生物制藥緒論

2022/11/201生物制藥

Biopharmaceutics

2022/11/202關(guān)于本課程和考試專業(yè)核心課，課程教學為1學期，共40學時，2.5學分;考試方式：學期期末筆試，閉卷，滿分100分；考試成績=（筆試成績×0.70）+（出勤、平時上課提問、作業(yè)×0.30）；不劃重點，以書本為主，講課內(nèi)容為輔。

2022/11/203上課紀律：按時上課、有事請假，遲到者請從前門走并喊報告，事后說明原因;點名方式：老師點名或點人數(shù)，學習委員或班長配合;實驗課不得缺席，如有事者應請假，征得教師同意后申請補做。2次無故不參加者不得參加期末考試;出勤、平時上課提問和作業(yè)占30%，期中無故遲到扣總分1分/次，曠課扣總分2分/次，10分扣完則扣筆試成績；缺課、曠課累計超過該課程教學時數(shù)三分之一及以上的學生，取消其參加該課程考試的資格，請假手續(xù)按學院規(guī)定處理。2022/11/204第一章緒論生物技術(shù)的概念生物技術(shù)藥物生物技術(shù)制藥的概念和主要研究內(nèi)容與任務生物技術(shù)與生物技術(shù)制藥的發(fā)展簡史2022/11/205一、生物技術(shù)的概念

（一）生物技術(shù)的概念生物技術(shù)（biotechnology）又稱為生物工程（bioengineering），是指人們以現(xiàn)代生命科學為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的工程技術(shù)手段和其他基礎(chǔ)學科的科學原理，按照預先的設(shè)計改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達到某種目的技術(shù)。

2022/11/206（二）生物技術(shù)與各學科的關(guān)系分子生物學

微生物學生物化學

醫(yī)學生物技術(shù)遺傳學藥物生物技術(shù)細胞生物學現(xiàn)代生物技術(shù)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)化學工程

食品生物技術(shù)免疫學環(huán)境生物技術(shù)藥學海洋生物技術(shù)計算機技術(shù)等2022/11/207

（三）生物技術(shù)與醫(yī)藥的關(guān)系

1.與藥物的關(guān)系

生物技術(shù)最早應用的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域是醫(yī)藥行業(yè)。

1977年：第一個重組的生長激素抑制因子(somatostatin)出現(xiàn)。之后，美國成立了第一家遺傳工程公司——Genetech，進行小牛和小豬的生長激素的開發(fā)研究，與其他公司合作開發(fā)了-干擾素的生產(chǎn)技術(shù)。

1981年：第一個診斷用單克隆抗體首先在美國正式上市；

2022/11/208

1982年：第一個基因工程技術(shù)生產(chǎn)的人胰島素得到批準，投放市場，第一個基因工程疫苗也正式上市；

1986年：第一個單克隆抗體新藥——抗T細胞分化抗原OKT3單克隆抗體被批準投放市場，用于治療腎移植后作為抗排斥反應的藥物，有效率達94%。此后三十幾年中，陸續(xù)被批準上市的產(chǎn)品已達幾十種，正在臨床試驗的產(chǎn)品達幾百種。2022/11/209

2.與醫(yī)學的關(guān)系（1）從分子水平上去研究和認識疾?。喝邕z傳性疾病、癌癥等

（2）疾病的診斷：如酶聯(lián)免疫吸附測定、DNA診斷系統(tǒng)、遺傳疾病的分子診斷、癌癥的分子診斷、生物芯片診斷等

（3）疑難病癥的防治手段：生物導彈—單克隆抗體、基因工程疫苗、基因治療等

（4）制造人的器官

人耳鼠2022/11/2010

（四）生物技術(shù)所包含的內(nèi)容按照傳統(tǒng)的說法，生物技術(shù)包括的內(nèi)容主要是：基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程和酶工程這四大工程。由于生物技術(shù)與生命科學的飛速發(fā)展和學科之間的相互滲透，生物技術(shù)所包含的內(nèi)容不斷擴大，如蛋白質(zhì)工程、抗體工程、糖鏈工程、海洋生物技術(shù)、生物轉(zhuǎn)化等。2022/11/20111.基因工程基因工程（geneticengineering）又叫遺傳工程，是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心和主導。所謂遺傳工程就是從生物體中把生物遺傳物質(zhì)（基因或DNA分子）分離出來，或人工合成一段基因，用人工的方法對遺傳物質(zhì)進行搭配、組合，然后轉(zhuǎn)入某生物的細胞內(nèi)，從而通過改變其遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)來改變它的遺傳特性，使它定向地產(chǎn)生所需的生物品種。由于它在DNA分子水平上動手術(shù)，又稱為DNA重組技術(shù)、分子水平雜交技術(shù)或稱基因操作。2022/11/2012基因工程

基因工程可以跨越生物遠緣不能雜交的鴻溝，實現(xiàn)物種，甚至動物、植物、微生物之間的基因雜交，所獲得的生物產(chǎn)品或生物新品種在醫(yī)藥、衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和環(huán)境保護具有廣闊的應用前景。2022/11/20132.細胞工程細胞工程（cellengineering）是指以細胞為基本單位，在體外條件下進行培養(yǎng)、繁殖，或人為地使細胞某些生物學特性按人們的意愿發(fā)生改變，從而達到改良生物品種和創(chuàng)造新品種，加速繁育動、植物個體，或獲得某種有用的物質(zhì)的過程。由于細胞工程是在細胞水平上動手術(shù)，又可稱為細胞操作技術(shù)。

2022/11/2014細胞工程的內(nèi)容細胞融合技術(shù)細胞器移植技術(shù)原生質(zhì)體融合技術(shù)染色體工程細胞和組織培養(yǎng)技術(shù)2022/11/2015細胞融合技術(shù)

細胞融合技術(shù)是將兩個不同種類的細胞，通過化學的、生物的或物理的辦法，使它們彼此融合在一起，從而產(chǎn)生出兼有兩個親體的遺傳性狀的細胞。這實質(zhì)上是無性雜交，故又稱其為體細胞雜交。

2022/11/20162022/11/2017細胞組織培養(yǎng)技術(shù)動物細胞培養(yǎng)植物細胞培養(yǎng)人或動物的組織培養(yǎng)植物的組織培養(yǎng)2022/11/20183.發(fā)酵工程

發(fā)酵工程(fermentationengineering)是通過現(xiàn)代技術(shù)手段，利用微生物的特殊功能生產(chǎn)有用的物質(zhì)，或直接將微生物應用于工業(yè)生產(chǎn)的一種技術(shù)體系。這項技術(shù)主要包括菌種選育、菌種生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的發(fā)酵以及微生物機能的利用等技術(shù)。

發(fā)酵工程已用于多種產(chǎn)品如酒類、抗生素、氨基酸、微生素、激素、工業(yè)用酶等生產(chǎn)。近年來，隨著基因工程、細胞工程和酶工程技術(shù)向發(fā)酵工程的滲透，更拓寬了它的應用領(lǐng)域。2022/11/20194.酶工程酶工程（enzymeengineering）是利用酶或細胞所具有的特異催化功能，或?qū)γ高M行修飾改造，并借助生物反應器和工藝過程來生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品的一項技術(shù)。它主要包括酶的開發(fā)和生產(chǎn)、酶的分離和純化、酶的固定化、反應器的研制及酶的應用等內(nèi)容。2022/11/20205.蛋白質(zhì)工程

蛋白質(zhì)工程（proteinengineering）是一門從改變基因入手，制造新型蛋白質(zhì)的技術(shù)。

其過程是：先找到一個合成與這種新型蛋白質(zhì)的基因接近的基因；然后，修改這個基因（用定位突變技術(shù)修改這個基因的核酸順序）；再把修飾好的基因植入細菌或生物的細胞里，讓細菌產(chǎn)生出人們想要的新型蛋白質(zhì)。

它與基因工程的區(qū)別在于：前者是利用基因拼接技術(shù)用生物生產(chǎn)已存在的蛋白質(zhì)，后者則是通過改變基因順序來改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)新的蛋白質(zhì)。因此，蛋白質(zhì)工程又被稱為第二代基因工程，也被稱為第二代生物技術(shù)。

2022/11/20216.抗體工程抗體工程（antibodyengineering）是應用細胞生物學或分子生物學手段在體外進行遺傳學操作，改變抗體的遺傳特性和生物學特性，以獲得具有適合人們需要的、有特定生物學特性和功能的新抗體，或建立能夠穩(wěn)定獲得高質(zhì)量和產(chǎn)量抗體的技術(shù)。2022/11/20227.糖鏈工程

糖鏈工程（glycotechnology）是利用化學、生物、儀器等手段，研究糖蛋白糖鏈的技術(shù)，內(nèi)容包括糖鏈的制備、糖鏈結(jié)構(gòu)的分析、糖鏈與蛋白質(zhì)的連接方式研究、糖鏈對蛋白質(zhì)功能與活性的影響研究以及蛋白質(zhì)糖基化技術(shù)研究等。2022/11/20238.海洋生物技術(shù)海洋生物技術(shù)（marinebiotechnology）是指運用海洋生物學與工程學的原理和方法，利用海洋生物或生物代謝過程，生產(chǎn)有用物質(zhì)或定向改良海洋生物遺傳特性所形成的高技術(shù)。2022/11/20249.生物轉(zhuǎn)化

生物轉(zhuǎn)化（bioconversion,biotransformation）也稱生物催化(biocatalysis)，是指利用酶或有機體(細胞、細胞器)作為催化劑實現(xiàn)化學轉(zhuǎn)化的過程，是生物體系(包括細菌、真菌、植物組織、動物組織培養(yǎng)體系或生物體系)的酶制劑對外源性底物進行結(jié)構(gòu)性修飾所發(fā)生的化學反應。微生物因其培養(yǎng)簡單、種類繁多、酶系豐富而成為生物轉(zhuǎn)化中最常見的有機體。2022/11/2025二、生物技術(shù)藥物

（一）生物技術(shù)藥物的概念生物藥物（biologicaldrug）是指運用微生物學、生物學、醫(yī)學、化學、生物化學、生物技術(shù)、藥學等科學的成果、原理和方法，從生物體、生物組織、細胞、體液等制造的一類用于預防、治療和診斷疾病的制品。這類制品包括生物體的初級和次級代謝產(chǎn)物，或生物體的某一組成部分，甚至整個生物體，主要有蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類等。生物技術(shù)藥物（Biotechnologicaldrug,biotechdrug）是指采用DNA重組技術(shù)或其他新生物技術(shù)生產(chǎn)的用于預防、治療和診斷疾病的藥物，主要是重組蛋白或核酸類藥物，如細胞因子、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、單克隆抗體、反義核酸、小干擾RNA等。2022/11/20261.按用途分類：（1）治療藥物（2）預防藥物（3）診斷藥物2.按作用類型分類：（1）細胞因子類藥物（2）激素類藥物（3）酶類藥物（4）疫苗（5）單克隆抗體（6）反義核酸（7）RNA干擾藥物（8）基因藥物（二）生物技術(shù)藥物的分類2022/11/20273.按生化特性分類（1）多肽類藥物（2）蛋白質(zhì)類藥物（3）核酸類藥物（4）PEG化多肽或蛋白質(zhì)藥物（二）生物技術(shù)藥物的分類2022/11/2028（三）生物技術(shù)藥物的特性生物技術(shù)藥物的化學本質(zhì)一般為通過現(xiàn)代生物技術(shù)制備的多肽、蛋白質(zhì)、核酸及它們的衍生物，與小分子化學藥物相比，在理化性質(zhì)、藥理學與作用、生產(chǎn)制備和質(zhì)量控制方面都有其特殊性。2022/11/2029

1.理化性質(zhì)特性

（1）相對分子質(zhì)量大：生物技術(shù)藥物的分子一般為多肽、蛋白質(zhì)、核酸或它們的衍生物，相對分子質(zhì)量（Mr）在幾千至幾萬，甚至幾十萬。如人胰島素的Mr為5.734kD，人促紅細胞生成素（EPO）的Mr為34kD左右，L-天冬酰胺酶的Mr為135.184kD。

（2）結(jié)構(gòu)復雜：蛋白質(zhì)和核酸均為生物大分子，除一級結(jié)構(gòu)外還有二、三、四級結(jié)構(gòu)。另外，具有糖基化修飾的糖蛋白類藥物其結(jié)構(gòu)就更為復雜，糖鏈的多少、長短及連接位置均影響糖蛋白類藥物的活性。

（3）穩(wěn)定性差：多肽、蛋白質(zhì)類藥物穩(wěn)定性差，極易受溫度、pH值、化學試劑、機械應力與超聲波、空氣氧化、表面吸附、光照等的影響而變性失活。多肽、蛋白質(zhì)、核酸（特別是RNA）類藥物還易受蛋白酶或核酸酶的作用而發(fā)生降解。2022/11/2030

2.藥理學作用特性

（1）活性與作用機制明確（2）作用針對性強（3）毒性低（4）體內(nèi)半衰期短

（5）有種屬特異性（6）可產(chǎn)生免疫原性2022/11/2031

3.生產(chǎn)制備特性（1）藥物分子在原料中的含量低：生物技術(shù)藥物一般由發(fā)酵工程菌或培養(yǎng)細胞來制備，發(fā)酵或培養(yǎng)液中所含欲分離的物質(zhì)濃度很低，常常濃度低于100mg/L。（2）原料液中常存在降解目標產(chǎn)物的雜質(zhì)：生物技術(shù)藥物一般為多肽或蛋白質(zhì)類物質(zhì)，極易受原料液中一些雜質(zhì)如酶的作用而發(fā)生降解。

（3）制備工藝條件溫和：欲分離的藥物分通常很不穩(wěn)定，遇熱、極端pH、有機溶劑會引起失活或分解，稍不注意就會引起失活和降解。

（4）分離純化困難：原料液中常存在與目標分子在結(jié)構(gòu)、構(gòu)成成分等理化性質(zhì)上及其相似的分子及異構(gòu)體，形成用常法難以分離的混合物。因此，需要用多種不同原理的層析單元操作才能達到藥用純度。（5）產(chǎn)品易受有害物質(zhì)污染：生物技術(shù)藥物的分子及其所存在的環(huán)境物質(zhì)均為營養(yǎng)物質(zhì)，極易受到微生物的污染而產(chǎn)生一些有害雜質(zhì)，如熱原。另外，產(chǎn)品中還易殘存具有免疫原性的物質(zhì)。這些有害雜質(zhì)必須在制備過程中完全去除。2022/11/20324.質(zhì)量控制特性由于生物技術(shù)藥物均為大分子藥物，其生產(chǎn)菌種（或細胞）、生產(chǎn)工藝均影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)品中相關(guān)物質(zhì)的來源和種類與化學藥物和中藥不同，因此這類藥物的質(zhì)量標準的制定和質(zhì)量控制項目也與化學藥物和中藥不同。

（1）質(zhì)量標準內(nèi)容的特殊性：生物技術(shù)藥物的質(zhì)量標準包括基本要求、制造、檢定等內(nèi)容，而化學藥物的質(zhì)量標準則主要包括性狀、鑒別、檢查、含量測定等內(nèi)容。（2）制造項下的特殊規(guī)定：對于利用哺乳動物細胞生產(chǎn)的生物技術(shù)藥物，在本項下要寫出工程細胞的情況，包括：名稱及來源，細胞庫建立、傳代及保存，主細胞庫及工作細胞庫細胞的檢定；對于利用工程菌生產(chǎn)的生物技術(shù)藥物，在本項下要寫出工程菌菌種的情況，包括：名稱及來源，種子批的建立，菌種檢定。本項下還要寫出原液和成品的制備方法。

2022/11/2033（3）檢定項下的特殊規(guī)定：在本項下規(guī)定了對原液、半成品和成品的檢定內(nèi)容與方法。

原液檢定項目包括：生物學活性、蛋白質(zhì)含量、比活性、純度（兩種方法）、分子量、外源性DNA殘留量、鼠IgG殘留量（采用單克隆抗體親和純化時）、宿主菌蛋白質(zhì)殘留量、殘余抗生素活性、細菌內(nèi)毒素檢查、等電點、紫外光譜、肽圖、N端氨基酸序列（至少每年測定1次）；

半成品檢定項目包括：細菌內(nèi)毒素檢查、無菌檢查；成品檢定項目除一般相應成品藥的檢定項目外，還要查生物學活性、殘余抗生素活性、異常毒性等。2022/11/2034三、生物技術(shù)制藥的概念和主要研究內(nèi)容與任務

（一）生物技術(shù)制藥的概念

生物技術(shù)制藥（biotechnologicalpharmaceutics）是指利用基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程等生物技術(shù)，來研究、開發(fā)和生產(chǎn)用于預防、治療和診斷疾病的藥物。2022/11/2035（二）生物技術(shù)制藥的主要研究內(nèi)容與任務1.生物制藥技術(shù)的研究、開發(fā)與應用2.利用生物技術(shù)研究、開發(fā)和生產(chǎn)藥物（1）應用基因工程技術(shù)大量生產(chǎn)天然存在量極微或難以獲得的藥物（2）應用蛋白質(zhì)工程技術(shù)設(shè)計新的藥物：（3）應用酶工程改變藥用酶的性質(zhì)（4）應用生物技術(shù)改造傳統(tǒng)制藥工藝2022/11/2036四、生物技術(shù)與生物技術(shù)制藥的發(fā)展簡史

生物技術(shù)，從廣義角度來看，是人類對生物資源(包括動物、植物、微生物)的利用、改造并為人類服務的技術(shù)。

人類在古代時就能利用生物體和古老的技術(shù)來生產(chǎn)各種產(chǎn)品，并為自身服務，如釀酒、制醋就是人類最早通過實踐所掌握的古老的生物技術(shù)，還有醬和醬油、泡菜、奶酒、干酪等的制作以及面團發(fā)酵、糞便和秸稈漚制、以霉治病等技術(shù)。因而，生物技術(shù)的發(fā)展過程按其技術(shù)特征來看，可以分為3個不同的發(fā)展階段:即傳統(tǒng)生物技術(shù)、近代生物技術(shù)和現(xiàn)代生物技術(shù)。

（一）生物技術(shù)的發(fā)展簡史2022/11/20371．傳統(tǒng)生物技術(shù)階段

傳統(tǒng)生物技術(shù)的應用已有悠久的歷史。遠在公元前幾千年，就有了釀酒和制醋的生產(chǎn)技術(shù)，因而它的技術(shù)特征是釀造技術(shù)。但是，人們在很長的時期內(nèi)，不知道這些技術(shù)的內(nèi)在原因。

1590年：發(fā)明了顯微鏡。

1675年：知道了自然界有微生物的存在。2022/11/2038

1857年：利用實驗的方法證明了酒精發(fā)酵是活酵母所引起的結(jié)果，其他發(fā)酵產(chǎn)物則是由其他微生物發(fā)酵所形成的。

1897年：發(fā)現(xiàn)了磨碎的“死”酵母仍能使糖發(fā)酵而形成酒精，并將其中所含的活性物質(zhì)稱為“酶”。

經(jīng)過這一系列的研究，才揭開了發(fā)酵現(xiàn)象的奧秘。2022/11/2039

由于上述研究結(jié)果的啟示，從19世紀末到20世紀30年代，陸續(xù)出現(xiàn)了許多產(chǎn)品的工業(yè)發(fā)酵，開創(chuàng)了工業(yè)微生物的新世紀。

生產(chǎn)出的產(chǎn)品有:乳酸、酒精、丙酮、丁醇、檸檬酸、淀粉酶等。這些產(chǎn)品的生產(chǎn)過程比較簡單，大多數(shù)屬于嫌氣發(fā)酵或表面培養(yǎng)，生產(chǎn)設(shè)備的要求也不高。產(chǎn)品的化學結(jié)構(gòu)較為簡單，屬于微生物的初級代謝產(chǎn)物。2022/11/2040傳統(tǒng)生物技術(shù)大事記500B.C.：TheChineseusedmoldysoybeancurdsasanantibiotictotreatboils（癤）.A.D.100：

PowderedchrysanthemumwasusedinChinaasaninsecticide.1590：ThemicroscopewasinventedbyJanssen.1663：CellswerefirstdescribedbyHooke.1675：Leeuwenhoekdiscoveredbacteria.1797：Jennerinoculatedachildwithaviralvaccinetoprotecthimfromsmallpox.2022/11/20411830：

Proteinswerediscovered.1833：

Thefirstenzymewasisolated.1855：TheEscherichiacoli(E.Coli)bacteriumwasdiscovered.Itlaterbecomesamajorresearch,developmentandproductiontoolforbiotechnology.

1863：Mendel,inhisstudyofpeas,discoveredthattraits（性狀）aretransmittedfromparentstoprogenybydiscrete（分立的）,independentunits,latercalledgenes.Hisobservationslaidthegroundworkforthefieldofgenetics.

2022/11/20421869：MiescherdiscoveredDNAinthespermoftrout（鱒魚）.1877：AtechniqueforstainingandidentifyingbacteriawasdevelopedbyKoch.

1878：ThefirstcentrifugewasdevelopedbyLaval.1879：Flemingdiscoveredchromatin,therod-likestructuresinsidethecellnucleusthatlatercametobecalledchromosomes.

2022/11/20431900：Drosophila(fruitflies)usedinearlystudiesofgenes.1902：Theterm"immunology"firstappeared.

1906：Theterm"genetics"wasintroduced.

1911：Thefirstcancer-causingviruswasdiscoveredbyRous——Roussarcomavirus(RSV)..2022/11/20441914：BacteriawereusedtotreatsewageforthefirsttimeinManchester,England.1915：Phages,orbacterialviruses,werediscovered.1917：Theword"biotechnology"wasfirstusedbyaHungarianagriculturalengineer.

1920：ThehumangrowthhormonewasdiscoveredbyEvansandLong.1928：Flemingdiscoverspenicillin,thefirstantibiotic.1938：Theterm"molecularbiology"iscoined.

2022/11/20451940：

AmericanOswaldAverydemonstratesthatDNAisthe"transformingfactor"andisthematerialofgenes.1941：

Theterm"geneticengineering"isfirstusedbyDanishmicrobiologistA.JostinalectureonsexualreproductioninyeastatthetechnicalInstituteinLwow,Poland.

1942：Theelectronmicroscopeisusedtoidentifyandcharacterizeabacteriophage-avirusthatinfectsbacteria.2022/11/2046近代生物技術(shù)階段

近代生物技術(shù)主要是大規(guī)模沉沒培養(yǎng)法生產(chǎn)技術(shù)以及相關(guān)的發(fā)酵新技術(shù)，如無菌技術(shù)、控制技術(shù)、補料技術(shù)等為標志，主要生產(chǎn)抗生素。

20世紀40年代初，由于第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，急需療效好而毒副作用小的抗細菌感染藥物。

1941年，美國和英國合作開發(fā)研究了1928年英國Fleming發(fā)現(xiàn)的、并于1940年經(jīng)Florey及Chain等提取、又經(jīng)臨床證明具有卓越療效且毒性低的青霉素。

2022/11/2047AlexanderFlemingisoneofthemostfamousscientistsintheworld,duetoitsdiscoveryofpenicillin.Penicillinwasthefirstantibioticusedingreatamountstotreatbacterialinfections,savingmillionsoflives.

ErnstChainSirHowardFlorey

Flemingdiscoveredalsolysozyme,anantibacterialenzymepresentinmucoussecretions.AlexanderFlemingwasbornatLochfield(Scotland)onAugust6th,1881.Attheageof14hemovedtoLondon,wherehestudiedmedicine.HisscientificworkwasdevelopedatSt.Mary'sMedicalSchool,LondonUniversity.Flemingdiscoveredpenicillinin1928,whenheobservedthatgrowthofStaphylococcusbacteriawasinhibitedbyaPenicilliummouldthataccidentallycontaminatedthecultureplate.HenamedpenicillintheactivesubstanceproducedbythePenicilliummould.Flemingleftthestudyofpenicillintostudylysozyme,thatseemedtohimmorepromising.Luckily,ChainandFloreycontinuedthestudyofpenicillin,provinginclinicaltestsitseffectivenessinthetreatmentofdiversebacterialinfections.AttheendofWorldWarII,alotofhurtsoldiersofthealliedtroopssavedtheirlivesthankstopenicillin.Fleming,ChainandFloreywonthe1945Nobelprizeofphysiologyandmedicine.AlexanderFlemingdiedin1955.2022/11/2048表面培養(yǎng)法生產(chǎn)青霉素：需花費大量勞動力和占用大量空間(生產(chǎn)lkg含量為20%的青霉素要用約80000個1L的培養(yǎng)瓶)、產(chǎn)品的價格非常昂貴。攪拌發(fā)酵的沉沒培養(yǎng)法生產(chǎn)青霉素：生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好，發(fā)酵罐的體積最初即達5m3，產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、生產(chǎn)效率大幅度提高，成本顯著下降。這給發(fā)酵工業(yè)帶來了革命性的變化，因而微生物發(fā)酵技術(shù)是近代生物技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)。以后，又開發(fā)了一系列發(fā)酵新技術(shù)，如無菌技術(shù)、控制技術(shù)、補料技術(shù)等。這就開始了當代微生物工業(yè)的興旺發(fā)達。2022/11/2049

以后，鏈霉素、金霉素、紅霉素等抗生素相繼問世，興起了抗生素工業(yè)，促使工業(yè)微生物的生產(chǎn)進入了一個新的階段?？股厣a(chǎn)的經(jīng)驗很快促進了其他發(fā)酵產(chǎn)品的發(fā)展，最突出的是20世紀50年代的氨基酸發(fā)酵工業(yè)、20世紀60年代的酶制劑工業(yè)以及一些原來用表面培養(yǎng)法生產(chǎn)的產(chǎn)品生產(chǎn)都開始改用沉沒培養(yǎng)法。

近代生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品有:

醫(yī)藥業(yè)：抗生素、維生素、淄體激素、氨基酸;

輕工食品業(yè)：工業(yè)酶制劑、食用氨基酸、酵母、啤酒;

化工業(yè)：酒精、丙酮、丁醇、沼氣;

農(nóng)林業(yè)：農(nóng)用抗生素等農(nóng)藥;

環(huán)境保護業(yè)：生物治理污染等。2022/11/2050近代生物技術(shù)時期的特點

產(chǎn)品類型多

不但有生物體的初級代謝產(chǎn)物(氨基酸、有機酸、酶制劑、多糖等)，還有次級代謝產(chǎn)物(抗生素等)等產(chǎn)品。生產(chǎn)技術(shù)要求高

主要表現(xiàn)在發(fā)酵過程中，要求在純種或無雜菌條件下進行運轉(zhuǎn);大多數(shù)生物體是需氧菌，需要通入無菌空氣進行好氣發(fā)酵;發(fā)酵產(chǎn)品不少是醫(yī)藥用品或食用品，產(chǎn)品質(zhì)量要求也非常嚴格。生產(chǎn)設(shè)備規(guī)模巨大從發(fā)酵罐看，常用的攪拌通氣罐可大至500m3;技術(shù)最高、規(guī)模最大的單細胞蛋白工廠的氣升式發(fā)酵罐的容積已超過2000m3。技術(shù)發(fā)展速度快以發(fā)酵工業(yè)中提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量所需的關(guān)鍵物質(zhì)菌種為例，其活力和性能獲得了驚人的提高。如青霉素發(fā)酵菌種，初期的發(fā)酵效價僅為200U/ml，目前國際上已達80000U/ml，可見其發(fā)展速度之快。發(fā)酵控制技術(shù)等也得到了前所未有的提高。2022/11/2051近代生物技術(shù)時期大事記1944

Waksmanisolatedstreptomycin,aneffectiveantibioticforTB.1946

Discoveredthatgeneticmaterialfromdifferentvirusescanbecombinedtoformanewtypeofvirus,anexampleofgeneticrecombination.1947

McClintockdiscoveredtransposableelements,or"jumpinggenes"incorn.2022/11/20521949

Paulingshowedthatsicklecellanemia（鐮狀細胞貧血）isa"moleculardisease"resultingfromamutationintheproteinmoleculehemoglobin.1950

Artificialinseminationoflivestockusingfrozensemen(alongtimedreamoffarmers)wassuccessfullyaccomplished.1953NaturepublishedJamesWatson'sandFrancisCrick'smanuscriptdescribingthedoublehelicalstructureofDNA,whichmarksthebeginningofthemoderneraofgenetics.2022/11/2053FrancisCrickandJamesWatsonThedeoxyribonucleicacid(DNA)moleculeisthegeneticblueprintforeachcellandultimatelytheblueprintthatdetermineseverycharacteristicofalivingorganism.In1953AmericanbiochemistJamesWatson,left,andBritishbiophysicistFrancisCrick,right,describedthestructureoftheDNAmoleculeasadoublehelix,somewhatlikeaspiralstaircasewithmanyindividualsteps.TheirworkwasaidedbyX-raydiffractionpicturesoftheDNAmoleculetakenbyBritishbiophysicistMauriceWilkinsandBritishphysicalchemistRosalindFranklin.In1962Crick,Watson,andWilkinsreceivedtheNobelPrizefortheirpioneeringworkonthestructureoftheDNAmolecule.2022/11/20541954

Cell-culturingtechniquesweredeveloped.1955

Anenzymeinvolvedinthesynthesisofanucleicacidwasisolatedforthefirsttime.1956

ThefermentationprocesswasperfectedinJapan.KornbergdiscoveredtheenzymeDNApolymeraseI,leadingtoanunderstandingofhowDNAisreplicated.2022/11/20551959Systemicfungicidesweredeveloped.Thestepsinproteinbiosynthesisaredelineated.1960

Exploitingbasepairing,hybridDNA-RNAmoleculeswerecreated.MessengerRNAisdiscovered.1964

TheInternationalRiceResearchInstituteinthePhilippinesstartstheGreenRevolutionwithnewstrainsofricethatdoubletheyieldofpreviousstrainsifgivensufficientfertilizer.2022/11/20561965

HarrisandWatkinssuccessfullyfusemouseandhumancells.1966Thegeneticcodewascracked,demonstratingthatasequenceofthreenucleotidebases(acondon)determineseachof20aminoacids.1967

Thefirstautomaticproteinsequencerwasperfected.1969

Anenzymewassynthesizedinvitroforthefirsttime.2022/11/20571970

Specificrestrictionnucleaseswereidentified,openingthewayforgenecloning.

Firstcompletesynthesisofagene.1971

Discoveryofrestrictionenzymesthatcutandsplicegeneticmaterial.1972TheDNAcompositionofhumanswasdiscoveredtobe99percentsimilartothatofchimpanzeesandgorillas.Initialworkwithembryotransfer.2022/11/2058傳統(tǒng)與近代生物技術(shù)所包含的過程第一步：上游處理過程

指對粗材料進行加工，作為微生物的營養(yǎng)和能量來源

第二步：發(fā)酵和轉(zhuǎn)化

微生物在一個大的生物反應器內(nèi)大量生長，生產(chǎn)某一目的產(chǎn)品，比如抗生素、氨基酸等

第三步：下游加工過程

主要是指目的產(chǎn)物的純化過程2022/11/2059傳統(tǒng)與近代生物技術(shù)的主要研究內(nèi)容菌種的篩選與誘變適合菌種生長的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件生物反應器的設(shè)計與制造發(fā)酵產(chǎn)物的純化2022/11/2060傳統(tǒng)與近代生物技術(shù)的局限性提高產(chǎn)量的幅度非常有限傳統(tǒng)的誘變和選擇的方法過程煩瑣、耗時長、費用高、篩選克隆多只能提高微生物一種已有的遺傳性質(zhì)，不能賦予這種微生物其他遺傳特性2022/11/2061現(xiàn)代生物技術(shù)

1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，奠定了現(xiàn)代分子生物學的基礎(chǔ)1973年美國加利福尼亞大學舊金山分校的HerberBoyer教授和斯坦福大學的StanleyCohen教授共同完成的基因工程實驗為標志2022/11/2062DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)2022/11/20632022/11/20641973

CohenandBoyerperformthefirstsuccessfulrecombinantDNAexperiment,usingbacterialgenes.1974

TheNationalInstituteofHealthformsaRecombinantDNAAdvisoryCommitteetooverseerecombinantgeneticresearch.1975ColonyhybridizationandSouthernblottingaredevelopedfordetectingspecificDNAsequences.Thefirstmonoclonalantibodiesareproduced.1976ThetoolsofrecombinantDNAarefirstappliedtoahumaninheriteddisorder.Molecularhybridizationisusedfortheprenataldiagnosisofalphathalassemia.YeastgenesareexpressedinE