【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)代生物技術(shù)滲透到包括醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、能源、化工、環(huán)保等幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域，并扮演著重要角色。本文通過對研究微生物制藥技術(shù)的研究和前景的綜述，介紹了微生物制藥的原理和方法以及可能對人類醫(yī)學事業(yè)產(chǎn)生的積極影響，旨在進一步明確為生物制藥在社會發(fā)展過程中重要地位。關(guān)鍵詞：微生物制藥 生物制品 抗生素微生物來源的藥物通稱為生物藥物，是微生物在其生命活動過程中產(chǎn)生的，能以極低濃度抑制或影響其他生物機能的低分子量代謝物。包括抗生素和具有其他藥理作用的微生物次級代謝產(chǎn)物，以及以微生物次級代謝為先導化合物、通過生物或化學方法制得的衍生物。20世紀40年代青霉素問世，開創(chuàng)了微生物藥物的新時代?？股卦谑澜绶秶鷥?nèi)廣泛使用，使人類許多傳染性疾病得到控制；隨著微生物制藥的發(fā)展，它們在腫瘤化療、器官移植以及高膽固醇血癥治療等方面也發(fā)揮重要作用，成為不可缺少的藥物[1]。微生物制藥在醫(yī)藥工業(yè)中占有重要地位，半個世紀以來微生物轉(zhuǎn)化在藥物研制中一系列突破性的應用給醫(yī)藥工業(yè)創(chuàng)造了巨大的醫(yī)療價值和經(jīng)濟效益。目前全世界為生物藥物的總產(chǎn)量占醫(yī)藥工業(yè)總產(chǎn)值的15%左右。在我國微生物制藥也是醫(yī)療工業(yè)的支柱行業(yè)之一。微生物制藥是利用微生物技術(shù)，通過高度工程化的新型綜合技術(shù)，以利用微生物反應過程為基礎(chǔ)，依賴于微生物機體在反應器內(nèi)的生長繁殖及代謝過程來合成一定產(chǎn)物，通過分離純化技術(shù)進行提取精制，并最終制劑成型來實現(xiàn)藥物產(chǎn)品的生產(chǎn)[2]。微生物制藥工業(yè)生產(chǎn)的特點是利用某種微生物以“純種狀態(tài)”，也就是不僅“種子”要優(yōu)而且只能是一種，如其它菌種進來即為雜菌。對固定產(chǎn)品來說，一定按工藝有它最合適的“飯”—培養(yǎng)基，來供它生長。培養(yǎng)基的成分不能隨意更改，一個菌種在同樣的發(fā)酵培養(yǎng)基中，因為只少了或多了某個成分，發(fā)酵的成品就完全不同。如金色鏈霉菌在含氯的培養(yǎng)基中可形成金霉素，而在沒有氯化物或在培養(yǎng)基中加入抑制生成氯化的物質(zhì)，就產(chǎn)生四環(huán)素。微生物藥物的利用是從人們熟知的抗生素開始的，近年來，由于基礎(chǔ)生命科學的發(fā)展和各種新的生物技術(shù)的應用，報道的微生物產(chǎn)生的除了抗感染、抗腫瘤以外的其他生物活性物質(zhì)日益增多，如特異性的酶抑制劑、免疫調(diào)節(jié)劑、受體拮抗劑和抗氧化劑等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活動的范圍。但這些物質(zhì)均為微生物次級代謝產(chǎn)物，其在生物合成機制、篩選研究程序及生產(chǎn)工藝等方面和抗生素都有共同的特點，但把它們通稱為抗生素顯然是不恰當?shù)?，于是不少學者就把微生物產(chǎn)生的這些具有生理活性（或稱藥理活性）的次級代謝產(chǎn)物統(tǒng)稱為微生物藥物[3]。微生物藥物的生產(chǎn)技術(shù)就是微生物制藥技術(shù)。可以認為包括五個方面的內(nèi)容：根據(jù)資料直接向有科研單位、高等院校、工廠或菌種保藏部門索取或購買；從大自然中分離篩選新的微生物菌種。新菌種的分離是要從混雜的各類微生物中依照生產(chǎn)的要求、菌種的特性，采用各種篩選方法，快速、準確地把所需要的菌種挑選出來，進行生產(chǎn)性能測定。這些特性包括形態(tài)、培養(yǎng)特征、營養(yǎng)要求、生理生化特性、發(fā)酵周期、產(chǎn)品品種和產(chǎn)量、耐受最高溫度、生長和發(fā)酵最適溫度、最適pH值、提取工藝等。由于為生物基因突變是對即發(fā)生的，人們正在尋求基因的定向突變經(jīng)誘變劑處理的細胞中只有一部分是突變型菌株，況且，在突變型菌株中又只有一小部分是理想得的正突變體菌株，而有害突變體往往占很大比例；另一方面，從自然界篩選得來的菌株藥物代謝合成能力低，野生型菌株由于長時間生長在非最適條件下，大多只產(chǎn)生不帶10mg/L產(chǎn)物[4]，而對于工業(yè)生產(chǎn)來說，如果不盡心改良，勢必造成成本過高，因而沒有工業(yè)生產(chǎn)價值；即使是以用于工業(yè)生產(chǎn)的菌株，危機不斷提高產(chǎn)量、降低成本，軍中改良也是手段之一要想使菌種產(chǎn)量不斷提高，最根本的還是要依靠本身固有的遺傳特性，這就必須不斷的進行軍中選育、改良。工業(yè)菌種的育種是運用遺傳學原理和技術(shù)對某個用于特定生物技術(shù)目的的菌株進行的多方位的改造。通過改造，可使現(xiàn)存的優(yōu)良性狀強化，或去除不良性質(zhì)或增加新的性狀。育種的方法包括：自然選育、誘變育種、雜家育種、基因工程技術(shù)改良菌種。 自然選育是指為生物細胞群體不經(jīng)人工處理的自發(fā)突變進行菌種選育的育種方法。自然選育也稱自然分離，主要是對菌種加以純化，以獲得遺傳背景較為均一的細胞群體。一般菌種經(jīng)過多次傳代或長期保存后，由于自發(fā)突變或異核體和多倍體的分離，使有些細胞的遺傳性狀發(fā)生改變，造成菌種不純，生產(chǎn)能力下降，亦即菌種退化。因此在工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)酵研究中要經(jīng)常進行自然分離，純化菌種。但微生物的自發(fā)突變頻率很低，正突變頻率更低，因而通過自然選育雖能提高菌種生產(chǎn)力或獲得某種優(yōu)良特性菌株，但一般倆說，效率低、進展慢，效果不顯著。因此，經(jīng)常將自然選育和有變育種交替使用，這樣可以收到良好的效果。誘變育種使用不同的誘變劑處理微生物的細胞群體，易誘發(fā)遺傳突變，然后采用漸變、快速和高效的篩選的方法，從中選出所需要的變株。采用這種方法，微生物菌種突變的頻率比自發(fā)突變有大幅度的提高，但所誘發(fā)的遺傳性狀的改變時隨機的，因而需要進行大量的篩選。誘變育種在工業(yè)微生物育種中應用最早。當前，發(fā)酵工業(yè)中使用的高產(chǎn)菌株，幾乎都是通過誘變育種而大大提高了生產(chǎn)性能的菌株，故至今仍是菌種改良的主要方法之一。誘變劑育種的方法但很多，了歸納起來可分為物理誘變劑、化學誘變劑、和生物誘變劑三大類。物理誘變劑包括紫外線、快中子、X射線、γ射線、β射線、激光、微波等?；瘜W誘變劑有烷化劑、嵌合劑、堿基類似物、亞硝酸、抗生素。生物誘變劑有噬菌體和轉(zhuǎn)座引子。雜交育種是將兩個基因型不同的親株的某些遺傳信息，通過雜交重新組合與同一個充足體重，形成新的遺傳型個體的過程。雜交育種包括準性生殖、接合、原生質(zhì)融合。其中原生質(zhì)融合包括選出標記菌株，兩親株分別制備原生質(zhì)體，原生質(zhì)體的再生，融合子的選擇五個步驟。多年來，由于大量使用甚至濫用抗生素，一直普遍出現(xiàn)耐藥菌，人們希望有更多的新抗生素代替現(xiàn)有瓶中，而常規(guī)方法從微生物中發(fā)現(xiàn)新抗生素已經(jīng)越來越難，如果采用誘變育種方法來尋找新品種，存在選育周期長、效率低以及盲目性、隨機性的問題?；蚬こ?，即重組DNA技術(shù)的實際應用，從分子水平上揭開了遺傳的奧秘。隨著這一技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，重組DNA技術(shù)已在微生物菌種改良中起著越來越重要的作用，在工業(yè)上已經(jīng)取得有重要意義的成果。在微生物菌種改良上，重組DNA技術(shù)可實現(xiàn)微生物藥物的產(chǎn)量單位上的提高，如增加限速酶基因拷貝數(shù)，引入抗性基因和調(diào)節(jié)基因，通過克隆抗生素的全部結(jié)構(gòu)基因改變表達體系提高產(chǎn)量。重組DNA技術(shù)還可通過以下四個方面實現(xiàn)菌種改良（1）阻斷支路代謝，增加有效組分含量（2）構(gòu)建能產(chǎn)生半合成抗生素中間體的基因工程菌（3）構(gòu)建生產(chǎn)新型化合物的基因工程菌（4）引入血紅蛋白基因，改善微生物的工業(yè)性狀[5]。原始菌種一半活性較低，不能馬上用于生產(chǎn)，必須經(jīng)理自然分離和人工誘變，需要做大量的工作才能獲得穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)菌株，將這個優(yōu)質(zhì)菌株保存起來是工業(yè)菌株管理的一道必要程序，在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中某種產(chǎn)品能否持續(xù)高產(chǎn)，大部分依賴于菌種的穩(wěn)定性。菌種保存的方法有：(1)移植培養(yǎng)保藏法（2）液體石蠟保藏法（3）沙土保藏法（4）麥粒保藏法（5）低溫保藏法（6）冷凍干燥保藏法（7）L干燥保藏法（8）雙層管瓶保藏法（9）液氮超低溫保藏法。[6]根據(jù)操作方式不同，發(fā)酵工藝分為間歇發(fā)酵，連續(xù)發(fā)酵和流加發(fā)酵三種類型，其中流加發(fā)酵在生產(chǎn)和科研上應用最為廣泛。在發(fā)酵工藝中反映發(fā)酵過程變化的參數(shù)分為物理參數(shù)、化學參數(shù)和生物學參數(shù)三大類，這些參數(shù)的變化直接影響到發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)率和產(chǎn)物品質(zhì)。對發(fā)酵工藝過程影響較大的是發(fā)酵溫度、pH值、溶解氧、泡沫、菌體濃度和基質(zhì)、發(fā)酵時間[7]等6個方面，他們分別對發(fā)酵過程的影響這里不做贅述。發(fā)酵工藝簡要步驟如下：（1）首先要了解菌種的來源、生活習慣、生理生化特性和一般的營養(yǎng)要求。根據(jù)不同類型微生物的生理特性考慮培養(yǎng)基的組成。（2）其次要了解生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提取方法和產(chǎn)品質(zhì)量。（3）選擇一種較好的化學合成培養(yǎng)基做基礎(chǔ)，先做一些試驗性實驗，考察微生物藥物的產(chǎn)量和品質(zhì)。不斷調(diào)整各種營養(yǎng)物質(zhì)和其他物質(zhì)的配比來改善產(chǎn)品的質(zhì)量。（5）有些發(fā)酵產(chǎn)物，如抗生素等，除了配制培養(yǎng)基以外，還要通過中間補料法，一面對碳及氮的代謝予以適當?shù)目刂?，一?