微生物来源药物制备工艺研究中质量控制要素探讨—发酵工艺的过程控制

微生物来源药物制备工艺研究中质量控制要素探讨—发酵工艺的过程控制

付燕

付燕（黑龙江金九药业股份有限公司158306）

【中图分类号】R197.39【文献标识码】B【文章编号】1672-5085（2012）8-0405-02

【摘要】本论文介绍了发酵工艺的工程控制，科学可行的过程控制措施是此类药物研发的重要内容之一。因为微生物发酵过程的工艺参数对于终产品的杂质、组份乃至主成分结构等质量特征以及产品收率具有明显影响。文章首先介绍了培养基，培养基的作用，重要性即选择的原理和方法。此后介绍控制发酵过程的物理参数、化学参数和生物参数，最后介绍如何对发酵终点进行判断。

【关键词】药物制备质量控制

微生物发酵即是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。微生物发酵生产水平主要取决于菌种本身的遗传特性和培养条件。发酵工程的应用范围有：⑴医药工业，⑵食品工业，⑶能源工业，⑷化学工业，⑸农业：改造植物基因；生物固氮；工程杀虫菌生物农药；微生物饲料，⑹环境保护等方面。

根据Ernst＆Young的统计资料显示，2001年的全球制药产业的市场为3千920亿美元，2002年则达到4千180亿美元，而将发酵技术运用于医药用途的市场商机也备受瞩目，估计约可以达到470亿美元(包含生技药品)。根据统计，目前全球有25%的抗癌药物来自微生物及植物，而另有25%的抗癌药物源自微生物及植物来源的合成衍生物，也就是说目前全球使用的抗癌药物中，有50%是直或间接来自微生物，由此可知微生物发酵产品在全球制药产业中确实扮演着举足轻重的角色。默克(Merck)药厂所生产的知名降低胆固醇药品Zocor便是由微生物发酵产物纯化而来的，Zocor的主要活性成分Simvatstain就是由一种降胆固醇药物合成而来，而该项成分便是利用微生物发酵取得。另外，包括在全球β-lactamase抑制剂市场中销售成绩首屈一指、2000年全球销售额将近18亿美元的Augmentin；知名减肥药Xenical(让你酷)等的主要活性成份都是以微生物发酵得到的产品。90年代，基因治疗的研究风行全球，制药界利用微生物发酵生产各种治疗级蛋白质、单株抗体。根据估算，2000年全球运用发酵工艺生产的产品，包括大宗发酵产品（如氨基酸、酵素等）的年销售值约90～100亿美金，而以发酵工艺生产的特用化学品，如医药中间体及医药活性成份等，其销售额约为300亿美元。生技医药品(指蛋白质药物及疫苗等)的产值约为150亿美元的规模，因此推估全球总体发酵工业延伸的产值约为550亿美元。

与化学合成方法相比，微生物发酵制备工艺有其不同特点，原本在反应釜中进行的化学反应成为在菌体内通过菌体的初级或次级代谢等生命过程完成，也就是说，微生物发酵过程是生物细胞按照生命固有的遗传信息，在所处的营养和培养条件下，进行的复杂而细微的各种动态生化反应集合，对这些代谢过程难以如同调控化学反应一样实施精细、准确的监控，只能在研究菌体的发育、生长和代谢等生命过程，以及各种生物、理化和工程环境因素对这些过程影响的基础上，通过对菌种、发酵条件和工艺过程的控制来把握产品质量，与直接调控化学反应相比，这种“间接”的过程控制方式在把握药品质量方面具有相对较大的风险和难度。微生物发酵过程的工艺参数对于终产品的杂质、组份乃至主成分结构等质量特征以及产品收率具有明显影响，因此，科学可行的过程控制措施是此类药物研发的重要内容之一。

微生物发酵是在一定条件下进行的，由于发酵过程的复杂性，实现药品质量的过程控制较化学合成反应的复杂程度要大，特别是控制抗生素等次级代谢产物的发酵就更为困难，因为微生物细胞在发酵过程中要进行上百个酶反应，并受到各式各样的调控机制的影响，它们之间还会相互制约，如果某个反应受阻，有可能影响整个代谢的变化，因此，有时外界因素的微小变化即对目标物的生成产生显著影响，因此，研究菌体的培养规律、探讨生产菌对环境条件的要求和代谢变化的规律十分必要，通过调控与发酵条件和微生物细胞代谢变化有关的各项参数，来有效控制发酵过程，使生产菌的代谢变化按照人们需要的方向进行，达到预期目的。培养基的优化以及发酵工艺的过程控制对于保证产品质量十分重要，通常调控的与微生物发酵有关的参数可分为物理、化学和生物三类，另外，还要通过代谢曲线、对次级代谢进行调控以及发酵终点的判断等过程控制措施共同把握产品质量。

在生物合成工艺的各环节中，孢子制备是发酵工序的开端，将保藏的休眠状态的孢子通过严格的无菌操作接种到固体培养基上，在一定温度下培养后，进入种子制备工序，是制备工艺的重要环节；使孢子发芽繁殖以获得足够数量的菌丝以便接种到发酵罐是种子制备阶段的核心任务，需要在一定的空气流量、罐温、罐压等条件下培养，并定时取样通过无菌试验、菌丝形态观察和生化分析来确保种子质量；发酵工序是制备工艺的关键阶段，其主要目的是促使微生物分泌大量目标物，种子的接种量、通气量、罐温、罐压、搅拌速度等因素均是重要的工艺参数，发酵过程中还要定时取样分析和无菌试验，观察代谢情况、目标物含量以及有无杂菌污染，并根据检测情况，通过调节pH、消沫以及补充碳源、氮源和前体等措施促进目标物的生成。

参考文献

[1]毕殿洲.药剂学，第4版.北京:人民卫生出版社，1999，155;324-325.

[2]孙忠实，史亦丽，孙小芳主编.国家新药物制剂总览北京：化学工业出版社，2002，756.