產(chǎn)物，主要應(yīng)用于細(xì)菌感染疾病的防治，故又稱為抗菌素。近年來隨著抗生素研制事業(yè)的發(fā)展，尤其合成技術(shù)的出現(xiàn)，抗生素的定義被修訂為是指生物，包括微生物、植物和動物，在其生命活動過程中產(chǎn)生的能在低濃度下有選擇地抑制或影響其他生物功能的有機物質(zhì)或化學(xué)方法合成的類似物（全化學(xué)合成或半合成）。

（二）命名

目前抗生素統(tǒng)一命名根據(jù)以下三點：

1．凡由動植物或菌類產(chǎn)生的抗生素，其命名根據(jù)動物學(xué)、植物學(xué)或菌屬學(xué)的名稱而定，例如，青霉素、鏈霉素、灰黃霉素、黃連素、蒜素、魚素等。

2．抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)或性質(zhì)已經(jīng)明確的，可根據(jù)其族命名，例如，四環(huán)素、氯霉素、環(huán)絲氨酸等。

3．對一些有紀(jì)念意義或按抗生素產(chǎn)生菌的出土地方命名及習(xí)慣上已采用的俗名仍可繼續(xù)使用，例如，創(chuàng)新霉素、廬山霉素、正定霉素、井岡霉素、金霉素、土霉素等。

（三）分類

抗生素的分類一般以生物來源、作用對象、作用機制、生物合成途徑、化學(xué)結(jié)構(gòu)等作為分類依據(jù)。它們各有優(yōu)缺點和使用范圍。

根據(jù)來源，如放線菌產(chǎn)生的抗生素主要有：氨基苷類、四環(huán)類、放線菌素類、大環(huán)內(nèi)酯類等；真菌產(chǎn)生的抗生素主要有桔霉素、青霉素、頭孢菌素（先鋒霉素）等。細(xì)菌產(chǎn)生的抗生素主要有多黏菌素、桿菌肽、短桿菌素等。植物、動物產(chǎn)生的抗生素主要有地衣酸、綠藻素、蒜素、香茄素、黃連素、溶菌酶、色素等。根據(jù)抗生素的作用對象，廣譜抗生素如四環(huán)素、氯霉素；窄譜抗生素如青霉素G等。根據(jù)抗生素的作用機制又可分為五類，如抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成的抗生素如青霉素、瑞斯托菌素等，抑制蛋白質(zhì)合成的抗生素如四環(huán)素、氯霉素等。

二、抗生素的制備過程

抗生素的生產(chǎn)方法一般有三大類，即生物合成法、全化學(xué)合成法和半合成法。

1．生物合成法　即微生物發(fā)酵法，目前大多數(shù)抗生素品種，如青霉素、鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素、四環(huán)素、土霉素、金霉素、紅霉素、麥迪霉素、制霉菌素、潔霉素等都采用生物合成法，其特點是成本低、周期長、波動性較大等。其工藝過程主要有：生產(chǎn)菌種→孢子制備→種子制備→發(fā)酵→發(fā)酵液預(yù)處理及過濾→提取及精制→成品檢驗→成品包裝→出廠檢驗。一般認(rèn)為，從孢子制備到發(fā)酵屬于“生物合成”范圍，從發(fā)酵液預(yù)處理到提取精制屬化工范圍。

（1）生產(chǎn)菌種　抗生素生產(chǎn)菌種必須具備產(chǎn)量高、性能穩(wěn)定和容易培養(yǎng)等特點。為防止菌種衰退，應(yīng)保存在砂土管或冷凍干燥管中，并置于0～4℃恒溫冰箱內(nèi)，并應(yīng)不斷純化，淘汰變異菌落。

（2）孢子制備　這是發(fā)酵工序的開端，是一個重要環(huán)節(jié)。將保藏的休眠狀態(tài)的孢子通過嚴(yán)格的無菌操作將其接種到經(jīng)過滅菌的固體培養(yǎng)基上。

（3）種子制備　種子制備可在搖瓶中或小罐內(nèi)進(jìn)行，大型發(fā)酵罐的種子要經(jīng)過2次擴大培養(yǎng)才能接入發(fā)酵罐。

（4）發(fā)酵　抗生素制備的關(guān)鍵階段。一般在鋼制或不銹鋼的罐內(nèi)進(jìn)行，設(shè)備和培養(yǎng)基經(jīng)嚴(yán)格滅菌后，接入種子。發(fā)酵過程中應(yīng)滿足微生物對溫度、氧氣、p H碳源、氮源等的需要，大多數(shù)品種發(fā)酵周期為4～8 d。

（5）發(fā)酵液的預(yù)處理及過濾　通過預(yù)處理使發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)和某些雜質(zhì)沉淀，以增加濾速，有利于提取。過濾是使菌絲體從發(fā)酵液中分離出來，獲得澄清發(fā)酵液，供下步提取。

（6）提取及精制　提取方法一般有吸附法、沉淀法、溶媒萃取法、離子交換法4種。精制是指將抗生素的濃縮液或粗制品進(jìn)一步提純并制成產(chǎn)品，可重復(fù)或交叉使用上述4種基本提取方法。

（7）成品檢驗及分裝　為了保證藥物的質(zhì)量，用藥安全，對抗生素各種成品都必須進(jìn)行檢驗。

2．全化學(xué)合成法（即化學(xué)合成法）　某些抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)已經(jīng)明確且結(jié)構(gòu)較簡單時，可采用化學(xué)合成法制取抗生素，如氯霉素是世界上第一個全化學(xué)合成的抗生素，其他有磷霉素等。

3．半化學(xué)合成法（即半合成法）　是利用化學(xué)方法改造生物合成的抗生素，從而獲得性能更優(yōu)良的新抗生素的方法。一般分2個階段進(jìn)行。第一階段是通過生物合成法制取某種抗生素；第二階段是通過化學(xué)等方法改造原來的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而獲得一系列新抗生素，以達(dá)到擴大抗菌譜、提高療效、降低毒副作用或彌補其他缺陷之目的。例如，半合成青霉素。

三、抗生素的作用機制

抗生素主要作用于微生物的某一代謝環(huán)節(jié)，從而抑制微生物的生長或致死。作用機制包括影響微生物的細(xì)胞壁合成、細(xì)胞膜的功能、蛋白質(zhì)的合成、核酸的合成及細(xì)胞能量代謝、電子傳遞等。

（一）抑制微生物細(xì)胞壁的合成

細(xì)菌的細(xì)胞壁破裂或缺損，細(xì)菌便膨脹、變形、破裂、自溶而死亡。如環(huán)絲氨酸抑制N－乙酰胞壁酸五肽橋的形成；萬古霉素阻斷五肽橋與胞壁受體結(jié)合；桿菌肽影響類脂循環(huán)來影響肽聚糖的合成；青霉素類、頭孢菌素類干擾肽聚糖的三維結(jié)構(gòu)的形成，都是造成細(xì)胞壁缺陷，導(dǎo)致細(xì)菌不能抵抗低滲環(huán)境而死亡。

（二）影響細(xì)胞膜的功能

細(xì)菌的細(xì)胞膜具有半透膜性質(zhì)，起著滲透屏障和運輸物質(zhì)的作用。而多黏菌素，可以與病原菌細(xì)胞膜磷脂結(jié)合，從而解聚細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，使病原菌細(xì)胞膜的通透性增加，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的主要成分如氨基酸、核酸和鉀離子等泄漏，致病原菌死亡。作用病原菌細(xì)胞膜的抗生素還有兩性霉素B、桿菌肽等。

（三）干擾蛋白質(zhì)合成

干擾細(xì)菌核蛋白體蛋白質(zhì)合成過程的抗生素很多，主要有氨基環(huán)醇類、四環(huán)類、大環(huán)內(nèi)酯類等。這些抗生素作用于蛋白質(zhì)合成的起始、延長、終止各階段的不同環(huán)節(jié)。如氨基糖苷類抗生素及四環(huán)類抗生素可與30S亞基結(jié)合；紅霉素、氯霉素、林可霉素可與50S亞基結(jié)合，從而選擇性地抑制原核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成。

（四）抑制核酸的合成

博來霉素，可引起DNA單鏈斷裂，亦可使DVA一條鏈上的脫氧核糖和磷酸連接部分?jǐn)嗔?，形成缺口，還可抑制DNA連接酶和DNA聚合酶，干擾DNA的復(fù)制。利福霉素和利福平可直接作用于RNA聚合酶而抑制RNA的合成，抗腫瘤抗生素的作用大多是抑制DNA、RNA的合成。

目前，作用于能量代謝以及電子傳遞體系的抗生素，如抗霉肽等，由于對人體大多毒性較強，所以限制了在臨床上的廣泛應(yīng)用。

四、耐藥性

隨著抗生素的廣泛使用，由于藥物與細(xì)菌多次反復(fù)接觸，使細(xì)菌對該藥敏感性不斷下降甚至消失，稱為細(xì)菌耐藥性，又稱抗藥性。耐藥菌株的不斷出現(xiàn)，尤其一些病原菌呈現(xiàn)的多重耐藥性，給臨床用藥帶來了困難，向控制醫(yī)院感染提出了挑戰(zhàn)，對公眾健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

（一）耐藥機制

對抗生素的耐藥通常有以下幾種機制：①使藥物失活；②細(xì)菌改變胞漿膜通透性，使藥物難以進(jìn)入菌體內(nèi)而呈現(xiàn)耐藥；③細(xì)菌改變藥物作用靶位；④細(xì)菌改變代謝途徑，減少攝取，增加外排。

上述耐藥機制，一般認(rèn)為均在耐藥性質(zhì)粒轉(zhuǎn)移和控制下產(chǎn)生，并有日漸增多和更加復(fù)雜的趨勢。

（二）預(yù)防耐藥性的措施

為克服細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，除積極開發(fā)新抗菌藥物外，在防治感染性疾病中還需要采取一定的措施。

首先，合理使用抗生素。足量用藥，療程合適，維持體內(nèi)有效抑菌藥物濃度，有計劃更替用藥，避免濫用以及采取必要的聯(lián)合用藥等。其次，做好消毒與隔離工作，防止耐藥菌交叉感染。最后，積極開展藥物敏感試驗，測定細(xì)菌對藥物的敏感程度，選擇合適敏感的抗菌藥物。

第二節(jié)　微生物與其他藥物

微生物及其代謝產(chǎn)物在藥物生產(chǎn)中的應(yīng)用除抗生素外，還有維生素、氨基酸、酶及酶抑制劑、菌體制劑等，此外，微生物在甾體化合物合成中的作用也日益擴大。隨著生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微生物及代謝產(chǎn)物在醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更重要的用途。

一、微生物與維生素

維生素是維持機體正常生長發(fā)育和生理功能所必需的一類低分子有機化合物，既是人體的營養(yǎng)物質(zhì)，也是一類重要藥物。臨床上除了用于治療和預(yù)防維生素缺乏癥外，還用于某些急性嚴(yán)重疾病和長期慢性疾病的治療。維生素類藥物的獲取可采用化學(xué)合成、動植物提取和微生物發(fā)酵等方法。目前采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的維生素有維生素C、B2、B12和β－胡蘿卜素等，其中以維生素C的產(chǎn)量最大。

（一）維生素C

維生素C（vitamine　C）又名抗壞血酸（ascorbic　acid），是細(xì)胞氧化－還原反應(yīng)中的催化劑。維生素C具有增強機體對感染的抵抗力和清除細(xì)胞內(nèi)外自由基的抗氧化作用，有助于防止細(xì)胞的癌變，還參與體內(nèi)氨基酸代謝和神經(jīng)介質(zhì)、膠原蛋白的合成以及對外來化合物的解毒作用。臨床用于防治壞血病和抵抗傳染性疾病，或作為促進(jìn)創(chuàng)傷和骨折愈合的藥物。

維生素C的生產(chǎn)，早年是從檸檬中提取，但原料昂貴，1933年德國化學(xué)家Reichstein首創(chuàng)了化學(xué)合成法，即萊氏法。自20世紀(jì)70年代以來已開始應(yīng)用微生物合成途徑生產(chǎn)維生素C，多采用我國科學(xué)工作者首創(chuàng)的“二步發(fā)酵法”，具體方法有2種（圖13－1、圖13－2）。

“二步發(fā)酵法”與化學(xué)合成法比較，具有簡化工藝、降低成本、節(jié)約大量有毒化工原料和減少“三廢”的優(yōu)點。

圖13－1　維生素C生物合成過程

近年來應(yīng)用基因工程，將2，5－二酮－D－葡萄糖酸還原酶基因轉(zhuǎn)化到歐文菌的細(xì)胞內(nèi)，構(gòu)成一重組菌株，該菌株可直接將葡萄糖發(fā)酵生成2－酮基－L－古龍酸，從而使維生素C的生產(chǎn)工藝路線大大改進(jìn)和簡化（圖13－2）。

圖13－2　維生素C的二步發(fā)酵法及重組菌發(fā)酵

（二）維生素B2

維生素B2（vitamin　B2）又名核黃素（riboflavin），因其具有強烈的黃綠色熒光而得名。維生素B2最早從蛋白質(zhì)分離，在自然界中多數(shù)以與蛋白質(zhì)結(jié)合的形式存在，因此又被稱為核黃素蛋白。維生素B2是動物發(fā)育和許多微生物生長的必需物質(zhì)。在機體內(nèi)參與氧化還原反應(yīng)。臨床上用于治療口角炎、皮炎、眼角膜炎、結(jié)膜炎等維生素B2缺乏癥。

維生素B2雖廣泛存在于動植物中，但含量較低，不適宜從天然產(chǎn)物中提取。而化學(xué)合成法的成本高，制備步驟多，所以目前工業(yè)生產(chǎn)多采用微生物發(fā)酵法，發(fā)酵方法類似抗生素。能產(chǎn)生維生素B2的微生物種類繁多，如棉病囊霉、阿氏假囊酵母、假酵母、根霉菌、曲霉菌、枯草芽胞桿菌、腸產(chǎn)氣桿菌、大腸埃希菌等。其中以棉病囊霉和阿氏假囊酵母最常用。

（三）維生素B12

維生素B12（vitamin　B12）因含鈷，故又稱鈷維生素或鈷胺素（cobalamin或cobamide）。維生素B12參與機體內(nèi)許多代謝反應(yīng)，具有防治人的巨幼細(xì)胞性貧血（惡性貧血）、人和動物的神經(jīng)病變、幼兒和幼小動物的生長發(fā)育障礙，以及刺激某些微生物如乳酸桿菌（lactobacillus）生長等的功能，因而又被稱為抗惡性貧血因子、動物蛋白因子和LLD因子。

動物肝臟、蛋黃和活性污泥中均含維生素B12，但從中提取成本過高，不適于工業(yè)生產(chǎn)。故目前主要采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)，生產(chǎn)菌種主要有丙酸桿菌屬、假單胞菌屬。

二、微生物與氨基酸

氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，是人體及動物生長代謝所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于食品、飼料、化妝品、醫(yī)藥、化學(xué)工業(yè)的中間體以及農(nóng)藥等領(lǐng)域。在醫(yī)療方面，氨基酸主要用于手術(shù)前后的營養(yǎng)補充以及肝昏迷、腦昏迷和心力衰竭的治療。

氨基酸的生產(chǎn)方法有提取法、化學(xué)合成法和微生物法。微生物法又分為直接發(fā)酵法（含前體添加發(fā)酵法）和酶法，其中尤以直接發(fā)酵法最為重要。目前，除了胱氨酸和半胱氨酸以外的氨基酸均能用微生物法生產(chǎn)，其中產(chǎn)量最大的是谷氨酸和賴氨酸。

（一）谷氨酸

谷氨酸是利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的首個氨基酸，年生產(chǎn)量最大。谷氨酸產(chǎn)生菌種類繁多，主要有棒桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬中的細(xì)菌。這些細(xì)菌種屬不同，但都是革蘭陽性、不形成芽胞、沒有鞭毛，都需要生物素作為生長因子，都具有一定的合成谷氨酸的能力。

谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)是以葡萄糖和尿素等為原料，在通氣條件下經(jīng)谷氨酸產(chǎn)生菌的代謝作用而生成。谷氨酸的生物合成途徑為葡萄糖經(jīng)糖酵解（EMP）或己糖磷酸支路（HMP）生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A（乙酰Co A），然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)（TCA），生成α－酮戊二酸，再經(jīng)谷氨酸脫氫酶的作用，在NH 4＋的存在下生成L－谷氨酸（圖13－3）。

圖13－3　由葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑

在谷氨酸發(fā)酵過程中，生物素是重要的生長因子，為獲得高產(chǎn)量的谷氨酸，生物素需控制在亞適量條件。這是由于谷氨酸的分泌取決于細(xì)胞膜的通透性，而生物素作為乙酰Co A羧化酶的輔酶，參與脂肪酸合成，若生物素量低，則會影響細(xì)菌細(xì)胞膜脂肪酸的合成，增加細(xì)胞膜通透性，利于谷氨酸的分泌，減少谷氨酸細(xì)胞內(nèi)積累以消除反饋抑制，使谷氨酸生物合成繼續(xù)進(jìn)行。但若生物素過少，細(xì)菌則不生長。另外氧、NH 4＋、p H值及磷酸鹽濃度等均影響谷氨酸的產(chǎn)量。

L－谷氨酸是生物機體內(nèi)氮代謝中最重要的氨基酸之一，在醫(yī)療上谷氨酸主要用于治療肝昏迷、神經(jīng)衰弱、配制營養(yǎng)液等。另外谷氨酰胺可用于治療胃潰瘍。

（二）賴氨酸

賴氨酸微生物發(fā)酵菌種多采用谷氨酸細(xì)菌的營養(yǎng)缺陷型，如谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌、乳酸發(fā)酵桿菌等。其主要利用代謝阻斷即人為地解除氨基酸生物合成代謝控制機制來產(chǎn)生大量賴氨酸。

賴氨酸是人類和動物的必需的氨基酸之一，若缺乏則影響機體生長發(fā)育。賴氨酸作為重要的食品和飼料添加劑，可用在面包、兒童營養(yǎng)品以及配制營養(yǎng)注射液等方面。醫(yī)療上，賴氨酸可用于改善肝功能，治療肝硬化。

三、微生物與酶及酶抑制劑

（一）酶制劑

酶是高度專一、高效的生物催化劑，影響著所有生物機體內(nèi)的各種代謝活動，因而酶作為一類藥物被用于臨床的疾病治療和基因工程研究，同時也廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等其他領(lǐng)域。

目前酶制劑的主要來源是微生物。因為微生物種類多，繁殖快易培養(yǎng)，酶源蘊藏豐富，在人工控制條件下，較適合于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

用微生物制備酶制劑的一般流程是：微生物選育→培養(yǎng)（發(fā)酵）→分離→提純。方法與其他發(fā)酵工業(yè)類似。

目前在臨床上常用的微生物酶有鏈激酶、鏈道酶、透明質(zhì)酸酶、天冬酰胺酶、青霉素酶等。

1．鏈激酶、鏈道酶　鏈激酶（streptokinase）和鏈道酶（streptodornase）主要是β－溶血性鏈球菌的某些菌株產(chǎn)生的胞外酶。鏈激酶可使血凝塊溶解。臨床上鏈激酶主要用于治療腦血栓和其他部位的血栓，如急性廣泛深靜脈血栓形成。有人報道，鏈激酶滴注于冠狀動脈內(nèi)治療進(jìn)展期心肌梗死有一定療效。鏈道酶是DNA酶，具有液化膿液和痰液的作用，臨床上主要用于膿胸的治療。以上兩酶的混合制劑稱雙鏈酶。

2．透明質(zhì)酸酶　透明質(zhì)酸酶（hyaluronidase）是一種糖蛋白。熒光桿菌、化膿性鏈球菌，產(chǎn)氣莢膜桿菌均能產(chǎn)生。其能分解組織基質(zhì)中的透明質(zhì)酸，使組織間隙增大，利于局部積液或積血的擴散，故又名擴散因子。臨床用于治療心肌梗死和其他疾病的輔助用藥。

3．天冬酰胺酶　生產(chǎn)菌種為大腸埃希菌。天冬酰胺酶能專一地催化天冬酰胺水解，而抑制腫瘤細(xì)胞生長。臨床主要用以治療白血病及其他腫瘤。

4．青霉素酶　青霉素酶（penicillin　acylose）可水解青霉素，使青霉素失去抗菌活性。青霉素酶適用于一般青霉素過敏及過敏性休克反應(yīng)的輔助治療。也用于含青霉素制劑的無菌檢查。

5．膠原酶　膠原酶（collagenase）可由溶組織梭狀芽胞桿菌產(chǎn)生，其對壞死組織有較強的消化作用，可促進(jìn)上皮細(xì)胞生長，加快創(chuàng)口愈合，臨床用于慢性潰瘍、褥瘡和燒傷病人的治療。

此外，蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等消化酶和青霉素?；傅仍谂R床上亦常用。

（二）酶抑制劑

酶抑制劑是一類具有生物活性的小分子化合物。其可特異性抑制某些酶的活性，來調(diào)整和修復(fù)某些紊亂的代謝，以達(dá)到治療或預(yù)防某些疾病的目的。此外，酶抑制劑也用于某些抗藥性細(xì)菌感染的治療。

由微生物產(chǎn)生的酶抑制劑目前已發(fā)現(xiàn)數(shù)十種，常見的有：①抑肽素（pepstatin），是由鏈球菌產(chǎn)生的一種蛋白酶抑制劑，可用于治療胃潰瘍；②泛誕菌素（panosialin），是淀粉酶的特異性抑制劑，可用以防止肥胖癥、糖尿病等；③真菌產(chǎn)生的小奧德蘑酮（oudenone），是酪氨酸羥化酶的抑制劑，有降血壓的作用；④貝他定（bestatin），具有抑腫瘤作用，促進(jìn)白介素－1和白介素－2的產(chǎn)生，現(xiàn)已用于白血病的治療。

四、甾體化合物的微生物轉(zhuǎn)化

許多甾體結(jié)構(gòu)的天然藥物具有很強的生理活性，在醫(yī)學(xué)臨床治療上占有非常重要的地位，例如，甾體激素中睪丸甾酮和黃體酮、強心甾體中洋地黃毒苷、甾體皂苷中人參皂苷和甾體生物堿中錐絲堿等。甾體藥物的工業(yè)生產(chǎn)主要是改造天然的甾體化合物而獲得，以前用化學(xué)方法改造，合成步驟繁多、收率低、價格昂貴。目前主要采用微生物轉(zhuǎn)化，其合成步驟少、收率高、成本低，亦可避免或減少使用強酸、強堿和有毒原料。

甾體化合物的微生物轉(zhuǎn)化，所得產(chǎn)物不是微生物的代謝產(chǎn)物，而是利用微生物的酶對甾體底物的某一特定部位進(jìn)行改造，獲得的新的甾體化合物。其轉(zhuǎn)化反應(yīng)主要是羥化反應(yīng)、環(huán)氧化反應(yīng)、脫氫反應(yīng)與側(cè)鏈降解反應(yīng)。

甾體激素可影響機體的多種代謝，對機體起著非常重要的調(diào)節(jié)作用，因此在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。目前微生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)最主要是應(yīng)用于甾體激素的制備。如甾體皮質(zhì)激素、性激素等藥物的制備。

五、其他微生物制劑

除了以上所敘的藥物與微生物密切相關(guān)外，醫(yī)學(xué)上還常用另一些微生物制劑。

（一）微生態(tài)制劑

微生態(tài)制劑也稱活菌制劑，是根據(jù)現(xiàn)代微生態(tài)學(xué)的基本原理，利用對人體無害或有益的活菌（益生菌），經(jīng)過人工繁殖等方法制成的生物制劑，在臨床上主要用于嬰幼兒保健、調(diào)整腸道菌群失調(diào)、治療腸功能紊亂、腹瀉病以及抗癌和防衰老等。

1．乳酸桿菌制劑（商品名：乳酶生）　乳酸桿菌在腸道內(nèi)生長繁殖，分解乳酸而形成酸性環(huán)境，從而抑制腸內(nèi)有害菌生長繁殖，防止有害菌產(chǎn)毒及致病。

2．雙歧桿菌制劑　雙歧桿菌具有維持腸內(nèi)微生態(tài)平衡、降低血清膽固醇、產(chǎn)生維生素、增強免疫力、防癌抗癌、抗衰老等功能，其被廣泛用于食品、藥品方面。如“三株口服液”。

（二）其他制劑

1．核酸類藥物　目前，利用發(fā)酵法和酶解法生產(chǎn)的肌苷和肌苷酸、鳥苷和鳥苷酸、腺苷和腺苷酸及三磷酸腺苷（ATP）和輔酶A等已應(yīng)用于各種疾病的治療，如肌苷和輔酶A可治療心臟病、白血病、血小板減少癥及肝?。籄TP可用于治療代謝紊亂，輔助治療心臟病、肝病，也可制成能量合劑等。

2．生物堿　微生物亦可合成生物堿，如用作子宮收縮劑的麥角堿是由紫麥角菌所產(chǎn)生。此外，目前已發(fā)現(xiàn)一種諾卡菌能產(chǎn)生安莎美登素（ansamitocin），對白血病有一定療效。

3．螺旋藻　螺旋藻因含有豐富的營養(yǎng)成分和多種生物活性物質(zhì)，可添加到食品、飼料或餌料中，改善谷物蛋白質(zhì)的營養(yǎng)質(zhì)量。醫(yī)療保健方面也有很大的利用價值。

第三節(jié)　微生物與藥物變質(zhì)

藥物在生產(chǎn)、儲存、運送、分裝和使用過程中，經(jīng)常發(fā)生質(zhì)量的變化，其原因除了藥物本身性質(zhì)不穩(wěn)定外，另一個重要的因素是藥物被微生物污染。污染的微生物在藥物中生長繁殖，不但可以使藥物變質(zhì)失效，造成經(jīng)濟損失，并可直接影響病人用藥的安全性，引起病人不良反應(yīng)或病原生物感染，甚至危及生命。因此，微生物污染藥品的問題應(yīng)予以高度重視。

一、藥物中微生物的來源

微生物廣泛分布于自然界、物體表面、人體體表及與外界相通的腔道，可造成各種物品的污染和生物的感染。污染藥物制劑的微生物主要來源于藥物的原料、藥物生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備、操作人員和包裝材料與容器等。

1．藥物原料　藥物原材料未經(jīng)處理或處理不當(dāng)則將帶有微生物，藥物原材料保管不善，亦可被微生物污染。制藥用水不符合水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，水中的微生物則是藥物污染的重要來源。

2．藥物生產(chǎn)環(huán)境　在藥物的生產(chǎn)環(huán)境中，空氣、生產(chǎn)設(shè)備、操作人員、包裝材料均可成為藥物微生物的來源。如生產(chǎn)過程中清掃或機器震動、談話、咳嗽等可增加空氣中微生物的含量；藥物生產(chǎn)設(shè)備（粉碎機、灌裝機等）、容器及其他物品若清洗不徹底；包裝材料未經(jīng)清潔及消毒處理都均可引起藥品污染。另外，生產(chǎn)藥物的操作人員不嚴(yán)格按照規(guī)程要求進(jìn)行，或身體欠佳、衛(wèi)生習(xí)慣不良，亦可造成藥物污染，甚至污染病原微生物（如金黃色葡萄球菌、結(jié)核分枝桿菌等）。因此人亦是藥品生產(chǎn)中最大的污染源之一。

二、微生物引起的藥物變質(zhì)

從上述來源的微生物進(jìn)入藥物后，在適宜條件下生長繁殖，將引起藥物變質(zhì)而失去功效。

（一）微生物引起藥物變質(zhì)的判斷

為了防止微生物污染引起藥物變質(zhì)的不良后果，我國《藥品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定了各類藥品中微生物的限量。根據(jù)藥物的類型不同，有下列情況之一，則可判斷有微生物引起藥物變質(zhì)的存在。

1．藥物中有病原微生物存在或發(fā)現(xiàn)規(guī)定不得檢出的特定菌種（如眼科用藥不得檢出銅綠假單胞菌；口服藥不得檢出大腸埃希菌）。

2．滅菌藥物中存在有活的微生物。

3．非滅菌藥物的微生物總數(shù)超過規(guī)定的數(shù)量。

4．藥物中的微生物已死亡或排除，但其毒性代謝產(chǎn)物（熱原質(zhì)）依然存在。

5．藥品發(fā)生可被覺察的物理或化學(xué)變化。

（二）微生物引起藥物變質(zhì)的后果

微生物引起藥物變質(zhì)，除造成經(jīng)濟損失外，更嚴(yán)重的是直接影響藥物的功效和人體的健康。

1．微生物污染對藥物的影響

（1）藥物物理性狀的改變　微生物污染藥物可導(dǎo)致藥物的物理性狀改變，如出現(xiàn)微生物色素；產(chǎn)生異味和氣體；變得潮濕、黏滑，有絲狀物、懸浮物等。

（2）藥物有效成分的破壞　污染藥物的微生物以藥物為底物進(jìn)行各種降解作用而引起藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變致使藥物有效成分遭破壞而失效。再者，微生物產(chǎn)生的很多代謝產(chǎn)物，如脂肪酸、硫化氫、氨亦可破壞藥品有效成分。

2．藥物變質(zhì)對人體的危害　微生物污染引起藥物變質(zhì)失效除延誤病人治療時機外，還可給人體造成以下危害。

（1）藥源性感染　滅菌制劑如輸液劑不合格或使用時受污染，可引起菌血癥、敗血癥等全身感染；微生物污染的滴眼劑，尤其是銅綠假單胞菌污染滴眼劑可引起嚴(yán)重眼部感染或使病情加重甚至失明；另外，非滅菌制劑的口服藥污染沙門菌，局部外用藥污染破傷風(fēng)梭菌均可引起嚴(yán)重感染。

（2）產(chǎn)生毒素引起機體中毒　污染藥物的微生物在生長繁殖過程中，可產(chǎn)生有毒的代謝產(chǎn)物，這些毒性物質(zhì)進(jìn)入機體能引起中毒，嚴(yán)重者危及生命。如大型輸液劑中若含有熱原質(zhì)可引起急性發(fā)熱反應(yīng)等。黃曲霉菌產(chǎn)生的黃曲霉毒素，青霉菌產(chǎn)生的毒素，可使人、畜中毒。

（3）其他危害　藥物中的微生物可產(chǎn)生致敏物質(zhì)，引起機體的超敏反應(yīng)；其還產(chǎn)生微粒物質(zhì)（或微生物微粒）引起靜脈炎、血栓形成或肉芽腫等。

（三）微生物引起藥物變質(zhì)的影響因素

微生物對藥物的損害作用受很多因素的影響，但主要是微生物的污染量，藥物本身的組分、性質(zhì)和環(huán)境溫度。

滅菌藥物不含活菌或非滅菌藥物存在規(guī)定范圍內(nèi)的微生物，一般不易變質(zhì)。若污染藥物的微生物量少，微生物在藥物中生長繁殖而引起藥物變質(zhì)，污染的量大，微生物尚未生長繁殖亦可引起藥物分解，變質(zhì)失效。藥物的營養(yǎng)越豐富，固態(tài)藥物含水量越高，微生物生長越迅速。再者，藥物制劑的p H、溫度若接近微生物生長繁殖的適宜范圍，亦支持微生物生長。因此，藥品通常儲藏在陰涼、干燥、相對低溫處。

三、防止微生物污染藥物的措施

為了全面提高藥物的質(zhì)量，目前我國和世界上的一些較先進(jìn)的國家都已實施藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（Good　Manufacturing　Practice，GMP）制度。GMP規(guī)范的主要目標(biāo)是減少藥品生產(chǎn)中存在的、而成品檢驗又無法預(yù)防的各種隱患（包括污染、混藥和差錯）。微生物對藥物的污染是多渠道的，因而應(yīng)采取綜合性的防范措施。

1．加強宣傳教育　增強藥品生產(chǎn)和管理人員防范微生物污染的意識，并建立健全防污染衛(wèi)生措施及衛(wèi)生管理制度。

2．加強藥品生產(chǎn)管理　力求在藥品生產(chǎn)的全過程中，把各種污染的可能性降到最低限度。就污染藥物中微生物的來源而言，應(yīng)做到：①保證藥物生產(chǎn)環(huán)境（如空氣、設(shè)備等）符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；②控制原材料和生產(chǎn)用水的質(zhì)量；③采用適當(dāng)?shù)?、合格的包裝材料和妥善的儲存方式；④對操作人員定期體格檢查，要求其身體健康，無傳染性疾病及攜帶病菌，并有良好衛(wèi)生習(xí)慣，能嚴(yán)格按規(guī)程要求進(jìn)行工作。

3．進(jìn)行微生物檢查　在藥品生產(chǎn)過程中，應(yīng)按規(guī)程定期進(jìn)行各項微生物檢測。以檢查指標(biāo)來評價藥物被微生物污染與損害程度，提高藥品衛(wèi)生質(zhì)量。

4．使用合適的防腐劑　在藥物中適當(dāng)加入防腐劑，以防止微生物生長繁殖所致的藥物變質(zhì)。目前常用的防腐劑有尼泊金、苯甲酸、山梨醇、甘油、乙醇等。

微生物污染與藥物質(zhì)量密切相關(guān)，因而必須在藥物生產(chǎn)、儲存、輸送和使用等每一環(huán)節(jié)中有效地防止微生物污染，以提高藥物質(zhì)量，確保用藥安全有效。

第四節(jié)　藥物制劑中的微生物學(xué)檢查

藥物制劑的微生物學(xué)檢查主要包括無菌檢驗、細(xì)菌總數(shù)測定、霉菌總數(shù)測定以及病原菌的檢驗與螨的檢測等。藥物制劑的種類很多，而不同藥物制劑的微生物學(xué)檢驗要求不完全相同，以下分別介紹各類檢驗。

一、無菌制劑的無菌檢查

無菌檢查是指檢查藥物制劑是否含有活的微生物的一種方法。各種注射劑（如針劑、輸液等）、手術(shù)及眼科制劑都必須保證絕對不含有任何活的微生物才視為合格。

（一）無菌檢查的基本原則

無菌檢查的基本原則是采用嚴(yán)格的無菌操作方法，將被檢查的藥品取一定量分別接種培養(yǎng)一定時間后，觀察有無微生物生長，以判斷被檢藥品是否合格。由于無菌檢查是用部分樣本的結(jié)果推斷整體的含菌情況，故被檢藥品的取樣及程序必須按照國家藥典的規(guī)定進(jìn)行。

（二）無菌檢查的基本方法

1．一般藥品的無菌檢查　一般藥品的無菌檢查法常用直接接種法，直接接種法是取規(guī)定量的檢品直接接種至規(guī)定的培養(yǎng)基中，經(jīng)過培養(yǎng)檢查有無細(xì)菌生長。此種檢查適用于非抗菌作用的藥品。

用直接接種法進(jìn)行無菌檢查的檢品，需要測定是否具有抑細(xì)菌和抑真菌的作用，即陽性對照試驗。作陽性對照試驗時應(yīng)與供品的無菌檢查試驗同時且以同樣的培養(yǎng)基進(jìn)行。觀察結(jié)果時，陽性對照必須長菌，才能判定檢品是否合格，若陽性對照管不長菌，說明該藥物可能有抗菌作用。

檢品如是液體，可直接加入培養(yǎng)基中；如是固體藥物，按規(guī)定加入一定量的無菌生理鹽水或無菌水使藥物溶解成均勻的檢品溶液，然后進(jìn)行無菌檢查；檢品如是油類藥物，則選用吐溫培養(yǎng)基進(jìn)行無菌檢查。

2．特殊藥品的無菌檢查法　如果陽性對照管微生物生長微弱、緩慢或不生長，均判斷檢品有抑菌作用，如抗菌藥物或含防腐劑藥物等。在該類藥物的無菌檢查前，必須采用一些方法除去藥物本身的抗菌作用，然后再依上述方法進(jìn)行無菌檢查。常用的方法有稀釋法、微孔濾膜法、離心沉淀法以及在檢品中加入滅活劑。

二、口服藥及外用藥物的微生物學(xué)檢查

口服藥及外用藥在生產(chǎn)和臨床使用過程中，必須保證不含有病原微生物及過量的微生物，即需要限制性控制微生物的數(shù)量和種類。

目前對口服藥及外用藥物的微生物學(xué)檢驗主要是微生物限量檢驗，即限制口服藥及外用藥的微生物總數(shù)和限制病原微生物種類的系列測定項目。我國規(guī)定的項目有：細(xì)菌總數(shù)測定、霉菌總數(shù)測定、病原菌（大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、沙門菌和破傷風(fēng)梭菌）的檢驗和活螨的檢驗等。判斷合格與否的標(biāo)準(zhǔn)是：口服藥及外用藥中微生物總量須低于規(guī)定限量外，還須在每克或每毫升口服藥物中不得含有大腸埃希菌、沙門菌；外用藥物每克或每毫升中不得含有銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌和破傷風(fēng)梭菌，此外均不得檢出活螨。

微生物限量檢查通常以規(guī)定的方法與步驟來測定藥品的污染程度，而檢查方法與步驟是按照客觀和自然法則而定的，因此，檢查中必須遵守基本要求，使檢查結(jié)果準(zhǔn)確可靠。檢查的全部過程均應(yīng)嚴(yán)格遵守?zé)o菌操作，嚴(yán)防再污染。

（一）細(xì)菌、霉菌和酵母菌總數(shù)的測定

細(xì)菌、霉菌和酵母菌總數(shù)的測定是了解被檢藥品在單位重量或體積（每克或每毫升）內(nèi)所含有的活菌、活霉菌和酵母菌的總數(shù)，以判斷供試藥物被細(xì)菌及真菌污染的程度。測定方法采用瓊脂傾注平皿菌落計數(shù)法。取一定量的供試藥物以無菌生理鹽水按比例進(jìn)行系列稀釋，然后取定量稀釋的供試液，置直徑約90 cm的無菌平皿中，再注入一定量的已融化的、溫度在55℃左右的培養(yǎng)基混勻，凝固后，倒置培養(yǎng)。

細(xì)菌計數(shù)用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基，霉菌計數(shù)用虎紅瓊脂培養(yǎng)基，酵母菌計數(shù)用酵母浸出粉凍葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基。

細(xì)菌培養(yǎng)的溫度為37℃，時間為48 h，分別在24及48 h計數(shù)平板內(nèi)菌落數(shù)，一般以48 h菌落數(shù)為準(zhǔn)。一般選取菌落數(shù)在30～300之間的平板進(jìn)行計數(shù)，然后乘以稀釋倍數(shù)，即可得出每克或每毫升供試藥物中的活菌總數(shù)。霉菌、酵母菌培養(yǎng)的溫度為25～28℃，時間為72 h，分別在24 h、48 h和72 h計數(shù)，一般以72 h計數(shù)為準(zhǔn)。選取平皿中生長的菌落數(shù)在5～50個范圍為宜，乘以稀釋倍數(shù)，即可得單位重量（或體積）中的真菌總數(shù)。如最終結(jié)果超過有關(guān)規(guī)定的限量，則被檢藥物不合格。

（二）病原菌的檢驗

藥品中不能有病原菌的存在，否則在臨床應(yīng)用時有可能造成嚴(yán)重的后果。在藥品中不能檢出的病原菌主要是指大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、沙門菌、金黃色葡萄球菌及破傷風(fēng)梭菌。不同類型的藥物制劑不得檢出的病原菌種類也不同。因此，這幾類病原菌的檢驗并不是全部都必須檢驗，而只是按不同的要求，選定幾種檢驗。

一般的檢測程序為：藥物的準(zhǔn)備或預(yù)處理→增菌培養(yǎng)→分離培養(yǎng)→純培養(yǎng)→染色鏡檢、生化試驗、血清學(xué)試驗、動物試驗等→結(jié)果判斷。

小　結(jié)

抗生素是由微生物、植物和動物，在其生命活動過程中產(chǎn)生的能在低濃度下有選擇地抑制或影響它種生物功能的有機物質(zhì)或化學(xué)方法合成的類似物。其主要由微生物發(fā)酵得到，發(fā)酵過程主要為生產(chǎn)菌種→孢子制備→種子制備→發(fā)酵→發(fā)酵液預(yù)處理及過濾→提取及精制→成品檢驗→成品包裝→出廠檢驗?？股刈鳛榭刮⑸锼幬铮渥饔脵C制包括影響微生物的細(xì)胞壁合成、細(xì)胞膜的功能、蛋白質(zhì)的合成、核酸的合成及細(xì)胞能量代謝、電子傳遞等。為克服細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，我們要合理使用抗生素，避免濫用抗生素。

微生物及其代謝產(chǎn)物在藥物生產(chǎn)中的應(yīng)用除抗生素外，還有維生素、氨基酸、酶及酶抑制劑、菌體制劑等，它們在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也廣泛得到應(yīng)用。另外微生物在甾體化合物生物轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用也日益擴大。

藥物在生產(chǎn)、儲運、運送、分裝和使用過程中都有機會遭受微生物的威脅，藥物若被微生物污染，其將會變質(zhì)失效，造成經(jīng)濟損失，并直接影響病人用藥的安全性，可引起病人不良反應(yīng)或病原生物感染，甚至危及生命。藥物中微生物的來源很多，如藥物的原料、藥物生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備、操作人員以及包裝或容器等。為防治藥物污染，我們應(yīng)加強藥品的生產(chǎn)管理，及時進(jìn)行藥品微生物檢查。藥物制劑的微生物檢查主要包括無菌檢驗、細(xì)菌總數(shù)測定、霉菌總數(shù)測定以及病原菌的檢驗等。

（魯曉娟）