大多数人对发酵的体验都是通过它最著名和最受欢迎的用途——酿造啤酒
发酵最初的定义是“酵母将糖厌氧转化为二氧化碳和酒精”，我们大多数人都通过其最著名和最受欢迎的用法——酿造啤酒，对发酵过程有过第一手的经验。
随着时间的推移，这个最初的定义被扩展为“微生物将有机物质转化为相对简单的物质——本质上是高效、灵活的生物工厂。”“在它们的生长和生命周期中，微生物建立了生存和繁殖所需的各种不同类型的分子;适应变化的环境;压力条件和防御敌对的，竞争性的微生物威胁。
在制药工业中通常使用的微生物包括:原核生物，如细菌(例如细菌)。大肠杆菌，金黄色葡萄球菌)和链霉菌(例如:链霉菌属spp,放线菌Spp)，真核生物，如丝状真菌(例如，穗spp,曲霉属真菌)和酵母(例如:酿酒cereviciae,
毕赤酵母属pastoris）.
制药工业主要感兴趣的分子是小分子，如短肽和低分子量有机分子，大分子，包括蛋白质和核酸(DNA, RNA)和大分子，如脂类和碳水化合物聚合物，以及各种产品类型的组合，如脂多糖，脂肽，肽聚糖。这些产品类型中的任何一种都有可能作为药物的活性药物成分(API)。
微生物发酵简介
微生物发酵是生产各种医药产品的基础，几乎针对任何医疗适应症。例子包括抗癌细胞毒药物和疫苗、抗传染病抗生素和疫苗、激素紊乱疗法和许多其他适应症。
内源性分子的自然生物合成涉及特定的多步复杂途径，其中一些途径可用于外源分子的生物合成。微生物可以被基因改造(重组技术)或通过大量改变其内源性途径进行代谢工程。
发酵开发的关键要素是菌株选择和优化，培养基和工艺开发，最后，扩大规模以最大限度地提高生产力。下游加工利用各种技术从稀释发酵液中提取、浓缩和纯化产品。
发酵衍生产品的多样性——从整个分子库中回收和选择性纯化特定的所需产品——使发酵技术成为包括微生物学、有机化学、生物化学和分子生物学在内的多学科方法。
当发酵量大于10L时，应采取必要的生物安全措施，特别是使用风险组2 (RG2)病原体时。其中包括生物安全2级大规模(BSL2-LS)密封设施设计和特殊操作程序。由于这些产品可能有毒和危险，其回收和纯化需要足够的化学/生化设施和设备，包括用于处理强效原料药(HPAPIs)的隔离器。
在cGMP发酵程序中，质量是建立在整个过程中，确保监管机构在安全、产品标识、质量和纯度方面的要求得到满足。
在温度控制的生物存储中沉积，在严格的无菌程序下处理的菌株将被识别和表征均一性(没有外来生长)。
为什么选择微生物发酵?
发酵是获得仅依赖于微生物的化学原料药的唯一途径，而在其他生物系统(如哺乳动物细胞)中没有相应的途径。例如，真菌中产生的抗生素/次级代谢产物可作为抗癌或抗感染剂，或革兰氏阴性菌中产生的脂质A可作为佐剂。
这些有机分子可以通过多步合成得到。然而，有机分子在本质上是非常复杂的，可能包含诸如手性中心、大的立体定向环或独特的共轭双键系统等结构。走合成路线不仅需要大量的开发，而且耗时，比发酵方法成本更高。
半合成方法利用了发酵在新药生产中的优势。天然分子通过发酵产生，然后进行合成修饰，降低毒性，提高效力和选择性，并克服细菌对传统抗生素的耐药性。
发酵也可能是天然治疗蛋白的唯一来源，只在微生物系统中表达。蛋白质是中高分子量的复杂分子。它们的功能和稳定性很大程度上取决于它们的二级和三级结构，以及各种翻译后修饰，主要是糖硅化。合成的选择仅限于非常短的多肽。
重组技术使治疗性蛋白的外源基因编码在微生物系统(包括来自人类的微生物系统)中表达成为可能。使用微生物发酵有利于蛋白质的表达，不需要翻译后修饰的微生物系统，如大肠杆菌，缺乏翻译后机制。
进一步的方法是将表达的蛋白质减少到最小有效结构域(抗体情况下的纳米体/肽体)。如下表所示，与哺乳动物系统相比，发酵的主要优势是时间和产量，最终转化为成本。
需要修饰的治疗性蛋白质，例如抗体的糖硅化，直到最近才在哺乳动物细胞培养中表达。出于成本考虑，科学家们寻求在微生物系统中表达糖基化治疗蛋白，从而产生了一种新的方法-糖工程-通过修改高产量表达重组酵母中的内源性糖基化途径。修改后的途径复制了人的途径，因此允许人源化抗体片段的表达。
结论
虽然不是一项新技术，但微生物发酵仍在不断发展，现在经常是化学化合物和治疗性蛋白质的首选生产方法，提供了一种最佳的经济路线，使制药公司缩短了生产过程和上市时间。
| 微生物发酵 | 哺乳动物文化 | |
| 一代时间 | 20分钟-小时 | 小时-天 |
| 增长长度 | 1 - 4天 | 10 - 14天 |
| 产品类型 | 蛋白质;次生代谢产物;细胞壁组分;DNA | 蛋白质 |
| 粗蛋白质效价 | 1-15g / L | 1-5g / L |
| 媒体成本 | 低 | 高 |
| 增长的敏感性 | 低 | 高 |
| 翻译后修饰 | 有些是酵母 | 是的 |
