知识目标
掌握抗生素的主要来源、应用和生产方法；
掌握青霉素的性质、应用及生产方法；
了解基因重组技术在抗生素生产中的应用。
能力目标
具备从事抗生素药物的生产及抗生素相关行业工作的能力；
培养学生的自学能力、分析解决问题能力、报告撰写能力、汇报交流能力；
培养学生的团结协作精神。
抗生素是由生物包括微生物、植物、动物在其生命过程中所产生的一类在低微浓度下能选择性地抑制他种生物生长的物质及其衍生物（也有人认为，抗生素是微生物产生的，其来源不包括动植物）。抗生素分为天然品和人工合成品，前者由生物产生，后者是对天然抗生素进行结构改造获得的半合成产品。
1928年Fleming在培养葡萄球菌的双碟上发现了青霉菌的杀菌现象。1940年英国的Florey和Chain首次成功地提纯青霉素，并证明它毒性小，对许多疾病具有卓越的疗效。20世纪70年代，抗生素品种飞跃发展，到目前为止，几乎找到了5000多种不同的抗生素，而且每年都有新品种发现和出产，产量也完全能够满足各种需要。这种当年贵似黄金的“神药”逐渐变为一般的普通药物。
1953年5月，中国第一批国产青霉素诞生，揭开了中国生产抗生素的历史。此后，我国抗生素事业取得了蓬勃的发展。目前，国外已发现的主要医用农用抗生素我国基本都具备，并研制出了一些国外没有的抗生素，如创新霉素。许多传染病不是已经消灭就是已基本控制，抗生素在保障和增进人民健康方面发挥了不平常的作用。
14.1抗生素的分类
14.1.1按来源分类
抗生素主要来源于微生物，其次植物，动物最少。微生物中以放线菌产生的抗生素最多，真菌其次，细菌又次之。
在所有的已知抗生素中，由放线菌所产生的抗生素占到了一半以上，其中又以链霉菌属所产生的抗生素为最多，诺卡菌属小单孢菌属次之。真菌产生的抗生素主要包括青霉菌属产生的青霉素和头孢菌属产生的头孢菌素。细菌产生抗生素的主要来源是多黏杆菌、枯草杆菌、芽孢杆菌等，这类抗生素大多是肽类结构，如短杆菌肽等。
高等植物产生的抗生素有黄连素（小檗碱）、大蒜素等。动物产生的抗生素有鱼素和海星皂苷等。
14.1.2按作用对象分类
按作用对象分为抗革兰氏阳性菌抗生素（如青霉素和头孢菌素）、抗革兰氏阴性菌抗生素（如链霉菌）、广谱抗生素（如四环类抗菌素和氯霉素）、抗真菌抗生素（如制霉菌素）、抗病毒抗生素（如植物抗生素板蓝根）、抗原虫抗生素（如灭滴虫素）、抗癌抗生素（如阿霉素）。
【知识拓展】
抗菌谱
每一种抗生素都有一定的抗菌范围，称为抗菌谱。只作用于革兰氏阳性或阴性细菌的抗生素称窄谱抗生素；对革兰氏阳性和阴性都有作用的抗生素称广谱抗生素。有的广谱抗生素对衣原体、肺炎菌质体、立克次氏体及某些原虫也有抑制作用。
14.1.3按化学结构分类
抗生素按其化学结构可分为六类。
14.1.3.1β‐内酰胺类抗生素
β‐内酰胺类抗生素含有四元内酰胺环，并且通过其中的氮原子与相邻的碳原子形成另一个杂环，它们的抗菌机制在于干扰革兰氏阳性细菌细胞壁的一种重要组分———多糖肽的合成，而这类组分在哺乳类动物的细胞中并不存在。在β‐内酰胺类中，青霉素和头孢菌素都是疗效高、毒性低的抗生素。
14.1.3.2氨基糖苷类抗生素
氨基糖苷类抗生素分子中含有氨基糖苷结构，都是以氨基环醇与氨基糖缩合而成的苷（或称甙），多显碱性，临床上常用的链霉素、卡那霉素和庆大霉素等均属这类抗生素。它们的抑菌机制是抑制致病菌蛋白质的合成。
【知识拓展】
肺结核与链霉素
在历史上，结核病曾是一种极为可怕的疾病。18世纪末期的时候，英国首都伦敦城每10万人中就有700人死于这种病；19世纪中叶的时候，欧洲四分之一的人口死于结核病。
直到40年前，肺结核仍像今天的癌症一样令人生畏。
1944年，塞尔曼·亚伯拉罕·瓦克斯曼发明了链霉素，开创了结核病治疗的新纪元。
从此，结核杆菌肆虐人类生命几千年的历史得到了遏制。
1952年12月，瓦克斯曼因其发现链霉素，获得了瑞典皇家卡罗林外科医学研究院颁发的国际最高荣誉奖———诺贝尔生理学或医学奖。
链霉素属于氨基糖苷碱性化合物，它与结核杆菌菌体核糖核酸蛋白体蛋白质结合，起到了干扰结核杆菌蛋白质合成的作用，从而杀灭或者抑制结核杆菌生长的作用。由于链霉素肌肉注射的疼痛反应比较小，适宜临床使用，只要应用对象选择得当，剂量又比较合适，大部分病人可以长期注射（一般2个月左右）。所以，应用数十年来它仍是抗结核治疗中的主要用药。
14.1.3.3大环内酯类抗生素
大环内酯类抗生素以一个大环内酯为母体，通过羟基，以苷键和1~3个分子的糖相连接的一类抗生素，其中包括多氧大环内酯抗生素（如红霉素、螺旋霉素等）、多烯大环内酯抗生素（含有4~7个共轭双键，具有抗真菌的作用，如曲古霉素、制霉菌素等）、蒽沙大环内酯抗生素（抗菌谱较广，有很强的抗结核菌作用，并有抗癌活性，如利福平等）。
14.1.3.4四环素类抗生素
四环素类抗生素以四并苯为母核的一族抗生素，如四环素、金霉素、土霉素等，它们是具有酸、碱两性的化合物，都有宽广的抗菌谱，能抑制很多革兰氏阳性及阴性细菌、某些立克次氏体、较大的病毒和一部分原虫，抑菌机制主要是抑制致病菌的蛋白质的合成。
14.1.3.5多肽类抗生素
多肽类抗生素多由细菌产生，是多种氨基酸经肽键缩合成线状、环状或带侧链的环状多肽类化合物。多肽类抗生素大致可分为抗菌抗生素（如杆菌肽）和抗癌抗生素（如博莱霉素），也有一部分是酶抑制剂和免疫抑制剂（如环孢菌素A）。多肽类抗生素的毒性一般都比较大，主要引起神经毒性及胃毒性。临床上多用于轻度肠内感染及皮肤外科感染的治疗，特别是有些多肽类抗生素对绿脓杆菌的活性很强。
14.1.3.6多烯类抗生素
多烯类抗生素除了灰黄菌素（Griseofuluin）和毗咯菌素（Pyrrolnifrin）等抗真菌抗生素外，其余抗真菌抗生素结构大多是多烯大环内酯；由于化学结构上的差异，它们的生物活性与上述大环内酯类抗生素的生物活性有很大的差别。其作用机制是通过与真菌细胞膜上的类固醇化合物结合来改变细胞的渗透性而起到抑菌和杀菌的作用。多烯抗生素按分子结构中含有共轭双键的多少可分成三烯、四烯、五烯、六烯和七烯。其中有使用价值的主要是七烯类抗生素，如两性霉素B和曲古霉素。该类抗生素的主要缺点是毒性较大。
此外，临床上有些较重要的抗生素，其结构尚不能归入上述类别中，如氯霉素、林可霉素、新生霉素和D‐环丝氨酸等。
14.1.4按作用机制分类
14.1.4.1抑制细胞壁形成
青霉素、头孢菌素、多氧霉素、杆菌肽和环丝氨酸等是通过抑制细菌细胞壁的形成，使细菌因丧失细胞壁保护而死亡。青霉素、头孢菌素主要是抑制细胞壁中肽聚糖的合成；多氧霉素主要作用是抑制真菌细胞壁中几丁质的合成。哺乳动物的细胞没有细胞壁，不受这些药物的影响。
14.1.4.2影响细胞膜通透性
多黏菌素B、制霉菌素和曲古霉素等是通过影响细胞膜通透性，使细菌屏障和运输物质功能受到障碍。如多黏菌素与细胞结合，作用于脂多糖、脂蛋白，因此对革兰氏阴性菌有较强的杀菌作用，制霉菌素与真菌细胞膜中的类固醇结合，破坏细胞膜的结构。
14.1.4.3影响蛋白质合成
通过影响蛋白质合成使细菌生长受到抑制的抗生素较多，有卡那霉素、链霉素、四环素、氯霉素和红霉素等。
【知识拓展】
四环素与四环素牙
四环素是由金霉素催化脱卤生物合成的抗生素，毒性低，早在1948年即开始用于临床。
1950年，国外有报道四环素族药物引起牙着色；其后又后续报道四环素沉积于牙、骨骼以至指甲等，而且还能引起釉质发育不全。在这方面，国内直至70年代中期方引起注意。
四环素牙的临床表现为：牙齿变成黄色、灰棕色、黄褐色，紫外线下特有荧光，前牙光泽度差、表面粗糙。四环素牙的预防很简单，只要妊娠或哺乳期的妇女、8岁以下的儿童不使用四环素类药物就可以了。
14.1.4.4影响核酸代谢
通过影响核酸代谢使细菌生长分裂受到抑制，这类抗生素有灰黄霉素和利福平等。
14.1.5按合成途径分类
以氨基酸及其衍生物为生源所形成的抗生素有青霉素、头孢菌素等；以糖及其衍生物为生源所形成的抗生素有链霉素等糖苷类抗生素；以乙酸或丙酸及其衍生物为生源所形成的抗生素有红霉素等。
14.2抗生素的用途
14.2.1医疗
最初发现的一些抗生素主要对细菌有杀灭作用，所以一度将抗生素称为抗菌素。抗生素的应用使细菌感染基本上得到控制，死亡率大幅度下降，人类寿命明显延长。随着抗生素的不断发展，陆续出现了抗病毒、抗衣原体、抗支原体，甚至抗肿瘤的抗生素也纷纷发现并用于临床，显然改称抗生素更符合实际。抗肿瘤抗生素的出现，说明微生物产生的化学物质除了原先所说的抑制或杀灭某些病原微生物的作用之外，还具有抑制癌细胞的增殖或代谢的作用。
此外，还发现某些抗生素如洛伐他汀可有效地降低心血管病人的血脂，免疫抑制剂环孢素可用于器官移植。
14.2.2农业
抗生素越来越广泛地应用于植物保护，防止粮、棉、蔬菜的病害，处理种子，促进生产。
如用链霉素防治柑橘溃疡病，链霉素与硫酸铜混用防治黄瓜霜霉病。抗生素易被土壤微生物分解，不致污染环境，不会在人体内积累。
有些抗生素如赤霉素可作植物激素，促进或抑制植物生长；茴香霉素具有选择性除草作用。
14.2.3畜牧业
早在20世纪50年代，抗生素已广泛用于兽医临床，防治畜禽的感染，并取得了良好的效果。例如支原体引起的猪哮喘，是兽医临床上的常见病、多发病，过去应用四环素类抗生素进行治疗，但较难根治，后来用林可霉素与壮观霉素合并治疗，获得了较好的效果。鸡球虫病是危害雏鸡较为严重的病患之一，近年来用盐霉素和莫能霉素进行治疗，效果良好。
值得注意的是，治疗后的畜禽体内残留有抗生素，须停药一段时间后才能宰杀，以防残留的抗生素危害人体。
抗生素添加于饲料中用以促进畜禽生长发育和提高饲料报酬已有近60年的历史，但为了避免由于抗生素的滥用引起耐药菌株大量繁殖，人们已开始更多地使用一些畜禽专用的抗生素饲料添加剂，如泰乐菌素、杆菌肽等，常用的已达数十种之多。这些畜禽专用的抗生素添加剂具有共同的特点：①不干扰肠道正常菌群的微生态平衡；②主要在肠道中发挥作用，不残留或极少残留于畜产品中；③细菌或寄生虫不易对其产生耐药性；④毒性低，安全范围大，对人畜无害，无致畸、致癌、致突变等副作用。
14.2.4食品保藏
制霉素可用于柑橘、草莓的保藏，四环素类抗生素可用于肉类、鱼类的保藏。另外，抗生素还用于罐头食品的防腐剂，已应用的有乳酸链球菌素，泰乐素等。
作为保鲜剂和防腐剂的条件，非医用抗生素，易溶于水，对人体无毒。肉品贮藏中使用的抗生素在肉品进行热处理时容易分解，其产物对人体无毒害。
14.2.5其他
此外，抗生素还可用于工业制品防霉，提高特定发酵产品的产量，用作生物化学与分子生物学研究的重要工具，建立药物筛选与评价模型，防止细胞培养、组织培养的污染，用于动物精液、组织液的保存等。
