微生物藥物學課件

緒論

第一節(jié)微生物藥物的定義和組成

以及微生物藥學的研究內容

抗生素的定義（Waksman，1942）“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?！?/p>

抗生素的一般定義“抗生素”是在低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?！?/p>

抗生素與抗菌藥物的區(qū)別完全通過化學合成方法制備的磺胺類、氟喹諾酮類和惡唑烷酮類等抗細菌藥物，以及像酮康唑類抗真菌藥物被稱之為抗菌藥物，而不屬于抗生素的范疇。而對于像磷霉素和氯霉素這些原來是來源于微生物的次級代謝產物，但由于結構簡單而用化學合成的方法代替微生物發(fā)酵法來生產制備的品種，以及像源于微生物次級代謝產物硫霉素，后完全用化學合成方法制備的一系列碳青霉烯類β-內酰胺抗生素等，通常將其歸納在抗生素的范疇。有關專業(yè)名詞在很多國外的文獻中通常可以看到的有：antibiotics;anti-infectiveagents;anti-microbialagents;anti-bacterialagents等。

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、在低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(tǒng)的抗生素,以及具有調節(jié)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(jié)、受體拮抗、抗氧化等作用的化學物質。

初級代謝產物與次級代謝產物

作為藥物的差別第一，初級代謝和次級代謝是完全不同的兩個代謝系統(tǒng)；第二，初級代謝物和次級代謝物的理化特性有著很大的區(qū)別，后者為小分子物質，其分子量小于3000，且化學結構多樣性；初級代謝產物與次級代謝產物

作為藥物的差別第三，次級代謝物對產生它的微生物的作用不明顯或沒有作用；第四，初級代謝物作為藥物使用時盡管也有藥理活性作用，但一般往往沒有確定的作用靶點且更多的是作為輔助或營養(yǎng)藥物，而次級代謝物具有確切的作用靶點和明顯的治療效果。初級代謝產物與次級代謝產物

作為藥物的差別微生物產生的初級代謝產物和次級代謝產物都屬于微生物制藥的范疇，但由于前者大多可以從動物臟器中獲得，因此，也常常被作為生化藥物進行描述）。藥物的歸類——根據功能預防藥治療藥診斷藥保健藥有些藥物同時具有預防、治療和保健康復的作用。藥物的歸類——根據來源天然藥物（產物）化學合成藥物廣義的天然藥物強調“來源于各種生物體的化合物”，可以是初級代謝產物也可以是次級代謝產物；而化學合成藥物一般是指通過化學方法合成的小分子化合物。天然藥物的種類生物制品生化藥物抗生素微生物藥物植物藥物中草藥基因工程藥物生物技術藥物等同一種藥物，如果以不同的方式生產，那它可以被歸納在不同的范疇。微生物藥學研究的內容

微生物藥學是藥學的一個分支，它與生化藥學一起構成微生物與生化藥學二級學科。微生物藥學的研究內容包括：微生物藥物生物合成的代謝調控、產物的分離純化、作用機制和耐藥機制的研究、產生菌的菌種選育及尋找新微生物藥物的方法和途徑等。微生物藥物的英文名稱Monaghan(1990年):Biopharmaceutin(與Biopharmacetics的區(qū)別)中國抗生素專業(yè)委員會（1992年）：MicrobialMedicine（擴大了Antibiotics的內容）生物轉化與現(xiàn)代制藥

微生物或酶的生物轉化過去大多僅涉及到“生物有機”或“生物化工”的領域，而近年來，應用生物轉化技術在很多藥物以及重要中間體的制備過程中發(fā)揮了重要作用。而這一技術所涉及的很多內容與微生物藥學所研究的內容相關如，微生物轉化菌種的篩選和選育、生物轉化過程的調節(jié)和控制以及轉化產物的分離和純化等。

第二節(jié)

從抗生素到微生物藥物

的發(fā)展概況

開創(chuàng)抗生素時代的淵源1876年，發(fā)現(xiàn)“Tyndall現(xiàn)象”的物理學家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妨礙細菌吸收氧氣;1877年，Pasteur和Jonbert發(fā)現(xiàn)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。開創(chuàng)抗生素時代的淵源1885年，Babes用固體培養(yǎng)基及液體培養(yǎng)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(yǎng)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。1894年，Мечииков研究了微生物間的拮抗作用并指出：“散布在自然界和人類機體內的微生物，會在對抗傳染病的斗爭中給予我們很大的幫助”。他建議應用乳酸桿菌來抑制在腸中生長的腐敗微生物。他又詳細描述了細菌給予霍亂弧菌的影響致使霍亂弧菌變成巨大的細胞。這種細菌細胞受到細菌代謝產物作用而引起的形態(tài)學上的變化，在其后研究青霉素的作用機制時也有發(fā)現(xiàn)。

圖1-1細菌間的相互作用使霍亂弧菌的細胞形態(tài)發(fā)生改變1、正常的霍亂弧菌2、受球菌作用后的霍亂弧菌

微生物產生拮抗作用的可能原因1、營養(yǎng)物質被消耗。2、培養(yǎng)基的理化性質被改變。3、微生物產生的酶的作用。4、產生毒物或抗生素。5、空間的爭奪?？股貢r代的開創(chuàng)

——青霉素發(fā)現(xiàn)的前后（1916~1940年）

1912年，從某種真菌中分離得到曲酸

1913年，從上述真菌中分離得到青霉素酸

1924年，報道白放線菌素和綠膿菌藍素

1927年，報道紫色桿菌素

1929年，報道青霉素（但不受重視）

1931年，發(fā)現(xiàn)橘霉素

1936年，枝霉粘毒素

1939年，Dubos發(fā)現(xiàn)短桿菌素抗生素時代的開創(chuàng)

——青霉素的發(fā)現(xiàn)圖1-2污染的青霉菌抑制周圍葡萄球菌的生長青霉素發(fā)現(xiàn)者AlexanderFleming抗生素時代的開創(chuàng)

——青霉素的發(fā)現(xiàn)

1929年，F(xiàn)leming偶爾發(fā)現(xiàn)音符型青霉菌對葡萄球菌有拮抗作用。這種青霉菌的液體培養(yǎng)液能夠抑制或殺死多種病原菌，并得到了粗品。但沒有做進一步的研究。1932年Clutterbuck,，1935年Reid對這種青霉菌的代謝產物進行過研究，都認為其性質不穩(wěn)定而不值得研究。另外，當時都熱衷于飛黃騰達的磺胺類藥物的研究而將其放棄。青霉素的發(fā)現(xiàn)

——FloreyandChain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(fā)現(xiàn)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。他們計劃系統(tǒng)研究這些抗生物質的動機有兩個：一是他們的研究興趣（這是主要的）；二是當時的資助即將結束，而目前申請的課題對醫(yī)藥又有一定的用途，容易獲得資助。青霉素的發(fā)現(xiàn)

——FloryandChain具體選擇

青霉素研究的原因第一，F(xiàn)leming已經指出青霉素對葡萄球菌有抗菌作用，他用純度不到5%的粗品進行小鼠實驗，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(wěn)定的化學物質，對作為生物化學家的Chain來說具有挑戰(zhàn)性，他希望在青霉素提純過程中有所創(chuàng)新。青霉素的發(fā)現(xiàn)

——希特利的功勞由于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。希特利發(fā)明了反萃取，使得到了純度很高的青霉素。抗生素時代的開創(chuàng)

——青霉素的工業(yè)化生產

1941年，美國政府邀請Chain和Florey到美國幫助開發(fā)青霉素的生產。最早采用牛奶瓶固體培養(yǎng)后分離提取?？股貢r代的開創(chuàng)

——實現(xiàn)青霉素工業(yè)化生產的主要貢獻1、有機酸等浸沒深層發(fā)酵技術已經成熟。2、用X-線照射進行青霉素菌種的誘變育種取得了成功。3、使用玉米漿發(fā)酵使青霉素發(fā)酵單位有了很大的提高?？股匕l(fā)展的黃金時代

這一時期抗生素研究的各個方面都非常活躍，發(fā)展迅速，成就也特別多，歸納起來主要是三個方面的貢獻：一是研究系統(tǒng)化——進行了有目的、有計劃的科學研究，并且所使用的方法也十分嚴謹；二是生產方法工業(yè)化——建立了大規(guī)模的抗生素制藥工業(yè)，且產品達到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。

鏈霉素發(fā)現(xiàn)者Worksman表1-1早期發(fā)現(xiàn)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(fā)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、注射粘菌素細菌1950革蘭氏陰性細菌口服、注射四環(huán)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(huán)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、注射其他抗生素的發(fā)展抗腫瘤抗生素柔紅霉素、絲裂霉素C、博萊霉素；抗蟲抗生素鹽霉素、莫能菌素、阿弗米??；農用抗生素春雷霉素、有效霉素、井崗霉素;抗病毒抗生素阿糖腺苷、偏端霉素A等都是目前具有應用價值的天然抗生素?？股氐陌l(fā)展——

歷年上市的新抗生素數(shù)量

年代1940～19501960s1970s1980s1990s2001后合計產品總數(shù)47565230266217修飾品數(shù)5284627256137抗生素的發(fā)展——

2001年以來上市的新抗生素(6種)

抗生素名稱

(英文名)商品名開發(fā)單位首先上市備注泰利霉素(telithromycin)KetekAventis法國(2001)酮內酯(由紅霉素修飾)比阿培南(biapenem)OmegacinWyeth-Laderly日本(2002)碳青霉烯(硫霉素衍生物)厄他培南(ertapenem)InvanzMerck&Co.美國(2002)碳青霉烯(硫霉素衍生物)達托霉素(daptomycin)DapcinCubistPharmac.美國(2003)酯肽(由A-21978C修飾)卡帕芬凈(caspofungin)CancidasMerck&Co.美國(2001)脂肽(由PneumocandinB0修飾)米卡芬凈(micafungin)Funguard藤澤藥品日本(2002)脂肽(由PneumocandinA0修飾)半合成抗生素的發(fā)展抗生素類別50年代60年代70年代80年代90年代合計青霉素類4（2）12（12）15（15）6（6）1（1）38（36）頭孢菌素類6（6）23（23）10（10）11（11）50（50）碳青霉烯類1（1）2（2）3（3）單環(huán)內酰胺類2（2）2（2）氨基糖苷類6（0）5（5）6（2）3（2）1（1）21（5）大環(huán)內脂類4（0）3（1）4（2）2（2）2（2）15（7）林可霉素類2（1）1（1）3（2）四環(huán)素類4（0）5（5）9（5）氯霉素類3（3）1（1）4（4）多肽類7（0）2（0）2（0）11（0）安莎類1（0）1（1）1（1）1（1）1（1）5（4）抗真菌抗生素12（0）3（0）15（0）抗腫瘤抗生素1（0）14（0）2（2）3（3）1（1）21（7）其他抗生素5（0）2（0）7（0）合計47（5）56（28）53（46）30（27）19（19）204（125）合成品占有率（％）10.645088.469010061.27半合成抗生素的發(fā)展

——6-APA的發(fā)現(xiàn)

推動半合成青霉素研究的主要原因是由于當時大量使用青霉素而引起的嚴重的細菌耐藥性問題。

1959年，英國的Chain利用大腸桿菌酰胺酶裂解青霉素G獲得了6-氨基青霉烷酸（6-aminopenicillanic,6-APA）.

同年，英國Beecham公司從6-APA合成了苯乙青霉素，以后又合成了一系列具有抗耐藥菌作用的半合成青霉素半合成抗生素的發(fā)展

——7-ACA的發(fā)現(xiàn)受半合成青霉素研究成功的啟發(fā)，英國Glanxo公司的研究人員，從低活性的頭孢菌素C經化學裂解得到了7-氨基頭孢烷酸（7-aminocephalosporinacid,7-ACA），從此，半合成頭孢菌素的工作開始活躍起來，并大大地推動了整個天然抗生素結構改造工作的開展。目前臨床使用的抗感染抗生素中，發(fā)達國家beta-內酰胺類占60%以上，我國占20~30%左右化學修飾的目的——

1）擴展抗菌譜的修飾

通過向青霉素G側鏈導入氨基等的修飾，開發(fā)出氨芐西林(ampicillin)與阿莫西林(amoxicillin)等廣譜青霉素；向側鏈導入羧基等的修飾，研制出對銅綠假單胞菌等難控制的革蘭陰性菌也有良好作用的抗菌譜更廣的羧芐西林(carbenicillin)與磺芐西林(sulbenicillin)，繼而開發(fā)出哌拉西林(piperacil-lin)與美洛西林(mezlocillin)等活性更強的廣譜青霉素。化學修飾的目的——

2）增強抗菌活性的修飾

天然頭孢菌素C、頭霉素(cephamycins)與頭菌素(cephabacins)抗菌譜廣，但抗菌活性極低，都不能應用。經過適當?shù)男揎椃堑岣吡丝咕钚?，而且擴展了抗菌譜。臨床應用的頭孢菌素類抗生素已由第一代發(fā)展到第四代，成為當前最重要的一類抗感染藥物?；瘜W修飾的目的——

2）增強抗菌活性的修飾

利用超敏感菌株篩選出的磺酰胺菌素(sulfazecin)等單環(huán)β-內酰胺類化合物抗菌活性低微，不能應用。經過大量結構修飾，篩選出的安曲南(azteronam)與卡魯莫南(carumonam)具有很強抗革蘭陰性細菌，包括銅綠假單胞菌活性，已臨床應用?；瘜W修飾的目的——

2）增強抗菌活性的修飾

去掉土霉素的6位氧，制得多西環(huán)素(doxycycline)，抗菌譜同四環(huán)素，但抗菌活性比四環(huán)素強2～8倍。將四環(huán)素4位的二甲氨基再導入7位，合成出米諾環(huán)素(minocycline)，抗菌活性比四環(huán)素強8～12倍?；瘜W修飾的目的——

3）克服耐藥性的修飾

（降低底物對酶的結構適應性）

①向青霉素分子中受β-內酰胺酶攻擊部位附近導入障礙性基團，使酶難與之結合，從而保護青霉素免遭分解。如甲氧西林、萘夫西林、苯唑西林、氯唑西林、二氯西林、氟氯西林等都在β-內酰胺基附近有甲氧基、乙氧基、苯基等空間位阻較大的基團，對青霉素酶穩(wěn)定，用于治療產青霉素酶的金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌感染。化學修飾的目的——

3）克服耐藥性的修飾

（降低底物對酶的結構適應性）②向側鏈導入Z-氧亞胺基(肟基)或O-烷基取代的肟基可增強對廣譜β內酰胺酶的穩(wěn)定性，如頭孢呋辛(cefuroxime)、頭孢噻肟(cefotaxime)與頭孢地尼(cefdinir)等氨噻肟型第三代以及第四代頭孢菌素等，但可被超廣譜β內酰胺酶(氧亞胺β內酰胺酶)分解?；瘜W修飾的目的——

3）克服耐藥性的修飾

（降低底物對酶的結構適應性）③向β-內酰胺環(huán)上引入甲氧基或甲酰氨基，增強酶穩(wěn)定性。如頭孢西丁(cefoxitin)、頭孢美唑(cefmetazole)、頭孢替坦(cefotetan)、頭孢拉腙(cefbuperazone)與頭孢米諾(cefminox)等頭霉素對超廣譜β-內酰胺酶穩(wěn)定?；瘜W修飾的目的——

3）克服耐藥性的修飾

（消除鈍化酶作用基團）選擇地消去氨基糖苷分子中的某些羥基、烷化氨基或以羥基氨基酸?；囟ǖ陌被捎行У乜朔退幮裕旱刎惪ㄐ?dibekacin,雙去氧卡那霉素B)；奈替米星(netimicin,N-乙基西梭霉素)；阿米卡星(amikacin，氨羥丁?？敲顾?；阿貝卡星(arbekacin)是地貝卡星的1位氨基被(S)-4-氨基-2-羥基丁?；男卵苌?，活性比阿米卡星強，特別對MRSA有強大的抗菌力，MIC50與MIC90分別為0.39與1.56μg/ml，是一抗MRSA的氨基糖苷?；瘜W修飾的目的——

3）克服耐藥性的修飾

（增辟新作用點）3位為酮基的十四元大環(huán)內酯－酮內酯有兩個以上的作用點，如泰利霉素對大環(huán)內酯耐藥菌尤其對肺炎球菌有很強作用于2001年上市。賽霉素(cethromycin,ABT-773)是進入臨床試驗的第二個酮內酯，性能與泰利霉素相似，對大環(huán)內酯敏感與耐藥的肺炎鏈球菌、化膿性鏈球菌有良好作用，對流感嗜血桿菌、卡拉莫拉菌、奈瑟菌屬、李斯特菌、葡萄球菌(MSSA)、肺炎支原體、衣原體、軍團菌、幽門螺桿菌、棒狀桿菌與革蘭陽性厭氧菌亦有較好作用，對鳥分枝桿菌有中度作用，t1/23.6~6.7h，血清蛋白結合率90%，預期療效與泰利霉素相似。A-217213抗肺炎鏈球菌包括耐大環(huán)內酯的菌株活性比泰利霉素強，對金黃色葡萄球菌亦有較強活性?；瘜W修飾的目的——

3）克服耐藥性的修飾

（增辟新作用點）向四環(huán)素類抗生素的9位引入甘氨酰氨基得到的甘氨環(huán)素類(glycylcyclines)對起源于核糖體保護與外排機制的耐藥菌都有作用。其中替吉環(huán)素(tigecycline，叔丁基甘氨酰氨基米諾環(huán)素，GRA-936)在低濃度(≥0.12μg/ml)下，即可抑制四環(huán)素的高度耐藥菌(MIC≤128μg/ml)，對臨床分離的重要致病菌(包括耐四環(huán)素、糖肽與氟喹諾酮類的革蘭陽性菌)有廣泛活性，對MRSA、耐青霉素肺炎鏈球菌(PRSP)與耐萬古霉素腸球菌(VRE)的MIC90分別為0.5、0.03與0.12μg/ml，優(yōu)于萬古霉素、共殺菌素(synercid)與利奈唑酮(linezolid)，口服300mg，Cmax2.8μg/ml，AUC17.9μg.h/ml，t1/2

長達36h,已進入III期臨床試驗。化學修飾的目的——

3）克服耐藥性的修飾

『增強青霉素結合蛋白(PBPs)親和力的修飾』向β-內酰胺類抗生素分子中導入適當?shù)挠H脂性取代基，探索既增強PBP2a親和力，又不過分增大血清蛋白結合率的物質。新頭孢菌素MC-02479對革蘭陽性菌有很強抗菌活性，抗MRSA、糞腸球菌與肺炎鏈球菌的MIC分別為0.25~4、0.06~0.5與0.008~1μg/ml。BMS-247243對MRSA的MIC90為4μg/ml。NB-2001抗MRSA活性比萬古霉素強，S-3578對MRSA療效與萬古霉素相似，TAK-599對MRSA的MIC為0.88~4.72μg/ml。4）改善藥物動力學性能的修飾

適當?shù)亟Y構修飾可改善抗生素的藥物動力學性質，如增強穩(wěn)定性，改善吸收，提高血藥濃度，延緩消除半衰期和提高生物利用度等。4）改善藥物動力學性能的修飾

——增強穩(wěn)定性的修飾：

（1）消除四環(huán)素分子中不穩(wěn)定部分四環(huán)素遇酸，6位羥基與5a位氫脫水形成去水四環(huán)素(anhydrotetracycline)失去抗菌活性。經修飾除去6位羥基的6-甲烯基土霉素(美他環(huán)素,methacycline)，6-去氧土霉素(多西環(huán)素,doxycycline)，米諾環(huán)素(minocycline)以及全合成的6-去甲基-6-去氧-6-硫雜四環(huán)素(硫四環(huán)素，thiatetracycline)等對酸穩(wěn)定并兼具優(yōu)異的藥物動力學性能。4）改善藥物動力學性能的修飾

——增強穩(wěn)定性的修飾：

（2）消除紅霉素分子中不穩(wěn)定部分紅霉素的6-羥基與9-羰基在酸性下易縮合形成6,9-半縮酮，進而失水轉化成脫水紅霉素與6,9;9,12-螺縮酮而失去抗菌活性。適當?shù)匦揎梾⑴c上列反應的有關基團，如6-羥基，9-羰基，12-羥基乃至8位質子，均可阻斷此降解反應，提高對酸的穩(wěn)定性。將紅霉素的6-羥基轉變?yōu)?-甲氧基的克拉霉素(clarithromycin)；紅霉素9-羰基肟醚化的羅紅霉素(roxithromycin)；紅霉素肟經Beckmann重排、N-甲基化制得的阿奇霉素(azithromycin)9-紅霉胺經進一步修飾篩選出的地紅霉素(dirithromycin)等對酸穩(wěn)定，藥物動力學性能都有明顯改善，稱為第二代大環(huán)內酯抗生素。4）改善藥物動力學性能的修飾

——增強穩(wěn)定性的修飾：

（3）消除頭孢菌素分子中不穩(wěn)定部分頭孢菌素3-位乙酰氧基在體內被酯酶或非酶水解，降解成羥基化合物，使抗菌活性大幅度降低。將R改變成H、烷基、烯基、烷氧基、鹵素等可阻斷此種降解，而保持抗菌活性。以適當?shù)暮s環(huán)基團取代，非但可阻斷水解，而且可增強抗菌活性。以適當?shù)膸в屑镜碾s環(huán)取代，與4-位羧基形成內鹽，除阻斷代謝降解，增強抗菌活性之外，還可以增大水溶性，提高胞膜穿透力。第四代頭孢菌素都是這樣的化合物。

4）改善藥物動力學性能的修飾

——增強穩(wěn)定性的修飾：

（4）硫霉素穩(wěn)定化修飾

硫霉素(thienamycin)極不穩(wěn)定，甚至10μg/ml以上濃度自身即加速分解。經化學修飾獲得的亞胺培南(imipenem)增強了穩(wěn)定性，可注射給藥?？咕V廣，抗菌活性強，是當前臨床評價最高的抗生素之一。4）改善藥物動力學性能的修飾

改善吸收提高血藥濃度的修飾：

（1）制備前藥改善口服吸收有些抗生素口服吸收差，制成適當?shù)那八?，可增加口服吸收率，提高血藥濃度?？诜逼S西林250mg，Tmax2.0h，Cmax僅為1.7μg/ml，制成前藥叔丁酰氧基甲酯(ampicillinpivoxil)，口服同樣劑量，Tmax1.5h，Cmax為5.5μg/ml。頭孢帕肟口服吸收率為9.4%，Cmax為0.62μg/ml，其前藥頭孢帕肟乙酰氧基乙酯(cefpodoximeproxetil)口服吸收率提高到58.1%，Cmax可達8.4μg/ml。制備氨芐西林前藥改善口服吸收合成頭孢菌素酯型前藥改善口服吸收4）改善藥物動力學性能的修飾

改善吸收提高血藥濃度的修飾：

（2）引入適當基團提高血藥濃度

向苯唑西林的苯環(huán)上導入氯或氟，可提高血藥濃度，如鄰氯西林(cloxacillin)、二氯西林(dicloxacillin)、氟氯西林(flucloxacillin)等異惡唑類青霉素對青霉素酶穩(wěn)定，血藥濃度明顯高于苯唑西林，用于治療產生青霉素酶的金黃色葡萄球菌感染。林可霉素口服吸收差，且易受進食影響。將其7(R)-羥基轉變成7(S)-氯的克林霉素，口服與肌肉注射后形成的血藥濃度都有明顯提高。引入適當基團提高血藥濃度

藥物RR’

劑量(mg)血藥濃度(μg/ml)

苯唑西林HH5004.9

鄰氯西林HCl5009.2

二氯西林ClCl2509.3

氟氯西林FCl2508.8林可霉素口服吸收差，且易受進食影響。將其7(R)-羥基轉變成7(S)-氯的克林霉素，口服與肌肉注射后形成的血藥濃度都有明顯提高。給藥途徑口服肌肉注射抗生素劑量TmaxCmax劑量TmaxCmaxt1/2林可霉素500mg2h2.6μg/ml600mg0.5h1.0μg/ml4~6h克林霉素300mg0.75~2h4μg/ml300mg26μg/ml3.5h4）改善藥物動力學性能的修飾

改善吸收提高血藥濃度的修飾：

（3）修飾側鏈提高生物利用度酯肽類抗生素A-21978不吸收，經Actinoplanesutahensis脫去N-末端的脂肪酸，再重新葵酰化，開發(fā)出新抗生素達托霉素(daptomycin)。該抗生素能改變細菌細胞膜電位，阻斷細胞膜輸送氨基酸。主要抗革蘭陽性細菌，包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)、耐萬古霉素的腸球菌(VRE)等革蘭陽性耐藥菌，t1/28.5~9h，24h尿中排泄出60%，蛋白結合率92%。2003年美國FDA批準用于革蘭陽性菌，MRSA與VRE等所致皮膚感染。4）改善藥物動力學性能的修飾

延緩消除半衰期的修飾：利福霉素中的利福平的消除半衰期(t1/2)為2~3h，進一步修飾得到的利福定t1/2為4~5h，利福噴丁為18~30h，利福布丁為36~45h，而利福拉吉則長達55~60h。亞胺培南等碳青霉烯類抗生素消除半衰期較短，亞胺培南、帕尼培南與美洛培南分別為54min、60min與70min，經修飾篩選出的厄他培南(ertapenam)消除半衰期延至3.3~4h，1日靜注1次治療嚴重感染獲得良好療效。

碳青霉烯類抗生素抗菌譜廣，抗菌活性強，且對多數(shù)β-內酰胺酶(包括超廣譜β-內酰胺酶)穩(wěn)定，但消除半衰期較短。

碳青霉烯亞胺培南帕尼培南美洛培南

t1/254min.60min.70min.

近年經修飾制得的厄他培南(ertapenem)t1/2延長到3.3～4h。

5）降低毒副反應的修飾為改善氨芐西林口服吸收，曾將其羧基酯化制成前藥，有些已臨床應用。但有的品種在消化道內水解可產生醛(甲醛或其他醛)而引起消化系統(tǒng)癥狀。臨床評價指出：水解不產生醛的前藥如棱氨西林（lenampicillin）等消化系統(tǒng)副作用輕微。5）降低毒副反應的修飾

早期的碳青霉烯有一定中樞神經毒性，可引起痙攣。構效關系研究表明：中樞神經毒性與2位含氮取代基有關。直接向鼠腦中注入亞胺培南(imipenem)引起間歇性與強直性痙攣的ED50分別為11與17μg/小鼠，注入培尼培南(penipenem)引起間歇性與強直性痙攣的ED50分別為29與41μg/小鼠，經過修飾獲得的比阿培南(biapenem)直接注入鼠腦>300μg/小鼠亦不引起間歇性與強直性痙攣，臨床應用中從未出現(xiàn)中樞神經毒性反應。直接向鼠腦中注入碳青霉烯引起痙攣的ED50

碳青霉烯間歇性痙攣強直性痙攣亞胺培南(Imipenem)11μg/鼠

17μg/鼠培尼培南(Penipenem)2941

比阿培南(Biapenem)>300>300比阿培南(Biapenem,Omegacin?)抗菌活性：抗G+活性相當于亞胺培南的1/2~1/4?？笹－活性比亞胺培南強，抗銅綠假單胞菌

活性比亞胺培南強2倍。酶穩(wěn)定性：對β-內酰胺酶包括超廣譜β-內酰胺酶穩(wěn)定，對腎脫氫肽酶比美洛培南穩(wěn)定，藥動力學：Cmax8.8μg/ml(靜滴150mg),t1/21h，24h尿中排除60~70%,血清蛋白結合率3.7~10.2%臨床療效：各科感染有效率87.7%(1101/1255)不良反應：2.2%(29/1340)，未出現(xiàn)中樞神經癥狀。

(0.3g×2/div)5）降低毒副反應的修飾

脂肽類抗生素毒性大，且有溶血作用，不能臨床應用。修飾酯肽肺囊康定（pneumocandin）B0與A0分別開發(fā)出卡帕芬凈（caspofungin）與米卡芬凈（micafungin）。兩者均為1,3-葡聚糖合成酶抑制劑，作用于真菌細胞壁，具有良好抗真菌活性，且不與現(xiàn)有的抗真菌藥物交叉耐藥，毒副反應遠低于作用于真菌細胞膜的兩性霉素B等多烯類抗生素，已分別于2001與2002上市，用于治療侵襲性曲霉菌病與念珠菌病。6）適應制劑需要的修飾

有些抗生素為了適應制劑要求，需進行必要的修飾。如紅霉素、氯霉素味苦，經修飾制成無味紅霉素(2'-O-丙酰紅霉素十二烷基硫酸鹽)與無味氯霉素(氯霉素棕櫚酸酯)便于服用。四環(huán)素經Mannich反應制得的吡咯烷甲基四環(huán)素（rolitetracycline）水溶性大，便于注射應用?？股氐慕Y構修飾的重要性抗生素結構的適當修飾，可擴展天然抗生素的抗菌譜、增強抗菌活性、克服耐藥性、改善藥物動力學性能與降低毒副反應，但不是所有抗生素經過修飾都能如愿地得到良好的修飾物。有些天然抗生素僅經過微小的修飾，即全然喪失抗菌活性，而在眾多的修飾物中性能都不如原天然物的實例亦不罕見。在篩選新抗生素困難重重的今天，對獲得的天然物進行適當?shù)男揎検潜匾?。類別藥物開發(fā)程度開發(fā)單位頭孢菌素(3種)BAL5788II期臨床試驗BasileaRWJ-54428I期臨床試驗Johnson&JohnsonPPI-0903I期臨床試驗Peninsula碳青霉烯(4種)DoripenemIII期臨床試驗PeninsulaCS-023(R-115685)I期臨床試驗三共/RocheME1036(CP5609)II期臨床試驗明治制果ME1211(L-084)II期臨床試驗明治制果/Roche大環(huán)內酯(1種)OPT-80I期臨床試驗Optimer鏈陽霉素(1種)XRP2868I期臨床試驗Aventis四環(huán)素(2種)TigecyclineIII期臨床試驗Wyeth-AyerstBAY73-6944(=PTK0796)I期臨床試驗Bayer糖肽/脂肽(4種)Oritavancin新藥申報InterMuneDalbavancinII期臨床試驗VicuronTelavancinII期臨床試驗TheravanceRamoplaninIII期臨床試驗GenomeTherapeutics利福霉素(1種)RifalazilII期臨床試驗ActiBiotics肽脫甲酰酶抑制劑(1種)LMB415I期臨床試驗Novartisβ-內酰胺酶抑制劑(1種)AM-112I期臨床試驗Amura微生物來源的其它生理活性物質

——微生物藥物的最新組成

微生物來源酶抑制劑篩選的先驅－－HamaoUmezawa繼Fleming和Waksman后，在抗生素研究領域中作出卓越貢獻的第三位科學家20世紀50年代，由他領導的科研小組發(fā)現(xiàn)了卡那霉素，闡明耐藥機制合成得到了阿米卡星，并很快被應用于臨床。60年代，他把研究方向確立在尋找抗腫瘤抗生素上，首先發(fā)現(xiàn)了抗腫瘤抗生素sakamycin。隨后又很快發(fā)現(xiàn)了具有臨床應用價值的抗腫瘤抗生素博萊霉素(國內曾稱爭光霉素)，并通過應用定向生物合成原理，篩選獲得了更為有效的第二代博萊霉素——培羅霉素(peplomycin)。梅澤濱夫在其一生的研究生涯中，發(fā)現(xiàn)了許多新的抗生素，其中不少已被應用于臨床，為抗生素事業(yè)作出了巨大的貢獻。繼Fleming和Waksman后，在抗生素研究領域中作出卓越貢獻的第三位科學家梅譯濱夫的另一個重要貢獻是提出了酶抑制劑的概念(這里所指的酶是動物和人體內產生的參與各種生命活動的有關的酶，而不是指由微生物產生的諸如β-內酰胺酶等)，對開創(chuàng)從微生物代謝產物中尋找其它生理活性物質的新時代具有深遠的意義。酶抑制劑——

酶學研究的幾個階段第一代的研究是以闡明各種酶的一級結構和高級結構為標志；第二代的研究以闡明酶的催化機制和限定分解機制為標志，這對理解酶的生理意義有著重要的作用；對酶抑制劑的研究有可能對炎癥、免疫、補體反應、致癌、癌的轉移、病毒感染、肌肉營養(yǎng)障礙和自身免疫等各種疾病的病因予以闡明并提出治療方案，這個領域可被稱為第三代的酶學研究；而從微生物代謝產物中尋找酶抑制劑也正是一個新的研究領域，是學科間相互滲透，共同發(fā)展的結果。微生物藥物的最新組成

—已經用于臨床的HMG-CoA還原酶抑制劑開創(chuàng)了治療高脂血癥的新紀元普伐他丁洛伐他丁辛伐他?。ê铣桑┓ニ。ê铣桑┌⒎ニ。ê铣桑┑梅ニ。ê铣桑┤毡尽吧茖W與工業(yè)”雜志引述醫(yī)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。微生物藥物的最新組成

—已經用于臨床的alpha-葡萄糖苷酶抑制劑

開創(chuàng)了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微生物藥物的最新組成

—已經用于臨床的免疫抑制劑環(huán)孢菌素A他克莫司（tacrolimus，F(xiàn)K-506）西羅莫司（sirolimus；也稱雷帕霉素，rapamycin）霉酚酸咪唑立賓

微生物藥物的最新組成

——其他一些已經用于臨床的微生物藥物

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微生物藥物的最新組成

——篩選模型引導的微生物新藥的發(fā)現(xiàn)

隨著對各種疾病發(fā)生機理的逐步闡明，藥物作用靶的發(fā)現(xiàn)以及體外篩選模型的建立（估計目前世界上有3000種左右），使愈來愈多的、以往不可能被發(fā)現(xiàn)的微生物來源的生理活性物質被發(fā)現(xiàn)并開發(fā)成為藥物。微生物藥物的最新組成

——一些植物專用微生物藥物植物生長激素：赤霉素、脫落酸；抗稻瘟病：有效霉素（井崗霉素）、春雷霉素、殺稻瘟菌素S等抗其他植物病原體：多氧菌素、日光霉素、殺螨霉素、皮歐霉素等微生物藥物的最新組成

——一些植物專用微生物藥物抗菌、促進發(fā)育：泰樂菌素、硫肽霉素、恩拉霉素、大碳霉素、維及尼亞霉素等；抗蟲、促進發(fā)育：潮霉素、越霉素、非典型大環(huán)內酯類；除草劑：雙丙磷、除莠霉素等；微生物藥物的重要地位這不僅僅由于這類藥物對各種疾病的作用范圍不斷地在擴大并取得顯著療效，另外一個重要的原因是，由于來源于微生物次級代謝的生理活性物質具有獨特的化學結構，其作為先導化合物開發(fā)成為藥物的可能性大大地增加。最近幾年，我國政府把中藥現(xiàn)代化作為開發(fā)自主知識產權新藥的“重中之重”，因為中藥資源是我國特有的資源，從中發(fā)現(xiàn)新藥的可能性極大。同樣，960萬平方公里領域中的微生物資源也是我國特有的資源，從中發(fā)現(xiàn)微生物新藥的可能性也是極大的。第三節(jié)

尋找微生物藥物的基本途徑和方法

發(fā)現(xiàn)微生物新藥的動力和源泉當前，人們普遍認為微生物是具有潛在治療效用的新結構化合物的無窮源泉。這是因為：微生物具有分布廣、種類多、易變異的特性；以及其次級代謝產物的多樣性和新穎性。發(fā)現(xiàn)微生物新藥的動力和源泉在20世紀40年代，僅發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了2500種抗生素；至那時起，大約每隔10年被發(fā)現(xiàn)的化合物數(shù)量翻倍；至80年代約發(fā)現(xiàn)了5000種；至90年代約發(fā)現(xiàn)了10000種；至2000年已經發(fā)現(xiàn)了20000種抗生素類化合物；至2002年，在各種文獻和專利中發(fā)表的具有生理活性的微生物次級代謝產物數(shù)量已經超過22000種；目前還以每年發(fā)現(xiàn)約500種新化合物的速度增加。微生物學·樣品的采集·各種各樣菌種的分離·發(fā)酵培養(yǎng)以增加代謝產物多樣性·再次發(fā)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(tǒng)

·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0微生物代謝產物篩選系統(tǒng)中學科分支的配合菌種分離其他篩選模型無活性或未能確定活性評價發(fā)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層（體內初步試驗和毒性）培養(yǎng)基和培養(yǎng)參數(shù)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

排重數(shù)據庫的產生

過程適用的信息菌株采集地理和生態(tài)環(huán)境菌株分離生長特性、分離條件和形態(tài)學菌株發(fā)酵在不同培養(yǎng)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(fā)酵重現(xiàn)性和穩(wěn)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(shù)、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第四節(jié)

當前尋找新微生物藥物的主要途徑1、建立新的篩選模型

尋找微生物新藥這是當今世界范圍內一個最引人注目的研究領域，它研究的內容主要包括從微生物代謝產物中尋找小分子量的酶抑制劑、免疫調節(jié)劑和受體拮抗劑或激活劑等生物活性物質。其中還包括利用新的篩選模型，從已知的微生物次級代謝產物來篩選以上這些物質。目前在實驗室里大約有3000個左右的藥物作用靶，可以進行體外藥物篩選。

2、擴大微生物來源

尋找微生物新藥這是新的抗生素篩選的傳統(tǒng)方法的充實和繼續(xù)。近年來，在建立一些新的抗生素，包括抗蟲、抗腫瘤等抗生素篩選模型的同時，人們的注意力也集中到擴大微生物的來源，如從海洋微生物、稀有放線菌和在極端環(huán)境下生長的微生物的次級代謝產物中來篩選新的生理活性物質。

3、以微生物來源的生理活性物質為先導化合物，進行化學改造尋找效果更好的微生物藥物

根據藥物的構效關系以及體內代謝的特性，對已知次級代謝產物進行結構改造的目的，主要是篩選相對于母體化合物具有如下特點的微生物新藥：擴大抗菌譜或作用范圍、克服細菌的耐性或改善藥物對作用靶的敏感性、改進對細胞的通透性、改善化學和代謝的穩(wěn)定性、提高血漿和組織濃度、增強與宿主免疫系統(tǒng)的協(xié)調作用、能夠制備成合適給藥方式的結構狀態(tài)，以及減少毒副作用等。這是多年來發(fā)現(xiàn)微生物新藥成績斐然的重要途徑。4、應用次級代謝產物的生物合成原理，“創(chuàng)造”微生物新藥

這種方法是根據已知次級代謝產物的生物合成機理，通過改變培養(yǎng)基成分、控制發(fā)酵條件進行定向生物合成來尋找新的次級代謝產物；或是通過對已知抗生素產生菌進行誘變處理，使一些原先沉默的基因得以激活、或阻斷某些生物合成途徑中的某些基因而產生新的生物活性物質。第一節(jié)稀有放線菌是產生微生物新藥的重要源泉第二節(jié)黏細菌是一類值得關注的微生物新資源第三節(jié)從植物內生菌中篩選微生物新藥第四節(jié)從海洋微生物中篩選微生物新藥第一節(jié)稀有放線菌是產生微生物新藥的重要源泉所謂的稀有放線菌（rareactinomycetes)即為除鏈霉菌屬外的其它屬的放線菌。稀有放線菌是產生微生物

新藥的重要源泉到1974年止，放線菌來源的抗生素幾乎都是由鏈霉菌屬產生的（約占2000種抗生素中的95%）。但在隨后6年的報導中，由放線菌產生的僅占25%。事實證明，稀有放線菌是發(fā)現(xiàn)新抗生素的極好來源，且它們產生各種不同抗生素的能力不亞于鏈霉菌屬。同樣，細菌和霉菌也仍是產生新的生理活性物質的源泉，特別是近年來從霉菌的代謝產物中發(fā)現(xiàn)新的生理活性物質的數(shù)目正在不斷增加。小單孢菌能產生獨特化學結構的生物活性物質能產生獨特化學結構的生物活性物質。近年來從小單孢菌中發(fā)現(xiàn)了引人注目的結構新穎的烯二炔類抗腫瘤抗生素calicheamicinγ1（結構如圖所示），由棘孢小單孢菌Ｍ.echinosporaspcalichensis所產生，與腫瘤細胞作用時,分子中烯二炔部分起“分子核彈頭”作用，三巰基部分起“扳機”作用，寡糖部分起“識別”作用，能選擇性地結合并切除ＤＮＡ雙鏈中的特定片段，如ＴＣＣＴ、ＴＣＴＣ和ＴＴＴＴ。Calicheamicinγ1的化學結構

小單孢菌能產生獨特化學結構的生物活性物質碳黑小單孢菌Ｍ.carbonacea產生強效的抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）的寡糖類抗生素ziracin(如圖3－所示)。它對甲氧西林和萬古霉素耐藥菌作用很強。對甲氧西林敏感和耐藥的肺炎鏈球菌的ＭＩＣ為0．032～0．125μｇ/ｍｌ，對青霉素Ｇ耐藥菌的ＭＩＣ為0．125～8μｇ/ｍｌ，對萬古霉素敏感和耐藥菌的ＭＩＣ為0．45～2μｇ/ｍｌ。ＥＤ50為2．5ｍｇ/ｋｇ。靜注劑量1ｍｇ/ｋｇ的血濃度為10μｇ/ｍｌ。雖已進入Ⅲ期臨床試驗，但沒有獲得ＦＤＡ批準。除產生抗生素外，小單孢菌還產生許多非抗生素的生物活性物質。

Ziracin的化學結構

游動放線菌(Actinoplanesp.)ATCC3076產生的抗細菌抗生素雷莫拉寧。

黏細菌

一類值得關注的微生物新資源Epothilons是由粘細菌纖維束菌(Sorangiumcellosum)產生的新型細胞毒化合物。它是一種新的16元環(huán)多酮大環(huán)內酯,含有一個噻唑基和環(huán)上的一個環(huán)氧結構(結構如圖所示)。該菌產生Ａ和Ｂ兩種主要組分、Ｃ～Ｆ四種次要組分以及36種極微量成分。Epothilons的化學結構

從植物內生菌中篩選微生物新藥

要利用植物內生菌這一資源豐富的寶庫，首先要將內生菌從植物中有效地分離出來，然后應用分離色譜層析等生物分析方法從內生菌培養(yǎng)物濾液中分離并鑒定出令人感興趣的生物活性物質，如：紫杉醇、cryptocin、oocyclin、isopestacin、pseudomycin和ambuicacid等。本文主要闡述了植物內生菌分離的一般規(guī)則，其生物活性代謝產物的最新研究進展，以期讀者對植物內生菌的重要性有更深刻的認識。

天然藥物的篩選已成為現(xiàn)今的一個研究熱點，植物是天然藥物的主要來源之一。生活在植物組織中的植物內生菌，由于其與植物的關系密切，同時其產生的豐富多樣的次生代謝產物具有多種生物活性，因此從中發(fā)現(xiàn)新的有意義的化合物的潛力相當大，其作為新的治療藥物或前體藥物的潛在來源已經引起人們的廣泛重視。一、歷史概況1898年Vogl從黑麥草的種子中首次分離出第一株內生真菌。但在此后的70年間，內生菌的研究進展緩慢；直到70年代，Bacon等人發(fā)現(xiàn)高羊茅中的內生真菌和毒素的產生有關，從此以后植物內生菌的研究在國際范圍內引起了廣泛的重視。二、植物內生菌1833年人們發(fā)現(xiàn)從小麥葉片中可長一種性質不明的銹狀物，將它形象地稱為“Outgrouws”1866年Barry將內生菌定義為生活在植物組織內的微生物，用以區(qū)分那些生活在植物表面的表生菌，按此定義植物的致病菌、菌根菌也歸屬于內生菌的概念范疇1988年Clay將內生菌定義為在植物體內完成其生活史的部分或全部，但又不引起任何病癥的微生物，包括細菌和真菌，突出強調了內生菌和植物的互惠共生關系，這一概念范疇內不包括植物致病菌和菌根菌。目前較常用的寬泛實用性概念：

植物內生菌是指那些在其生活史的一定階段或全部階段生活于健康植物的各種組織和器官內部的真菌和細菌，被感染的宿主植物（至少是暫時）不表現(xiàn)出外在病癥，可通過組織學方法或從嚴格表面消毒的植物組織中分離或從植物組織內直接擴增出微生物DNA的方法來證明其內生。即我們可以把植物內生菌理解為植物組織內的正常菌群，它們不僅包括了互惠共利的和中性的內共生微生物，也包括了那些潛伏的宿主體內的病原微生物。三、植物內生菌的生物多樣性宿主植物種類多樣性內生菌自身種類多樣性內生菌在植物組織中分布多樣性內生菌普遍存在于目前已研究過的各種陸生及水生植物中。目前全世界至少已在80個屬290多種禾本科植物中發(fā)現(xiàn)有內生真菌。自20世紀70年代后期，內生菌在一些重要的經濟林木如針葉類的各種冷杉、云衫、紅杉、紫杉、松柏等以及闊葉的桉樹、櫟樹、樺樹、榿木等植物樹皮、枝葉中相繼被發(fā)現(xiàn)并得到了廣泛的研究。進而在多種灌木、草本植物以及栽培作物、果樹甚至藻類、苔蘚和蕨類植物中也發(fā)現(xiàn)了內生菌。對于一種植物而言，從中可分離到的內生真菌和細菌通常為數(shù)種至數(shù)十種，有的甚至多達數(shù)百種。在熱帶雨林植物中，內生菌的多樣性更為突出。例如：Anorld等人最近分析了巴拿馬中部雨林中兩種植物葉子中的內生菌，結果發(fā)現(xiàn)分離自83片健康葉子上的內生菌可多達418個形態(tài)學種主要內生真菌子囊孢子類：核菌綱盤菌綱腔菌綱廣泛分布的種屬：半殼霉屬擬隱孢霉屬擬莖點霉屬葉點霉屬常見內生細菌大多數(shù)為土壤微生物類群：假單孢菌屬芽孢桿菌屬腸桿菌屬土壤桿菌屬內生真菌的菌絲生長于植物組織的細胞間，分布于葉鞘、種子、花、莖、葉片和根。其中葉鞘和種子的菌絲含量最多而葉片和根的含量極微。四、植物內生菌的作用促進宿主植物的生長增強宿主植物的抗逆性產生具有生理活性的代謝產物

內生菌能產生IAA等植物生長激素內生菌增強宿主植物對氮、磷等營養(yǎng)元素的吸收如：禾本科農作物上的內生細菌具有很強的固氮能力。感染內生真菌的牧草對氮、磷的攝取能力也有所提高。

感染內生菌的宿主植物對環(huán)境具有很強的抗逆性，如抗干旱、抗病原細菌和真菌、抗線蟲、阻抑昆蟲和食草動物的采食等。

在內生菌中，有對宿主植物體內某些活性成分的形成有重要影響者，也有產生和宿主植物相同或相似的生理活性成分。五、植物內生菌產生的生理活性物質抗生素類物質抗腫瘤活性物質植物生長調節(jié)物質殺昆蟲物質其他類型的活性產物1.抗生素類物質隨著細菌耐藥性的出現(xiàn)激發(fā)了人們尋求更多更好的抗菌素；同時，由于艾滋病和器官移植引起的真菌感染人數(shù)不斷增加，對于高效抗真菌制劑的需求也不斷增強；加之目前治療原生動物寄生感染藥物的匱乏，尋找更新更有效的治療藥物來解決這些問題已迫在眉睫。以往，抗生素的主要來源是土壤微生物。而今，植物內生菌這一多樣性十分豐富卻尚未開發(fā)的微生物類群看來是一巨大資源

刺盤孢屬內生菌Colletotrichumgloeosporicoides產生的Colletotricacid抗微生物活性內生菌Colletotrichumsp產生的6-isopenylindole-3-carboxylicacid3β,5α-dihydroxy-6β-acetoxy-ergosta-7,22-diene

3β,5α-dihydroxy-6β-phenylacety-loxy-ergosta-7,22-diene抗微生物活性，對人畜和植物病原真菌和細菌有良好抑制作用內生真菌Cryptosporiopsiscf.quercina產生的新型環(huán)肽抗生素cryptocandin對癬菌及白色念珠菌等人類病原真菌具有強烈抑殺作用其MIC與臨床應用的抗真菌藥amphotericinB相當，具有良好開發(fā)前景內生真菌Cryptosporiopsiscf.quercina產生的酰胺類生物堿cryptocin對稻瘟病菌及其他多種植物病原真菌具有很強的抑殺作用內生菌Cytonaemasp.產生的CytonicAcidA(1)

和CytonicAcidB(2)抑制人細胞肥大病毒組裝鐮孢霉屬內生真菌Fusariumsp.CR377產生的一種新型的酮內酯（pentaketide）化合物對白色念珠菌有較強活性內生真菌FungusCR115產生的一個二萜化合物GuanacastepeneA對多種革蘭氏陽性和陰性細菌和白色念珠菌有活性內生菌Geniculosporiumsp.產生的Geniculol(1)

和CytochalsinF(2)殺藻劑內生真菌Pestalotiopsisjesteri產生的新的環(huán)己烯酮環(huán)氧化合物Jesterone對引起大多數(shù)植物致病的致病真菌有選擇性活性內生菌Pestalotiopsismicrospora產生的Ambuicacid抗真菌劑內生菌Phomasp.NRRL2

5697產生的5種新的化合物PginadecakubsA-D(1-4)&PginaoebtebibeA(5)具有抗革蘭氏陽性菌活性擬點霉屬內生菌Phomopsissp.產生的PhomoxanthonesA(1)&B(2)是兩個新的氧雜蒽酮二聚體具有顯著的抗瘧疾和抗結核活性

分離自錫蘭桂小枝的內生菌Muscodor，其所釋放的揮發(fā)性物質（醇，酯，酮，酸和脂）對人及植物的致病真菌和細菌有很強的殺傷性。

分離自歐洲紫杉（Taxusbaccata）的內生真菌Acremoniumsp.產生的白灰制菌素A具有抗真菌活性。

分離自歐洲杜松（Juniperuscommunis）的內生真菌Hormonema，從其發(fā)酵液中分離出一種新的三萜糖苷對念珠菌屬和曲霉屬的真菌具有很強的活性

2.抗腫瘤活性物質1）紫杉醇（Taxol）紫杉醇是一種以極低含量存在于各種紫杉屬植物樹皮和樹葉中的萜類化合物，臨床上是治療乳腺癌、子宮癌和卵巢癌的良效藥物，自1992年投入市場以來，取得了臨床療效和市場效應的極大成功。Taxol

1993年美國學者Stierle等人首次從短葉紫杉（Taxusbrevifolia）的樹皮中分離出一株內生的真菌新種Taxomycesandreanae，在培養(yǎng)液種能產生紫杉醇和其他紫杉烷類化合物。

至今已在短葉紫杉、喜馬拉雅紅豆衫、歐洲紅豆衫、南方紅豆衫、云南紅豆衫、落羽衫、榧樹中分離到了許多種能產生紫杉醇的內生真菌和放線菌。其中內生真菌微孢擬盤多毛孢的紫杉醇產量已初步顯示出其商業(yè)潛力。HostplantsFungalentophytesFounderandyearTaxusbrevifoliaTaxomycesandreanaeStierleetal.,1993TaxuswallichianaPhomasp.Yangetal.,1994TaxustaxifoliaPestalotiopsismicrosporaLeeetal.,1995TaxuswallichianaPestalotiopsismicrosporaStrobeletal.,1996TaxodiumdistichumPestalotiopsismicrosporaLietal.,1996TaxusbrevifoliaPestalotiopsisspp.Pulicietal.,1997WolemianobilisPestalatiopsisguepiniStrobeletal.,1997TorreyagrandifoliaPericiniasp.Lietal.,1998TaxuswallachiaraSeimatoantleriumtepuienseBashyaletal.,1999TaxusmaireiTuberculariasp.Wangetal.,2000TaxuswallichianaSporormiaminimaTrichotheciumsp.Shresthaetal.,2001一些能夠產生紫杉醇類物質的植物內生菌及其植物宿主

這些發(fā)現(xiàn)為人類突破植物資源周期長、不可再生等限制，利用植物內生菌來工業(yè)化發(fā)酵生產重要植物藥物提供了新的思路。2）ras－法呢基轉移酶抑制物

抑制法呢基－蛋白轉移酶（FPTase）或ras－法呢基轉移酶的化合物往往具有抗腫瘤活性。

A.LinghamRB等曾報道毛殼屬內生真菌Chaetomellaacutisea產生的長鏈脂肪酸ChaetomellicacidA和B以及從一種小檗葉的某種內生真菌中發(fā)現(xiàn)的天然產物oreganicacid可選擇性抑制法尼基－蛋白轉移酶（FPTase），具有抗癌活性。B.IshiiT等報道，從Phomasp.中分離得到的一種生物堿TAN－1813可抑制鼠腦ras－法尼基轉移酶，對各種人體腫瘤細胞的增殖也有抑制作用，并可引起NIH3T3/k－ras細胞形態(tài)的改變。

此外，內生菌Coniothyriumsp.產生的醌類化合物對ras－法呢基轉移酶也具有很高的抑制活性。3）植物黃酮類物質植物中的一些黃酮類物質，如香豆素，異香豆素等，具有綜合的抗癌活性，在分離自加拿大Cirsiumarvense的一個內生真菌Myceliasterila的發(fā)酵液提取物中發(fā)現(xiàn)了新的異香豆素。從中國南海紅樹嫩葉分離出來的內生真菌No.2533，其發(fā)酵液提取物分離出2種新的異香豆素類化合物enalinA和B，均具有抗癌活性。4）生物堿類

從來源于傳統(tǒng)藥用植物雷公藤的內生真菌Rhinocladiellasp.

中發(fā)現(xiàn)了三種新生物堿，實驗結果表明它們對多種人腫瘤細胞有很強的抑制作用此外，從FicusmicrocarpaL的樹皮中分離到的一株未鑒定的內生菌的發(fā)酵液中分離到一種新的生物堿nomofungin，該化合物能干擾培養(yǎng)的哺乳類細胞微絲并且對于LoVo和KB細胞有輕微的毒性，是一種新型的微絲干擾劑5）其它BradySE等通過BIA法從一株內生真菌分離到具有抗癌活性的二蒽醌類化合物cytoskyrinA。HuangY等也使用MTT法從三種藥用植物中篩選具有抗癌活性的植物內生真菌。這些結果表明植物內生真菌是新的抗癌藥物或前體的重要來源。已有多篇文章報道內生真菌可產生植物生長激素物質如：Mcinroy等人從玉米、棉花上分離到具有促進植物生長的內生細菌。從柑橘屬果樹中分離出來的Penicillium.Italicum也能產赤霉素（GA）。

在對5種從藥用植物中分離到的內生菌進行研究時發(fā)現(xiàn)，它們各自的發(fā)酵液中都含有至少一種植物激素：GA，IAA，ABS（Abscisicacid），Z（Zeatin），ZR（Zeatinriboside）,這些由內生真菌產生的植物激素是揭示內生真菌促進藥用植物生長機制的重要物質禾本科植物內生真菌能產生4大類即：有機胺類（peramine）吡咯里西啶類（loline）吲哚二萜衍生物類（lolitremB）麥角堿類（ergovaline）多達十種的生物堿，這些生物堿具有抗病原菌，抗線蟲，增強植物他感作用等多種生物學活性，其中大多數(shù)對食草昆蟲乃至哺乳動物（牛、羊）具較強的毒性。從內生菌感染的一種草熟禾中分離到數(shù)個對蚊子幼蟲有毒性的黃酮類化合物。從云杉等針葉樹的內生真菌的次生代謝產物中，F(xiàn)indlay等人發(fā)現(xiàn)了一系列具抗蟲活性的物質。

雷公藤的內生真菌Fusariumsubglutinans產生的2中二萜化合物subgutinolA和B具有無細胞毒性的免疫抑制作用subgutinolA六、前景從各個層次上深入探討內生菌－寄主之間的相互作用，將有助于了解內生菌的生物學本質以及未知生態(tài)學作用從傳統(tǒng)藥用植物以及一下特殊環(huán)境中植物的內生菌代謝產物中尋找新型活性物質，將繼續(xù)是內生菌研究的主流分子生物學手段將在內生菌研究的各個方面發(fā)揮重要作用植物內生菌的生境特殊性決定了其既有理論研究的廣度和深度，又有多方面的應用潛力，是個潛力巨大，尚待開發(fā)的微生物新資源。第四節(jié)

從海洋微生物中篩選微生物新藥一、研究背景和現(xiàn)狀二、海洋微生物的生活習性及其多樣性三、海洋微生物活性成分的研究及藥物的開發(fā)四、海洋微生物藥物研究展望一、研究背景和現(xiàn)狀

陸棲微生物的代謝產物，已成為像抗生素這樣生物活性物質的源泉。根據下列的理由，深信海洋微生物的代謝產物，也是希望之所在。一、研究背景和現(xiàn)狀(1)自然界里，微生物的種類和數(shù)量是明顯地隨著環(huán)境不同而改變。(2)微生物代謝產物的生產，會受所使用的培養(yǎng)條件調節(jié)。(3)已經知道許許多多生物活性物質是通過次級代謝而產生的，也因此將同時產生小量其他的相關物質。如果引進更敏感的測定方法來檢測；更有效的的分離方法來純化；更精密的方法來分析，將能得到新生物活性化合物，即使其在發(fā)酵液里含量甚少。一、研究背景和現(xiàn)狀(4)已經知道大多數(shù)生物活性化合物的產生是菌株特異的，而不是分類學上種屬特異的。因此，可以直接培養(yǎng)分離到的菌株以取得新生物活性化合物，而無須先進行菌株分類。

(5)要成功地發(fā)現(xiàn)新的生物活性物質，用于分離微生物菌株的樣品的采集是一個重要環(huán)節(jié)。近來，樣品采集的設計已為發(fā)現(xiàn)新生物活性化合物作出了重大貢獻。最近，已實現(xiàn)通過肉眼觀察，采集深海海底的樣品。(6)最近開發(fā)的在不減壓的情況下分離和培養(yǎng)嗜壓微生物的方法和設備，將對新微生物的生物活性產物的研究作出貢獻。二、海洋微生物的生活習性

及其多樣性

1、耐鹽性：一般地講，海洋細菌的鹽耐受性使最適宜生長于含2%~4%的培養(yǎng)基。從放線菌來說，大多數(shù)海洋鏈霉菌比陸棲鏈霉菌有較廣的鹽而受性(1%~7%NaCl)，盡管有一些對小于1%的NaCl仍敏感，和另一些能而受大于7%NaCl。由此可見，某些鏈霉菌的先祖可能來自陸地。二、海洋微生物的生活習性

及其多樣性2、耐壓性：靜壓力是深海的很重要的環(huán)境參數(shù)。只有那些嗜壓和耐壓的細菌才能在深海的高靜壓下生存。二、海洋微生物的生活習性

及其多樣性3、寄生性：一些完全適應了海洋寄生、處于寄主體內微環(huán)境中的海洋微生物完全可能發(fā)展了非鈉依賴的其它特性。

海洋微生物的種類關于海洋微生物的種類，目前還無法做出準確的判斷。只知道海洋中的微生物種類可能約為陸生微生物的20倍以上。其中的土著海洋微生物與外來微生物的比例同樣不清楚。開發(fā)海洋微生物資源