抗生素類青霉素的生物制藥工藝及其應用性研究

抗生素類青霉素的生物制藥工藝及其應用性研究作者名稱：路 環(huán)專業(yè)班級 化工系08生化制藥2班學 號 20080614123 指導教師 張 業(yè) 時 間 2010-6-22 摘要 抗生素自發(fā)現(xiàn)以來已經有80多年的時間，長期以來成為研究熱點，并且被得到廣泛的應用，抗生素的發(fā)現(xiàn)和使用使人類健康得到空前提高，使人類戰(zhàn)勝了因為各類感染所帶來的痛苦，由于抗生素的優(yōu)良抗菌抗病毒做用，抗生素的使用一直被密切研究，新型抗生素的研發(fā)和使用更是意義重大，并且有不可估量的經濟效益本學期通過對抗生素生產工藝的不斷學習和研究，本文引以青霉素的生產工藝為例，從而對揭示各類抗生素的工業(yè)生產工藝，為抗生素的生產和研究提供指導雖然抗生素被得到廣泛的應用，并使用使人類健康得到空前提高但是通過長期研究和使用后發(fā)現(xiàn)，長期濫用抗生素給人類帶來了嚴重的危害，其耐藥性和致畸性不斷引起了人們的廣泛關注本文最后章節(jié)亦就抗生素的耐藥性做簡要研究，為人們更好的了解和合理使用抗生素提供指導關鍵詞：抗生素；青霉素；生產工藝；耐藥性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 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 immeasurable 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 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 briefly 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 綜述部分1 前言抗生素（antibiotics）是指“在低濃度下即可對某些生物的生命活動有特異抑制作用的化學物質的總稱”[1]。

抗生素的生產目前主要由微生物發(fā)酵法進行生物合成很少數(shù)的抗生素如氯霉素、磷霉素等亦可用化學合成法生產此外，還可將生物合成法制得的抗生素用化學或生化方法進行分子結構改造而制成各種衍生物，稱半合成抗生素，如氨芐青霉素就是半合成青霉素的一種[2]微生物量多，種多，分布廣；有共生，有拮抗，有自發(fā)突變，有誘發(fā)突變隨著抗生素合成機理和微生物遺傳學理論的深入研究，目前人們已經了解到抗生素有別于其他（初級）代謝產物抗生素是次級代謝產物次級代謝產物還有生長素（赤霉素），毒素（如黃曲霉素）這些產物與微生物的生長繁殖無明顯的關系，是以基本代謝的中間產物如丙酮酸鹽，乙酸鹽等作為母體衍生出來的其結構性質隨不同微生物種屬而異，因此次級代謝產物很多基本代謝產物如蛋白質、脂肪、多糖等物質，直接與微生物的生長繁殖相關這些物質的構造也因微生物種屬不同而異，但產生這些物質的代謝過程基本相似在某些放線菌中發(fā)現(xiàn)級代謝產物與染色體外的遺傳因子——質粒也有關系微生物生產抗生素的原理：控制發(fā)酵條件，使抗生素產生菌的代謝向合成抗生素的方向發(fā)展，從而有利于抗生素的產生1.1 抗菌藥物發(fā)展簡史1.1929年，弗來明 (Alexander Fleming) 發(fā)現(xiàn)青霉素。

2.194O年，弗勞雷 (Florey and Chain) 分離提純青霉素成功，開創(chuàng)了抗生素化學治的新紀元 3.1950年: 鏈霉囊、氯霉素、多粘霉素、金霉素、土霉素、紅霉素、卡那霉素、利福霉素 4.60年代: 1959年英國 Beecham 研究組從青霉素發(fā)酵液中分離提純青霉素母核6—氨基青霉烷酸(6--APA)成功半合成青霉素迅速發(fā)展，頭孢菌素萌芽 5.70年代: 頭孢菌素迅速發(fā)展，半合成青霉素推出酰脲類青霉素 6.80年代: 第三代頭孢菌素類、單環(huán)類、B-內酰胺酶抑制劑、喹諾酮類抗菌藥崛起 7.90年代--現(xiàn)在，針對細菌耐藥性開發(fā)新品種主攻β-內酰胺類抗生素和喹諾酮類抗菌藥1.2 抗菌藥物的分類及代表藥物1.2.1 根據(jù)抗生素的生物來源分類 微生物是產生抗生素的主要來源，其中以放線茵產生的為最多，真菌次之，細菌又次之來源于高等植物和動物的不多 (一)放線菌產生的抗生素　　放線菌中以鏈霉菌屬(或稱鏈絲菌屬)產生的抗生素最多，諾卡氏菌屬較少近年來在小單孢菌屬中尋找抗生索的工作也受到了重視二)真菌產生的抗生素　　真菌的四個綱中，藻菌綱及子囊菌綱產生的抗生富較少三)細菌產生的抗生素　　細菌產生的抗生素的主要來源是多粘桿菌、枯草桿菌(芽抱桿菌，、短芽抱桿菌等。

這一類抗生素如多粘茵素、枯草菌素(Subtilin)、短桿菌素(Tyrothicin)等，具有復雜的化學結構，是環(huán)狀或鏈環(huán)狀多肽類物質，由肽鏈將多種不同的氨基酸結合而成，含有自由氨基，其化學性質一般為堿性這類抗生素多數(shù)對腎臟有毒性四)植物及動物產生的抗生素植物產生的抗生素例如地衣和藻類植物產生的地衣酸(Vulpinic)和綠藻素(chlorellin)從被子植物如蒜和番茄等植物的組織或果實中制得的蒜素(A1licin)和番茄素(Tomatin)；裸子植物如銀杏、紅杉等也能產生抗生物質；中藥中有不少能抑制細菌，已提純的抗生物質有常山堿、黃連素C、白果酸及白果醇等1.2.2 根據(jù)抗生素的作用分類(一)抗革蘭氏陽性細菌的抗生素 主耍有青霉素、紅霉素和新生霉素等 (二)抗革蘭氏陰性細菌的抗生素 主耍有多粘菌素等總的來說，專門抑制革全氏陰性細然的抗生素很少三)抗真菌的抗生素 主耍有放線菌酮、制霉苗素、灰黃雷素、兩性霉紊等四)抗結核分枝桿菌的抗生素 主要有鏈霉素、新霉索、卡那霉素、巴龍霉和環(huán)絲氨酸等五)抗癌細胞的抗生索 主要有放線菌素D、絲裂雷素C、博來霉索(BlemvcIn)、柔毛霉素(Daunomycin)、阿霉素(Amycin)等。

六)抗病毒和噬菌體的抗生素 除了青霉素及四環(huán)類抗生素對立克次氏體及較大的病毒有一定作用外，其它還有一些抑制病毒和噬菌體的抗生素如艾霉素(Ehrlichin)等七)抗原蟲的抗生素 除了青霉素和紅霉素能抗梅毒螺旋體外．四環(huán)類抗生素能抗阿米巴原蟲對原蟲有抑制能力的還有嘌呤霉素(Puromycin)、巴龍霉索、抗滴蟲霉索和蒜素等在抗癌、抗病毒及抗原蟲方面目前還沒有很理想的抗生索1.2.3 根據(jù)抗生素的作用機制分類　　按作用機制分類,對理論研究具有重要的意義，已有許多抗生素按已知作用機制分類的范例根據(jù)抗生貴的主要作用可分成五類；(一)抑制細胞壁合成的抗生素 如青霉素、瑞斯托菌素(Ristocetin)等；(二)影響細胞膜功能的抗生素 如多烯類抗生素；(三)抑制核酸合成酌抗生素 如影響DNA結構相功能的博來霉素、絲裂霉素C及柔毛霉素等；(四)抑制蛋白質合成的抗生素 如四環(huán)索及氯霉素等；(五)抑制生物能作用的抗生素 如抑制電子轉移的抗霉素(Antimycin)、抑制氧化磷酸化作用的短桿菌肽S(Gramicidin S)和寡霉素(Oligomycin)等1.2.4 根據(jù)抗生素的生物合成途徑分類根據(jù)生物合成途徑．可將臨床上使用的一些抗生素分為下列幾個類群。

一)氨基酸、肽類衍生物1．簡單的氨基酸衍生物：如環(huán)絲氮酸、重氮絲氨酸；2．寡肽抗生素：如青霉素、頭抱菌素等；3．多肽類抗生素：如多粘菌素、桿菌肽等；個多肽大環(huán)內酷抗生素：如放線菌素等；4．含嘌呤和嘧啶基團的抗生素；如曲古霉素,嘌呤霉素等;(二)糖類衍生物1．糖苷類抗生素：如鏈霉素、新雷素、卡那霉索和巴龍霉素等；2．與大環(huán)內酯連接的糖苷抗生素：如紅霉親、碳霉素等．(三)以乙酸、丙酸為單位的衍生物1．乙酸衍生物：如四環(huán)類抗生索、灰黃霉素等；2．丙酸衍生物：如紅霉素等；3．多烯和多炔類抗生索；如制霉菌素、曲古霉索等1.2.5 根據(jù)抗生素的化學結構分類 根據(jù)化學結構，能將一種抗生素和另一種抗生素清楚地區(qū)別開束化學結構決定抗生素的理化性質、作用機制和療效,例如對于水溶性堿性氨基糖苷類或多肽類抗生素,含氨基愈多,堿性愈強，抗菌譜逐漸移向革蘭氏陰性菌；大環(huán)內酯類抗生素對革蘭氏陽性、革蘭氏陽性球菌和分枝桿菌有活性．有中等毒性和副作用；多烯大環(huán)內酯類抗生索對真茵有廣譜活性，而對細菌一般無活性，四環(huán)素類抗生素對細菌有廣譜活性結構上微小的改變常會引起抗菌能力的顯著變化現(xiàn)在根據(jù)習慣的分類方法，將抗生素分為下列五類。

(一)B—內酰胺類抗生素　　這類抗生素都包含一個四元內酰胺環(huán)，其中有青霉素、頭抱菌素和最近發(fā)現(xiàn)的幾個抗生親 (二)氨基糖苷類抗生素　　目前屆于本類而實際應用的共有13種抗生素，其中包括鏈霉素、雙氫鏈霉素、新霉素、卡那霉素、慶大霉素、春日霉素和有效霉素等它們既含有氨基糖苷，也含有氨基環(huán)醇結構由于具有氨基糖苷結構的抗生素數(shù)目很多，故最好稱為氨基糖苷—氨基環(huán)醇類(aminoglycoside—aminocyclitol)抗生素，但因氨基糖苷類抗生素這一名稱沿用己久，故仍用此名三)大環(huán)內酯類抗生素　　這類抗生素含有一個大環(huán)內酯作為配糖體，以苷鍵和l—3個分于的糖相連其中在醫(yī)療上比較重要的有紅霉素、竹桃霉素、麥迪加霉素(Medicamycin)、制霉菌素、兩性雹素(Amphotericin B)等另外蒽沙霉素(Ansumycin)雖然并不含有大環(huán)內酯,但由于它們含有的脂肪鏈橋,其立體化學結構和大環(huán)內酯很相似，故也并入此類，典型的有利福霉素類抗生素等四)四環(huán)類抗生素這類抗生素是以四并苯為母核,包括金霉素、土霉素和四環(huán)素等由于含四個稠合的環(huán)也稱為稠環(huán)類抗生素 蒽環(huán)酮類(Anthracylinone)抗生素的結構與此類似,也可歸入此類，典型的有柔毛霉素、紫紅霉素(Rhodomycin)等。

(五)多肽類抗生素　　這類抗生素多由細菌，特別由產生孢子的桿菌產生它們含有多種氨基酸，經肽鍵縮合成線狀、環(huán)狀或帶測鏈的環(huán)狀多肽類化合物其中較重要的有多粘菌素(Polymyxin)、放線菌素(Actinomycin)和桿菌肽(Bacitracin)等1.3 抗生素的應用1.3.1 醫(yī)療上的應用 抗生素在醫(yī)療臨床的應用已有六十多年的歷史，在人類同疾病的斗爭中，特別是同各種嚴重的傳染病的斗爭中，抗生素起了很大的作用抗生素在醫(yī)療藥物方面的應用是20世紀醫(yī)藥史上最巨大的成就，他的出現(xiàn)和應用時過去許多不能治療或難以治療的傳染病得到了治療如傳染性很強的腦膜炎、嚴重威脅兒童生命的肺炎，均可用青霉素等抗生素治療猶如過去人們?yōu)橹謶值氖笠?、舊社會勞動人民無力治愈的肺結核均可用鏈霉素來治療另外還發(fā)現(xiàn)和找到一些抗生素在治療腫瘤、白血病等有良好的療效1.3.2抗生素在農業(yè)中的應用 利用抗生素防治植物病害，很早就有人研究最早在農業(yè)上大面積應用的抗生素要推鏈霉素、土霉素及其混合液“農霉素”它們對蘋果、梨、胡桃、柑橘、煙草、蔬菜和豆類等植物的細菌性病害都有特效，對少數(shù)真菌性病害如霜霉、疫霉等也有防治作用。

放線酮為內吸性強、殺菌力大的抗霉物質灰黃霉素具有抑制植物病原真菌的作用，特別對防治白粉病、蘋果花腐病和西瓜枯萎病更為有效殺稻瘟菌素是第一個在大面積上應用并得到十分成功的農用抗生素春日霉素對防治稻瘟疹病的效果比殺稻瘟菌素高數(shù)倍，對植物、動物和人體的毒害較低多氧霉素能抑制各種植物病原真菌，是一個有前途的抗生素此外還找到許多農用抗生素的新品種，如慶豐霉素、內療霉素、多效霉素等現(xiàn)在世界各國除致力于尋找防治細菌性和真菌性植物病害的抗生素外，對抗病毒、抗衰老、殺蟲，甚至能除草的抗生素也很重視 目前已有高效殺蟲的抗生素如四抗生素、奧弗麥菌素和日光霉素等等1.3.3在食品保藏等方面的應用在食品工業(yè)中，抗生素可以作為防腐劑用抗生素作防腐劑比冰凍、干燥、鹽漬、酸漬等方法手續(xù)簡捷，抑菌面廣，抑菌能力強抗生素除在食品保藏方面應用外，在發(fā)酵工業(yè)上也有廣泛的應用，于再谷氨酸發(fā)酵工業(yè)中應用青霉素提高谷氨酸發(fā)酵的產酸率，國內外均用于生產此外在輕工業(yè)品等的保藏方面均可應用，防止這些制品的發(fā)霉另外抗生素在微生物、生物化學、分子生物化學等科學的研究方面是一個重要的工具，抗生素可以用來分離特殊的微生物，也可用于微生物的分類，用抗生素阻斷代謝特殊的特殊反應，以證明某些物質的生理功能等總之，抗生素不僅是人類戰(zhàn)勝疾病的有力武器，而且在國名經濟的許多方面均有重要的作用。

隨著抗生素學科的發(fā)展，它將發(fā)揮越來越大的作用[3]第二章 青霉素的生產工藝1 青霉素1.1 青霉素概述青霉素（Benzylpenicillin）又被稱為青霉素G、peillin G、盤尼西林、配尼西林、青霉素鈉、芐青霉素鈉、青霉素鉀、芐青霉素鉀青霉素是抗菌素的一種，是指從青霉菌培養(yǎng)液中提制的分子中含有青霉烷、能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素，是第一種能夠治療人類疾病的抗生素1.2 天然存在的青霉素青霉素是一族抗生素的總稱，它們是由不同的菌種或扎起不同的培養(yǎng)條件所得的同一類化學物質，其結構通式如圖1.所示[4]圖1.青霉素的結構通式Fig.4. Penicillin general formula目前，已知的天然的青霉素（即通過發(fā)酵而生產的青霉素）有8種，見表1.，稱為青霉素族抗生素其中以芐青霉素療效最好，應用最廣泛[5]表1.已知的天然青霉素（《微生物制藥工藝及反應器》，于國文，2007）Table 1. Known natural penicillin("Microbial pharmaceutical technology and reactors", Yu Guowen, 2007)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-羥基丁基青霉素青霉素N發(fā)酵中也產生青霉素母核——6-氨基青霉烷酸（6-APA），但產量很低。

工業(yè)上是用固定青霉素酰化酶水解青霉素G或 V制備6-APA，再由化學法或酶法進行側鏈縮合，獲得一系列半合成的青霉素[6]2 青霉素的發(fā)酵工藝及過程2.1 工藝流程圖2.青霉素的發(fā)酵工藝路線[7]Fig.4. Penicillin fermentation process routes2.2 生物合成法生產青霉素的工藝過程一、生產菌種生產菌種是抗生素生物合成的主要基礎，它必須具備產量高、性能穩(wěn)定和容易培養(yǎng)等特點為了防止菌種衰退，生產菌種必須以休眠狀態(tài)保存在砂土管或冷凍干燥管中，并置于0～4℃恒溫冰箱，使用時可臨時取出，接種后仍須冷藏生產菌種一般都嚴格規(guī)定其使用期，一般砂土管為1 ～ 2年，生產菌種應不斷純化，淘汰變異菌落，防止衰退有條件的工廠，還應開展選育工作，使發(fā)酵水平不斷提高移植菌種時，要采用嚴格的無菌操作，以防止雜菌污染抗生素發(fā)酵是純種培養(yǎng)、時刻注意無菌操作!二、孢子制備這是發(fā)酵工序的開端，是一個重要環(huán)節(jié)其方法是將保藏的休眠狀態(tài)的孢子（通常保存在砂土管或冷凍管中）通過嚴格的無菌手續(xù)將其接種到經過滅菌的固體培養(yǎng)基上（一般是斜面），在一定的溫度下培養(yǎng)幾天就可以進行下道工序但對產孢子能力較差的菌種來說，這樣培養(yǎng)出來的孢子數(shù)量還是很有限的，為了獲得更多的孢子，就需要進一步采用較大表面積的固體培養(yǎng)基（如小米、大米、破碎的玉米粒等），擴大培養(yǎng)。

三、種子制備 這一過程是使孢子發(fā)芽繁殖、以獲得足夠數(shù)量的菌絲，以便接種到發(fā)酵罐種子制備可以在搖瓶中或小罐內進行，大型發(fā)酵罐的種子要經過兩次擴大培養(yǎng)才能接入發(fā)酵罐搖瓶培養(yǎng)是在錐形瓶內裝入一定量的液體培養(yǎng)基，滅菌后接入孢子，然后放在回轉式或往復式搖床上恒溫培養(yǎng)種子罐一般用鋼或不銹鋼制成，結構相當于小型發(fā)酵罐，種子罐接種前有關設備及培養(yǎng)基要經過嚴格的滅菌種子罐可用微孔壓差法或打開接種閥在火焰的保護下接種接種后在一定的空氣流量、耀溫、罐壓等條件下進行培養(yǎng)，并定時取樣做無菌試驗，菌絲形態(tài)觀察和生化分析，以確保種子質量四、發(fā)酵這一過程的目的是使微生物分泌大量的抗生素，這是發(fā)酵工序的關鍵階段發(fā)酵一般是在鋼制或不銹鋼的罐內進行，有關設備和培養(yǎng)基應事先經過嚴格滅菌，然后將長好的種子接入接種量一般為5 ～20%通氣量為0.3-1m3/m3)，攪拌轉速，罐溫（一般為26 ～ 37 ℃）罐壓（一般為0.3 ～ 0.5kg/cm3表壓）定時取樣分析和無菌試驗（發(fā)酵參數(shù):通氣量、攪拌轉速、罐溫、罐壓、培養(yǎng)基總體積、粘度、泡沫情況、菌絲形態(tài)、PH值、溶解氧濃度、二氧化碳含量、總糖、還原糖、總氮、氨基氮、磷和抗生素含量等），補料和前體，發(fā)酵周期約為4一8天。

抗生素生物合成較為復雜，影響因素比較多需要各方面的密切配合和嚴格操作，把住各個環(huán)節(jié)五、發(fā)酵液的預處理和過濾發(fā)酵液預處理及過濾是抗生素提煉的第一步操作，在發(fā)酵液過濾以前，發(fā)酵液需進行預處理預處理的目的是使發(fā)酵液中的蛋白質和某些雜質沉淀，以增加濾速有利于提取發(fā)酵液過濾的目的是使菌絲體從發(fā)醉液中分離出來除制霉菌素、灰黃霉素、廬山霉素、曲古霉素等存在于菌絲體中，需從菌絲中提取外，一般過濾操作都是為了獲得含有抗生素的澄清發(fā)酵濾液，供下步提取抗生素六、提取和精制提取過程的目的是將發(fā)酵液中的抗生素初步濃縮和純化提取方法一般有吸附法、沉淀法、溶媒萃取法、離子交換法等精制是將抗生素的濃縮液或粗制品進一步提純并制成產品的過程精制時仍可重復或交叉使用上述四種基本提取方法如用沉淀法提取所得的四環(huán)素堿純度不高時，可以重復使用沉淀法（先將粗堿溶解，加尿素使它成為不溶于水的四環(huán)素復鹽，當復鹽溶于有機溶媒后、又分離出四環(huán)素）在沉淀前還可用于交換樹脂將四環(huán)素溶液脫色，以提高四環(huán)素堿沉淀物的純度青霉素是用溶媒萃取法提取的，但可用結晶法精制，即在青霉素溶媒萃取液中加入結晶醋酸鉀或鹽劑，以析出青霉素鉀鹽晶體吸附法是精制時普遍使用的方法，許多抗生素精制時都用活性炭脫色。

此外，在精制過程中還常用結晶、重結晶、晶體洗滌、蒸發(fā)濃縮，層析凝膠分離、無菌過濾、干燥等方法七、成品檢驗由于抗生素的生產一般采用生物合成法，雖經提取和精制，但其純度仍不能達到百分之百，而且在生物合成過程中也會同時產生其它藥效和藥性不同的各種物質，在制品和加工、貯藏過程中也還可能引起抗生素的變質因此，為了保證藥品質量、用藥安全，對抗生素各種成品都必須進行檢驗抗生素產品常規(guī)檢驗項目一般包括：性狀及鑒別試驗、安全試驗、降壓試驗、熱原試驗、無菌試驗、酸堿度測定、效價測定、水分測定、混濁度測定、色澤顆粒細度測定等等由于抗生素品種不同和臨床上用藥方式不同（如外用、口服、注射等），檢驗項目的多少也有所不同因此，成品檢驗應嚴格按國家藥典有關規(guī)定進行八、成品分包裝抗生素原料藥除進行成品大包裝外，還必須由制劑廠（或制劑車間）再進行分包裝，即將大包裝原料藥進行小包裝或加工成各種類型的制劑，若為注射用抗生素尚須在無菌條件下，用手工或自動分裝機進行小瓶分裝或加工成其它各種類型的制劑，以供臨床上應用第三章 抗菌藥物的耐藥問題及合理使用1 抗生素的耐藥問題1.1 抗生素的發(fā)展與細菌耐藥抗生素的發(fā)展史也就是細菌對其耐藥性的發(fā)展史。

伴隨抗菌藥物強大的抗感染療效的同時，細菌等病原體對抗生素的耐藥問題日漸顯露出來 偶然發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了抗生素歷史1929年，美國弗來明（Fleming）博士報告發(fā)現(xiàn)了青霉素而這一發(fā)現(xiàn)純屬偶然：弗來明博士在他欲拋棄的偶有青霉菌生長的葡萄球菌培養(yǎng)皿上發(fā)現(xiàn)，在青霉菌的周圍，已生長的葡萄球菌出現(xiàn)溶解現(xiàn)象他將該青霉菌培養(yǎng)液稀釋1000倍后，稀釋液仍能抑制葡萄球菌的生長，該稀釋液還能抑制其他革蘭氏陽性球菌的生長弗來明博士將其中的有效物質命名為青霉素他在報告中指出，該培養(yǎng)液中的青霉素能抑制革蘭氏陽性球菌生長，可用來鑒別革蘭氏陽性菌和陰性菌不過，弗來明博士當時沒有做葡萄球菌和肺炎鏈球菌的抗感染實驗，也沒有想到用青霉素來作為治療藥物用于臨床 1932年，Raistrick博士報告青霉素提取方法；1941年，F(xiàn)lorey、Chain、Heatley等博士先后發(fā)現(xiàn)青霉素粗制品有抗感染效果隨后，青霉素被應用到臨床治療感染性疾病1942年，Waksman在美國細菌學會提出“抗生素”一詞，至此，抗菌藥物時代來臨 由自然性轉向化學合成1945年至1947年以后，青霉素開始在臨床普遍使用 從1942年開始美國的制藥公司開始了抗生素的篩選工作。

隨著研究的不斷深入和青霉素提取技術的進步，青霉素由黃色物質變?yōu)榘咨镔|，培養(yǎng)液中青霉素產量由每毫升500單位提高到每毫升50000單位以上，在臨床逐步大量使用 在青霉素臨床應用的同時，科研人員先后于1944年發(fā)現(xiàn)鏈霉素，1947年發(fā)現(xiàn)氯霉素，1948年發(fā)現(xiàn)金霉素，1949年發(fā)現(xiàn)土霉素，1951年發(fā)現(xiàn)紅霉素這些新型抗菌藥物都來自于細菌和真菌后來，隨著化學合成技術的發(fā)展，在弄清自然來源的抗生素的結構后，人們開始生產半合成抗生素，許多半合成抗生素加入到了抗感染隊伍中 雖然1945年Brotzu就發(fā)現(xiàn)了頭胞菌素，但直到上世紀60年代人們才確定了頭胞菌素C的化學結構，并開始進行對耐藥菌有效的半合成抗菌藥物研究最先用于臨床的頭胞菌素是頭胞噻酚自1972年開始，美國、日本、法國等國家的大型制藥公司先后推出頭胞孟多、頭胞呋新、頭胞替胺、頭胞噻肟、頭胞唑肟、頭胞哌酮、磺芐頭胞菌素、頭胞西尼、頭胞美唑以及口服頭胞菌素等1976年硫霉素被發(fā)現(xiàn)，同時第一個β-內酰胺酶抑制劑—克拉維酸問世 除抗生素外，磺胺藥也在20世紀初被開發(fā)利用第一個磺胺類藥物“百浪多息（Protosil）”是由Klarer和Mietzsch于1932年首先合成，是由多馬克醫(yī)師所實驗的對溶血性鏈球菌感染有治療作用的系列偶氮染料之一。

當時產褥熱的死亡率很高，磺胺藥問世后，產褥熱的病死率急劇下降，并隨著更有效的磺胺藥的出現(xiàn)其病死率進一步降低 從磺胺藥的問世到青霉素等β-內酰胺類抗菌藥物的不斷發(fā)展，及其他抗菌藥物陸續(xù)投入臨床使用，抗菌藥物在人類與感染性疾病的斗爭中發(fā)揮了舉足輕重的作用 耐藥問題接踵而至1940年，青霉素剛開始投入臨床時的藥敏實驗顯示，所有金黃色葡萄球菌（簡稱“金葡菌”）均對其敏感1942年，Ramel-kamp和Maxon報道出現(xiàn)對青霉素耐藥的金葡菌，其實際出現(xiàn)時間應為1941年1944年，Kirby從7株耐青霉素金葡菌中提取出青霉素酶隨著青霉素的廣泛使用，金葡菌的耐藥性迅速增加，當時主要通過質粒介導的誘導性A類β-內酰胺酶水解青霉素為解決這一問題，1961年甲氧西林問世并投入臨床使用，不久之后報告出現(xiàn)耐甲氧西林金葡菌（MRSA）后來研發(fā)的萬古霉素對MR鄄SA一直相當敏感，但在20世紀90年代末期，又有對萬古霉素敏感性降低的金葡菌的報告，2002年以來美國已先后報道3株對萬古霉素完全耐藥的金葡菌 20世紀50年代中期，革蘭氏陰性菌和葡萄球菌出現(xiàn)耐藥性開始引起人們的注意1957年發(fā)現(xiàn)并開始研究卡那霉素對耐藥菌的效果，并于1958年將其應用于臨床。

1959年Rolinson博士發(fā)酵生產6—APA成功，于是開始研究開發(fā)抗青霉素酶（β—內酰胺酶）和對耐藥菌有效的半合成青霉素 為滿足臨床需要，廣譜青霉素及頭胞菌素的開發(fā)與應用發(fā)展迅速，但細菌的耐藥性也進一步發(fā)展人們發(fā)現(xiàn)，抗菌藥物時代以前的質粒不帶耐藥基因，而當前的質粒攜帶耐藥基因，傳播耐藥性1963年，科研人員在雅典從一株大腸桿菌中首次分離出TEM-1型β-內酰胺酶，隨后發(fā)現(xiàn)攜帶TEM-1基因的轉座子在全球內各菌株中廣泛傳播；1973年發(fā)現(xiàn)染色體介導的C型酶（AmpC），1983年發(fā)現(xiàn)超廣譜β-內酰胺酶（ESBL），這兩種酶能水解三代頭孢菌素少數(shù)細菌可產生金屬酶，對β-內酰胺類抗菌藥物具有極強的破壞力現(xiàn)在，革蘭氏陰性菌已成為醫(yī)院感染的主要病原菌 同樣，對其他抗菌藥物，細菌也不斷表現(xiàn)出新的耐藥性目前除已出現(xiàn)對萬古霉素敏感性降低的金葡菌外，多重耐藥的革蘭氏陰性桿菌特別是腸桿菌、結核桿菌迅速增加同時由于一些抗菌藥物被作為動物促生產劑在動物飼料中作為添加劑，使細菌耐藥性問題變得更加復雜，如美國用尚未上市的新抗菌藥“奎奴普丁/達福普丁”對臨床分離細菌做藥敏實驗，發(fā)現(xiàn)部分細菌已對其產生耐藥性，其原因可能與飼料添加劑中含類似成分有關；再如臨床應用時間并不長的喹諾酮類藥物，在國內由于廣泛使用，目前細菌對其耐藥性已十分嚴重。

1.2 抗生素壓力與耐藥性與抗菌藥物的接觸（抗菌藥物壓力）是細菌產生耐藥的主要源動力1985年，著名學者McGowan指出了與醫(yī)院內細菌耐藥性的出現(xiàn)相關的7個方面：（1）引起醫(yī)院感染的微生物的耐藥性比引起社會感染的微生物的耐藥性更多見；（2）醫(yī)院中耐藥菌株感染者使用的抗菌藥物比敏感株感染或定植者使用的抗菌藥物多；（3）抗菌藥物使用情況的變化會引起細菌耐藥情況的變化，如投入或停用某種抗菌藥物常與其耐藥性的消長有關；（4）抗菌藥物使用愈多的區(qū)域耐藥菌分布愈多；（5）抗菌藥物應用時間越長耐藥菌定植的可能性越大；（6）抗菌藥物劑量越大耐藥菌定植或感染的機會更多；（7）抗菌藥物對自身菌群有影響并有利于耐藥菌生長 1998年，StuartBLevy在《新英格蘭醫(yī)學雜志》上發(fā)表題為《多重耐藥--一個時代的標志》的文章，認為（1）抗菌藥物只要使用了足夠時間，就會出現(xiàn)細菌耐藥性，如使用青霉素25年后出現(xiàn)耐青霉素肺炎球菌、氟喹諾酮使用10年后出現(xiàn)了腸桿菌耐藥；（2）耐藥性是不斷進化的，隨著抗菌藥物的應用，耐藥也從低度耐藥向中度、高度耐藥轉化；（3）對一種抗菌藥物耐藥的微生物可能對其他抗菌藥物也耐藥；（4）細菌耐藥性的消亡很慢；（5）使用抗菌藥物治療后，患者容易攜帶耐藥菌。

遺傳機制確定了細菌耐藥性的生化機制細菌耐藥的生化機制主要有（1）抗菌藥物作用靶位的改變；（2）抗菌藥物被細菌產生的酶滅活；（3）細菌細胞膜通透性的改變，使抗菌藥物不能進入細菌細胞或被細菌細胞膜的藥物泵排出細胞；（4）形成細菌生物被膜，為細菌躲避抗菌藥物作用提供場所；（5）以上幾種機制的結合細菌耐藥性既可在細菌間傳播，也可通過人或環(huán)境進行傳播[9] 1.3 耐藥性的分類1、固有耐藥性(intrinsic resistance),又稱天然耐藥,由細菌染色體基因決定,代代相傳[10] 腸道陰性桿菌 ---- 青霉素 綠 膿 桿 菌 ---- 氨芐西林 鏈 球 菌 ---- 慶大霉素 2、獲得性耐藥(acquired resistance),是指細菌在接觸抗生素后,改變代謝途徑,使自身不被抗菌藥物殺滅的抵抗力這種耐藥菌可通過耐藥基因的傳代、轉移、傳播、擴散、變異形成高度和多重耐藥 1.4 耐藥性機制分類1、細菌產生滅活酶，破壞抗生素的結構使其失去活性； 2、改變抗生素作用的靶位蛋白結構和數(shù)量，使細菌對抗生素不再敏感；3、外膜屏障及外流泵作用使抗生素在細菌體內的積累減少； 4、細菌產生滅活酶導致耐藥性。

1.5 耐藥性機理示范表2.抗生素的耐藥機理Table 2. Antibiotic resistance mechanism抗生素類別耐藥類型耐藥機理氨基糖甙類靶位點改變核糖體蛋白改變β-內酰胺類青霉素結合蛋白改變或新產生紅霉素核糖體RNA甲基化喹諾酮類DNA旋轉酶改變磺胺葉酸代謝途徑改變四環(huán)素核糖體保護氨基糖甙類滅活酶的破壞酶導致分子運轉改變β-內酰胺類酶破壞β-內酰胺環(huán)β-內酰胺類進入減少細菌細胞膜通透性改變氯霉素喹諾酮類四環(huán)素備注： 1．通常革蘭氏陽性菌不容易產生耐藥性，而革蘭氏陰性菌較易產生耐藥性；2．聯(lián)合制劑不易產生耐藥性； 3．磺胺類較易產生耐藥性2 合理使用抗生素減少耐藥性2.1 措施尋找新的抗菌作用部位和闡明耐藥性機理是不夠的下述措施可抑制耐藥性的產生：1、對抗生素濫用進行控制；2、提出有針對性的治療建議；3、對繁殖迅速的細菌病原體進行敏感性試驗；4、對受感染的病人進行隔離2.1.1 理想抗生素具備特點1、廣譜、殺菌；2、長效、高效；給藥方便、安全、無副作用；3、感染組織穿透性好；4、不易產生耐藥性；配伍性好2.1.2 抗生素治療失敗原因 1、細菌產生耐藥性；2、給藥途徑不當；3、給藥時機、劑量不當；4、靶組織（病灶）藥物分布差；5、儲存不當；判斷錯誤導致誤診；6、混合感染；藥物配伍不當。

2.1.3 抗生素選擇原則1、認真閱讀并理解藥品的各種說明； 2、掌握抗生素適應癥，選擇敏感度高、抗菌作用強、組織滲透性好、副反應少的藥物； 3、熟悉細菌獲得耐藥性的動向及對各種抗生素敏感度的變遷； 4、了解各類抗生素的作用特點及同類抗生素中不同品種之間差異 結論 抗生素作為20世紀的重大發(fā)現(xiàn)之一，它的發(fā)現(xiàn)和使用使人類健康得到空前提高，使人類戰(zhàn)勝了因為各類感染所帶來的痛苦，因而研究和使用抗生素具有重大的意義本文通過對抗生素的介紹和研究，并對抗生素的經典藥物青霉素生物制藥工藝進行了總結，這必將使得我們更好的對抗生素類藥物的生物制藥工藝作出理論指導本文還深入淺出的介紹了抗生素的耐藥問題，這使得我們更深入的了解了抗生素的性質特點，更好的指導我們在日常生活中如何正確使用抗生素言盡所及，本文不足之處還請各位提出意見和建議參考文獻[1] 胡國勤.抗生素質控分析中HPLC分析方法的理論與實踐.北京：氣象出版社，2001[2] 梁世中.生物制藥理論與實踐［M］，北京：高等教育出版社，2005.6（1）：290[3] 吳曉英.生物制藥工藝學[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2009.3（1）：158-159[4] 梁世中.生物制藥理論與實踐［M］，北京：高等教育出版社，2005.6（1）：300[5] 盛貽林.微生物制藥技術[M],北京：中國農民大學出版社，2008.8（1）：131[6] 吳曉英.生物制藥工藝學[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2009.3（1）：160[7] 梁世中.生物制藥理論與實踐［M］，北京；高等教育出版社，2005.6（1）：300.[8] 劉玉兵.抗生素的作用機制［J］，交通大學，2004.6（884）：37[9] 楊寶峰，蘇定馮，周宏源等.藥理學[M]，北京：人民衛(wèi)生出版社，2010.2（7）：377 。