GMP培訓(xùn)教材
微生物學(xué)基礎(chǔ)知識
主編 夏俊強(qiáng)

北京宏馬明泰生物科技有限公司編制
第一章 緒言
藥品衛(wèi)生是藥廠管理的一項重要工作內(nèi)容,是藥品制備過程中加強(qiáng)文明生產(chǎn),保證成品質(zhì)量,防止微生物污染的重要措施,也是實行GMP制度的具體保證.
藥品衛(wèi)生主要論述藥品微生物學(xué)方面的要求及達(dá)到要求所采取的措施與方法.藥品不僅要具有確切的療效,而且必須安全可靠,質(zhì)量穩(wěn)定,便于長期保存.當(dāng)藥品一旦被微生物污染后,在一定的條件下微生物就會生長繁殖,導(dǎo)致藥品變質(zhì),腐敗,使療效降低或喪失,甚至可能產(chǎn)生一些對人體有害的物質(zhì),應(yīng)用后,不僅不能達(dá)到預(yù)期的防治目的,而且往往會引起機(jī)體感染,發(fā)熱,甚至產(chǎn)生中毒等不良反應(yīng).
制藥工程的現(xiàn)代化對藥品衛(wèi)生提出更高的要求.藥品衛(wèi)生作為保證藥品質(zhì)量的重要因素,正得到人們越來越廣泛的重視.在制藥過程中所涉及的每一個環(huán)節(jié),都應(yīng)當(dāng)十分注意藥品衛(wèi)生的問題.對于直接注入機(jī)體,用于創(chuàng)口表面,眼部和外科手術(shù)的滅菌產(chǎn)品,如注射劑,眼用制劑,止血劑,人血漿制劑及血漿代用品等,應(yīng)該不含有微生物,至少不得含有活的微生物,而對于一些口服的非滅菌產(chǎn)品,如合劑,糖漿劑,丸劑,顆粒劑,片劑等,雖然允許在一定范圍內(nèi)含有微生物,但不得有致病性微生物存在.為了使藥品中不含或少含微生物,必須根據(jù)藥品衛(wèi)生的具體要求,針對藥品生產(chǎn)過程中的每一環(huán)節(jié),采取切實有效的綜合措施,確保產(chǎn)品質(zhì)量.
因此,面對藥品生產(chǎn)的現(xiàn)狀,積極研究如何防止藥品被微生物污染,如何抑制微生物在藥品中的生長繁殖,如何殺滅或除去藥品中的微生物等問題,并不斷采用新技術(shù)新措施,對于藥品質(zhì)量的提高和制藥工業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義.
1.1 什么是微生物
微生物是指在光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡下才能看到的微小生物.一般細(xì)菌的大小介于0. 2 μm到幾個μm之間,病毒只有20—300nm左右的大小,它們的結(jié)構(gòu)亦較簡單.微生物對外界環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng),能迅速吸收營養(yǎng)物質(zhì)很快繁殖.微生物的種類繁多,在自然界分布很廣.
微生物學(xué)的任務(wù)是研究微生物在一定條件下的形態(tài)結(jié)構(gòu),生命活動及其規(guī)律,進(jìn)化,分類以及人類,動植物,自然界相互的關(guān)系.本課程著重討論與藥品生產(chǎn)過程有關(guān)的微生物.
1.2微生物的分類
它們的種類很多,根據(jù)其結(jié)構(gòu)分屬于三個類型共八種.
(1)非細(xì)胞型微生物 :無細(xì)胞結(jié)構(gòu),個體極小,能通過細(xì)菌濾器,只能在活細(xì)胞內(nèi)生長繁殖.病毒屬此.
(2)原核細(xì)胞型微生物:雖有細(xì)胞結(jié)構(gòu),但僅有原始核,無核膜和核仁,細(xì)胞器很少.細(xì)菌,放線菌,螺旋體,支原體,衣原體,立克次體屬此.
(3)真核細(xì)胞型微生物:有細(xì)胞結(jié)構(gòu),細(xì)胞核分化程度較高,有核膜,核仁,染色體,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)有完整的細(xì)胞器.真菌屬此.
1.3微生物學(xué)發(fā)展史
1.3.1我國古代對微生物及傳染病的認(rèn)識
1.3.2微生物形態(tài)學(xué)時期
1.3.3微生物生理學(xué)時期
1.3.4免疫學(xué)萌芽時期
1.3.5病毒的發(fā)現(xiàn)
1.3.6化學(xué)治療劑與抗生素的發(fā)現(xiàn)
1.3.7現(xiàn)代微生物與免疫學(xué)

第二章 細(xì)菌的生物學(xué)特性
2.1細(xì)菌的形態(tài)與構(gòu)造
細(xì)菌是一類具有細(xì)胞壁的單細(xì)胞生物,屬于原核細(xì)菌型微生物.各種細(xì)菌在一定環(huán)境條件下,有相對恒定的形態(tài)和結(jié)構(gòu).了解細(xì)菌形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對于鑒別細(xì)菌,診斷疾病和研究細(xì)菌的致病性與免疫性,都具有重要意義.
2.1.1 細(xì)菌的大小與形態(tài)
細(xì)菌體積微小,通常以微米(簡寫為μm ,等于1/1000 mm)為測量大小的單位.一般需用顯微鏡放大幾百倍才能看到.
根據(jù)細(xì)菌的基本形態(tài)可將其分成三類:球菌,桿菌和彎曲狀菌.
(1)球菌:單個球菌呈球形或近似球形,直徑約1μm .根據(jù)細(xì)胞分裂的方向和分裂后排列方式又可分為:
① 雙球菌: 細(xì)菌在一個平面上分裂,分裂后兩個成對排列,如腦膜炎球菌.
② 鏈球菌:在一個平面上分裂,后兩面?zhèn)€成對排列,如腦膜炎球菌,淋病雙球菌.
③葡萄球菌:在多個平面上分裂,后菌體堆積呈葡萄狀,如金黃色葡萄球菌.
也有的球菌在兩個或三個互相垂直的平面上分裂,并排列成四聯(lián)球菌或八疊球菌.
(2)桿菌: 菌體一般呈直桿狀,有的細(xì)長或稍彎曲.桿菌種類很多,大小形狀很不一致.大桿菌如炭疽桿菌度約3-10um,中等大小的桿菌如大腸桿菌長約2-3um,小桿菌如流感桿菌長約0.7-1.5um.大多數(shù)桿菌兩端鈍圓,少數(shù)兩端齊(如炭疽桿菌).有的兩端膨大呈棒狀(如白喉桿菌).桿菌多單獨(dú)存在,有的也可成對或鏈狀排列.
(3)彎曲狀菌:菌體呈彎曲狀又叫螺形菌.
①弧菌:菌體只有一個彎曲呈弧形,如霍亂弧菌.
②螺菌:菌體有數(shù)個彎曲,較為堅韌,如鼠咬熱螺菌.
③彎曲菌:菌體有單個或多個彎曲,如空腸彎曲菌.
細(xì)菌在適宜條件下,保持其固有的典型形態(tài).當(dāng)環(huán)境條件變化時,其形態(tài)可發(fā)生改變,可出現(xiàn)多形態(tài)或細(xì)胞壁缺陷菌.
2.1.2 細(xì)菌細(xì)胞的構(gòu)造
【細(xì)菌的基本構(gòu)造】
. 是指各種細(xì)菌都具有的細(xì)胞結(jié)構(gòu).
(1)細(xì)胞壁 細(xì)胞壁主要功能 ① 物質(zhì)交換 ② 保護(hù)作用 ③ 具抗原性
(2)細(xì)胞膜 細(xì)胞膜的主要功能 ① 物質(zhì)交換 ② 生物合成 ③ 能量產(chǎn)生
(3)細(xì)胞質(zhì) 其中含有多種酶系統(tǒng),是進(jìn)行新陳代謝的重要場所.
細(xì)胞質(zhì)內(nèi)還有多種重要成分如:質(zhì)粒,核蛋白體,內(nèi)含小體,核質(zhì).
【細(xì)菌的特殊構(gòu)造】
是指某些細(xì)菌所特有的構(gòu)造.
(1) 莢膜 有些細(xì)菌分泌粘液包圍在細(xì)胞壁外面,形成肥厚的粘液層,稱為莢膜.其主要功能:① 保護(hù)作用與細(xì)菌致病性有關(guān) ② 抗原性 ③ 不容易著色
(2)鞭毛 許多細(xì)菌的表面具有細(xì)長彎曲的絲狀物,稱為鞭毛.
鞭毛是細(xì)菌的運(yùn)動器官
(3)菌毛 是存在于細(xì)菌表面纖細(xì),短而直的毛狀結(jié)構(gòu).化學(xué)成分主要是蛋白質(zhì).
(4) 芽胞 是在一定條件下菌體形成多層膜質(zhì)結(jié)構(gòu)的圓形或卵圓形小體,稱為芽胞.在適宜條件下,即被激活發(fā)芽生成新的菌體,一個芽胞只能再生長為一個菌體(一個細(xì)菌只能形成一個芽胞),故芽胞的生成不是細(xì)菌的繁殖方式.對具有繁殖能力的細(xì)菌通常稱為繁殖體.
2.1.3 細(xì)菌形態(tài)學(xué)檢查法原則
細(xì)菌微小且透明,一般要染色經(jīng)顯微鏡放大后,才清晰可見.目前細(xì)菌染色技術(shù)和光學(xué)顯微鏡觀察,仍為細(xì)菌形態(tài)學(xué)檢查最重要和普遍應(yīng)用的方法.
主要方法:(1)單染色法
(2)革蘭氏染色法
(3)抗酸染色法
(4)特殊染色法
2.2 細(xì)菌的生理
本節(jié)的內(nèi)容包括細(xì)菌的營養(yǎng),代謝,生長繁殖等生理活動規(guī)律.
2.2.1 細(xì)菌的營養(yǎng)
各種細(xì)菌的生理功能差別很大,因而各自的營養(yǎng)需要也不一致.一般需要營養(yǎng)物質(zhì)有水,氮源,碳源,無機(jī)鹽類,生長因子.
2.2.2 細(xì)菌生長繁殖的條件
營養(yǎng)物質(zhì) 細(xì)菌生長繁殖所需營養(yǎng)物質(zhì)如前述.此外,尚需其他一些條件.
酸堿度 大多數(shù)細(xì)菌最適酸堿度為PH6.8-7.2,此時酶活性較強(qiáng),生長旺盛.個別細(xì)菌在堿性環(huán)境下生長良好,如霍亂弧菌.
溫度 不同種類的細(xì)菌,如其最適生長溫度相差較大.多數(shù)為嗜溫菌(在15 ~ 40℃均能生長).寄生在人體的細(xì)菌即以宿主體溫(37℃)為適宜生長的溫度,因此實驗室采用37℃培養(yǎng)細(xì)菌.
氣體 與細(xì)菌生長有關(guān)的氣體主要是氧氣和二氧化碳.一般細(xì)菌在代謝中產(chǎn)生的二氧化碳即可滿足其需要.
2.2.4 細(xì)菌的生長繁殖
細(xì)菌繁殖的方式與速度 細(xì)菌通常以簡單的二分裂方式行無性繁殖.在適宜條件下,多數(shù)細(xì)菌繁殖很快,每20 ~ 30min分裂一次(一代),菌數(shù)即增長一倍,經(jīng)過18 ~ 24h后,可形成肉眼可見的群體.但細(xì)菌不可能始終保持這樣的速度持續(xù)繁殖,因為受到營養(yǎng)物質(zhì)的消耗或毒性代謝產(chǎn)物累積的限制,當(dāng)培養(yǎng)到一定時間生長率即下降,以致完全終止.也有少數(shù)種類的細(xì)菌繁殖較慢,如結(jié)核桿菌增殖一代,約需18h.
第三章 微生物污染藥品的途徑及殺滅方法
3.1污染藥品的途徑
3.1.1藥物原料 主要是指植物類藥材,這類藥材不僅直接帶有微生物和活螨,且有利于微生物和活螨生長繁殖.
3.1.2各種輔助材料 如水,蜂蜜,淀粉等常用輔料均存在一定數(shù)量的某種微生物.
3.1.3制藥工具 如:藥篩,粉碎機(jī),混合機(jī),制丸機(jī),壓片機(jī)及各種盛裝藥物的容器等均有可能帶入微生物.
3.1.4環(huán)境空氣 空氣中含有許多微生物,塵埃越多微生物也越多,故需凈化空氣.
3.1.5包裝材料 裝藥用的玻璃瓶,塑料瓶,塑料袋,包裝紙等若不經(jīng)消毒和處理,均有可能帶入某些微生物.
3.2 滅菌方法
自然界多種物理,化學(xué),生物學(xué)因素可對細(xì)菌產(chǎn)生不同的影響.通?？衫闷鋵?xì)菌的不利因素,以達(dá)到消毒,滅菌和治療的目的.
滅菌 是指用物理或化學(xué)方法殺滅物體上所有的微生物(包括致病的和非致病的,細(xì)菌繁殖體和芽胞).
消毒 是指殺死物體上病原微生物的方法,但不一定殺死所有的生物.具有消毒作用的藥物稱為消毒劑.
防腐 或稱抑菌,阻止或抑制微生物生長繁殖,以防止物品的腐敗,但不一定殺死微生物.用以防腐的藥物稱為防腐劑.有的化學(xué)藥品在高濃度時可為消毒劑,低濃度時即為防腐劑(乙醇).
無菌 是指沒有活菌存在的意思.防止細(xì)菌進(jìn)入機(jī)體或物體的一系列操作方法稱無菌技術(shù)(或無菌操作).
3.2.1 物理滅菌法
熱力滅菌 是常用而可靠的滅菌方法,包括干熱滅菌和濕熱滅菌.濕熱滅菌可引起菌體蛋白質(zhì)變性和凝固,以及核酸降解,濕熱并可引起細(xì)胞的損傷,致使K+等物質(zhì)漏出.干熱滅菌除使蛋白質(zhì)變性外,由于電解質(zhì)濃縮也可對細(xì)菌產(chǎn)生毒性作用.細(xì)菌對熱力的抵抗力可由于細(xì)菌種類,發(fā)育時期及有無芽胞的不同而異.
熱力滅菌法
種類
設(shè)備及要求
效果
用途
干熱滅菌
焚燒法
燃燒或在火焰上燒灼
滅菌
廢棄的污物,尸體,
干烤法
干烤箱,160～170℃,1～2h
滅菌
玻璃器皿等
濕熱滅菌
煮沸法
煮沸鍋,100℃,5～10min
消毒
手術(shù)器械,注射器
間歇滅菌法
流動蒸氣滅菌器或蒸籠,100℃,15～30min,移入37℃過夜,每日一次連續(xù)三日
滅菌
不耐高溫(100℃以上)的物品
巴氏消毒法
加熱61.1-62.8℃,30mim
消毒
消毒牛奶,酒精
高壓蒸氣滅菌法
高壓蒸氣滅菌器,通常蒸氣壓為102.97Kpa,(1.05Kg/cm2),溫度121.3℃,15-30min
滅菌
耐高溫物品,如普通培養(yǎng)基,生理鹽水,敷料,手術(shù)衣帽,手術(shù)器械,注射器等
高壓蒸氣滅菌法是滅菌效果最徹底的方法.高壓蒸氣滅菌器是一密封的蒸鍋,蒸氣不能外溢,隨著蒸氣壓力增加,水的沸點(diǎn)上升器械內(nèi)溫度升高,器內(nèi)溫度升高,殺菌力也大為增強(qiáng),通常在102.97kPa(1.05Kg/cm2)的壓力下,溫度可達(dá)成121.3℃,維持15~30min,可殺死一切微生物,包括細(xì)菌的芽胞.凡耐高溫和不怕潮濕的物品均可用此法滅菌.
低溫 細(xì)菌對寒冷有較強(qiáng)的耐受性,只有少數(shù)病原菌如腦膜炎球菌,流感桿菌耐受性較低.在低溫條件下,細(xì)菌的代謝緩慢,但仍能保持生命,一旦溫度等條件適宜,又可恢復(fù)繁殖.因此一般細(xì)菌菌種常保存于冰箱(0~4℃)中.此外,應(yīng)用冷凍真空干燥法更適于長期保存菌種和病毒.
紫外線 紫外線的波長在240 ~ 280nm時殺菌力最強(qiáng),尤其在波長260nm,部分細(xì)菌的DNA吸收最多.紫外線主要是使DNA的同一股上相鄰的嘧啶之間形成共價鍵,產(chǎn)生嘧啶雙聚體,干擾正常堿基的配對導(dǎo)致細(xì)菌變異或死亡.但紫外線穿透力較弱,只適用于空氣和物體表面的消毒.人工紫外燈常用于手術(shù)室,傳染病房,燒傷病房和無菌室的空氣消毒.
3.2.2 化學(xué)因素對細(xì)菌的影響
許多化學(xué)藥物能抑制細(xì)菌的生長繁殖或殺死細(xì)菌,廣泛用作消毒劑,防腐劑或化學(xué)療劑.
(1)消毒防腐劑的作用原理:消毒防腐劑的種類很多,其殺菌或抑菌機(jī)理因其種類而不同:①使菌體蛋白質(zhì)變性或凝固,如重金屬離子容易和帶陰電荷的細(xì)菌(主要是菌體蛋白質(zhì))相吸附,使之變性或沉淀,酒精,石炭酸,甲醛,酸,堿等或使蛋白質(zhì)脫水變性或與蛋白質(zhì)結(jié)合,使之變性凝固.②干擾細(xì)菌的酶系統(tǒng),如高錳酸鉀,過氧化氫等氧化劑,以及重金屬離子能與細(xì)菌酶蛋白的-SH基結(jié)合,使之失去酶活性,導(dǎo)致細(xì)菌代謝功能發(fā)生障礙而死亡.③改變細(xì)胞膜的通透性,如表面活性劑能提高膜的滲透作用,一些重要的代謝物質(zhì)自細(xì)胞滲出,引起死亡.如酚類即能破壞細(xì)胞膜,使胞內(nèi)組分漏出.
(2)常用消毒防腐劑的種類,濃度和用途
類別
名 稱
常 用 濃 度
用 途
備 注
重金屬鹽類
紅汞
.20%水溶液
皮膚粘膜小創(chuàng)傷消毒
硫柳汞
0.01%
0.1%
①生物制品防腐
②皮膚,手術(shù)部位消毒
硝酸苯汞
先配成1/1500高壓滅菌,稀釋成0.002%
生物制品防腐
硝酸銀
1%
新生兒滴眼,預(yù)防淋球菌感染
有腐蝕性
氧化劑
高錳酸鉀
0.1%
皮膚,尿道消毒,水果,蔬菜消毒
過氧化氫
3%
口腔粘膜消毒,沖洗傷口(厭氧菌感染)
過氧乙酸
0.2~0.5%
塑料,玻璃,人造纖維水泄消毒及洗手
20%濃度的市售品無爆炸危險,原液對皮膚,金屬有強(qiáng)烈腐蝕性
鹵素及其化合物
漂白粉
10~20%
每升水加5~10mg
①排泄物,地面,廁所消毒
②飲水消毒
不能用于衣物,有色金屬的消毒
氯胺
0.2~0.5%水溶液
0.1~0.2%
①室內(nèi)空氣及表面消毒(噴霧)
②浸泡衣服
碘酒
2~2.5%
皮膚消毒
不能與紅汞同用.刺激性大涂后用酒精擦拭
醇 類
酒精
70~75%
皮膚,體溫計消毒
消毒力不強(qiáng),對芽胞無效
醛 類
甲醛
10%
浸泡物體表面消毒
蒸氣消毒:10%溶液加等量水,蒸發(fā),密閉房間6～24h;或加半量高錳酸鉀,產(chǎn)生黃色濃煙,消毒房間
酚 類
石炭酸
來蘇兒
3~5%
地面,家具,器皿表面消毒,2%皮膚消毒
殺菌力強(qiáng),有特殊氣味
表面活性劑(季胺鹽類)
新潔爾滅
0.05~0.1%
外科手術(shù)洗手,皮膚粘膜消毒,浸泡手術(shù)器械
對芽胞無效;遇肥皂及其他洗滌劑作用減弱
杜滅芬(消毒寧)
0.05~0.1%
皮膚創(chuàng)傷沖洗,金屬器械,棉織品,塑料等消毒
遇肥皂或洗滌劑效果減弱
乙 烷
洗必泰
0.02~0.05%
0.01~0.025
①術(shù)前洗手(浸泡5min)
②腹腔,膀胱及陰道沖洗
染 料
龍膽紫
2 ~ 4%
淺表創(chuàng)傷消毒
堿
生石灰
加水1:4或1:8配成糊狀
消毒排泄物及地面
殺菌力強(qiáng),腐蝕性大
附 錄
2000版藥典對下列劑型微生物的要求:
劑型
細(xì)菌數(shù)
霉菌,酵母菌數(shù)
大腸桿菌
金黃葡萄球菌
銅綠假單胞菌
丸劑
不含原藥材粉
含原藥材粉
散劑
口服兼外用
陰道用
顆粒劑
不含原藥材粉
含原藥材粉
片劑
不含原藥材粉
含原藥材粉
錠劑
口服兼外用
煎膏劑
膠劑
糖漿劑
合劑
滴丸劑
膠囊劑
不含原藥材粉
含原藥材粉
灑劑
外用
酊劑
外用
流浸膏與浸膏劑
軟膏劑
用于燒傷潰瘍創(chuàng)傷者
露劑
茶劑
不含糖
含糖
搽劑
栓劑
用于潰瘍,出血者
滴鼻劑
滴眼劑
氣霧劑,噴霧劑

1000
30000
30000
30000
100
1000
10000
100
10000
10000
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1"-"表示每1g或每1mL不得檢出.
2含動物及含臟器(包括提取物)還不得檢出沙門菌.
3用于創(chuàng)傷,潰瘍,止血,深部組織及陰道的含原藥材粉的制劑,還不得檢出破傷風(fēng)梭菌.
4霉變,長螨者以不合格論.