生物技術(shù)藥物分類及其發(fā)展歷程

1、詳述生物技術(shù)藥物的分類及其發(fā)展歷程生物技術(shù)藥學(xué)結(jié)課論文 理學(xué)院 2012級(jí)電子信息班 鄧 兵 摘 要生物技術(shù)藥物是指采用DNA重組技術(shù)或其他創(chuàng)新生物技術(shù)生產(chǎn)的治療藥物。如：細(xì)胞因子、纖溶酶原激活劑、重組血漿因子、生長因子、融合蛋白、受體、疫苗和單抗、干細(xì)胞治療技術(shù)等。 生物技術(shù)藥物是生物經(jīng)濟(jì)的重要載體?？梢葬t(yī)病。生物技術(shù)藥物包括細(xì)胞團(tuán)子、重組蛋白質(zhì)藥物、抗體、疫苗和寡核苷酸藥物等，主要用于防治腫瘤、心血管疾病、傳染病、哮喘、糖尿病、遺傳病、心腦血管病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疑難病癥，在臨床上已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，為制藥工業(yè)帶來了革命性的變化。我國自1986年實(shí)施“863”計(jì)劃以來，生物技術(shù)藥物的研究、開

2、發(fā)和產(chǎn)業(yè)化獲得了飛速發(fā)展。關(guān)鍵詞生物技術(shù) 基因工程 蛋白質(zhì)工程 細(xì)胞工程目 錄1. 概念2. 分類基因工程1、 DNA重組技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)2、 DNA重組技術(shù)的一般操作步驟 細(xì)胞工程1、 細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù) 2、細(xì)胞核移植技術(shù) 3、細(xì)胞融合技術(shù) 酶工程、發(fā)酵工程與蛋白質(zhì)工程 1、酶工程 2、發(fā)酵工程 3、蛋白質(zhì)工程 3.發(fā)展歷程 1、生物技術(shù)發(fā)展簡史 2、生物技術(shù)藥物發(fā)展前景1. 概念中文名: 生物技術(shù)藥物，又名“生物藥物”英文名: Biotechnological drugs生物技術(shù)藥物（biopharmaceutics）:廣義是指所有以生物質(zhì)為原料只去的各種生物活性物質(zhì)及其人工合成類似物、以及通過

3、現(xiàn)代生物技術(shù)制成的藥物，狹義指利用生物體、生物組織、細(xì)胞及其成分，綜合應(yīng)用化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)藥學(xué)各學(xué)科原理和技術(shù)方法制得的用于預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)保健的制品，而這里特指采用DNA重組技術(shù)或其他現(xiàn)代生物技術(shù)研制的蛋白質(zhì)或核算類藥物。2. 分類 現(xiàn)代生物技術(shù)一般包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程。20世紀(jì)末，隨著計(jì)算生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)與合成生物學(xué)的興起，發(fā)展了系統(tǒng)生物學(xué)的生物技術(shù) - 即系統(tǒng)生物技術(shù)（systems biotechnology），包括生物信息技術(shù)、納米生物技術(shù)與合成生物技術(shù)等。 基因工程 基因工程是指在基因水平上，按照人類的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后按設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建出具有某

4、種新的性狀的生物新品系，并能使之穩(wěn)定地遺傳給后代?；蚬こ滩捎门c工程設(shè)計(jì)十分類似的方法，明顯地既具有理學(xué)的特點(diǎn)，同時(shí)也具有工程學(xué)的特點(diǎn)。 DNA重組技術(shù)是基因工程的核心技術(shù)。重組，顧名思義，就是重新組合，即利用供體生物的遺傳物質(zhì)，或人工合成的基因，經(jīng)過體外切割后與適當(dāng)?shù)妮d體連接起來，形成重組DNA分子，然后將重組DNA分子導(dǎo)入到受體細(xì)胞或受體生物構(gòu)建轉(zhuǎn)基因生物，該種生物就可以按人類事先設(shè)計(jì)好的藍(lán)圖表現(xiàn)出另外一種生物的某種性狀。 1、DNA重組技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ) （1）目的基因 基因工程是一種有預(yù)期目的的創(chuàng)造性工作，它的原料就是目的基因。所謂目的基因，是指通過人工方法獲得的符合設(shè)計(jì)者要求的DNA片段

5、，在適當(dāng)條件下，目的基因?qū)?huì)以蛋白質(zhì)的形式表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者改造生物性狀的目標(biāo)。 （2）載體 目的基因一般都不能直接進(jìn)入另一種生物細(xì)胞，它需要與特定的載體結(jié)合,才能安全地進(jìn)入到受體細(xì)胞中。目前常用的載體有質(zhì)粒、噬菌體和病毒。 質(zhì)粒是在大多數(shù)細(xì)菌和某些真核生物的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一種環(huán)狀DNA分子，它位于細(xì)胞質(zhì)中。許多質(zhì)粒含有在某種環(huán)境下可能是必不可少的基因。 噬菌體是專門感染細(xì)菌的一類病毒，由蛋白質(zhì)外殼和中心的核酸組成。在感染細(xì)菌時(shí)，噬菌體把DNA注入到細(xì)菌里，以此DNA為模板，復(fù)制DNA分子，并合成蛋白質(zhì)，最后組裝成新的噬菌體。當(dāng)細(xì)菌死亡破裂后，大量的噬菌體被釋放出來，去感染下一個(gè)目標(biāo)。 質(zhì)粒、

6、噬菌體和病毒的相似之處在于，它們都能把自己的DNA分子注入到宿主細(xì)胞中并保持DNA分子的完整，因而，它們成為運(yùn)載目的基因的合適載體。因此，基因工程中的載體實(shí)質(zhì)上是一些特殊的DNA分子。 （3）工具酶 基因工程需要有一套工具，以便從生物體中分離目的基因，然后選擇適合的載體，將目的基因與載體連接起來。DNA分子很小，其直徑只有20埃（10-10米），基因工程實(shí)際上是一種“超級(jí)顯微工程”，對(duì)DNA的切割、縫合與轉(zhuǎn)運(yùn)，必須有特殊的工具。 2、 DNA重組技術(shù)的一般操作步驟 一個(gè)典型的DNA重組包括五個(gè)步驟： （1）目的基因的獲取 （2）DNA分子的體外重組 （3）DNA重組體的導(dǎo)入 （4）受體細(xì)胞的篩

7、選 （5）基因表達(dá) 這五個(gè)步驟代表了基因工程的一般操作流程。 人們掌握基因工程技術(shù)的時(shí)間并不長，但已經(jīng)獲得了許多具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的成果，基因工程作為現(xiàn)代生物技術(shù)的核心，將在社會(huì)生產(chǎn)和實(shí)踐中發(fā)揮越來越重要的作用。 細(xì)胞工程關(guān)于細(xì)胞工程的定義和范圍還沒有一個(gè)統(tǒng)一的說法，一般認(rèn)為，細(xì)胞工程是根據(jù)細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)原理，采用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，在細(xì)胞水平進(jìn)行的遺傳操作。細(xì)胞工程大體可分染色體工程、細(xì)胞質(zhì)工程和細(xì)胞融合工程。 1、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù) 細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是細(xì)胞工程的基礎(chǔ)技術(shù)。所謂細(xì)胞培養(yǎng)，就是將生物有機(jī)體的某一部分組織取出一小塊，進(jìn)行培養(yǎng)，使之生長、分裂的技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)又叫組織培養(yǎng)。近二十年來細(xì)胞生物學(xué)

8、的一些重要理論研究的進(jìn)展，例如細(xì)胞全能性的揭示，細(xì)胞周期及其調(diào)控，癌變機(jī)理與細(xì)胞衰老的研究，基因表達(dá)與調(diào)控等，都是與細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)分不開的。 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)有兩種方式。一種叫非貼壁培養(yǎng)：也就是細(xì)胞在培養(yǎng)過程中不貼壁， 條件較為復(fù)雜， 難度也大一些，但是容易同時(shí)獲得大量的培養(yǎng)細(xì)胞。這種方法一般用于淋巴細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和一些轉(zhuǎn)化細(xì)胞的培養(yǎng)。另一種培養(yǎng)方式是貼壁培養(yǎng)：也稱為細(xì)胞貼壁，貼壁后的細(xì)胞呈單層生長，所以此法又叫單層細(xì)胞培養(yǎng)。 在細(xì)胞培養(yǎng)中，我們經(jīng)常使用一個(gè)詞克隆。克隆一詞是由英文clone音譯而來，指無性繁殖以及由無性繁殖而得到的細(xì)胞群體或生物群體。細(xì)胞克隆是指細(xì)胞的一個(gè)無性繁殖系。自然界早已存在

9、天然的克隆，例如，同卵雙胞胎實(shí)際上就是一種克隆。 基因工程中，還有稱為分子克隆(molecular cloning)的，是科恩等在 1973年提出的。分子克隆發(fā)生在DNA分子水平上，是指從一種細(xì)胞中把某種基因提取出來作為外源基因，在體外與載體連接，再將其引入另一受體細(xì)胞自主復(fù)制而得到的DNA分子無性系。 2、細(xì)胞核移植技術(shù) 由于克隆是無性繁殖，所以同一克隆內(nèi)所有成員的遺傳構(gòu)成是完全相同的，這樣有利于忠實(shí)地保持原有品種的優(yōu)良特性。人們開始探索用人工的方法來進(jìn)行高等動(dòng)物克隆。哺乳動(dòng)物克隆的方法主要有胚胎分割和細(xì)胞核移植兩種。其中，細(xì)胞核移植是發(fā)展較晚但富有潛力的一門新技術(shù)。 細(xì)胞核移植技術(shù)屬于細(xì)胞

10、質(zhì)工程。所謂細(xì)胞核移植技術(shù)，是指用機(jī)械的辦法把一個(gè)被稱為“供體細(xì)胞”的細(xì)胞核（含遺傳物質(zhì)）移入另一個(gè)除去了細(xì)胞核被稱為“受體”的細(xì)胞中，然后這一重組細(xì)胞進(jìn)一步發(fā)育、分化。核移植的原理是基于動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞核的全能性。 在核移植中，并不是所有的細(xì)胞都可以作為核供體。作為供體的細(xì)胞有兩種：一種是胚胎細(xì)胞，一種是某些體細(xì)胞。 3、細(xì)胞融合技術(shù) 細(xì)胞融合技術(shù)屬于細(xì)胞融合工程。細(xì)胞融合技術(shù)是一種新的獲得雜交細(xì)胞以改變細(xì)胞性能的技術(shù)，它是指在離體條件下，利用融合誘導(dǎo)劑，把同種或不同物種的體細(xì)胞人為地融合，形成雜合細(xì)胞的過程。細(xì)胞融合術(shù)是細(xì)胞遺傳學(xué)、細(xì)胞免疫學(xué)、病毒學(xué)、腫瘤學(xué)等研究的一種重要手段 。 酶工程、

11、發(fā)酵工程與蛋白質(zhì)工程1、酶工程 酶工程是指利用酶、細(xì)胞或細(xì)胞器等具有的特異催化功能，借助生物反應(yīng)裝置和通過一定的工藝手段生產(chǎn)出人類所需要的產(chǎn)品。它是酶學(xué)理論與化工技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新技術(shù)。 酶工程，可以分為兩部分。一部分是如何生產(chǎn)酶，一部分是如何應(yīng)用酶。 如今，酶的固定化技術(shù)日新月異。它表現(xiàn)在兩方面： 一是固定的方法。目前固定的方法有四大類：吸附法、共價(jià)鍵合法、交聯(lián)法和包埋法。 二是被固定下來的酶，具有多種酶，能催化一系列的反應(yīng)。 2、發(fā)酵工程 現(xiàn)代的發(fā)酵工程。又叫微生物工程，指采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定的功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程。

12、發(fā)酵工程的步驟一般包括： 第一步，菌種的選育。 第二步，培養(yǎng)基的制備和滅菌。 第三步，擴(kuò)大培養(yǎng)和接種。 第四步，發(fā)酵過程。 第五步，分離提純。 發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、冶金工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 3、蛋白質(zhì)工程 在現(xiàn)代生物技術(shù)中，蛋白質(zhì)工程是在20世紀(jì)80年代初期出現(xiàn)的。蛋白質(zhì)工程是指在深入了解蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，并在掌握基因操作技術(shù)的基礎(chǔ)上，用人工合成生產(chǎn)自然界原來沒有的、具有新的結(jié)構(gòu)與功能的、對(duì)人類生活有用的蛋白質(zhì)分子。 蛋白質(zhì)工程的類型主要有兩種： 一是從頭設(shè)計(jì)，即完全按照人的意志設(shè)計(jì)合成蛋白質(zhì)。從頭設(shè)計(jì)是蛋白質(zhì)工程中最有意義也是最困難的操作類

13、型，目前技術(shù)尚不成熟，已經(jīng)合成的蛋白質(zhì)只是一些很小的短肽。 二是定位突變與局部修飾，即在已有的蛋白質(zhì)基礎(chǔ)上，只進(jìn)行局部的修飾。這種通過造成一個(gè)或幾個(gè)堿基定位突變，以達(dá)到修飾蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)目的的技術(shù)，稱為基因定位突變技術(shù)。 蛋白質(zhì)工程的基本程序是：首先要測(cè)定蛋白質(zhì)中氨基酸的順序，測(cè)定和預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，建立蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)模型，然后提出對(duì)蛋白質(zhì)的加工和改造的設(shè)想，通過基因定位突變和其它方法獲得需要的新蛋白質(zhì)的基因，進(jìn)而進(jìn)行蛋白質(zhì)合成。（圖4-37） 蛋白質(zhì)工程為改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能找到了新途徑，而且還預(yù)示人類能設(shè)計(jì)和創(chuàng)造自然界不存在的優(yōu)良蛋白質(zhì)的可能性，從而具有潛在的巨大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益

14、。（1）. 重組蛋白質(zhì)藥物或重組多肽藥物包括：細(xì)胞因子、人干擾素、人白細(xì)胞介素2等；（2）. 重組DNA藥物包括：反義寡核苷酸或核酸等、基因藥物、細(xì)胞治療制劑、DNA疫苗等（3）.干細(xì)胞治療：是指使用干細(xì)胞給病人治療的方法，這是生物技術(shù)藥物富有發(fā)展前景的重要領(lǐng)域。一般說來，采用DNA重組技術(shù)或其它生物技術(shù)研制的蛋白質(zhì)或核酸類藥物，可稱為生物技術(shù)藥物。 生物藥物已經(jīng)形成四大類型：一是應(yīng)用重組DNA技術(shù)（包括基因工程技術(shù)、蛋白質(zhì)工程技術(shù)）制造的基因重組多肽、蛋白質(zhì)類治療劑；二是基因藥物，如基因治療劑、基因疫苗、反義藥物和核酶等；三是來自動(dòng)物、植物和微生物的天然生物藥物；四是合成與部分合成的生物藥物

15、。3. 發(fā)展歷程第一代生物技術(shù)主要技術(shù)范疇1. 基因工程2. 細(xì)胞工程3. 酶工程4. 發(fā)酵工程5. 生化工程 第二代生物技術(shù)蛋白質(zhì)工程在基因工程基礎(chǔ)上再綜合蛋白質(zhì)化學(xué)、蛋白質(zhì)晶體學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)輔助設(shè)計(jì)等知識(shí)和技術(shù)發(fā)展起來的研究新領(lǐng)域，開創(chuàng)了按人類意愿設(shè)計(jì)和研制人類需要蛋白質(zhì)的新時(shí)期，被稱為第二代基因工程，第二代生物技術(shù)。第三代生物技術(shù)海洋生物技術(shù)微生物到動(dòng)植物、由陸地生物到海洋和空間生物。生物技術(shù)的發(fā)展簡史傳統(tǒng)生物技術(shù)：釀造技術(shù)-微生物-活酵母（乙醇發(fā)酵）-死酵母（糖發(fā)酵成乙醇）-酶揭示發(fā)酵現(xiàn)象的奧秘。近代生物技術(shù)：微生物發(fā)酵技術(shù)：青霉素-鏈霉素-金霉素-紅霉素 （抗生素工業(yè)） 醫(yī)用氨基酸-食用氨基酸 （氨基酸發(fā)酵工業(yè)） 酶制劑 （酶制劑工業(yè)） 現(xiàn)代生物技術(shù)1953年 DNA互補(bǔ)雙螺旋結(jié)構(gòu)1974年 DNA重組技術(shù)1975年 單克隆抗體技術(shù)1978年 在大腸桿菌中表達(dá)出胰島素1988年 PCR方法問世1997年 培育出第一只克隆羊多利2001年 人類基因組草圖完成2003年 中國研制的重組胰島素病毒-P53注射液獲新藥證書生物技術(shù)藥物發(fā)展前景：1)醫(yī)藥工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃生物技術(shù)藥物已被列為五大核心發(fā)展目標(biāo)之一。全球生物技術(shù)藥物將進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段2) 未來5年，全球藥品銷售保持3-6%