西索米星

西索米星，英文名Sisomicin，中文別名西蘇黴素、西梭黴素、西索黴素、西梭米星、紫蘇黴素，英文別名Baymicin、Extramycin、 Mensiso、Rickamicin、Sisomicin Sulfate、Sissomicin、Sissomicin Sulphate，西醫藥物。

基本介紹

• 中文名：西索米星
• 外文名：Sisomicin
• 中文別名：西蘇黴素、西梭黴素
• 英文別名：Baymicin

成分

由小單孢菌所產生的一種氨基糖甙類抗生素。結構與慶大霉相近似。

慶大黴素

藥理作用

抗菌譜與慶大黴素近似，對金葡球和大腸桿菌，克霉白桿菌，變形桿菌，腸桿菌，綠膿桿菌，痢疾桿菌等革蘭陰性有效。對綠膿桿菌的抗菌作用，比慶大黴素強，與妥布黴素近似。對沙雷桿菌的作用，低於慶大黴素，但高於妥布黴素。

西索米星

動力學

適應症臨床主要用於大腸桿菌、痢疾桿菌、克雷白桿菌、變形桿菌等革蘭陰性菌所致的局部或系統感染，對尿路感染作用尤佳。藥物動力學與慶大黴素近似。

西索米星頭孢菌

用法用量

肌注，對全身感染，一日每公斤體重3mg，分3次給藥。尿道感染，一日每公斤體重2mg，分2次給藥。7-10天一療程。血藥峰濃度超過10μg/ml，谷濃度超過2μg/ml時即有毒害。

不良反應

可有聽力及腎損害。個別病例有口周、面部和四肢皮膚發麻，眩暈，耳鳴。偶有過敏性休克。可引起羅姆伯格氏症（閉目難立，暗處和洗臉時時站不穩）中毒症狀。大劑量使用可有尿閉，急性腎衰，及神經系統症狀。吸入可有過敏反應，哮喘。滴眼可有水腫，中毒性結膜炎，過敏反應。

皮疹

禁忌

對腎功能不全或較長療程用藥則應進行藥物監測。

過量處理

相互作用氨基糖苷類藥物相互作用：1、與強利尿藥（如呋塞米、依他尼酸等）聯用可加強耳毒性。2、與其他有耳毒性的藥物（如紅黴素等）聯合套用，耳中毒的可能加強。

神經系統

3、與頭孢菌素類聯合套用，可致腎毒性加強。右旋糖酐可加強本類藥物的腎毒性。

4、與肌肉鬆弛藥或具有此種作用的藥物（如地西泮等）聯合套用可致神經—肌肉阻滯作用的加強。新斯的明或其他抗膽鹼酯酶藥均可拮抗神經-肌肉阻滯作用。5、本類藥物與鹼性藥（如碳酸氫鈉、氨茶鹼等）聯合套用，抗菌效能可增強，但同時毒性也相應增強，必須慎重。

6、青黴素類對某些鏈球菌的抗菌作用可因氨基糖苷類的聯用而得到加強，如目前公認草綠色鏈球菌性心內膜炎和腸球菌感染在套用青黴素的同時可加用鏈黴素（或其他氨基糖苷類）。但對其他細菌是否有增效作用並未肯定，甚至有兩種藥物聯用而致治療失敗的報導，因此，這兩類藥物的聯合必須遵循其適應證不要隨意使用。

西索米星頭孢菌

注射液製劑

藥理作用

抗菌譜性質與慶大黴素近似，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌、克雷白桿菌、變形桿菌、腸桿菌屬。綠膿桿菌、痢疾桿菌等革蘭陰性菌有效。對綠膿桿菌的抗菌作用較慶大黴素強，與妥布黴素接近。對沙雷桿菌的作用低於慶大黴素，但高於妥布黴素。

注射液

動力學

藥物動力學性質與慶大黴素相似。肌注後吸收迅速，蛋白結合率低，分布於細胞外液，不易進入腦脊液中。大部分以原形經腎臟排出，半衰期約2h。

適應症

主要用於大腸桿菌、痢疾桿菌、克雷白桿菌、變形桿菌等革蘭陰性菌引起的局部或系統感染（對中樞感染無效），對尿路感染作用尤佳。

用法用量

成人1日量3mg/kg，分為3次，肌注。療程不超過7～10天。注意事項

ph 試紙

1、血藥峰濃度超過10μg/ml，谷濃度超過2μg/ml時即有毒害，對腎功能不全或較長療程用藥則應進行藥物監測。2、其他參見慶大黴素。

製劑

注射液：每支50mg/2ml，75mg(1.5ml），100mg(2ml）。

發酵過程動力學模型

西索米星（Sisomicin，SISO）是一種重要的含有雙鍵的水溶性、多元弱鹼性氨基糖苷類抗生素，屬慶大黴素-西索米星型的假三糖慶大霉胺類抗生素，為抗生素JI-20A的脫羥基化衍生物西索米星還是合成藥物奈替米星(Netilmicin，NET）和新型化合物氫化西索米星（即5′-差向慶大黴素C1a）的生產原料，中國生產的西索米星約占世界產量的80%目前，在西索米星發酵工藝最佳化和過程控制方面的研究明顯滯後。實現發酵過程最佳化和控制是發酵工程的重要目標和研究熱點，建立數學模型則是實現發酵過程最佳化控制的前提和關鍵。

DNA

國內外對核苷酸、胺基酸和青黴素等微生物代謝產物的發酵過程動力學研究有很多的報導，但對於西索米星發酵的動力學特性研究及其發酵過程的最佳化控制未見相關報導。

本研究在對西索米星分批發酵的動力學特性研究基礎上，進一步定量地探索西索米星分批發酵過程中菌體生長、底物消耗、產物合成的相互影響和動態平衡規律，建立發酵動力學模型，用以指導西索米星分批發酵過程的模擬、預測和過程最佳化控制。

材料與方法

菌種

實驗中使用的伊尼奧小單孢菌(Micromonospora inyoensis F003）為本課題組採用低產生產菌株誘變保存菌種[12]，西索米星組分可占發酵液中抗生素總濃度的90%。

培養基與培養條件

斜面培養：可溶性澱粉，硝酸鉀，氯化鈉，麩皮，碳酸鈣，瓊脂，硫酸鎂，天門冬氨酸，磷酸氫二鉀，消前pH 7.0，接種後於37℃培養8~10 d，新鮮斜面冷藏（-4℃）3~7 d後備用。

西索米星生產培養基

種子培養：玉米澱粉，黃豆餅粉，蛋白腖，酵母粉，硫酸鎂，碳酸鈣，消前pH 7.0，接種後35℃，24r/min培養48 h後移種。

搖瓶發酵培養：玉米澱粉，黃豆餅粉，麥芽糖，玉米漿，硫酸鎂，氯化銨，磷酸氫二鉀，碳酸鈣，蛋氨酸和氯化鈷；控制消後pH 7.0~7.2，接種量10%，34℃，240 r/min搖瓶發酵36 h後變溫為32℃搖瓶發酵至96 h結束，裝量50mL/500mL三角瓶。5 L貝朗罐發酵培養及30m3工業罐發酵生產：培養基同搖瓶配方，接種量10.0%~12.5%，控制消後pH 7.0~7.2，溶氧濃度DO≥8.5%（以純氧計，通過改變通氣量和攪拌轉速進行分階段控制），34℃發酵36 h後變溫為32℃發酵，當菌體生長到一定的狀態時開始流加補料，發酵周期約92~96 h。

分析方法

西索米星（P）測定採用HPLC法、菌體（X）濃度測定採用洗滌細胞乾重法、總糖（St）濃度和還原糖（S）濃度測定採用斐林-碘量法、葡萄糖(G）測定採用糖氧化酶法血糖試劑盒、麥芽糖(M）測定和澱粉水解酶表觀活性（E）測定採用高效液相色譜法。

白細胞

結果與討論

在文獻西索米星分批發酵的動力學特性研究中已經發現，西索米星分批發酵過程存在明顯的產物抑制效應；以澱粉為主要碳源進行西索米星分批發酵時，菌體攝取和利用的糖類底物主要是麥芽糖，發酵後期發酵液中澱粉水解酶酶活不足和可發酵糖濃度迅速下降，將影響西索米星的產物合成；菌體生長的最適葡萄糖和麥芽糖濃度分別為7.5~15.0和10.0~25.0 g/L，西索米星產物合成的較適宜麥芽糖濃度為10.0~15.0 g/L。初始澱粉濃度為65.0 g/L時，典型的西索米星工業分批發酵過程的微生物代謝特性規律西索米星分批發酵是典型的次級代謝產物合成過程，產物的合成與菌體的生長無明顯相關，接種後7~25 h是菌體對數生長期，25~37 h為過渡期，在過渡期菌體繼續生長，並開始合成產物，37~85 h為產物合成期，85 h後菌體活性衰退。本研究對不同發酵時期分階段建立符合該時期微生物代謝特性的發酵動力學模型，對7~25 h建立菌體生長期動力學模型，對37~85 h建立產物合成期動力學模型。

攪拌速度對發酵效價影響

菌體生長期動力學模型的建立

發酵過程中，西索米星產生菌的生長速率與發酵體系的溫度、pH值、底物濃度、產物濃度和菌體濃度有關。在對數生長期，產物濃度未對菌體生長構成抑制作用，在建立本模型的實驗底物濃度範圍內（ρSf≤15.2 g/L），也未觀察到可發酵糖底物對菌體生長的抑制效應。因此，在菌體生長期，當控制發酵溫度34℃、pH值7.1時，菌體生長速率的數學模型可採用Monod方程表示：f在菌體對數生長期，西索米星產物尚未形成，此時底物的消耗主要用於菌體的生長和維持上。據物料平衡建立總糖消耗模型：-dρStdt=dρXYXdt+mρX。

氯化鈉

發酵過程可發酵糖的變化量等於由澱粉水解酶降解作用所產生的可發酵糖減去菌體生長和維持所消耗的可發酵糖，所消耗的可發酵糖量等於所消耗的總糖量。發酵過程可發酵糖的物料衡算可表示為：dρSfdt=ESf-dρXYXdt+mρX⑶

本實驗條件下，菌體生長期發酵液中可發酵糖的生成速率可表示為：ESf=-0.007 6t2+0.257 4t-1.314 7⑷因此，式⑴~式組成了菌體生長階段的動力學模型。

模型的參數估算和適用性評價

在西索米星分批發酵過程，菌體生長期動力學模型中所有4個待定參數（μm、KS、YX和m）使用MathCAD進行最小二乘估計，目標函式J為3個狀態變數（ρSt、ρSf和ρX）在發酵7~25 h內7個採樣時刻的實驗數據Yij和模型計算數據Zij的相對偏差平方。

採用MathCAD提供的最最佳化問題求解方法編程求解微分方程組，並進行待定參數的最佳化搜尋，求得目標函式達最小值時的待定參數值。根據實驗數據和上述模型最終求得菌體生長期目標函式值J為0.011，菌體生長期動力學模型參數的估計結果示於表1，分批發酵過程動力學模型預測值與實驗數據擬合圖所示。

為了考察不同總糖濃度下模型反映西索米星分批發酵狀況的適用性，利用建立的動力學模型，對初始總糖濃度分別為70.0、60.0和50.0 g/L的分批發酵過程菌體生長期進行計算機仿真驗證，結果顯示，模型狀態變數實驗值與模擬值的相對偏差平方和均分別為2.3%、1.9%和5.8%。研究表明，該動力學模型能較好地描述和預測了初始總糖濃度為50.0~70.0 g/L的西索米星分批發酵過程菌體生長期的狀況。

西索米星發酵是產物合成和菌體生長非耦聯型，產物合成期維持高濃度的菌體對西索米星產物的合成有利。從所建立的動力學模型中可以發現，在發酵中菌體的生長需要消耗大量的糖類底物，以分批發酵過程中所能出現的最大菌體濃度11.2~11.8 g/L計，模型中YX為0.43 g/g，取具有統計意義的初始菌體濃度進行計算，則在達到最大菌體濃度前，理論上大約需要消耗15.9~17.3 g/L可發酵糖。但由於真實發酵過程存在著菌體的維持消耗等因素，實際所消耗的可發酵糖要大於此值。

肝臟

結語

1）當採用澱粉為主要碳源的天然培養基進行西索米星的分批發酵時，分別建立了菌體生長階段和產物合成階段的動力學模型。在菌體生長期，菌體生長速率的數學模型可採用Monod方程表示，在產物合成期，菌體生長速率符合Contois方程。西索米星的合成符合Luedeking-Piret方程，可採用Levenspiel方程對其進行修正。

2）分別對菌體生長階段和產物合成階段的動力學模型進行了模型參數的估計。菌體生長期動力學模型參數μm、KS、KX、m分別為：0.058 h-1、4.046 g/L、0.433 g/g、0.000 1 g/(g·h），擬合偏差平方和J為0·011；產物合成期動力學模型參數μm、KX、K2、N、YX、YP、m分別為：0.058 h-1、60.556 g/g、1.198 g/(g·h）、0.606、0.090 g/g、0.095 g/g、0.001 73 g/(g·h），擬合偏差平方和J為0.027。

3）所建立的動力學模型能較好地描述和預測初始總糖濃度為50.0~70.0 g/L的西索米星分批發酵過程，模型狀態變數實驗值與模擬值的相對偏差平方和均小於6%。該研究為西索米星分批發酵的過程最佳化及其控制提供了依據。4）採用高濃度的麥芽糖為補料液進行流加發酵的方式，能有效地減緩發酵中後期因澱粉水解酶表觀活性不足所導致的可發酵糖濃度的下降，有助於大幅度提高西索米星的發酵水平。

研究動態

對西索米星產生菌伊尼奧小單孢菌Micromonospora inyoensis F003的微生物代謝特性及其菌體生長和產物合成的動力學進行研究，建立了西索米星分批發酵和流加發酵動力學模型，並對補料策略和其它工藝參數進行最佳化。

首先，建立了能直接用於發酵液中西索米星濃度測定的薄層層析生物顯影法，在相同條件下，對536mg/L的西索米星標準液連續測定6次，測定結果為531±13mg/L。

工藝條件研究發現，培養基中添加6～10mg/L氯化鈷或1.0～2.0g/L蛋氨酸可加快西索米星合成途徑中前體物質慶大黴素A的甲基化速率，蛋氨酸在產物合成中前期（30～48h）添加的效果最佳。磷酸鹽初始濃度3.20～5.30mmol/L有助於菌體的生長，但抑制西索米星的合成。在產物合成期磷酸鹽濃度控制在0.10mmol/L以下可提高鹼性磷酸酯酶活力，降低丙酮酸濃度，促進西索米星合成。發酵溫度和pH值分段最佳化控制研究表明，菌體生長期控制溫度34℃和pH 7.1，產物合成期控制溫度31℃和pH 7.4是有益的。

胰島素

M.inyoensis F003的發酵特性研究表明，西索米星發酵過程具有典型的非生長耦聯特徵。當以澱粉為主要碳源時，對數生長期最大菌體比生長速率為0.058h〓，產物合成期最大產物比合成速率0.0018g/(g·h）。HPLC和酶法測定結果顯示發酵液中主要的可發酵糖為麥芽糖，適合菌體生長的麥芽糖濃度或葡萄糖濃度分別為10.0～25.0g/L和7.5～15.0g/L，可發酵糖濃度低於10.2g/L將限制西索米星合成。西索米星發酵過程澱粉水解酶表觀活性的動力學特性表明，在對數生長期澱粉水解酶表觀活性較高，最大值為0.84g/(L·h），在發酵中後期澱粉水解酶表觀活性僅為最大值的1/4～1/20，導致可發酵糖濃度降低，限制西索米星的合成。

西索米星濃度大於0.50g/L將明顯抑制產物合成。發酵中約65%的西索米星是吸附在菌體上。pH值會影響西索米星與菌體的吸附。發酵中後期（56～72h）採用添加732陽離子交換樹脂的發酵-分離耦合工藝有利於降低菌體上產物吸附量，削弱產物的抑制效應，能提高西索米星發酵水平40%左右。

白細胞

分別建立了西索米星分批發酵和流加發酵動力學模型，並對模型參數進行了估計，模型均能很好地描述西索米星發酵過程菌體的生長、底物的消耗和產物的合成。驗證實驗表明，所建立的模型能較好地預測初始澱粉濃度為50.0-70.0g/L時西索米星的發酵過程特性。

以西索米星產率、單位糖耗和殘糖濃度為評價指標，對西索米星流加發酵的補料策略（補料時機、補料速率、補料液濃度和補料液組成）進行了計算機仿真最佳化。以240L/h恆定流率流加麥芽糖（濃度40g/L）的流加發酵與分批發酵相比，西索米星產率提高了47%，單位糖耗降低了18.8%，發酵結束時殘糖濃度降至12.8g/L，低於分批發酵35.1g/L的殘糖濃度。改用50.0g/L玉米澱粉水解液（可發酵糖濃度為40.0g/L）為補料液，產率提高了45%，單位糖耗降低了28.5%，殘糖濃度為16.7g/L。結果提供了西索米星發酵的最佳化工藝和過程最佳化控制策略，可明顯提高發酵效率，能產生顯著的經濟效益。