螺旋霉素的生产与研究探讨

摘要螺旋霉素是由生二素链霉菌所产生的多组分大环内酯类抗生素,综述了螺旋霉素的理化性质和生产工艺,并对螺旋霉素的研究进展进行了展望。

关键词抗生素;螺旋霉素;生产工艺;研究进展

1928年秋,弗拉明发现在葡萄球菌的培养皿中落入了一个丝状真菌,而在其周围出现了一个透明的抑菌圈。他将其分离出来,命名为点青霉。而后弗罗里和查因等成功地从点青霉培养液中制得青霉素结晶,并证实了它的临床效果,世界上有真正临床价值的抗生素得以诞生。

1抗生素的发展历程

抗生素是能在低微浓度下有选择地抑制或影响其他生物功能的有机物质,具有高效的临床价值。20世纪60—70年代是抗生素发展的第2个高潮,这时期以生物合成和半化学合成的方法研制了一系列药代动力学更佳、疗效更高的抗生素衍生物,特别是具有高效、低毒、广谱、抗耐药菌等特点的半合成青霉素和半合成头孢菌素。80年代以来,抗生素的研究按作用机制研究设计的理性筛选方法来取代过去随机的筛选方法,以寻找各种适应症更专一、作用力更强的新抗生素,研究成功了各种酶抑制剂的模型、肿瘤细胞分化逆转模型、耐药模型、超敏感菌模型、噬菌体模型,及化学筛选法、生化代谢模型和促进剂、增强剂筛选方法等。90年代从上市新抗生素来看,仍以β-内酰胺类抗生素发展为主[1]。

2抗生素的应用

目前,临床上日常应用量最大的药物是抗感染类药物,其中最主要的就是抗生素[2]。它用于治疗原微生物,如病毒、细菌、原虫和较高级的寄生虫所引起的疾病以及癌症治疗等。此外,抗生素还大量应用于畜牧业和植物病害的防治;鱼、虾、肉等时鲜食物运输中的防腐以及发电机、电动机等电器设备、布匹等工业品的防腐,所以抗生素在国民经济上的作用是非常重要的。

3螺旋霉素

螺旋霉素(spiramycin)是由生二素链霉菌(S.ambofac-iens)所产生的多组分大环内酯类抗生素。由于其抗菌作用低于红霉素,故一直未引起重视。近年来研究发现,其体内抗菌作用较强,组织内浓度较高,具较强抗生素后续作用(PAE),而不良反应低于红霉素,可用以治疗一些新发现的感染,于是重新引起了重视。国产螺旋霉素的产生菌是由中国医学科学院医药生物技术研究所于1974年从甘肃水福县土壤中分离得到的链霉菌L799,它产生的抗生素与国外报道的螺旋霉素相同。

4理化性质

螺旋霉素是多组分的抗生素,其主要成分包括螺旋霉素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。其发酵液中组分Ⅰ含量最高,为60%;其次是组分Ⅱ含量,为24%;最后是组分Ⅲ含量,为13%。各组分活性相近。螺旋霉素是3种组分的复合物,复合物为奶油色、味苦的无定形碱性抗生素[3]。可溶于氯仿、醇类、己烷、苯、酮、醋酸酯,微溶于水。其硫酸盐溶于水和低级醇。熔点:组分Ⅰ为134~137 ℃;组分Ⅱ为130~133 ℃;组分Ⅲ为128~131 ℃。比旋度[α]D20(C=Ⅰ,甲醇):组分Ⅰ为-96°;组分Ⅱ为-86°;组分Ⅲ为-85°。在231~232 μm处有紫外吸收峰,本身带有发色基团。遇浓硫酸或盐酸呈紫色反应。麦芽酚反应、茚三酮反应、坂口反应、双缩反应、斐林反应均为阴性。

5生产工艺

5.1菌种

螺旋霉素的产生菌是生二素链霉菌(S.azmbo-faeiensis),在合成培养基上气生菌丝生长快,白转灰色,基内菌丝为微黄色至微灰色,可溶色素淡黄褐色。孢子丝长,螺旋霉素形,松紧不一,孢子卵圆至球形。国产链霉菌新品种L799,其孢子长方形,孢子表面有疣状凸起并带有粗短小刺。在大多数培养基上产生菌丝淡紫灰,基内菌丝呈葡萄紫。其孢子形成慢且不易保藏,因此要选择适宜的保藏方法和条件,以保证孢子的存活率。

5.2发酵

采用二级发酵。发酵培养基成分为淀粉、鱼粉、玉米浆、碳酸钙、硝酸铵、氯化钠、硫酸镁、磷酸二氢钾等。发酵条件研究发现:不同碳源中以淀粉最好,糊精次之,最差是蔗糖和乳糖;不同氢源中以鱼粉最好,辅加氢源中以硝酸铁最好。根据螺旋霉素产生菌的代谢情况,在发酵96 h或120 h,以1∶0.5比例补加营养物质提高发酵单位。

5.3提炼

利用游离碱或盐在不同的pH值下能溶在不同溶剂中的特性,以醋酸丁酯和酸性水溶液进行萃取,最后转入水相,调pH值至碱性,析出螺旋霉素游离碱,经洗涤干燥后即得成品。在缺少高速离心机的生产单位可采用薄膜浓缩法进行提取,此法可减少有机溶媒的用量及损耗。在提炼过程中严格控制pH值是很关键的,pH值过高或过低均能形成螺旋霉素的降解产物,导致抗菌活性的下降。在结晶前必须将水溶液残留去除尽,以免结晶时发生结胶的现象。结晶的后一阶段保温是必需的,因为螺旋霉素在水中的溶解度随温度的升高而降低,有利于提高结晶收率。

6研究进展

至目前为止,螺旋霉素的生产技术还不够成熟,科学家们对螺旋霉素的研究一直没有停止,从菌种到发酵工艺都有了改进[4]。比如通过对螺旋霉素突变菌株的筛选可以明显提高诱变株的效价,前体物质以及NH4+捕捉剂FH12在螺旋霉素中有了很好的应用。在抗生素生产技术方面,国内进行了多方面的研究和改进,达到了一定的水平。如在菌种选育方面,利用各种强烈因素与自然选育相结合的方法,选出了青霉素、链酶素、土霉素、红霉素等抗生素的优良菌株,由金霉素生产菌种的基因重组和灰黄霉素生产菌种的杂交育种等所得的新菌株产量比原来有一定提高,对发酵过程中各项参数的自动测定、自动记录及自动控制所做的研究有些已用于工业生产。由于提炼工艺的不断改进,大部分抗生素产品的质量在纯度、效价、毒性等方面都有了很大改进。

7参考文献

[1] 王欣荣.螺旋霉素发酵工艺的研究[J].中国抗生素杂志,2002(12):145-148.

[2] 金志华.螺旋霉素高产菌种的推理选育[J].中国抗生素杂志,1998(2):133.

[3] 汪国庆.应对螺旋霉素重新认识[J].中国药学杂志,1995(5):84-88.

[4] 陈长华.螺旋霉素发酵培养基的改进[J].生物工程学报,1991(11):295.