抗生素(卷名：化工)
antibiotic
又称抗菌素，指某些微生物在代谢过程中所产生的，对于其他微生物具有抑制生长或杀灭作用的化学物质，是制药工业中一类重要原料药。某些抗生素对一部分较大的滤过性病毒也有抑制作用；或有刺激动植物生长的作用；或具有抗恶性肿瘤、抗辐射等作用。有些天然抗生素，经用化学方法进行分子结构改造后，可得到疗效更高的半合成抗生素。少数天然抗生素可用化学方法进行大量生产，成为合成抗生素。
沿革 最早具有临床实用价值的抗生素是1928年英国细菌学家A.弗莱明发现的青霉素，是由点青霉菌或产黄青霉菌产生。1944年，俄国出生的S.A.瓦克斯曼发现了由灰色链霉菌产生的链霉素。1946～1956年先后从土壤中寻找到由放线菌产生的氯霉素、金霉素、土霉素、制霉菌素、红霉素及丝裂霉素C等。60～70年代，半合成抗生素迅速发展，获得了具有显著疗效的新型抗生素，如半合成青霉素和头孢菌素类，具有耐青霉素酶、耐酸和抗菌谱广等特点，为抗生素的临床应用开辟了新的领域。
分类 抗生素按其化学结构可分为六类。①β-内酰胺类：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。②氨基糖甙类：分子中含有氨基糖甙结构，都是以氨基环醇与氨基糖缩合而成的甙（或称苷），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。③四环类：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。④大环内酯类：以一个大环内酯为母体，通过羟基，以甙键和1～3个分子的糖相连结的一类抗生素，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）。⑤多肽类: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，大多数能抗革兰氏阳性细菌，也有些抗革兰氏阴性细菌、绿脓杆菌、分枝杆菌等，具有抑制致病菌细胞功能的作用。如多粘菌素B、E和杆菌肽S等。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。
天然抗生素生产 主要由生物合成和物理、化学提取两个过程组成（见图）。
生物合成过程 生产所用菌种一般都采用沙土或冷冻干燥法保存。将菌种接种于固体培养基上，在27℃培养7～10天即得孢子，将其用无菌水制成悬浮液，接种入种子罐。接种后，在搅拌下通入无菌空气，保持一定的罐温，从而进行种子培养和发酵。种子培养的目的是使孢子发芽、繁殖和获得足够数量的菌丝体。发酵的目的是使菌丝体再生，合成大量的抗生素。培养基的主要成分有碳源（如葡萄糖、淀粉等），氮源（如玉米浆、花生饼粉、黄豆饼粉、硝酸盐和铵盐等）以及无机盐和微量元素。不同抗生素的培养基有其独特的营养组分和最佳配比。发酵期间有时还要加入豆油或合成消泡剂控制发酵过程中产生的泡沫，同时补加葡萄糖、铵盐和前体物质等以延长抗生素生物合成期，增加抗生素的产量。
整个发酵过程是在纯种培养条件下进行的，所用的培养基和设备都必须经过灭菌，通常采用蒸汽灭菌，与培养液接触的罐体、管件都应严密不渗漏，避免杂菌污染。所通入的无菌空气需经空气净化系统处理。空气过滤器中采用的过滤介质有棉花、活性炭、超细玻璃纤维纸、石棉滤板和维尼纶滤布等。
提取过程 发酵结束后，发酵液用物理或化学法提取。根据抗生素的化学、物理性质分别采用溶剂萃取、沉淀、离子交换或大孔树脂吸附等法进行提取、精制而得成品。如果抗生素包含在菌丝体内，一般采用溶剂萃取法。
半合成抗生素生产 主要是采用天然抗生素通过化学结构改造而得，临床上使用得最多的半合成青霉素(见青霉素)和头孢菌素等半合成抗生素，均由这种方法制取。其他如强力霉素、利福平、氯林可霉素等则分别通过土霉素、利福霉素SV和林可霉素的结构改造而制得。半合成头孢菌素的生产方法有化学酰化法和青霉素扩环转化法两种。
化学酰化法 将头孢菌素 C用化学方法裂解去侧链得7ACA，再通过酰化接上另外的侧链而制得各种半合成头孢菌素。如头孢菌素Ⅰ的生产，是将7ACA与噻吩乙酰氯在水溶液中，以碳酸氢钠为缩合剂进行酰化反应，然后用无机酸酸化，提取至有机溶剂中，再加入醋酸钠的醇溶液，转化成头孢菌素Ⅰ钠盐结晶。此法使用较多。
青霉素扩环转化法 利用青霉素为原料转化为头孢菌素。如头孢菌素Ⅳ的生产，系将苄青霉素酯化，再氧化成亚砜酯，然后通过次磺酸中间体扩环重排为相应的3-脱乙酰氧头孢菌素，经裂解去侧链再行酰化成头孢菌素Ⅳ。近年来，改用硅酯为保护基，直接将青霉素亚砜扩环重排，不需先制成青霉素酯，裂解及酰化也可采用固定化细胞或固定化酶来进行。
应用 抗生素在临床治疗中占有重要的地位。如青霉素钾盐、普鲁卡因盐用于临床已有40年之久，是控制敏感金黄色葡萄球菌及肺炎双球菌引起的败血症和肺炎等病的有效药物。红霉素和头孢菌素类用于治疗对青霉素耐药的金黄色葡萄球菌引起的疾病。制霉菌素、灰黄霉素用于治疗真菌性疾病。林可霉素可用于治疗败血症，呼吸道感染，骨、关节感染，对骨髓炎疗效更好。丝裂霉素C、博莱霉素、柔毛霉素等分别对肺癌，恶性葡萄胎等有一定疗效。各种抗生素在临床上均有程度不同的副作用，如过敏、听觉受阻等。抗生素在农业防治作物病害方面的应用也占有一定的地位（见农用抗生素）。