农用抗生素抗生素的定义抗生素是微生物在代谢过程中产生的,在低浓度下就能抑制它种微生物的生长和活动,甚至杀死它种微生物的化学物质(狭义)。 e.g.青霉素,链霉素。
广义--两点补充
(1)来源方面,不仅限于微生物,也包括高等动植物产生的代谢物,甚至包括用化学方法合成或半合成的化合物。
(2)性能方面,不仅抗细菌的物质,某些抗肿瘤,抗原虫,抗病毒,抗真菌,抗藻类,抗寄生虫以及杀虫除虫等的物质也都包括在抗生素这个范畴内。
抗生素以前被称为抗菌素,是在研究微生物拮抗作用(一类微生物抑制或杀死它类微生物的现象)中发现的。
随着科技的发展及广泛地应用,其应用面不断拓宽,不仅对细菌、真菌等“菌”类致病微生物具有抑制和杀灭作用,而且对螺旋体、支原体、衣原体等其他致病微生物及恶性肿瘤也有良好的抑制和杀灭作用,故将抗菌素改称为抗生素。
抗生素的发现
1929年英国细菌学家弗莱明在培养皿中培养细菌时,发现从空气中偶然落在培养基上的青霉菌长出的菌落周围没有细菌生长。他认为是青霉菌产生了某种化学物质,分泌到培养基里抑制了细菌的生长。这种化学物质便是最先发现的抗生素——青霉素。
第二次世界大战期间,他和另外两位科学家经过艰苦难努力,终于把青霉素提取出来制成了治疗细菌感染的特效药品。因为在战争期间,防止战伤感染的药品是十分重要的战略物资,所以,美国把青霉素的研制放在同研制原子弹同等重要的地位。
青霉素的发现及其神奇的疗效,引起了其它抗生素的研究风潮。
迄目前为止,已发现的抗生素种类已达几千种之多,依据美国疾病管制局的档案资料显示,目前临床使用的抗生素就有150多种。
农用抗生素定义:
微生物生命活动过程中产生的对微生物、昆虫、螨类、线虫、寄生虫、植物等其它生物能在很低浓度下显示特异药理作用的天然有机化合物。
农用抗生素特点
①种类多,结构复杂;
②活性高、用量小、选择性好;
③易被生物或自然因素所分解,不在环境中积累或残留
④生产原料为淀粉、糖类等农产品,属于再生性能源。
⑤采用发酵工程生产,同一套设备只要改变菌种即可生产不同的抗生素,生产菌大多是土壤中的放线菌,也有真菌和细菌。
抗生素的作用性能
①选择性作用
一种抗生素只对一定种类的微生物有作用,即抗菌谱。青霉素一般只对革兰氏阳性菌有作用,多粘菌素只对革兰氏阴性菌有作用,它们的抗菌谱较窄;氯霉素、四环素等对多种细菌及某些病毒都有抑制作用,称为广谱抗生素。
②选择性毒力 抗生素对人和动物的毒力远小于对病菌的毒力,称为选择性毒力。通常抗生素可在极低浓度下有选择地抑制或杀死微生物。选择性毒力是化学治疗的基础。
③耐药性 细菌在抗生素的作用下,大批敏感菌被抑制或杀死,但也有少数菌株会调整或改变代谢途径,变成不敏感菌,产生耐药性。
抗生素的分类
(1)按来源分类(微生物学家)
1.细菌:如枯草菌素、多粘菌素、杆菌肽
2.真菌:如青霉素、头孢霉素、灰黄霉素
3.放线菌:如链霉素、四环素、卡那霉素、土霉
素、井冈霉素、阿维菌素及春雷霉素等
4.动植物:如、鱼素、大蒜素、长春花碱等
(2)按作用分类(医生、农学家)
1,杀菌剂:链霉素、如井冈霉素、多抗霉素、灭瘟素
2,杀虫剂:如杀蝶素、Avermectin
3,杀草剂:如杀草素、除草霉素
4,饲料添加剂:如土霉素、莫能菌素
5,食品保藏和防腐剂:如金霉素
6,调节植物生长:如赤霉素
1,β-内酰胺类:青霉素、头孢霉素、青霉素类和头孢菌素类的分子结构中含有β-内酰胺环。近年来又有较大发展,如硫酶素类(thienamycins)、单内酰环类(monobactams),β-内酰酶抑制剂(β-lactamadeinhibitors)、甲氧青霉素(methoxypeniciuins)等。
(3)按化学结构分类(化学家)
青霉素分子中含有由β-内酰氨和四氢噻唑环所组成的母核青霉素的抗菌效力与起分子中的β-内酰胺环有关。抗菌机理是干扰了细菌了细胞壁的形成。
2,氨基糖苷类:
包括链霉素、井冈霉素、庆大霉素、卡那霉素、新霉素、核糖霉素、小诺霉素等。
分子结构有链酶胍和链酶二糖胺两部分组成,主要是抑制革兰氏阴性细菌。
3,四环类:
包括四环素、土霉素、金霉素及强力霉素等
四环素族的化学结构具有共同的骨架,四环素是这一族最基本的化合物。为酸碱两性化合物,黄色,水溶液稳定。四环素的生物功能相似,有较广的抗菌谱。对格兰氏阳性和阴性菌都有效。
4,大环内酯类:
常用的有红霉素、杀螨素、泰乐菌素阿维菌素、制霉菌素等。
5,多肽类:
多粘菌素、杆菌肽、放线菌素、硫肽菌素等。
由细菌产生的含有环状多肽链
6,多醚类:莫能菌素,盐霉素
分子结构的一端都带有一个游离的羧基、C-甲基、C-乙基一系列含氧的官能团(醚基、羧基、羟基、羰基)
7,核苷类:灭瘟素S、多氧霉素、庆丰霉素
以一个杂环的核碱基为配基,已糖苷键与糖部分相结合而构成。
多氧霉素抗生素的作用机理
1、阻碍核酸的合成
这类抗生素主要是通过抑制 DNA 或 RNA 的合成而抑制微生物细胞的正常生长繁殖。
如丝裂霉素通过与核酸上的碱基结合,形成交叉连结的复合体以阻碍双链DNA的解链,影响 DNA 的复制。
博莱霉素可切断 DNA 的核苷酸链,降低 DNA 分子量,干扰 DNA 的复制。
利福霉素能与 RNA 合成酶结合,抑制 RNA 合成酶反应的起始过程。
放线菌素D能阻止依赖于DNA的RNA合成。
2、干扰蛋白质合成能干扰蛋白质合成的抗生素种类较多,它们都能通过抑制蛋白质生物合成来抑制微生物的生长,而并非杀死微生物。
不同的抗生素抑制蛋白质合成的机制不同,有的作用于核糖体30S 亚基,有的则作用于50S 亚基,以抑制其活性。
吲哚霉素是色氨酸的类似物抑制氨基酸的活化;
氨基环醇类抗生素抑制蛋白质合成的起始;
四环素封闭小亚基的氨酰位点抑制肽链的延伸;
嘌呤霉素使翻译提前终止。
抗生素抑制蛋白质合成的几个主要环节
①抑制氨酰-tRNA的形成
②抑制蛋白质合成的起始
③抑制肽链的延长
四环素族 封闭30S亚基上的A部位(氨酰基部位)使氨酰-tRNA的反密码子不再能在A部位 与mRNA结合,阻断了肽链的延长
④抑制蛋白质合成的终止 嘌呤霉素
3、影响细胞膜的功能某些抗生素,可引起细胞膜损伤,导致细胞物质泄漏。
多粘菌素分子内含有极性基团和非极性部分,极性基团与膜中磷脂起作用,而非极性部分则插入膜的疏水区,在静电引力作用下,膜结构解体,菌体内的重要成分如氨基酸、核苷酸和钾离子等漏出,造成细菌细胞死亡。
作用于真菌细胞膜的大部分是多烯类抗生素,如制霉菌素、两性霉素等。它们主要与膜中的固醇类结合,从而破坏膜的结构引起细胞内物质泄漏,表现出抗真菌作用。
4、抑制细胞壁的合成
有些抗生素如青霉素、杆菌肽、环丝氨酸等能抑制细胞壁肽聚糖的合成。
细胞壁肽聚糖的N-乙酰胞壁酸上的短肽链带有四个氨基酸的一条四肽链。而青霉素的内酰胺环结构与 D-丙氨酸末端结构很相似,从而能够占据 D-丙氨酸的位置与转肽酶结合,并将酶灭活,肽链彼此之间无法连接,因而抑制了细胞壁的合成。
多氧霉素( Polyoxin) 是一种效果很好的杀真菌剂,其作用是阻碍细胞壁中几丁质的合成,因此对细胞壁主要由纤维素组成的藻类就没有什么作用。
5、干扰细菌的能量代谢如抗霉素A、寡霉素等,是氧化磷酸化的抑制剂。
生物学特性选择作用:抗菌谱—某一抗生素所能抑制或杀灭微生物的范围及其所需的剂量(最低抑制浓度MIC)
抗菌活性:低浓度,抑菌、杀菌抗菌机理:
干扰细胞壁的合成 青霉素-细菌,多氧霉素-真菌
损伤原生质膜 多粘菌素、制霉菌素、曲古霉素影响蛋白质合成 链霉素、春雷霉素、氯霉素阻碍核酸的合成 利福平、灰黄霉素、自力霉素抗生素的毒性:对动物、植物使用抗生素可能引起的问题耐药性
灭活酶的产生
改变原生质膜的透性
改变抗生素作用部位的结构
天然生物制约关系的破坏
微生态平衡毒性和残留问题细菌对抗生素耐药性的生物化学机理
1、耐药菌产生导致抗生素失效的酶
β-内酰胺环的破裂导致β-内酰胺类抗菌素的失效;乙酰化导致氯霉素的失效;磷酸化,腺苷酰化或N-乙酰化导致氨基环醇类抗生素的失效。

2、耐药菌改变对抗生素敏感的部位
3、耐药菌降低细胞透过抗生素的能力
合成一种通透障碍物;由于基因突变而影响通透系统的某一部分,使转运功能丧失;产生转运抗生素的拮抗系统。
4、耐药性的遗传结构和传播
染色体、质粒农用抗生素是在20世纪40年代医用抗生素发展的基础上研究开发的。最初,将某些医用抗生素如链霉素、土霉素、灰黄霉素等用于防治农作物病害,取得了一定的效果。同时也筛选出一些农业专用的抗生素如放线酮、抗霉素和一些多烯类抗生素。
我国农用抗生素历史和现状
1959:灭瘟素
1964:春雷霉素
1967:多抗霉素
1970:国务院发出《要积极推广微生物农药》的重要指示
1973:上海市农药研究所筛选出井冈霉素
1983:常州召开生物防治座谈会。
“六五”攻关(1983):农抗120、公主岭霉素、盐霉素3个品种
,七五”、“八五”,阿维菌素、浏阳霉素、华光霉素、莫能霉素4个品种,阿维制剂年产量达到7-8千吨,并大量出口;
,九五”,中生菌素、武夷菌素、宁南霉素、双丙氨磷、安普霉素5个品种,它们都形成了年产制剂量2-6百吨的规模。
目前研发品种:
南昌霉素、杀枯肽、磷氮霉素、波拉霉素、农抗216、之江菌素、维吉尼亚霉素、黄霉素等。
机构:研发单位20多个,人员400多人。
重点:
1、利用中国的丰富微生物资源筛选新化合物,研究其结构或采用一些新的化学修饰方法改造结构,创制新农药。
2、提高新、老品种的发酵水平
3、新剂型研制、复配、混配等抗生素研究与生产的现状投入较少、少半成品多企业参与、竞争力差规模小、工艺落后、成本较高抗生素在农业上的应用
1.杀虫、杀螨抗霉素A、杀蝶素、杀螨素、日光霉素、密尔比菌素、南昌霉素、阿维菌素、杀蚜素、浏阳霉素、华光霉素、韶光霉素
2.杀菌灭瘟素、春雷霉素、多抗霉素、庆丰霉素、井冈霉素、公主岭霉素、农抗120、中生菌素、宁南霉素、武夷菌素、多效霉素、庆丰霉素、内疗素、杀枯肽、放线菌酮、灭粉霉素、灭孢素
3.除草:双丙胺膦和草丁膦
4.防治家畜、家禽疾病、作为饲料添加剂:越霉素、潮霉素、莫能菌素、盐霉素、南昌霉素、海南霉素
5.食品防腐
金霉素、土霉素
抗生素作为饲料添加剂应用于饲料可以低剂量作为生长促进剂,促进动物生长,提高生产性能,改进饲料利用效率;以较高剂量作为动物保健剂,预防和治疗动物疾病,提高幼畜成活率。
作用机理是对病原微生物和寄生虫的生长有抑制或杀灭作用。
在全面禁用饲用抗生素添加剂之前:
1、谨慎使用抗生素,限制使用对象、使用剂量、作用期限等;2、严格规定和控制使用期及停药期;3、不能同时使用有抗拮作用的两种或两种以上的饲用抗生素;4、轮换用药;5、配合用药;6、慎用降低动物免疫力的药物;7、替代物的使用。
农用抗生素的筛选与发酵抗生素的来源
具有天然结构的抗生素有6500种以上,其中5000种是由微生物产生的:
细菌(占13%),真菌(占23%),放线菌(占64%)
现在人们已不仅仅局限于从土壤中寻找抗生素,已开始从高等植物中提取,或从地衣、藻类各种海洋生物中寻找新的抗生素。
抗生素筛选的过程管碟法是国内外常用的抗生素微生物检定法,利用管碟法测定抗生素效价,具有准确、直观、重复性好等优点,因而被广泛采用。
抗生素的活性测定
1.加注培养基
2.加注培养基菌层
3.放置小钢管
4.滴加抗生素溶液
5.双碟中菌株的培养
6.抑菌圈测量