制藥用水系統是制藥行業所需的潔凈公用工程系統。制藥用水可以作為清潔劑，用于淋洗和清潔儲罐、設備等，或作為原輔料，用于藥品調配、合成與制劑生產，也可作為高壓滅菌器的蒸汽供應等。制藥用水的化學純度和微生物負荷會直接影響最終產品的質量，每家制藥企業都會投入大量的資源建設和維護制藥用水系統。

根據生產工藝和應用場景的不同，藥品生產工藝中使用的水，主要分為飲用水、純化水、注射用水和滅菌注射用水。雖然每一級水都有嚴格的質量控制體系，但是每一級水也都是微生物污染的潛在來源，因此，制藥用水系統微生物負荷的控制尤為關鍵。在實際生產實踐中，為了更好地控制制藥用水系統中的微生物水平，除了通過生物負載測定微生物數量外，微生物學家還需要了解水系統中存在的微生物類型，不僅有助于明確水系統中微生物污染趨勢的變化，也便于預測它們是否會導致更嚴重的問題，比如水系統中是否有形成生物被膜的風險，或者它們是否對產品(從而對患者)造成特殊風險。

本文對制藥用水系統中主要的微生物類型及其風險因素進行綜述，以期為制藥企業水系統的微生物控制提供幫助。

1、純化水微生物群落結構

純化水為飲用水經蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其他適宜的方法制備的制藥用水，不含任何附加劑。純化水可作為配制普通藥物制劑用的溶劑或試驗用水，也可作為中藥注射劑、滴眼劑等滅菌制劑所用飲片的提取溶劑等。有人員從6300 個純水樣本篩選到315個超警戒線的樣本，并回收了 347 個分離株。純化水微生物中主要的屬為 Ralstonia（羅爾斯通菌屬）和 Burkholderia（伯克霍爾德菌屬）， 而 Ralstonia pickettii （皮氏羅爾斯通氏菌）和Burkholderia cepacia （洋蔥伯克霍爾德氏菌）為純化水中最主要的菌種。

2、注射用水微生物群落結構

注射用水為純化水經蒸餾所得的水，需符合細菌內毒素試驗要求。制藥企業應定期清洗與消毒注射用水系統。注射用水的儲存方式和靜態存儲期限應經過驗證確保水質符合質量要求。注射用水可作為配制注射劑、滴眼劑等溶劑或稀釋劑及容器的精洗。由于注射用水嚴格的質量控制，通常從注射用水系統中分離的微生物很少。如果水系統的管道設計可有效避免所謂的“死角”(水流中斷的區域)并且水流保持連續運動狀態，則污染風險會進一步降低。有人員在15年間收集了46800 個注射用水樣本。研究發現，很少有注射用水樣品不滿足水系統的質量要求。46800 個樣本中只有300 個樣本檢測到革蘭氏陰性桿菌(比率為 0.6%)，最終回收了439 個革蘭氏陰性桿菌(每個樣本少于2種不同的生物體)。數量上最常見的微生物種名還是Ralstonia pickettii （皮氏羅爾斯通氏菌）和Burkholderia cepacia （洋蔥伯克霍爾德氏菌）。

3、制藥用水中主要的微生物及其危害性分析

洋蔥伯克霍爾德菌復合體 (Burkholderiacepacia complex，BCC)和皮氏羅爾斯通菌是制藥用水中主要的污染菌。

3.1 BCC

BCC因引起洋蔥患病而得名，實際上它可以感染植物界及人類，具有較強跨界感染能力，可以使患有囊性纖維化和慢性肉芽腫性疾病的患者引起嚴重的“洋蔥伯克氏菌綜合癥”致死。免疫功能低下患者(虛弱的老年人、HIV 陽性者、接受化療的癌癥患者等)中也有該菌感染的報道[8]。2007 年發表的一份調查報告顯示，在 1998 年~2006 年FDA 非無菌藥品微生物污染召回事件中，占 22%的污染微生物為洋蔥伯克霍爾德菌，污染藥品類型包括：痤瘡膏、糖漿、吸入液、非酒精身體噴霧劑、嬰兒油、洗發水和漱口水。2004 年~2011年，有 34%的產品召回與該菌的污染有關。2012年~2019 年的 FDA 召回事件表明，洋蔥伯克霍爾德菌是非無菌藥物微生物污染召回的頭號原因(占45.3%，共發生 102 次召回)。這些召回事件引起了美國藥典委員會的重視，并特別發布 USP<60>非無菌產品的微生物學檢查：伯克霍爾德菌復合物，以檢測非無菌產品中是否存在 BCC 物種。

BCC 之所以是制藥行業主要的不可接受微生物，主要原因是由于它具備以下能力：①能在寡營養和低滲透壓的純水環境生存的能力。保持完整外膜結構的能力與該菌在水環境中長期存活有關。在營養缺乏時，形態從典型的革蘭氏陰性桿菌轉變為球菌，并可進入休眠狀態活著但不可培養。該階段細胞代謝活性降低，膜脂成分改變，導致外膜通透性降低，從而增加對多黏菌素B的耐受性。此外，大多數基因表達水平降低，而氨基酸、脂肪酸和磷脂代謝基因表達水平增加，這表明這些化合物可以在營養缺乏的情況下替代碳源和能源。②BCC具備可以在多種藥物中生長和增殖能力。BCC 細菌能夠使用多種有機化合物作為碳源和能源，其中一些是很難分解代謝的外源性物質[14]。例如，它們能夠通過對芳香結構氧化并對鹵化化合物進行分解，從而在硝基芳香族和芳香族化合物中生存，可導致藥品活性成分的降解，從而影響藥物的穩定性和純度，以及它們的效力和有效性[15]。藥物降解還可能導致有毒物質的形成[16]。最終對這類產品的消費者構成了嚴重的風險。③對細菌抑制劑、抗生素有強大的耐受機制的能力。它們可以通過形成生物被膜、耐藥基因等方式抗逆。

3.2皮氏羅爾斯通菌

通過分析 2012 年~2019 年的 FDA 召回報告發現，羅氏菌(占總召回數的 20%，共發生 45 次召回)排在洋蔥伯克霍爾德菌之后，是非無菌藥物微生物污染召回的第二大原因。

皮氏羅爾斯頓菌不被認為是主要病原體，它的毒力也較低，但它引起的感染報導屢見不鮮，包括血流感染、腦膜炎和瘧原蟲體外培養污染等。許多皮氏羅爾斯頓菌感染病例是由于受污染的溶液引起的，包括注射用水、用純化水制成的鹽水溶液和無菌藥物溶液。這些藥物可以靜脈注射和作為滴注液，用于清潔傷口或用于氣管內吸痰，從而導致血液(菌血癥)和呼吸道感染。而這些溶液產品的污染最大可能是發生在制造階段。過濾器往往用于一些藥物的終端滅菌，但皮氏羅爾斯頓菌能夠通過 0.45µm 和 0.22µm 的濾膜，從而使得終產品染菌。在1983 年，5名嬰兒因為使用了受皮氏羅爾斯頓菌污染的呼吸治療溶液而被感染，而這正是由于蒸餾水的生產過程中繞過了一個 82 ℃的儲槽，使得該菌活著進入了溶液。此外，該菌也能在醫院消毒劑中存活，包括洗必泰和乳酸依沙吖啶。

盡管皮氏羅爾斯通菌毒力很低，但正如上文所提及的該菌已被確定為會導致許多潛在的有害感染和死亡。因此，制藥用水中尤其要控制此菌的污染。

4、制藥用水系統的微生物控制措施

即使藥企對制藥用水系統進行嚴格的控制，還是有很小數量微生物存在于各個級別的用水系統中。此外，制藥企業對于水系統的微生物檢測也有不足之處，主要有：①水中的微生物分布遵循泊松分布而非均勻分布，這使得水體微生物的回收率往往重復性不佳；②培養條件的限制。培養基的選擇性和培養時長的受限，都會影響水體中微生物的回 收率。如受 培養基的選擇性，Prosthecate bacteria( 柄桿菌 ) ，Mycobacteriumspecies( 分枝桿菌 ) ， Spirochaetes( 螺旋體 ) ，Thiobacillus species(硫桿菌屬)等種類很難被培養；③采樣方式的局限性。目前的采樣大多針對自由漂浮狀態的微生物，而不是對附著在底層的微生物或生物膜群落的部分進行檢測；④制藥用水是一個營養及其缺乏的極端環境，絕大多數的微生物以“活著但不可被培養”或者生物被膜的狀態存在，因此目前藥企的培養結果也僅占水系統微生物的小部分。

正是由于微生物在制藥用水系統中的不確定性，制藥企業的微生物專家需要考慮和了解水系統中的微生物的不斷變化的模式，開展一系列的工作，包括：①建立各級水系統的微生物數據庫。對構成不同水系統微生物常見分離株進行鑒定，并了解不同水質之間是否存在關系。②建立趨勢分析的方法。可以連續幾年對水系統中的微生物數據進行比較和趨勢分析，檢查微生物的種類是否與預期在水系統中發現的微生物相似，同時能夠對趨勢的任何變化作出及時的響應。③收集并建立水系統常見的微生物菌種庫，用于培養基驗證、消殺驗證等。

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