第一章__現(xiàn)代生物技術(shù)在生物活性物質(zhì)開發(fā)中的應(yīng)用

第一章現(xiàn)代生物技術(shù)在生物活性物質(zhì)開發(fā)中的應(yīng)用 主要內(nèi)容一 應(yīng)用生物技術(shù)的必要性二 生物技術(shù)研究的主要內(nèi)容及優(yōu)越性 一 應(yīng)用生物技術(shù)的必要性 1 生物技術(shù) 是以生命科學(xué) 生物化學(xué)和細胞生物學(xué) 為基礎(chǔ) 利用生物 或生物組織 細胞或其他組成部分 的特性和功能 設(shè)計 構(gòu)建具有預(yù)期性能的新物質(zhì)或新品系 以及與工程原理相結(jié)合 加工生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)的綜合性技術(shù) 2 必要性 人類對自然資源的過度開發(fā) 使自然資源日漸匱乏 可耕作的土地面積和可再生資源日益減少 比如紫杉醇對腫瘤有很好的療效 但是由于人們對自然紫杉樹的過度砍伐 使得這種具有特殊藥用價值的資源有被滅絕的危險 大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)對環(huán)境和生態(tài)帶來嚴重的甚至是不可逆轉(zhuǎn)的破壞 為了解決這些問題 應(yīng)用生物技術(shù)獲取有用的次生代謝產(chǎn)物來滿足人們的需求是非常必要的 二 生物技術(shù)研究的主要內(nèi)容及優(yōu)越性 1 主要研究內(nèi)容 基于植物細胞的全能性 借鑒微生物發(fā)酵工業(yè)的成就和經(jīng)驗 通過高等植物細胞 器官等的大規(guī)模培養(yǎng) 生產(chǎn)有用的次生代謝產(chǎn)物 比如華中理工大學(xué)對紅豆杉細胞的大規(guī)模培養(yǎng)來獲得紫杉醇 中國藥科大學(xué)對人參細胞培養(yǎng)來獲得人參皂苷等 利用分子生物學(xué)手段對藥用植物進行遺傳操作 獲得轉(zhuǎn)基因植物或轉(zhuǎn)基因組織和器官 如懷特等人培育的轉(zhuǎn)基因綿羊 羊奶中含有抗胰蛋白酶 或者旨在尋找一些次生代謝產(chǎn)物生物合成途徑中的關(guān)鍵酶基因 進而對這些次生代謝產(chǎn)物的生物合成過程進行調(diào)控或?qū)⑦@些關(guān)鍵酶基因轉(zhuǎn)入微生物中生產(chǎn)人們所需要的次生代謝產(chǎn)物 應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù)進行了藥用植物分子標記育種與品質(zhì)定向調(diào)控的研究 2 優(yōu)越性 操作培養(yǎng)條件和培養(yǎng)方式 極大地提高生產(chǎn)率 也就是對培養(yǎng)條件進行優(yōu)化 提高有用次生代謝產(chǎn)物的含量 培養(yǎng)是在無菌條件下進行的 可以排除病蟲害的侵擾 嚴格控制藥材質(zhì)量 可以進行特定的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng) 大規(guī)模地生產(chǎn)所需要的有效成分 生物轉(zhuǎn)化就是利用植物懸浮培養(yǎng)細胞或器官中的一些酶對外源化學(xué)成分進行結(jié)構(gòu)改造的一門技術(shù) 以期得到活性更好 毒性更小或價值更大的先導(dǎo)化合物 通過對有效成分生物合成路線進行遺傳操縱 提高所需物質(zhì)的產(chǎn)量 通過加入或刪除基因而改變原藥材的遺傳特性 2 1藥材的分子鑒定 一 植物藥的分子生物學(xué)鑒定二 動物藥的分子鑒定 一 藥用植物基因庫的建立二 生物技術(shù)與藥用植物優(yōu)良品種的選育三 藥用植物關(guān)鍵酶基因與代謝途徑 2 2生物活性物質(zhì)的基因工程 基因工程又稱基因拼接技術(shù)和DNA重組技術(shù) 是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ) 以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段 將不同來源的基因 按預(yù)先設(shè)計的藍圖 在體外構(gòu)建雜種DNA分子 然后導(dǎo)入活細胞 以改變生物原有的遺傳特征 獲得新品種 生產(chǎn)新產(chǎn)品 2 3生物活性物質(zhì)的細胞工程 一 動物細胞培養(yǎng)在藥物開發(fā)中的應(yīng)用二 藥用植物細胞組織和器官培養(yǎng) 2 3 1動物細胞培養(yǎng)在藥物開發(fā)中的應(yīng)用 細胞工程 是細胞水平和亞細胞水平的生物工程 是用生物體或其組分 組織或器官 在最適宜條件下生產(chǎn)有益產(chǎn)物或進行有效過程的技術(shù) 通過細胞工程可以快速 高效地生產(chǎn)高價值的生物產(chǎn)品或培養(yǎng)有價值的細胞株 并可以產(chǎn)生新的物種或品系 細胞工程包括細胞培養(yǎng) 細胞融合 細胞拆合 核移植 染色體操作及基因轉(zhuǎn)移 細胞大規(guī)模培養(yǎng)快速繁殖技術(shù) 例如 克隆羊 多莉 就是利用核移植技術(shù)培育出來的 主要應(yīng)用于藥物的篩選 有三種模型 2 3 2發(fā)酵工程技術(shù)在藥用植物資源開發(fā)中的應(yīng)用 一 藥用植物發(fā)酵培養(yǎng)工業(yè)化的意義二 多領(lǐng)域的合作 發(fā)酵工程指采用工程技術(shù)手段 利用生物 主要是微生物 和有活性的離體酶的某些功能 為人類生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品 或直接用微生物參與控制某些工業(yè)生產(chǎn)過程的一門技術(shù) 比如 釀酒 制造奶酪和酸奶 是利用發(fā)酵技術(shù)的典型例子 發(fā)酵工程經(jīng)歷了 農(nóng)產(chǎn)品手工加工 近代發(fā)酵工程 現(xiàn)代發(fā)酵工程 三個發(fā)展階段 現(xiàn)代發(fā)酵工程是一個由多學(xué)科交叉 融合而成的技術(shù)性和應(yīng)用性較強的開放性學(xué)科 發(fā)酵工程技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備是生物反應(yīng)器 生物反應(yīng)器是指在體外模擬生物體的功能 設(shè)計出來用于生產(chǎn)和檢測各種化學(xué)品的反應(yīng)裝置 或者說 生物反應(yīng)器是利用酶或生物體 如微生物 所具有的生物功能 在體外進行生化反應(yīng)的裝置系統(tǒng) 是一種生物功能模擬機 比如 人的胃就是一個天然的生物反應(yīng)器 工程上用的生物反應(yīng)器有發(fā)酵罐 固定化酶或固定化細胞反應(yīng)器等 2 3 2 1 藥用植物發(fā)酵培養(yǎng)工業(yè)化的意義 1 有助于解決耕地減少的問題 中藥材的來源主要是依靠野生資源和大田種植 而我國是一個人均可耕地面積較少的國家 大量的土地用于種植藥材 占用了糧食生產(chǎn)用地 2 有助于解決 老參地 問題 老參地 指種植過一茬人參的土地 由于人參不能連作 種過一茬后的土地要放置一段時間甚至幾十年才能再種植 為了開辟新的土地資源 大量的山林被砍伐 造成水土和植物多樣性的流失 2 3 2 2 多領(lǐng)域的合作 現(xiàn)代生物技術(shù)是一門多學(xué)科 多領(lǐng)域交叉 滲透技術(shù) 只有不同領(lǐng)域科學(xué)家的通力合作 才能取得較大的成果 而這些正是我國生物技術(shù)研究領(lǐng)域所欠缺的 正如書中所言 一個生物學(xué)家能把細胞養(yǎng)活 一個工程學(xué)家能把培養(yǎng)規(guī)模放大 一個藥學(xué)家能分析培養(yǎng)的活性成分并開發(fā)產(chǎn)品 三者結(jié)合起來 才能真正實現(xiàn)藥用植物組織培養(yǎng)的產(chǎn)業(yè)化 現(xiàn)代生物技術(shù)在生物資源開發(fā)應(yīng)用中的前景 中國藥用植物資源豐富 但如果在使用這些資源時只進行掠奪性開采和浪費使用 不僅會造成資源枯竭 還會出現(xiàn)生態(tài)被破壞和環(huán)境日益惡化的嚴重后果 保護藥用植物資源 防止物種滅絕 是一個涉及宣傳 教育 立法 科學(xué)研究 行政管理 經(jīng)濟貿(mào)易等方面的復(fù)雜問題 但利用生物技術(shù)方法 如組織培養(yǎng) 基因工程等建立種質(zhì)保存基因庫 保存遺傳資源也是一種非常有效的方法 現(xiàn)代生物技術(shù)在生物資源開發(fā)應(yīng)用中的前景 利用生物技術(shù)從生物資源中發(fā)現(xiàn)新的活性成分 新的單體 對有效成分的合成路線進行遺傳操作 可提高所需的次生代謝產(chǎn)物含量 開發(fā)出具有中國自己特色的新型藥物 特別是在具獨特療效的溶栓