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1、第第3 3节节 生物工程药物和疫苗生物工程药物和疫苗生物工程生物工程是应用自然科学及工程是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、学的原理，依靠微生物、动物、植物作为反应器将物料进行加工植物作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。以提供产品为社会服务的技术。通常包括基因工程、细胞工程、通常包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程四方面内容。发酵工程、酶工程四方面内容。一、一、生物工程药物生物工程药物基因工程药物基因工程药物细胞工程药物细胞工程药物酶工程药物酶工程药物发酵工程药物发酵工程药物1 1、基因工程药物、基因工程药物（1）基因工程药物的概念）基因工程药物的概念基因工程药
2、物是以重组基因工程药物是以重组DNADNA为核心技术，通为核心技术，通过将一个生物体内有用的目的基因转移到另过将一个生物体内有用的目的基因转移到另一个生物体中，并表达所需要的产物一个生物体中，并表达所需要的产物药药物的过程。物的过程。（2）转入基因的生物：）转入基因的生物：细菌细菌动物动物植物植物（3）基因工程药物的生产过程获得目获得目的基因的基因构建基因构建基因工程菌工程菌工程菌大工程菌大规模培养规模培养分离提取分离提取目的产物目的产物重组质粒重组质粒1、基因工程药物、基因工程药物干扰素的生产：干扰素的生产： 什么是干扰素？什么是干扰素？传统方法：从人血液中的白细胞内提取传统方法：从人血液中
3、的白细胞内提取 每每300L300L血液才能提取血液才能提取1mg 1mg 基因工程：基因工程：将干扰素基因转移到大肠杆菌中将干扰素基因转移到大肠杆菌中 每千克培养液可提取每千克培养液可提取20-40 mg20-40 mg 干扰素口服无效，须注射给药，最初的主要作用是抗病毒，干扰素口服无效，须注射给药，最初的主要作用是抗病毒，后来发现其有很重要的免疫调节作用。后来发现其有很重要的免疫调节作用。 1、基因工程药物、基因工程药物干扰素生产车间(4)实例：大肠杆菌合成人胰岛素（5）其他基因工程药物：2、细胞工程药物、细胞工程药物传统动植物药物具有高效、低毒、副作用传统动植物药物具有高效、低毒、副作用
4、少的特点。少的特点。野生药用植物越来越少，如何才能获得珍野生药用植物越来越少，如何才能获得珍贵药材？贵药材？（1）细胞工程药物的概念细胞工程药物的概念细胞工程药物是在细胞水平上的遗传操作，细胞工程药物是在细胞水平上的遗传操作，即通过即通过细胞融合、核质移植、染色体移植细胞融合、核质移植、染色体移植等等技术，改造并筛选特定的细胞株或细胞系，技术，改造并筛选特定的细胞株或细胞系，再通过规模培养获得药物的过程。再通过规模培养获得药物的过程。（2）植物细胞（组织）培养）植物细胞（组织）培养细胞培养的人参愈伤组织植物细胞（组织）培养流程植物细胞（组织）培养流程悬浮细胞培养悬浮细胞培养提取纯化提取纯化产物
5、产物脱分化：脱分化：离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间后，离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而会通过细胞分裂，形成愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。 收集细胞收集细胞药物制剂药物制剂通过植物组织培养的药物：奎宁、长春碱、洋地黄、紫草素、通过植物组织培养的药物：奎宁、长春碱、洋地黄、紫草素、人参皂甙等人参皂甙等动物细胞（组织）培养动物细胞（组织）培养动物细胞融合动物细胞融合（3）单克隆抗体）单克隆抗体概念：单个概念：单个B
6、淋巴细胞与骨髓瘤细胞融淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后进行无性繁殖得到的化学性质单合后进行无性繁殖得到的化学性质单一，特异性强的抗体。一，特异性强的抗体。（3）单克隆抗体的制备）单克隆抗体的制备抗原刺激抗原刺激B淋巴淋巴细胞细胞浆细胞浆细胞骨髓瘤细胞骨髓瘤细胞融合融合筛选筛选杂交瘤细胞杂交瘤细胞扩增扩增体体内（外）内（外）培养培养单克隆抗体单克隆抗体小结：小结：单克隆抗体的特点：特异性强、灵敏度高应用：单克隆抗体诊断试剂盒 现在人们所说的生物药物，是泛指包括生物制品在内的生物现在人们所说的生物药物，是泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物及生物体的某一组成部分，甚至整个生体的初级和次级代谢
7、产物及生物体的某一组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。例如，从动、植物中提取生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。例如，从动、植物中提取生化药物，利用微生物发酵或动植物细胞组织培养，转化生产的药化药物，利用微生物发酵或动植物细胞组织培养，转化生产的药物。而生物工程药物，一般是指利用物。而生物工程药物，一般是指利用DNA重组技术，或其他生重组技术，或其他生物工程生产的药物，包括基因工程药物、酶工程药物、动植物细物工程生产的药物，包括基因工程药物、酶工程药物、动植物细胞工程药物等。其品种主要包括用于预防疾病的疫苗、疫情检测胞工程药物等。其品种主要包括用于预防疾病的疫苗、疫情检测和临床诊
8、断的试剂、治疗疾病的药物等。当然，生物工程药物也和临床诊断的试剂、治疗疾病的药物等。当然，生物工程药物也属于生物药物。属于生物药物。生物技术制药与传统的生物制药有内在联系，同时又有明显区别。生物技术制药与传统的生物制药有内在联系，同时又有明显区别。传统的生化制药，采用普通技术，从动物或植物中提取药物不属传统的生化制药，采用普通技术，从动物或植物中提取药物不属于生物技术制药，如传统中药和从动物组织、器官或血液中提取于生物技术制药，如传统中药和从动物组织、器官或血液中提取生化药物。但是，利用生物技术也可以生产传统生物制药的产品。生化药物。但是，利用生物技术也可以生产传统生物制药的产品。 二、基因工
9、程疫苗二、基因工程疫苗1 1、疫苗的概念：、疫苗的概念：是一类接种后能激发人体免疫反应来抵是一类接种后能激发人体免疫反应来抵抗某些传染病的生物制品。抗某些传染病的生物制品。作用：作用：疫苗是一种特殊的药物，它不是用于治疗疾病，疫苗是一种特殊的药物，它不是用于治疗疾病，而是用于预防疾病。而是用于预防疾病。传统疫苗传统疫苗灭活疫苗灭活疫苗减毒疫苗减毒疫苗新型疫苗新型疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗核酸疫苗核酸疫苗生物工程疫苗主要是指基因工程疫苗生物工程疫苗主要是指基因工程疫苗2 2、类型、类型：亚单位疫苗亚单位疫苗减毒疫苗减毒疫苗概念：概念：优点：一般只需接种一次，接种量少，免疫持续的优点：一般只需接
10、种一次，接种量少，免疫持续的时间长，效果好。时间长，效果好。缺点：保留一定的残余毒力，对免疫缺陷者可引起缺点：保留一定的残余毒力，对免疫缺陷者可引起严重感染；个别活疫苗在应用过程中有毒力回升现严重感染；个别活疫苗在应用过程中有毒力回升现象；制作时，如果减毒不够会造成被接种者严重感象；制作时，如果减毒不够会造成被接种者严重感染；过度减毒又会造成免疫原性不足或丧失，失去染；过度减毒又会造成免疫原性不足或丧失，失去活疫苗的作用；减毒疫苗需低温保存和运输。活疫苗的作用；减毒疫苗需低温保存和运输。常见减毒疫苗：常见减毒疫苗：灭活疫苗灭活疫苗概念：优点：制备简单，保存时间较长，相对较优点：制备简单，保存时
11、间较长，相对较安全。安全。缺点：免疫力较差，接种剂量较大且需多缺点：免疫力较差，接种剂量较大且需多次接种。次接种。常见灭活疫苗：常见灭活疫苗：亚单位疫苗亚单位疫苗用天然微生物的某些成分的亚单位作为疫苗的，称为亚单位疫苗3、基因工程疫苗的生产优点：优点：可删除细菌和病毒中抗原物质的可删除细菌和病毒中抗原物质的基因或基因片断。基因或基因片断。生产过程：生产过程：将病原体的某个或某几个将病原体的某个或某几个抗抗原基因转入原基因转入适当的适当的宿主细胞宿主细胞，进行表达，进行表达，获得获得的表达的表达产物产物就可以作为疫苗。就可以作为疫苗。l例如，乙型肝炎抗体疫苗，就是将乙肝病毒例如，乙型肝炎抗体疫苗
12、，就是将乙肝病毒表面基因转入酵母或动物细胞，构建乙型肝炎表面基因转入酵母或动物细胞，构建乙型肝炎病毒表面抗原基因的工程菌，然后将它在发酵病毒表面抗原基因的工程菌，然后将它在发酵罐中进行大规模培养。一般每升酵母发酵液中罐中进行大规模培养。一般每升酵母发酵液中可产出可产出50100mg具有免疫活性的表面抗原蛋具有免疫活性的表面抗原蛋白，经分离、提纯后，用福尔马林和氢氧化铝白，经分离、提纯后，用福尔马林和氢氧化铝吸附，制成乙肝疫苗。吸附，制成乙肝疫苗。l人们甚至将乙肝抗原基因转到西红柿中，经人们甚至将乙肝抗原基因转到西红柿中，经栽培，获得转乙肝抗原基因西红柿，食用后可栽培，获得转乙肝抗原基因西红柿，
13、食用后可预防乙肝。预防乙肝。 全球生物医药产业发展迅猛生物药品的销售呈现较快的增长。上世纪90年代以后，全球生物药品销售额以年均30%的速度增长，这个速度大大高于全医药行业年均不到10%的增长速度。生物药品销售额占整个医药行业销售额的比例不断提高，从1995年的不足4%提高到2000年的9%。如2000年全球生物技术产品总额突破600亿美元，年增长率超过20%，其中EPO和CG-CSF的单品种销售额均超过10亿美元。另一方面，生物医药技术的研发投入不断增加。以美国为例，生物医药研究研发领域的人均投入为其他工业领域的10倍。发展的有利条件 1.我国生物制药产业与国外几乎是同时起步，差距较小。2.
14、我国具有一支接受过现代生命科学基础训练并且从事过高层次研究的“海外军团”。据统计，改革开放以来的32万名留学生中，学习生命科学的接近60%。3.加入WTO后，跨国公司竞相在华建立研发基地。4.国家出台了一系列政策，扶植生物制药产业，地方政府也纷纷将生物制药确立为支柱产业。5.目前国家推行的药品生产强制认证制度也有利于生物制药发展。 发展的前景我国生物制药产业的增长速度逐年加快，2000年生物制药的销售增长率达到21.6%，大大高于医药行业的12%的增长速度。目前我国能够生产21种生物医药，世界上销售额排名前10位的生物医药中，我国能生产8种。我国投入临床研究的生物医药项目有近150个，其中有1
15、0种产品有望成为国家一类新药。随着人们生活水平的提高（随之带来的是药品消费能力的提高）加上生物制药企业市场销售网络的完善及每年约1-2个新品种投入市场，预计生物制药业每年保持20-25%的年增长速度是完全可能的，按此测算，到2005年，我国生物制药的市场销售收入将达到130-150亿元，毛利将达40-48亿元。 领域领域开发药物开发药物品种品种领域领域开发药物开发药物品种品种单克隆体单克隆体78人生长激素人生长激素5疫苗疫苗62组织纤溶酶原组织纤溶酶原激活剂激活剂4基因治疗基因治疗28凝血因子凝血因子3白介素白介素11集落细胞刺激集落细胞刺激因子因子3干扰素干扰素10促红细胞生成促红细胞生成素
16、素2生长因子生长因子10SOD1重组可溶性重组可溶性受体受体6其他其他56反义药物反义药物6总数总数284正正在在研研究究开开发发的的生生物物技技术术药药物物类类型型生物技术产业的发展根据国际著名咨询公司安永会计师事务所(Ernst&Young)统计，2002年全球有超过300种生物技术制品进入末期临床，比2001年增加50%；研发投入增长34%，达到220亿美元；全球4362个生物技术公司（包含上市公司）的利润总额上升15%，达到413亿美元。尽管总体形势良好，但是产业内部仍涌动着一些暗流：全球生物技术公司亏损幅度有所提高，亏损总额达到120亿美元，比去年提高116%；美国318家上市公司的
17、1/3、欧洲102家上市公司的20%，手里掌握的现金尚不足以支撑一年。疫苗的基本成分包括抗原、佐剂、防腐剂及其他活性成分。疫苗的基本成分包括抗原、佐剂、防腐剂及其他活性成分。抗原是疫苗最主要的成分，决定疫苗的免疫性能。抗原必须是机体以外的抗原是疫苗最主要的成分，决定疫苗的免疫性能。抗原必须是机体以外的物质，进入机体后能够有效激发机体的免疫反应。作为抗原的生物活性物物质，进入机体后能够有效激发机体的免疫反应。作为抗原的生物活性物质有：灭活的细菌或病毒，通过多次传代得到的减毒细菌或病毒，病毒或质有：灭活的细菌或病毒，通过多次传代得到的减毒细菌或病毒，病毒或细菌的提纯物，有效的蛋白成分，类病毒，细菌
18、多糖，合成多肽，以及近细菌的提纯物，有效的蛋白成分，类病毒，细菌多糖，合成多肽，以及近年来发展的年来发展的DNA疫苗等。疫苗等。佐剂是能够增强抗原的特异性免疫应答的物质，它应该无毒、安全，并且佐剂是能够增强抗原的特异性免疫应答的物质，它应该无毒、安全，并且稳定，比如油制佐剂。稳定，比如油制佐剂。防腐剂是保证疫苗在储存期不会被微生物污染，防止造成严重问题的物质，防腐剂是保证疫苗在储存期不会被微生物污染，防止造成严重问题的物质，大多数是化学防腐剂。稳定剂是为保证作为抗原的病毒或其他微生物能够大多数是化学防腐剂。稳定剂是为保证作为抗原的病毒或其他微生物能够存活和维持其免疫活性稳定的物质，往往都是糖类
19、，如乳糖、山梨醇等。存活和维持其免疫活性稳定的物质，往往都是糖类，如乳糖、山梨醇等。另外，疫苗在制备时还需要加入适当的缓冲剂、盐类等无活性的成分。构另外，疫苗在制备时还需要加入适当的缓冲剂、盐类等无活性的成分。构成疫苗的所有成分和含量必须不影响疫苗的效力、纯度和安全性，因此都成疫苗的所有成分和含量必须不影响疫苗的效力、纯度和安全性，因此都有严格的质量标准。有严格的质量标准。生物技术产业的发展2001年中期我国的生物制药平均每股净资产同比增长速度为36.21%，平均净利润同比增长为5.76%。而到了2003年，生物制药板块可以说是“受害”最深的板块，甚至可以用泡沫破碎来形容。10家公司中，一度出
20、现过这样的市情：股价在810元区间的只剩下天坛生物、四环药业、北生药业和北大高科4家；而股价在68元区间的只有海王生物1家；吉林省的3只生物制药股与四环生物、金花股份都跌到6元以下。形势告急。由于我国生物制药业以仿制国外产品为主，企业自身没有投入高额的研发费用，因此，从整体上来看，我国生物制药业才没有出现全行业的亏损状况。然而股市是市场的晴雨表，不断下挫的股市至少说明生物医药产业高投入产出周期长的特点还没有得到投资者的普遍重视。 2003年的年的“非典非典”一定给大家留下了很深的印象吧。大家知不一定给大家留下了很深的印象吧。大家知不知道知道“非典型肺炎非典型肺炎”元凶是什么呢？元凶是什么呢？从
21、社会中来从社会中来 在SARS病毒全基因组的测序中发现，SARS病毒由一种相对稳定的RNA病毒特有蛋白质和另外五种蛋白质组成。它在人体外一般存活数小时，但在人类排泄物中存活长达4天，在零摄氏度时甚至可以无限期存活。冠状病毒冠状病毒2、SARS疫苗用于人体临床研究还要经过有关伦理委员会的批疫苗用于人体临床研究还要经过有关伦理委员会的批准，这是为什么？这是为了保障受试者的权益并确保试验的科准，这是为什么？这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性。学性和可靠性。请同学们阅读课本请同学们阅读课本“从生活中来从生活中来”，并思考以下问题：，并思考以下问题：1、我国在这项研究中处于领先地位，国家
22、的高度重视、科学、我国在这项研究中处于领先地位，国家的高度重视、科学家的献身精神无疑是重要的因素。还有其他原因吗？家的献身精神无疑是重要的因素。还有其他原因吗？ 这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性。受试者的权益、安全和健康必须高于对科学和社会利益性。受试者的权益、安全和健康必须高于对科学和社会利益的考虑。的考虑。SARS疫苗用于临床，要经过伦理委员会批准和与疫苗用于临床，要经过伦理委员会批准和与受试者签定知情同意书，是保障受试者权益的主要措施。受试者签定知情同意书，是保障受试者权益的主要措施。我国是我国是SARS疫情的主要发生地，
23、对于疫苗的研制具有别国所没疫情的主要发生地，对于疫苗的研制具有别国所没有的迫切性；同时在取得毒株、抗血清等方面拥有一定的便利有的迫切性；同时在取得毒株、抗血清等方面拥有一定的便利条件；我国在研制灭活疫苗方面拥有较强的科研和生产能力。条件；我国在研制灭活疫苗方面拥有较强的科研和生产能力。 曾有专家预言，芯片技术、医曾有专家预言，芯片技术、医药和生物工程这三个领域将是药和生物工程这三个领域将是21世世纪头纪头30-40年发展最快的领域，是世年发展最快的领域，是世界经济发展的火车头。界经济发展的火车头。3、基因工程疫苗（1）疫苗概念）疫苗概念 疫苗是一类接种后能激发人体免疫反应来疫苗是一类接种后能激
24、发人体免疫反应来抵抗某些传染病的生物制品。抵抗某些传染病的生物制品。我国早在宋朝真宗时期我国早在宋朝真宗时期(9981023年年)就开始从症状轻微的天花就开始从症状轻微的天花病人身上取得疱浆，人工接染到健康儿童，使之产生轻微症状病人身上取得疱浆，人工接染到健康儿童，使之产生轻微症状的感染，从而获得免疫力，避免引起严重天花和造成死亡。后的感染，从而获得免疫力，避免引起严重天花和造成死亡。后来这一方法经阿拉伯人传到欧洲，来这一方法经阿拉伯人传到欧洲，1721年传入英国。英国医生年传入英国。英国医生詹纳注意到感染牛痘的人不会感染天花。经过多次实验，詹纳詹纳注意到感染牛痘的人不会感染天花。经过多次实验
25、，詹纳于于1796年，从一挤奶女工感染牛痘的豆疱中取出疱浆，给一个年，从一挤奶女工感染牛痘的豆疱中取出疱浆，给一个8岁的男孩接种在手臂上。后来再给男孩接种天花疱浆，这个男岁的男孩接种在手臂上。后来再给男孩接种天花疱浆，这个男孩并没有染上天花，证明该男孩对天花确实具有免疫力。这个孩并没有染上天花，证明该男孩对天花确实具有免疫力。这个牛痘疱浆就是天花疫苗，它能够有效地预防天花。经过一百多牛痘疱浆就是天花疫苗，它能够有效地预防天花。经过一百多年的努力，年的努力，1979年年4月，世界卫生组织宣布全球消灭了天花。月，世界卫生组织宣布全球消灭了天花。 （3）传统疫苗的生产）传统疫苗的生产l减毒疫苗减毒疫
26、苗也称活疫苗，是指用人工定向变异也称活疫苗，是指用人工定向变异的方法，使病原微生物在极大程度上丧失致病的方法，使病原微生物在极大程度上丧失致病能力，或从自然界筛选毒性高度减弱或基本无能力，或从自然界筛选毒性高度减弱或基本无毒的活细菌或病毒制备成的疫苗。毒的活细菌或病毒制备成的疫苗。l灭活疫苗灭活疫苗也称死疫苗，是选用抗原性强的病也称死疫苗，是选用抗原性强的病原微生物，经过人工大量培养后，用化学或物原微生物，经过人工大量培养后，用化学或物理方法灭活后制备而成的疫苗。理方法灭活后制备而成的疫苗。动物细胞（组织）培养动物细胞（组织）培养应用：应用：（1 1）生产有重要价值的蛋白质产品分泌性的蛋白质产
27、品）生产有重要价值的蛋白质产品分泌性的蛋白质产品（2 2）培养皮肤细胞用于移植形成组织）培养皮肤细胞用于移植形成组织（3 3）检测有毒物质致癌致畸引起染色体目和结构改变）检测有毒物质致癌致畸引起染色体目和结构改变 （4 4）理论研究）理论研究: :培养正常或异常细胞用于生理、病理、药培养正常或异常细胞用于生理、病理、药 理研究理研究动物细胞（组织）培养动物细胞（组织）培养几个概念：几个概念：原代培养：将动物组织用胰蛋白酶处理成单个细胞，配制原代培养：将动物组织用胰蛋白酶处理成单个细胞，配制成一定浓度的悬浮液，放入培养瓶中在培养箱中培养的过程成一定浓度的悬浮液，放入培养瓶中在培养箱中培养的过程传
28、代培养：培养瓶中的细胞越来越多，用胰蛋白酶处理使传代培养：培养瓶中的细胞越来越多，用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成悬浮液，分瓶培养的过程细胞从瓶壁上脱离下来，配制成悬浮液，分瓶培养的过程细胞株：原代培养细胞传至细胞株：原代培养细胞传至1010代左右就不容易传下去，细代左右就不容易传下去，细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞能存活传到胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞能存活传到40504050代，代，这部分细胞称为细胞株这部分细胞称为细胞株细胞系：细胞株传到细胞系：细胞株传到5050左右不能再继续传代，部分细胞遗左右不能再继续传代，部分细胞遗传物质改变，具有癌变细胞的特点，可以在培养条件下无限制的传物质改变，具有癌变细胞的特点，可以在培养条件下无限制的传代下去，这部分细胞称为细胞系传代下去，这部分细胞称为细胞系
