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

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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?，F(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

7、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。

8、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藥