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基因制药工程
陈杨 11108130
一. 概述
所谓的基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子,构成遗传物质的新组合,并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞内,而能持续稳定地繁殖。
基因工程的第一个重要特征是跨越天然物种屏障的能力,即把来自任何一种生物的基因放置在与其毫无亲缘关系的新寄主生物细胞中去的能力。这表明人们有可能按照主观愿望创造出自然界中不存在的新物种。第二个特征是,它强调了一种确定的DNA小片段在新寄主细胞中进行扩增的事实,才能制备到大量纯化的STD片断,从而拓宽了分子生物学的领域,使之在生物制药领域有巨大的应用。
基因工程制药是随着DNA 重组技术的发展而发展的。基因工程技术是现代生物技术的核心, 其快速发展, 使得融入了包括医学、生物学、化学和物理学等多学科最新研究成果的生物制药也已成为近些年来发展虽快的高新技术产业之一。不断研制成功并投放市场的生物技术药品和诊断试剂在为人们诊病、治病的同时, 更给人们带来了攻克和治愈各种疑难疾病的希望。基因工程制药已经成为利用现代生物技术生产的最重要的产品, 并成为衡量一个的一个最重要的标志, 生物制药已成为制药业中发展最快和技术含量最高的领域。从1982 年第一个新生物技术药物基因重组人胰岛素上市至今, 生物制药产业只有20
余年历史, 约有100 余种产品, 但这些产品在治疗肾性贫血、白细胞减少、癌症、器官移植排斥、类风湿关节炎、糖尿病、矮小症、心肌梗死、乙肝、丙肝、多发性硬皮病、不孕症、粘多糖病、Gaucher′s 病、法布莱氏病、囊性纤维化、血友病、银屑病和脓毒症等, 在很多领域特别是疑难病症上, 起到了传统化学药物难以达到的作用。
二. 技术背景
利用基因工程技术开发一个药物,一般要经过以下几个步骤:
1、目的基因片断的获得可以通过化学合成的方法来合成已知核苷酸序列的DNA片段;也可以通过从生物组织细胞中提取分离得到,对于真核生物则需要建立cDNA文库。
2、将获得的目的基因片断扩增后与适当的载体连接后,再导入适当的表达系统。
3、在适宜的培养条件下,使目的基因在表达系统中大量表达目的药物。
4、将目的药物提取、分离、纯化,然后制成相应的制剂。
以上方法大部分是以微生物或组织细胞作为表达系统,通过微生物发酵或组织细胞培养来进行药物生产。近年来,通过转基因动物来进行药物生产的“生物药厂”成为目前转基因动物研究的最活跃的领域,也是基因工程制药中最富有诱人前景的行业。转基因动物制药具有生产成本低、投资周期短、表达量高、,,如人血红蛋白、人血白蛋白、蛋白c等。英国的爱丁堡制药公司通过转基因羊生产α1-抗胰蛋白酶用于治
疗肺气肿,每升羊奶中产16gAAT,占奶蛋白含量的百分之三十,估计每只泌乳期母羊可产70gAAT。另外,转基因植物制药比转基因动物制药更为安全,因为后者有可能污染人类的病原体。目前,已经开发出许多转基因
植物药物,例如脑啡肽、α-干扰素和人血清蛋白,以及两种最昂贵的药物即葡萄糖脑苷脂酶和粒细胞-巨噬细胞群集落因子等。
三. 主要方法
基因工程技术是利用体外重组技术或PCR 技术, 切割、加工修饰获得目的基因,将重组对象的目的基因插入载体, 拼接后转入新的宿主细胞,构建成工程菌(或细胞) , 实现遗传物质的重新组合, 并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术。
目的基因的获得方法,主要有逆转录法和化学合成法。
1、逆转录法: 逆转录法就是先分离纯化目的基因的mRNA, 在反转录成cDNA, 然后进行cDNA 的克隆表达。
2、化学合成法: 较小的蛋白质或多肽的编码基因可以用化学合成法合成。必须知道目的基因的核苷酸顺序或目的蛋白质的氨基酸顺序。用化学法合成目的基因DNA 不同部位的两条链的寡核苷酸短片段, 再退火成为两端形成粘性末端的DNA双链片段, 然后将这些双链片段按正确的次序进行退火使连接成较长的DNA 片段, 再用连接酶连接成完整的基因。
四. 实际应用
基因工程药物自20世纪70年代末期以来,有了飞跃的发展。1978
年首次通过大肠杆菌生产由人工合成基因表达的人脑激素和人胰岛素,1980年美国联邦最高法院裁定微生物基因工程可以获得专利,1982年第一个由基因工程菌生产的药物---胰岛素,在美国和英国获准使用以来,各种基因工程药物犹如雨后春笋,得到了蓬勃发展"我国的医药技术的研发和产业化也取得了长足的进展。
1、抗生素类
传统的抗生素生产,主要利用化学合成或微生物发酵来获得,其生产过程中菌种的表达水平比较低,生产成本比较高,而且在使用过程中