生物制藥技術(shù)第一章第一節(jié)

1、生物技術(shù)的定義生物技術(shù)的發(fā)展史生物技術(shù)的內(nèi)容生物技術(shù)的應(yīng)用 第一節(jié)第一節(jié) 生物技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用生物技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用一、生物技術(shù)一、生物技術(shù)(biotechnology)生物技術(shù)的概念最早在 1917 年匈牙利人 Karl Ereky 提出，其含義為用甜菜作為飼料進(jìn)行大規(guī)模養(yǎng)豬時(shí)，即“利用生物將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品”。生物技術(shù)的定義生物技術(shù)的定義: 以以生命科學(xué)生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物體（或生物組為基礎(chǔ)，利用生物體（或生物組織、細(xì)胞及其組分）的特性以及功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建織、細(xì)胞及其組分）的特性以及功能，設(shè)計(jì)構(gòu)建具有預(yù)期性狀的具有預(yù)期性狀的新物種新物種或或新品系新品系，并與工程結(jié)合，并與工程結(jié)合，利用這樣

2、的新物種或新品系進(jìn)行利用這樣的新物種或新品系進(jìn)行加工生產(chǎn)加工生產(chǎn)，為社，為社會提供商品或服務(wù)的一個(gè)綜合性的技術(shù)體系。會提供商品或服務(wù)的一個(gè)綜合性的技術(shù)體系?；?因 工 程細(xì) 胞 工 程酶 工 程發(fā) 酵 工 程生生 物物 技技 術(shù)術(shù)（ 生 物 工 程 ） 又稱為重組DNA技術(shù)（Recombination DNA） ，指將某些特定的基因或DNA片斷，通過載體或其它手段送入受體細(xì)胞，使它們在受體細(xì)胞中增殖并表達(dá)的一種遺傳學(xué)操作?；蚬こ痰闹卮笠饬x在于實(shí)現(xiàn)了基因在物種間的流基因在物種間的流動。動。二、細(xì)胞工程：二、細(xì)胞工程：用細(xì)胞生物學(xué)方法對細(xì)胞進(jìn)行改造，使細(xì)胞用細(xì)胞生物學(xué)方法對細(xì)胞進(jìn)行改造，使細(xì)胞按

3、人類需要生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或者遺傳物質(zhì)，從按人類需要生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或者遺傳物質(zhì)，從而培育新的生物類型。包括：細(xì)胞雜交技術(shù)、單而培育新的生物類型。包括：細(xì)胞雜交技術(shù)、單克隆抗體、細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)?？寺】贵w、細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)。三、酶工程：三、酶工程：利用酶促反應(yīng)的高效率和專一性，并借助于利用酶促反應(yīng)的高效率和專一性，并借助于工藝手段和生物反應(yīng)器進(jìn)行某種產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)工藝手段和生物反應(yīng)器進(jìn)行某種產(chǎn)品生產(chǎn)的技術(shù)體系。體系。四、發(fā)酵工程：微生物工程四、發(fā)酵工程：微生物工程 利用微生物發(fā)酵作用，通過現(xiàn)代工程技術(shù)手利用微生物發(fā)酵作用，通過現(xiàn)代工程技術(shù)手段來生有用物質(zhì)，或者把微生物手段來生產(chǎn)有段來生有用物

4、質(zhì)，或者把微生物手段來生產(chǎn)有用物質(zhì)，或者把微生物直接用于生物反應(yīng)器的用物質(zhì)，或者把微生物直接用于生物反應(yīng)器的技術(shù)。事實(shí)上基因工程、細(xì)胞工程、酶工程的技術(shù)。事實(shí)上基因工程、細(xì)胞工程、酶工程的成果，只有通過發(fā)酵工程，才能形成新的生物成果，只有通過發(fā)酵工程，才能形成新的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。技術(shù)產(chǎn)業(yè)。分為三個(gè)階段：分為三個(gè)階段：傳統(tǒng)傳統(tǒng)生物技術(shù)階段生物技術(shù)階段近代近代生物技術(shù)階段生物技術(shù)階段現(xiàn)代現(xiàn)代生物技術(shù)階段生物技術(shù)階段飼養(yǎng)和馴化動物飼養(yǎng)和馴化動物栽種野生植物種子，挑栽種野生植物種子，挑選優(yōu)良的植物種子選優(yōu)良的植物種子公元前公元前6000年，蘇米年，蘇米爾人掌握釀造啤酒的技爾人掌握釀造啤酒的技術(shù)術(shù)公元前公

5、元前4000年埃及人年埃及人掌握了發(fā)酵面包的技術(shù)掌握了發(fā)酵面包的技術(shù)殷商時(shí)代：制醬殷商時(shí)代：制醬周朝時(shí)期：制醋周朝時(shí)期：制醋以抗生素工業(yè)為代表，代表技術(shù)是微生物發(fā)酵技術(shù)。巴斯德巴斯德的發(fā)酵科學(xué)理論。19世紀(jì)人類有意識的利用酵母進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)乳酸、酒精、面包酵母、檸檬酸和蛋白酶等初級代謝產(chǎn)物。1928年 Flemming爵士發(fā)現(xiàn)青霉素，同時(shí)以獲取細(xì)菌的次級代謝產(chǎn)物抗生素為主要特征的抗生素工業(yè)成為當(dāng)時(shí)生物技術(shù)的支柱產(chǎn)業(yè)。1940年后，抗生素工業(yè)成為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支柱。它促進(jìn)了氨基酸發(fā)酵工業(yè)和酶制劑工業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)代生物技術(shù)的核心是DNA重組重組技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)的開端是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)

6、的發(fā)現(xiàn)。 1953年4月25日，兩位年輕人美國生物學(xué)家 Watson ( 1928)和英國物理學(xué)家 F.Crick ( 1916)在英國Nature雜志上登載的一篇論文核酸的分子結(jié)構(gòu)脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型。 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著分子生物學(xué)從此誕生。 1962年，沃森、克里克和維爾金斯三人共同獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。Watson、Crick的的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu) 農(nóng)業(yè)醫(yī)藥衛(wèi)生環(huán)境種質(zhì)改良轉(zhuǎn)基因技術(shù)組織培養(yǎng)與脫毒技術(shù)從植物體細(xì)胞到一棵完整的植株植物體細(xì)胞具有全能性試驗(yàn)中的試驗(yàn)中的“金大米金大米”1994年出現(xiàn)在美國市場年出現(xiàn)在美國市場上的轉(zhuǎn)基因西紅柿上的轉(zhuǎn)基因西紅柿19962001

7、年全球GMC種植面積增加了30倍；GMC種植面積比例為：大豆46%，棉花20%，油菜11%，玉米7%；我國GMC種植面積在13個(gè)國家中居第四位，國產(chǎn)轉(zhuǎn)基因Bt抗蟲棉在2001年就種植了60萬公頃，可以減少農(nóng)藥使用量70%80%；在第一代GMC（抗除草劑，抗蟲，抗病等）之后，第二代GMC重點(diǎn)是改良作物品質(zhì)如“金稻米”，口服疫苗。轉(zhuǎn)神經(jīng)肽煙草 乙肝疫苗的西紅柿含霍亂疫苗的香蕉 含麻疹疫苗的萵苣1982年，英國的年，英國的自然自然雜志發(fā)表了一篇文章：有兩個(gè)美國實(shí)雜志發(fā)表了一篇文章：有兩個(gè)美國實(shí)驗(yàn)小組利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將大鼠生長激素重組基因?qū)氲叫∈篁?yàn)小組利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將大鼠生長激素重組基因?qū)氲叫∈?/p>

8、受精卵中受精卵中,培育出具快速生長效應(yīng)的培育出具快速生長效應(yīng)的“轉(zhuǎn)基因超級鼠轉(zhuǎn)基因超級鼠”。轉(zhuǎn)基因。轉(zhuǎn)基因鼠比與它同胎所生的小鼠生長速度快鼠比與它同胎所生的小鼠生長速度快23倍，體積大一倍。倍，體積大一倍。 1997年年2月月22日，英國日，英國“Nature”刊登了愛丁堡羅斯林研刊登了愛丁堡羅斯林研究所維爾穆特的研究成果，即究所維爾穆特的研究成果，即“多莉多莉”羊的克隆成功，從此羊的克隆成功，從此震驚了世界。震驚了世界。1998年年4月與威爾士山羊戴維產(chǎn)下邦尼，證明了克隆月與威爾士山羊戴維產(chǎn)下邦尼，證明了克隆動物也能生育。動物也能生育。2003.2.14日蘇格蘭向外界宣布：多莉日蘇格蘭向外界

9、宣布：多莉因早衰并患有肺炎，被迫實(shí)施了安樂死。因早衰并患有肺炎，被迫實(shí)施了安樂死。由于早衰問由于早衰問題，人們題，人們懷疑懷疑“多莉是穿著羔羊服裝的老羊多莉是穿著羔羊服裝的老羊” 。體細(xì)胞克隆產(chǎn)生的多利羊理論意義理論意義 證實(shí)證實(shí)分化成熟的動物分化成熟的動物細(xì)胞核細(xì)胞核仍具仍具全能性。全能性。 證實(shí)證實(shí)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)對胚胎發(fā)育分化的決對胚胎發(fā)育分化的決定性。定性。多利羊之父威爾穆特沃爾小組成功克隆兩只恒河猴吳明杰小組：5只克隆豬在在日日本本克克隆隆成成功功的的牛牛世界第一匹克隆馬誕生世界第一匹克隆馬誕生 基因工程藥物：以后的章節(jié)具體敘述生物反應(yīng)器器官移植基因治療生化藥物 轉(zhuǎn)基因動物提高了蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)

10、基因動物提高了蛋白質(zhì)肽類藥物的產(chǎn)量肽類藥物的產(chǎn)量 產(chǎn)量產(chǎn)量 細(xì)胞培養(yǎng)法細(xì)胞培養(yǎng)法 5%5% 轉(zhuǎn)基因羊羊奶中轉(zhuǎn)基因羊羊奶中 25%25%50%50% 英國羅斯林研究所和英國羅斯林研究所和 PPL PPL 制藥公司聯(lián)合，制藥公司聯(lián)合，50 50 只轉(zhuǎn)基因羊，已傳四代。希望只轉(zhuǎn)基因羊，已傳四代。希望用克隆法用克隆法生產(chǎn)生產(chǎn) 4000 4000 只基因工程奶羊。只基因工程奶羊。蜘蛛產(chǎn)生一種韌性非常好的絲可以用于縫合用線和防彈背心.但是蜘蛛不能有效的生產(chǎn)出這種產(chǎn)品。 借助轉(zhuǎn)基因山羊的牛奶來表達(dá)這種絲,大量成群的山羊可以提供所必需的生物鋼.山羊被看作生物反應(yīng)器生產(chǎn)生 物技術(shù)/有機(jī)產(chǎn)品.利用生物反應(yīng)器生產(chǎn)的

11、藥物利用生物反應(yīng)器生產(chǎn)的藥物類人胰島素（類人胰島素（IGF）Interferon 干擾素干擾素血栓溶解劑（血栓溶解劑（TPA）尿激酶尿激酶白細(xì)胞介素白細(xì)胞介素生長激素（生長激素（GH）提高動物食品的品質(zhì)提高動物食品的品質(zhì)降低結(jié)締組織的膠聯(lián)度降低結(jié)締組織的膠聯(lián)度改善肉質(zhì)（嫩化肉質(zhì)）改善肉質(zhì)（嫩化肉質(zhì)）提高飼料轉(zhuǎn)化率提高飼料轉(zhuǎn)化率 器官移植大量開展需要大量供體器官。器官移植大量開展需要大量供體器官。人體器官的代用品來自豬。人體器官的代用品來自豬。 獲得供器官移植的純種豬需要：獲得供器官移植的純種豬需要： 去掉豬抗原性去掉豬抗原性 移入人抗凝血因子移入人抗凝血因子 近交近交 20 20 代約需代約需

12、 20 20 年年 克隆技術(shù)使純種豬培育時(shí)間大為縮短?？寺〖夹g(shù)使純種豬培育時(shí)間大為縮短。器官供應(yīng)和需求之間有很大的數(shù)量差異。僅有的為數(shù)不多的捐贈器官無法滿足需要者的需要。而且, 從1993年開始器官可利用率已經(jīng)靜止了.在美國有52,000多人等待器官移植，這些人等待時(shí)間一般超過1000天.1628, 印度 羊血輸入人體內(nèi) 1682, 俄羅斯 狗頭骨進(jìn)入人頭骨內(nèi)1880, 芝加哥 移植1921, 巴黎 菲菲&猿 睪丸1963, 路易斯安娜 黑猩猩腎臟1984, 加利福尼亞 嬰兒Fae嬰兒Fae有一個(gè)畸形心臟，出生后不久移植了狒狒的心臟來源:Cooper,2000.猿狒狒豬異種移植異種移植

13、是將一種動物的原有物質(zhì)(細(xì)胞, 組織,器官)轉(zhuǎn)移到另一種動物身上(或人類).在試管內(nèi)培養(yǎng)的耳狀組織在試管內(nèi)培養(yǎng)的耳狀組織成功的移植到老鼠的背部成功的移植到老鼠的背部近年來，中國在該領(lǐng)域取得了較快發(fā)展。1992年，中國“九七三”項(xiàng)目首席科學(xué)家曹誼林教授就在國際上率先讓小裸鼠身上長出“人耳”；北京大學(xué)干細(xì)胞醫(yī)學(xué)研究應(yīng)用中心李凌松教授在角膜干細(xì)胞治療眼表面疾病等領(lǐng)域世界領(lǐng)先；上海瑞金醫(yī)院盛慧珍教授在國際上成功進(jìn)行了首例人兔融合胚胎研究；武漢大學(xué)與法國南錫大學(xué)合作，使機(jī)械力作用于人體韌帶上具有抗張能力，處于世界領(lǐng)先水平。 人類疾病的人類疾病的動物模型動物模型動物模型對于研究疾病機(jī)理動物模型對于研究疾病

14、機(jī)理試驗(yàn)新藥等方面的實(shí)驗(yàn)不可缺少。試驗(yàn)新藥等方面的實(shí)驗(yàn)不可缺少。試驗(yàn)抗免疫排斥藥物。試驗(yàn)抗艾滋病毒藥物。裸鼠遺傳上胸腺缺失，不產(chǎn)生有功能的T細(xì)胞。把人胚胎胸腺移入裸鼠，成為“類人鼠”。據(jù)報(bào)道，將據(jù)報(bào)道，將大象大象胚胎移入小鼠體內(nèi)已胚胎移入小鼠體內(nèi)已獲成功。獲成功。 警惕一種危險(xiǎn)?？寺‘a(chǎn)生的警惕一種危險(xiǎn)。克隆產(chǎn)生的 后代，后代，基因組成單一基因組成單一，失去對復(fù)雜環(huán)境變化，失去對復(fù)雜環(huán)境變化的適應(yīng)的適應(yīng)潛力潛力。1990年年9月月14日日美國第一例臨床基因治療申請獲得批準(zhǔn)：國立衛(wèi)生研究院NIH，重組DNA顧問委員會RACSCID患者患者（severecombinedimmunodeficienc

15、y）：缺乏腺苷酸脫缺乏腺苷酸脫氨酶氨酶，ada基因缺失將正?；蜣D(zhuǎn)入患者(4歲的女孩）淋巴細(xì)胞，再將改造細(xì)胞送回患者體內(nèi)。010002000300040005000人數(shù)人數(shù)199419962000年份年份基因治療個(gè)案基因治療個(gè)案酶核苷酸激素生長因子蛋白酶蛋白酶對冠狀病毒的復(fù)制起著重要的控制作用，因此對冠狀病毒的復(fù)制起著重要的控制作用，因此如果可以有效抑制住蛋白酶的活性，那么就可以控制如果可以有效抑制住蛋白酶的活性，那么就可以控制住病毒在體內(nèi)的傳播，這樣雖然不能預(yù)防感染上住病毒在體內(nèi)的傳播，這樣雖然不能預(yù)防感染上SARS，但卻將會使人類有了治療，但卻將會使人類有了治療SARS的有效藥物。的有效藥物。一種名為一種名為“AG7088”的藥物有望在改良后用于治療的藥物有望在改良后用于治療SARS。該藥物用于治療鼻病毒（。該藥物用于治療鼻病毒（rhinovirus）引起）引起的普通感冒，而控制這種病毒復(fù)制的蛋白酶與的普通感冒，而控制這種病毒復(fù)制的蛋白酶與SARS冠狀病毒蛋白酶結(jié)構(gòu)非常相似。科學(xué)家認(rèn)為，冠狀病毒蛋白酶結(jié)構(gòu)非常相似。科學(xué)家認(rèn)為，AG7088這種正處于臨床試驗(yàn)階段的藥物，雖然不能這種正處于臨床試驗(yàn)階段的藥物，雖然不能直接抑制直接抑制SARS冠狀病毒蛋白酶，但鑒