生物制藥技術(shù)

陳巧樂建筑材料專業(yè)材料學(xué)院生物制藥技術(shù)生物技術(shù)是以現(xiàn)代生命科學(xué)理論為基礎(chǔ)，利用生物體及其細(xì)胞的、亞細(xì)胞的和分子的組成部分，結(jié)合工程學(xué)、信息學(xué)等手段開展研究及制造產(chǎn)品，或改造動物、植物、微生物等，并使其具有所期望的品質(zhì)、特性，進(jìn)而為社會提供商品和服務(wù)手段的綜合性技術(shù)體系。

基因工程細(xì)胞工程發(fā)酵工程酶工程生物芯片技術(shù)基因測序技術(shù)組織工程技術(shù)生物信息技術(shù)主要內(nèi)容：生物技術(shù)——生物技術(shù)應(yīng)用于新藥物研發(fā)生物制藥生物技術(shù)藥物與傳統(tǒng)化學(xué)藥物不同，傳統(tǒng)的藥物主要是小分子化合物，而生物技術(shù)藥物主要是大分子物質(zhì)，如基因重組蛋白、基因重組多肽、單克隆抗體、核酸、細(xì)胞或組織、滅活(減毒)病毒或細(xì)菌等。生物技術(shù)藥物的一般概念是：利用生物技術(shù)生產(chǎn)的在生物體內(nèi)存在的天然活性物質(zhì)。這一定義有兩個關(guān)鍵詞：一是生物技術(shù)，包括基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、酶工程、微生物發(fā)酵工程、生物電子工程、生物信息技術(shù)與生物芯片、生物材料、生物反應(yīng)器、大規(guī)模蛋白純化制備技術(shù)等；二是天然活性物質(zhì)，即生物技術(shù)藥物的來源是細(xì)菌、酵母、昆蟲、植物和哺乳動物細(xì)胞等各種生物內(nèi)的特征細(xì)胞產(chǎn)物。生物藥物原料以天然的生物材料為主，包括微生物、人體、動物、植物、海洋生物等。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，有目的人工制得的生物原料成為當(dāng)前生物制藥原料的主要來源。如用免疫法制得的動物原料、改變基因結(jié)構(gòu)制得的微生物或其它細(xì)胞原料等。生物藥物的特點(diǎn)是藥理活性高、毒副作用小，營養(yǎng)價值高。生物藥物主要有蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類等。這些物質(zhì)的組成單元為氨基酸、核苷酸、單糖、脂肪酸等，對人體不僅無害而且還是重要的營養(yǎng)物質(zhì)。基因工程制藥細(xì)胞工程制藥酶工程制藥生物制藥基因工程制藥A基因工程藥物品種的開發(fā)B基因工程疫苗C基因工程抗體，D基因診斷與基因治療，E應(yīng)用基因工程技術(shù)建立新藥的篩選模型，F(xiàn)應(yīng)用基因工程技術(shù)改良菌種，產(chǎn)生新的微生物藥物，G基因工程技術(shù)在改良藥物生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用，H利用轉(zhuǎn)基因動、植物生產(chǎn)蛋白質(zhì)類藥物。細(xì)胞工程制藥A單克隆抗體技術(shù)，B動物細(xì)胞培養(yǎng)，C植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物。酶工程制藥利用酶或細(xì)胞、細(xì)胞器所具有的催化功能用于藥品工業(yè)化生產(chǎn)、監(jiān)-測的技術(shù)稱為酶工程。酶學(xué)研究的是酶結(jié)構(gòu)和生物催化機(jī)制?；蚬こ讨扑?，顧名思義便跟基因工程技術(shù)密切相關(guān)?！窕蚬こ逃址Q為重組DNA技術(shù)，或稱基因克隆技術(shù)。是在分子水平上對基因進(jìn)行操作的復(fù)雜技術(shù)，是將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)，使這個基因能在受體細(xì)胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達(dá)的操作。它是用人為的方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)——DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M(jìn)行切割后，把它與作為載體的DNA分子連接起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長、繁殖的受體細(xì)胞中，以讓外源物質(zhì)在其中“安家落戶”，進(jìn)行正常的復(fù)制和表達(dá)，從而獲得新物種的一種嶄新技術(shù)。

基因工程制藥許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。

微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞內(nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。

基因工程制藥的優(yōu)勢外源目的基因的取得基因工程技術(shù)的步驟基因運(yùn)載體的分離純化重組DNA分子的形成重組DNA引入受體細(xì)胞重組菌的篩選、鑒定和分析工程菌的獲得基因產(chǎn)物的分離基因工程藥品的生產(chǎn)：

⑴基因工程胰島素

胰島素是治療糖尿病的特效藥，長期以來只能依靠從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。

將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)不但解決了這種比黃金還貴的藥品產(chǎn)量問題，還使其價格降低了30%-50%!

⑵基因工程干擾素

干擾素治療病毒感染簡直是“萬能靈藥”！過去從人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍貴”程度自不用多說。

基因工程人干擾素α-2b（安達(dá)芬）是我國第一個全國產(chǎn)化基因工程人干擾素α-2b，具有抗病毒，抑制腫瘤細(xì)胞增生，調(diào)節(jié)人體免疫功能的作用，廣泛用于病毒性疾病治療和多種腫瘤的治療，是當(dāng)前國際公認(rèn)的病毒性疾病治療的首選藥物和腫瘤生物治療的主要藥物。

⑶其它基因工程藥物

人造血液、白細(xì)胞介素、乙肝疫苗等通過基因工程實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，均為解除人類的病苦，提高人類的健康水平發(fā)揮了重大的作用。胰島素干擾素白細(xì)胞介素所謂細(xì)胞工程,就是以細(xì)胞為單位,按人們的意志,應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等理論和技術(shù),有目的地進(jìn)行精心設(shè)計,精心操作,使細(xì)胞的某些遺傳特性發(fā)生改變,達(dá)到改良或產(chǎn)生新品種的目的,以及使細(xì)胞增加或重新獲得產(chǎn)生某種特定產(chǎn)物的能力,從而在離體條件下進(jìn)行大量培養(yǎng)、增殖,并提取出對人類有用的產(chǎn)品的一門應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)。細(xì)胞工程制藥它由上游工程(包括細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞遺傳操作和細(xì)胞保藏)和下游工程(即將已轉(zhuǎn)化的細(xì)胞應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中用以生產(chǎn)生物產(chǎn)品的過程)兩部分構(gòu)成。當(dāng)前細(xì)胞工程所涉及的主要技術(shù)領(lǐng)域包括細(xì)胞融合技術(shù)、細(xì)胞器特別是細(xì)胞核移植技術(shù)、染色體改造技術(shù)、轉(zhuǎn)基因動植物技術(shù)和細(xì)胞大量培養(yǎng)技術(shù)等方面。細(xì)胞工程藥物動物細(xì)胞工程制藥

動物細(xì)胞工程制藥主要涉及細(xì)胞融合技術(shù)、細(xì)胞器移植尤其是核移植技術(shù)、染色體改造技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)和細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)等植物細(xì)胞工程制藥以植物細(xì)胞為單位應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)分子生物學(xué)的理論和技術(shù)，在離體條件下培養(yǎng)、繁殖和精細(xì)操作，使細(xì)胞的某些生物學(xué)特性按人們的意愿改變，從而改良品種、加速繁殖或得到有用的物質(zhì)的一門科學(xué)技術(shù)第一PPT模板網(wǎng)/sucai/

是用自然或人工的方法使兩個或幾個不同細(xì)胞融合為一個細(xì)胞的過程?？捎糜诋a(chǎn)生新的物種或品系及產(chǎn)生單克隆抗體等。淋巴細(xì)胞雜交瘤為最成熟的。細(xì)胞融合細(xì)胞核移植轉(zhuǎn)基因動物動物細(xì)胞工程制藥核移植技術(shù)可用于具有良好發(fā)展前景的生物反應(yīng)器的制備。其中乳腺生物反應(yīng)器的研制是最為看好的一個轉(zhuǎn)基因制藥方向。利用轉(zhuǎn)基因動物乳腺作為生物反應(yīng)器,生產(chǎn)基因工程人類蛋白質(zhì)藥物,其成本較微生物發(fā)酵、動物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)基因工程藥物大大降低。動物細(xì)胞培養(yǎng)是指經(jīng)人的有意干涉,通過實驗手段將外源基因?qū)雱游锛?xì)胞中并穩(wěn)定地整合到動物基因組中,且能遺傳給子代的動物。比如哺乳動物生物反應(yīng)器好比在動物身上建

藥廠。動物的乳汁或者血液可以源源不斷地為我們提供目的基因的產(chǎn)品。是指離散的動物活細(xì)胞在體外人工條件下的生長、增殖的過程,利用動物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)的具有重要醫(yī)用價值的生物制品有各類疫苗、干擾素、激素、酶、生長因子、病毒殺蟲劑、單克隆抗體等,已成為醫(yī)藥生物高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要部分。植物細(xì)胞工程制藥組織及細(xì)胞培養(yǎng)植物細(xì)胞工程涉及諸多理論原理及實際操作技術(shù),首當(dāng)其沖的自然是培養(yǎng)技術(shù),也就是將植物的器官、組織、細(xì)胞甚至細(xì)胞器進(jìn)行離體的、無菌的培養(yǎng)。它是細(xì)胞遺傳操作及細(xì)胞保藏的基礎(chǔ)。近年來植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)主要致力于高產(chǎn)細(xì)胞株選育方法、懸浮培養(yǎng)技術(shù)、多級培養(yǎng)和固定化細(xì)胞技術(shù)、培養(yǎng)工藝優(yōu)化控制、生物反應(yīng)器研制、下游純化技術(shù)等方面,并取得了較大進(jìn)展。有些藥用植物種類已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),如從人參根細(xì)胞中生產(chǎn)人參皂苷等;相當(dāng)種類的藥用植物細(xì)胞大量培養(yǎng)已達(dá)到中試水平,如紅豆杉生產(chǎn)紫杉醇、紫草生產(chǎn)萘醌、三七生產(chǎn)皂苷等。遺傳特性改造僅僅對細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)還不夠,要使培養(yǎng)的細(xì)胞能為人類服務(wù),就要對其進(jìn)行一定的改造,這就涉及到了細(xì)胞的遺傳操作。將外源DNA導(dǎo)入靶細(xì)胞的方法不斷完善,除了以前經(jīng)常使用的質(zhì)粒載體、病毒載體等途徑外,通過基因槍法、超聲波法和電注射法等非病毒方式轉(zhuǎn)換細(xì)胞的方法也開始被廣泛使用;細(xì)胞融合方法已被不斷的改進(jìn),融合率增大;細(xì)胞誘變也取得了較大的進(jìn)展,誘變方式不斷增加。這些理論和技術(shù)的發(fā)展都為更好的改造細(xì)胞創(chuàng)造了條件。轉(zhuǎn)基因植物利用基因工程技術(shù),把目的基因?qū)氪脑斓氖荏w植物細(xì)胞,進(jìn)而培育出獲得了目的基因性狀的植物,就是轉(zhuǎn)基因植物。利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)重組蛋白具有以下優(yōu)點(diǎn):1.與動物細(xì)胞培養(yǎng)相比,植物細(xì)胞培養(yǎng)條件簡單且易于成活,有利于遺傳操作;2.植物培養(yǎng)細(xì)胞具有全能性,能夠再生植株;3.轉(zhuǎn)基因植物中的外源基因可通過植物雜交的方法進(jìn)行基因重組,進(jìn)而在植物體內(nèi)積累多基因;4.轉(zhuǎn)化植株系的種子易于貯存,有利于重組蛋白的生產(chǎn)和運(yùn)輸;5.用動物細(xì)胞生產(chǎn)重組蛋白,可能污染動物病毒,這對人類可能造成潛在危險,而植物病毒不感染人類,所以用植物細(xì)胞生產(chǎn)重組蛋白更為安全酶工程制藥酶工程

通過人工操作獲得所需酶并使其發(fā)揮催化功能的技術(shù)過程。百奧泰酶工程中心及產(chǎn)業(yè)化基地

現(xiàn)代酶工程的主要內(nèi)容

酶的分離純化、大批量生產(chǎn)及新酶和酶的應(yīng)用開發(fā)；酶和細(xì)胞的固定化及酶反應(yīng)器的研究，包括酶傳感器、反應(yīng)檢測；酶生產(chǎn)中基因工程技術(shù)的應(yīng)用及遺傳修飾酶的研究；酶的分子改造和化學(xué)修飾，結(jié)構(gòu)與功能的研究；有機(jī)相中酶反應(yīng)的研究；酶的抑制劑、激活劑的開發(fā)與應(yīng)用研究；抗體酶、核酶的研究；模擬酶、合成酶及酶分子的人工設(shè)計、合成研究。酶的固定化方法示意圖A、E.coli

：是應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)酶菌。分泌胞內(nèi)酶，經(jīng)細(xì)胞破碎分離得到。在工業(yè)上用于生產(chǎn)谷氨酸脫羧酶、天門冬氨酸酶、青霉素酰化酶、β-半乳糖苷酶。B、枯草桿菌：主要用于生產(chǎn)α-淀粉酶、β-葡萄糖氧化酶、堿性磷酸脂酶。C、啤酒酵母：用于釀造啤酒、酒精、飲料、面包等。D、曲酶（黑曲酶和黃曲酶）：主要生產(chǎn)糖化酶、蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶、氨基酰化酶和脂肪酶E、其他產(chǎn)酶菌：青霉菌、木霉菌、根霉菌、鏈霉菌等。目前常用的產(chǎn)酶微生物固定化細(xì)胞法生產(chǎn)6-氨基青霉烷酸1.技術(shù)路線

E.Coli

斜面細(xì)胞固定化細(xì)胞青霉素G轉(zhuǎn)化液