抗生素生物技术

出版时间：2009-6  出版社：王以光 化学工业出版社 (2009-06出版)  作者：王以光  页数：370  

前言

抗生素最初曾被命名为抗菌素，其含义是指由微生物产生的在低浓度时即呈现对其他微生物有拮抗作用的物质。1876年，特恩德尔（Tyndall）最早发现自然界微生物的拮抗作用。1929年，弗莱明（Fleming）偶然观察到在青霉菌生长的周围，金黄色葡萄球菌的生长能够被抑制的现象。1942年，弗洛瑞（Florey）和查恩（Chain）确定，这种抑制作用是源于青霉菌所产生的青霉素。这样，青霉素作为第一个抗生素，于第二次世界大战期间，在治疗人类感染性疾病中发挥了巨大的作用，从此开启了抗生素的黄金时代。20世纪50～60年代，数量众多的抗感染抗生素(如抗革兰阳性菌的红霉素、抗革兰阴性菌的链霉素、广谱的四环素、抗结核杆菌的利福霉素、抗真菌的灰黄霉素和在动物体内有效的抗病毒抗生素艾氏菌素等)或是以这些化合物为先导物进行结构改造的衍生物(如源自青霉素和头孢菌素的系列衍生物产品)相继问世。在此期间，又发现了一些具有抗肿瘤活性的抗生素如放线菌素、博莱霉素、丝裂霉素、紫红霉素、光神霉素等，表明微生物代谢产物并非仅限于对细菌的拮抗作用。20世纪60年代中期，日本学者梅泽滨夫提出，从微生物代谢产物筛选酶抑制剂，可以获得具有生理活性的物质。从此以后，由微生物产物中发现了许多具有多样生理活性的物质，包括免疫抑制剂、免疫增强剂、免疫调节剂，如环孢菌素A、雷帕霉素；具有生理功能的酶抑制剂，如有降血脂活性、作用于3羟基3甲基戊二酰辅酶A(HMGCoA)还原酶的抑制剂洛伐他汀，具有抗血栓活性的凝血酶抑制剂杆菌凝血酶抑素，治疗糖尿病、作用于醛糖还原酶的抑制剂萨弗利定；具有调节血压功能的内皮素受体拮抗剂葡穗菌星等物质。这样，随着微生物代谢产物功能多样性的开发和利用，“抗生素”的概念和内涵，又得到了更广的延伸与发展。20世纪80年代中期，汉斯·博曼等人首次从蚕蛹中分离出抗菌肽以来，科学家们又从青蛙、蜜蜂、猪和人等800多种动物中相继发现了由短链氨基酸组成的抗菌肽，从而开辟了产生抗生素的丰富新资源 。从这个意义上讲，将抗生素定义为“由微生物或生物体产生的、在低浓度下对其他微生物或肿瘤、病毒细胞呈现拮抗作用或在生物体内具有生理活性的物质”显得更为贴切一些。 值得注意的是，随着抗生素在临床上的长期广泛应用或滥用，出现致病菌抗药、耐药的情况日趋严重，致使许多原本有效的抗生素降低或失去作用。利用传统方法和常规手段进行筛选，不仅越来越多的菌种被重复分离，而且由于生物体生态平衡中产生抗生素的基因通过转化、转导、接合转移等过程，可以在种群内或种群间转移，所以尽管不断拓展抗生素产生菌的多样性，仍然导致同一种抗生素多次重复被发现。利用传统常规模式寻找新抗生素，难度将会越来越大。出路在于，一方面充分发掘利用丰富的天然微生物资源，建立多种生理活性物质筛选模型，另一方面，也是很重要的方面，就是运用现代生物技术，改造、研制新型抗生素，即在抗生素生物合成分子生物学基础上，采用基因重组技术，获得所需基因工程菌，经过发酵提取，直接产生新的抗生素。可以认为，运用现代生物技术开辟菌种新资源寻找新抗生素，潜力是巨大的，前景是美好的。 然而，目前既缺少传统方法常规手段筛选新抗生素的系统图书，更不见采用现代生物技术通过基因重组研发新抗生素的著作。这对当前仍占临床用药重要份额抗生素的持续发展，无疑是一种欠缺和遗憾。笔者作为国家培养的第一批抗生素专业人员，毕生从事抗生素研制的生物学工作。抗生素研究作为一门科学，随着生物学、生物化学、分子生物学、生物工程学、化学生物学、分析化学、药理学、毒理学的进展，其自身也日益形成一门独立的综合学科。由于系统介绍抗生素的相关出版物比较匮乏，致使从事这方面工作的人员，在抗生素理论与实践、深度与广度上受到了制约和影响。本书结合笔者自身近半个世纪学习、工作的经验与体会，综合收集借鉴了国内外专家、学者的学术观点及最新成果，利用工作之余编写了《抗生素生物技术》一书，以期对我国抗生素事业做出一点微薄的贡献。 本书的特点在于，坚持理论联系实际，由浅入深系统地从抗生素生物学、生物化学及分子生物学的不同层面，阐述抗生素生物合成的基本原理及特点，结合自身经历，详尽介绍了抗生素产生菌菌种选育、发酵、培养基设计、配方等基本要领，利用基因重组技术创制新抗生素的理论意义与实际成果。同时，为了加深理解，还在适当地方列举了一些具可操作性的实施范例。本书的特点还在于，它以抗生素生物合成为主线，对各类抗生素生物合成机制及组合生物合成的原理进行了系统剖析，并在此基础上，举例说明各类抗生素组合生物合成所采用的方法。考虑不同读者的情况，本书在抗生素产生菌分子生物学的基因操作、载体选择、基因转移系统、异源基因表达等方面，也进行了较详细的阐述，本书附录还备有链霉菌研究的常用技术方法，期望能对抗生素领域的青年科学工作者、教学人员以及生产人员有所帮助，并对从事微生物学、生物化学、分子生物学的相关人员有所裨益。 《抗生素生物技术》撰写过程中，笔者在长期工作积累的基础上认真借鉴了他人的论著，吸取了有益的营养，丰富了本书的内容。但是，由于抗生素涉及多学科，有关基础与应用方面的进展日新月异，加之笔者水平、时间、精力所限，本书内容出现不足和疏漏在所难免，恳切希望读者多加批评指正。本书从立项到出版过程，得到化学工业出版社的大力支持以及责任编辑的认真审阅与修改。本书写作过程中，笔者丈夫杨厚教授自始至终协助进行了文字方面的修饰与加工，武临专博士提供参考资料，李永海博士、王广林博士、赫卫清博士、戴文建博士、刘爱明硕士等在绘图方面给予大力的帮助。在此，谨对他们一并表示由衷的感谢。

内容概要

　　《抗生素生物技术》比较系统地介绍了抗生素的产生和生物技术在创制新型抗生素中的理论和方法。全书共分为七章，包括抗生素产生菌菌种、培养、保藏、选育、发酵、生理代谢、生物合成、代谢调节、组合生物合成和基因异源表达等内容。尤其比较深入地阐述了菌种选育和发酵培养基配方设计的理论和方法。以抗生素生物合成为主线，对各类抗生素生物合成机制、调节及组合生物合成的原理进行了系统的剖析。《抗生素生物技术》的撰写力求由浅入深、理论与实际结合，便于新入门年轻科学工作者的理解。《抗生素生物技术》尽量以图例对所述原理进行说明，并附有常用的技术方法。《抗生素生物技术》可供从事抗生素、微生物药物研究尤其是新药研究、教学、生产和管理等方面的工作人员借鉴参考，同时亦比较适合有关专业研究生、本科学生的教学参考书。

书籍目录

第一章 生素产生菌的菌种1 第一节 生素产生菌的主要分类1 一、放线菌1 二、真菌1 三、细菌2 四、动物或昆虫5 五、海洋微生物8 六、极端微生物18 第二节 生素产生菌的培养19 一、链霉菌的形态生活史19 二、链霉菌形态发育的分子生物学22 三、放线菌/链霉菌的营养要求24 四、放线菌在固体培养基上的培养特征24 五、固体培养基的设计与选择25 参考文献25 第二章 生素产生菌菌种优化的理论与方法26 第一节 然选育27 一、菌种自然选育的方法27 二、自然选育的操作过程28 第二节 变育种29 一、诱变因子的作用机理29 二、诱变因子的使用方法32 三、诱变育种的新技术34 四、特定目的的诱变育种——抗噬菌体菌株的诱变36 五、诱变育种的分子生物学基础——DNA损伤差错修复机制37 第三节 性化诱变育种38 一、途径工程育种39 二、抗生素生物合成限速阶段酶基因的操作43 三、调节基因的操作44 四、转座子的操作45 五、提高有效组分的理性化筛选46 六、核糖体工程育种48 七、抗性调节育种50 八、生理代谢调节变株53 第四节 种基因突变的分析与定位53 一、基因多态性分析53 二、DNA芯片54 参考文献54 第三章抗生素发酵工程55 第一节 生素发酵原理55 第二节 子培养过程57 一、菌种制备57 二、种子培养58 第三节 酵培养基的设计59 一、发酵培养基的组成要素59 二、 发酵培养基配方的设计及优化63 第四节 酵过程参数控制70 一、 发酵参数70 二、发酵参数的控制72 参考文献77 第四章抗生素产生菌的生理代谢78 第一节 源代谢78 一、葡萄糖分解代谢途径78 二、 碳源分解代谢的阻遏79 第二节 源代谢81 一、链霉菌中氮源的矿物质来源81 二、 链霉菌中肽及蛋白质的利用82 三、 链霉菌中的氨基酸通透酶82 四、 链霉菌氨基酸的合成与分解代谢83 五、氮源分解代谢的调控88 六、 链霉菌氨基酸合成的调控91 第三节 酸盐代谢93 一、链霉菌中磷酸盐调控的双组分PhoRPhoP系统93 二、 链霉菌中其他参与磷酸盐调控的基因93 第四节 苷酸代谢94 一、核苷酸的分解94 二、核苷酸的合成94 第五节 代谢96 一、 脂类的合成96 二、脂类的分解98 第六节 开关——一个新的基因调控元件99 参考文献100 第五章抗生素生物合成及其遗传学101 第一节抗生素构造单位的来源——生源102 一、 聚酮体103 二、异戊二烯类103 三、糖类和氨基糖104 四、氨基酸104 五、3氨基5羟基苯甲酸106 六、环多醇107 七、核苷类107 第二节 要类群抗生素的生物合成及分子生物学109 一、多肽类抗生素109 二、聚酮类抗生素133 三、聚酮与非核糖体多肽复合型合酶共同介导合成的抗生素183 四、寡糖类抗生素及糖基化酶在抗生素生物合成中的作用189 五、氨基糖苷类抗生素197 六、核苷类抗生素212 七、氨基香豆素类抗生素217 八、异戊二烯类抗生素223 九、林可霉素类抗生素226 参考文献228 第六章 生素产生菌次级代谢调控及其分子机制229 第一节 生素生物合成全局性调控230 一、生长速率及多磷酸化核苷酸ppGpp的调控230 二、sigma因子231 三、营养代谢的调节232 四、反馈调节235 五、诱导调节236 六、腺苷甲硫氨酸（SAM）的调节241 七、细胞通透性的调节242 八、金属离子的调节242 九、热休克反应242 十、抗生素生物合成全局性调控基因242 第二节 生素生物合成的多效性调控247 一、链霉菌形态发育分化和抗生素生物合成的多效性调控247 二、多种途径抗生素生物合成的多效性调控247 第三节 生素生物合成途径特异性调控247 一、抗生素生物合成途径特异性调控蛋白247 二、各类抗生素生物合成途径的特异性调控249 第四节 霉菌次级代谢基因转录调控253 一、链霉菌基因转录的特点253 二、链霉菌启动子域的特点257 第五节 节基因的研究方法261 一、小分子诱导物的分离鉴定261 二、启动子区及活性分析261 三、基因表达的时空性262 四、基因转录的起始位点263 五、调节蛋白与DNA的相互作用263 参考文献264 第七章抗生素生物合成基因组合创制 新抗生素或其先导化合物265 第一节 合生物合成的分类267 一、突变组合生物合成267 二、前体导向生物合成276 三、基因组合生物合成281 第二节 因组合生物合成的原理及其应用283 一、聚酮合酶（PKS）Ⅰ型283 二、聚酮合酶(PKS)Ⅱ型300 三、聚酮合酶(PKS)Ⅲ型307 四、非核糖体肽合酶309 五、后修饰酶在组合生物合成中的应用315 第三节 源基因表达组合生物合成336 一、宏基因组在组合生物合成中的应用337 二、异源基因表达宿主系统342 三、异源基因表达载体系统344 四、抗生素生物合成基因簇的异源基因表达346 五、异源基因表达的组合生物合成349 六、组合生物合成研究存在的问题及展望360 参考文献361 附录362 一、放线菌培养常用培养基362 二、 几种培养基常用有机氮源的成分 分析364 三、链霉菌菌种研究常用技术与方法368

章节摘录

插图：抗生素生物技术中与PKSI型基因簇位置很近。在许多抗生素生物合成基因簇中均有氧化还原酶基因的存在。绿色代表核糖体$12，褐红色代表rRNA，蓝色代表与链霉素特异性结合的位点，42和87位赖氨酸；链霉素以浅蓝色代表，分子中的氧原子以红色代表当核糖体S12发生突变时，赖氨酸发生变化（橙色代表），整个$12蛋白构型发生变化，链霉素不再能与之结合（绿色代表链霉素）图2-5  链霉素与核糖体结合示意图。七、抗性调节育种1.通过调控产生菌对所产抗生素的自身抗性提高抗生素产量抗生素是微生物次级代谢产物，它们不是微生物生长繁殖所必需的产物，而是在一定的生理条件下产生的，并且往往呈现为某些种属或者单个菌种的特征产物。抗生素是具有生物活性的微生物次级代谢产物，所以它亦能抑制甚至杀死其产生菌。为了生存需要，菌种通常能够形成对自身所产抗生素的不同的抗性机制。因此，抗生素的生物合成首先受抗性机制的调节，产生菌必须对其自身产生的抗生素具有抗性。如果次级代谢产物对产生菌有活性，产生菌必须将其钝化或失活或将其有效地排出胞外。抗生素产生菌基因组结构表明，绝大多数抗生素生物合成基因通常是位于染色体，只有极少数是位于质粒上。抗性基因和调节基因常常是与生物合成基因连锁的事实，表明次级代谢在微生物进化中已经形成比较完善的体系，并且对微生物的存在有重要意义。由于抗生素生物合成与其作用的靶点通常是无关的，有些抗生素是初级代谢产物的储存，如聚酮体化合物是乙酰辅酶A的多聚化形式；有些抗生素可以是细胞壁物质的组成部分，如链霉素是产生菌S·griseus细胞壁质的成分；有些抗生素是金属离子的螯合剂；许多抗生素调节细胞分化，促进产生菌气生菌丝的形成。尽管大多数抗生素是在产生菌生长（trophophase）后期即合成期（idiophase）才开始形成，但有时抗生素产生菌的生长期与合成期是重叠的。因此，产生菌必须具有对自身产生的抗生素的抗性，而抗性机制是与其作用靶点相关的。如作用于蛋白质合成的抗生素，其抗性机制往往与核糖体的修饰相关，或者改变其作用靶位；有些抗生素的抗性与其生物合成过程相关，属于生物合成的一个部分，如使所产生的抗生素活性基团钝化以对产生菌不产生抑制作用，只有在将终产物排出胞外时才脱修饰成为抗生素原型；有些抗生素的抗性是来源于激活其产生菌细胞膜通透性，以促进其胞外的排出。表2-4列举一些抗生素产生菌由钝化酶产生的抗性。

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《抗生素生物技术》由化学工业出版社出版。

用户评论 (总计2条)

•   正版书籍质量就是不一样，很好。虽然包装很单薄，但是书很完整一点也没折角，好。
•   书挺好的，内容很实用，价格也合理