第十章基因工程生化产品制备原理及方法预案.ppt

生化工艺学课件第十章 基因工程生化产品制备原理及方法 第十章 基因工程生化产品制备原理及方法 §10.1 概述 §10.2 基因工程生化产品的制备程序 §10.3 大肠杆菌表达系统的优化 §10.4 非大肠杆菌表达系统 §10.5 工程菌的发酵 §10.6 基因工程生化产品的分离纯化 §10.7 基因工程生化产品的质量控制 §10.8 重组白细胞介素-2的制备 §10.9 干扰素的制备 §10.10 人胰岛素的制备 §10.1 概述 生物技术最为活跃的研究领域为医学领域→集中于开展活性蛋白和多肽类药物及单克隆抗体的研究 人类基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学研究的进展，转基因动物与植物、蛋白质工程、抗体工程、基因治疗和生物芯片等新技术的建立且取得重大突破与发展→新型生物技术产业 第一个生物技术药物：人胰岛素，1982年 生物技术医药产业 1993年生物技术医药产品销售达77亿美元，2000年已超过200亿美元 已得到临床应用的基因工程药物有：人胰岛素、人生长激素、干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素（EPO）、GM－集落刺激因子（GM－CSF）、组织溶纤酶原激活素、白细胞介素－2及白介素－11等。正在研究的有降钙素因子、肿瘤坏死因子、表皮生长因子等140多种。 随着生物技术药物的发展，多肽与蛋白质类药物的研究与开发，已成为医药工业中一个重要的领域，同时给生物制剂带来了新的挑战。 蛋白质药物的应用限制 实际应用中，蛋白质类药物受到一定限制，大多数只能注射给药或局部用药。 Why？ 为克服这些缺陷→合成这些天然蛋白质的较小活性片段，即“多肽模拟”或“多肽结构域” ，又叫“小分子结构药物设计”。可口服，有利于由皮肤、粘膜给药，用于治疗免疫缺陷症、HIV感染、风湿性关节炎等，其制造成本也更低。 该设计思想也已应用于多糖类药物、核酸类药物和模拟酶的有关研究。小分子药物设计属于第二代结构相关性药物设计，能替代原先天然活性蛋白与特异靶相互作用 在给药方式的研究方面，对注射用溶液和注射用无菌粉末 （目前上市的多肽蛋白质类药物多为此种剂型），除了继续改进其稳定性外，还通过一些其他技术手段，研制出了化学修饰型、控释微球型和脉冲式给药系统。 如PEG修饰能有效地改善多肽蛋白质类药物的免疫原性，增加稳定性，延长体内半衰期，减少毒副作用等。PEG-腺苷脱胺酶已投放市场，PEG-天冬酰胺酶，PEG-IL-2，PEG-SOD，均已进入临床。 非注射途径的给药如鼻腔、直肠、肺部给药方面也取得重大进展。 基因工程药物的研究进展 第一代基因工程药物是针对因缺乏天然内源性蛋白所引起的疾病。应用基因工程技术去扩大这类多肽蛋白质的产量以替代或补充体内对这类活性多肽蛋白质的需要，主要是以蛋白质激素类为代表的，如人胰岛素、胰高血糖素、人生长激素、降钙素、生长激素及α-EPO等。 第二代基因工程药物是根据内源性多肽蛋白的生理活性，应用基因工程技术大量生产这些极为稀有物质，以超正常浓度剂量供给人体，以激发它们的天然活性作为其治疗疾病的药理基础，主要是以细胞生长调节因子为代表的，如G-CSF，GM-CSF，α-IFN，γ-IFN和tPA等。 基因工程药物的研究进展 应用重组DNA技术表达人源性抗体或将抗体小型化(如Fab抗体，单链抗体、单域抗体，分子识别抗体等)，与非人源化抗体和完整抗体相比，其免疫原性弱，穿透力强，表达效率高。 人源化抗体药物和小型化抗体靶向药物正成为肿瘤治疗，自身免疫性疾病，器官移植排斥和艾滋病防治药物的又一研究热点。 利用微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物是目前工业化生产基因工程药物的最主要方法。 从1982年重组胰岛素批准上市以来，现已有近40种基因工程蛋白质药物投放市场，主要用于治疗癌症、血液病、艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎、细菌感染、骨损伤、创伤、代谢病等疑难病。 近年来，利用转基因植物生产基因工程疫苗和利用转基因动物乳腺作为生物反应器，生产基因工程人类蛋白质药物的研究也取得重大进展。 1、转基因植物基因工程疫苗 1990年以来利用转基因植物生产基因工程疫苗的研究得到了迅速的发展。 将抗原基因导入植物，让其在植物中表达，人或动物摄入该植物或其中的抗原蛋白质，以产生对某抗原的免疫应答。 转基因植物生产疫苗的研究主要集中在烟草、马铃薯、蕃茄、香蕉等植物。 2、转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物 利用转基因动物乳腺作为生物反应器，生产基因工程人类蛋白质药物，其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大大降低→近年不少研究者从事转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物的研究。 基本方法：将药用蛋白质基因连接到乳汁蛋白质基因的调节元件下游，然后将连接产物显微注射到哺乳动物受精卵或胚胎干细胞，当转基因