【正文】 1《生物技術制藥》前言 關于生物技術 生物技術（ Biotechnology）也叫做生物工程（ Bioengineering）是 當代新技術革命主要領域之一，它的興起是由于 70 年代中期基因工程的出現，到目前已在各國迅猛發(fā)展，不僅提供了不少新的產業(yè)，并對人類社會所面臨的許多問題起著重要作用。就學科內容來說，生物技術是以基因工程為主導，以發(fā)酵工程為基礎，還包括酶工程、細胞工程、生化工程，隨著生物科學的發(fā)展，有衍生出第二代、第三代的蛋白質工程、抗體工程、海洋生物技術等。就產業(yè)來說，它涉及制藥工業(yè)、化學工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護、農作物育種與病蟲害防治、能源開發(fā)等。 生物技術既是新興領域， 19 世紀以來發(fā)展迅速，又有著悠久的歷史，公元前幾千年，人 們就開始釀酒和制醋。 本門課程主要講述生物技術在制藥工業(yè)中的應用，重點是基因工程、抗體工程、酶工程以及細胞工程在制藥工業(yè)中的應用。 第一章 緒論 一、概述 生物藥物 泛指包括生物制品在內的生物體的初級和次極代謝產物或生物體的某一組成部分，甚至整個生物體用作診斷和治療疾病的醫(yī)藥品。 生物制品是指用細菌疫苗制成的供預防、治療和診斷特定傳染病的藥品。 生物技術制藥 采用現代生物技術人為地創(chuàng)造一些條件，借助某些微生物、植物或動物來生產所需的醫(yī)藥品。 生物技術藥物 采用 DNA重組技術、單克隆抗體技術或 其它生物新技術研制的蛋白質、治療性抗體或核酸類藥物。 生物技術 以生命科學為基礎，利用生物體（或生物組織、細胞及其組分）的特性和功能，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，并與工程相結合，利用這樣的新物種（品系）進行加工生產，為社會提供商品和服務的一個綜合性技術體系。 生物技術的內容 基因、細胞、酶、發(fā)酵、生化、蛋白質、抗體、糖鏈工程和海洋生物技術。 生物技術的相關學科 生物學（微生物學、分子生物學、遺傳學） 化學（生物化學、無機、有機、分析、物理化學） 工程學（化學工程、電子工程） 醫(yī)學、藥學 、農學。 生物技術的應用 （ 1）、醫(yī)藥 1977 年出現第一個重組的生長激素抑制因子后，美國成立了第一家遺傳工程公司 — Geech，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，從此以后出現許多生物技術公司， 1981 年第一個診斷用單克隆抗體首先在美國上市。 利用基因治療人類疾病的技術取得了突破性進展，原來用于治療單基因缺陷的遺傳病的治療技術，現在已快速擴展到癌癥、愛滋病、乙型肝炎、心血管病，此外，診斷試劑、酶試劑、動植物醫(yī)藥產品、核酸類藥2 物也取得了很大進展。 3 （ 2）、農業(yè) 轉基因動 植物的新品種，大幅度提高產量和質量。 （ 3）、食品 氨基酸（天冬氨酸、半胱氨酸），有機酸（蘋果酸、酒石酸），做食品添加劑，香料，葡萄糖，果糖，淀粉酶。 （ 4）、工業(yè) 農藥、香料、飼料、工業(yè)酶、有機酶、皮革工業(yè)脫毛軟化、絲綢脫膠、加酶洗衣粉。 （ 5）、環(huán)境凈化 利用微生物或酶處理廢物和廢水。 （ 6）、能源 微生物發(fā)酵產甲烷 — 沼氣。 二、生物技術發(fā)展簡史 生物技術是人類對生物資源（微生物、動植物）的利用、改造并為人類服務的技術，它的發(fā)展已有幾千年的歷史，將其發(fā)展過程按技術特征可分為三個階段。 傳統生物技術 階段 出現在公元前幾千年，直到 20 世紀 30 年代，主要是釀造技術，當時人們只知道釀造技術，但不知道這些技術的內在原因， 1680 年出現了顯微鏡，人們才知道有微生物的存在， 1857 年用實驗方法證明了酒精發(fā)酵與酵母菌有關，并最終確征為酶，到此才揭開了發(fā)酵現象的奧秘。 該階段的產品：乳酸、酒精、丙酮、丁醇、檸檬酸、淀粉酶。 該階段生產的特點：過程簡單，大多數屬于兼氣發(fā)酵或表面培養(yǎng)，生產設備要求不高，產品化學結構簡單，屬于初級代謝產物。 近代生物技術階段 20 世紀 40 年代，第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，急需療效好、毒副作 用小的抗細菌感染藥物，出現了青霉素，產量低，產品價格昂貴，隨著發(fā)酵新技術的出現，又相繼發(fā)現了鏈霉素、紅霉素、金霉素等藥物。 該階段的主要產品：抗生素、維生素、甾體、氨基酸；食品工業(yè)的工業(yè)酶制劑、食用氨基酸、酵母、啤酒；化工業(yè)的酒精、丙酮、丁醇、沼氣；農林業(yè)的農藥；環(huán)境保護業(yè)的生物治理污染。 該階段生物技術的特點： （ 1）、產品類型多，初級（氨基酸、酶、有機酸）；次級（抗生素）；生物轉化（甾體）。 （ 2）、生物技術要求高，純種、無菌、通氣、產品質量要求也高。 （ 3）、生產設備規(guī)模大， 500 立方米， 2020 立 方米。 （ 4）、技術發(fā)展速度快，青霉素， 200 單位每毫升， 8 萬單位每毫升，形成了交叉學科生化工程。 現代生物技術 標志， 1953 年美國 Watson和英國的 Crick 共同提出了 DNA的雙螺旋結構，揭開了生命科學劃時代的一頁，此后，又相繼出現了一系列新發(fā)現和新進展，遺傳中心法則，破譯遺傳密碼，基因重組，單克隆抗體， DNA測序。產品見表 11。 動植物細胞培養(yǎng)技術。 該階段產品種類很多，胰島素、干擾素、生長激素等。 該階段生物技術的內容包括： （ 1）、重組 DNA技術及其它轉基因技術； （ 2）、細胞和原生質體 融合技術； （ 3）、酶或細胞的固定化技術； （ 4）、植物脫毒和快速繁殖技術； （ 5）、動物細胞大量培養(yǎng)技術； （ 6）、動物胚胎工程技術； （ 7）、現代發(fā)酵技術（高密度發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵、新型發(fā)酵技術）； （ 8）、現代生物反應工程和分離工程技術； （ 9）、蛋白質工程技術； （ 10）、海洋生物技術。 4 三、醫(yī)藥生物技術新進展 近 10 年是生物技術迅速發(fā)展的時期，主要有四個方面的進展。 基礎研究不斷深入 重組 DNA，新基因的克隆和基因表達調控的研究全面展開，分子生物學理論和技術兩大體系已基本完成，生物學中的中心法 則所體現的遺傳信息的轉移規(guī)律奠定了遺傳工程的理論基礎，有關基因表達的各種研究結果又豐富和發(fā)展了中心法則， DNA測序，為對付不治之癥提供了可能性。 人類基因組計劃的研究目標就是要定位所有的基因和測定它們的核苷酸序列，人類基因組大約有 10 萬個基因， 30 億個核苷酸對，完成這項研究是一項空前浩大的工程，它的實施對人類了解自身和醫(yī)學發(fā)展有劃時代的意義。與疾病相關的基因有約 5000 個，一些重要的遺傳病基因已被分離并測序。 新產品不斷出現 自 20 世紀 80 年代以來，僅美國、日本開發(fā)的生物新技術新藥物便達 200 多種，大 都是重組蛋白質藥物和重組 DNA藥物。 世界范圍內，銷路最好的生物技術藥物，臨床應用時間比較長，療效比較好，毒副作用比較小，干擾素，抗病毒、抗癌，有種屬特異性，動物干擾素對人無效，最初收集大量血液，提取白血球再與誘導物作用來生產，現在用基因重組技術把干擾素基因插入大腸桿菌來生產。白介素與機體免疫功能有關，白介素 2 促進淋巴細胞分化增殖。乙型肝炎疫苗，預防乙肝。集落刺激因子，可減輕化療時副作用，可用于愛滋病、白血病。腫瘤壞死因子，可損傷癌細胞。研制更新一代的藥物和更新的應用方法，集落刺激因子和白介素的基因構建到 酵母細胞中，使之產生融合蛋白質，藥效增強。生產方法從利用重組 DNA的微生物生產轉向利用動植物來生產蛋白質類藥物，構建新型多價活疫苗。 新試劑、新技術不斷出現 細胞工程及基因工程的應用產生了新的醫(yī)療技術 — 細胞移植和基因治療。細胞移植用于骨髓移植，治療白血病、淋巴病，免疫缺陷，再生障礙性貧血及放療、化療后的腫瘤病人，基因治療目前仍在實驗階段，可用于遺傳病、癌癥、愛滋病的治療，心臟內直接注入外來基因，兩三周長出新血管，關鍵點是如何將有用基因引入靶組織中，并使之在合適的地方、合適的時間表達合適量的活性多肽或蛋白 質。 生物試劑的開發(fā)，單克隆抗體，專一性強，由鼠源性轉向人源性，應用：基礎研究，診斷，體內顯像定位，食品和環(huán)境檢測，體內治療和導向治療。工業(yè)上利用單抗進行親和層析高效純化天然基因工程基因，單抗可與放射性核素、酶、熒光素標記技術相結合，用于檢測和治療。病毒、細菌、寄生蟲和某些腫瘤的診斷，免疫學，激素、酶和環(huán)境污染因子的檢測，顯像定位，單抗與抗癌藥物偶合后，減少副作用，加大藥量。 新型生物反應器和新分離技術不斷出現 傳統：攪拌式生物反應器 改進：塑料袋、填充床、氣升式、流化床、固定床、袋式、膜式、中空纖維 、固定化培養(yǎng)。 攪拌形狀改進：漿式、棒式、船帆式、籠式通氣。 1000 升。 四、我國的醫(yī)藥生物技術 我國起步晚， 20 世紀 80 年代初，把生物技術定為科技和產業(yè)發(fā)展的重要新領域之一， 85 年制定了生物技術發(fā)展政策， 89 年制定了 90— 2020 年和 2020 年發(fā)展綱要。 20 世紀 70 年代，起步時是固定化酶的研究，固定化細胞， 80 年代初期，開發(fā)研究乙型肝炎基因工程疫苗，基因工程干擾素，國內投入大量資金建立 30個生物技術領域國家重點實驗室，可生產活性多肽類藥物、干擾素、白介素、心鈉素等多種生物藥物。 我國研制許多單克隆抗體診 斷試劑盒 — 病原微生物，人體免疫系統，抗腫瘤相關抗原，人口控制方面?？股兀蚬こ碳夹g對抗生素的合成和結構修飾研究分離出一些酶，改造抗生素結