1、1,生化制药技术,石磊,2,第一章 生物制药技术概论,3,一、现代生物技术的定义与主要内容,生物技术(Biotechnology or Bioengineering）: 对生物有机体（微生物至高等动、植物）或其组成部分（器官、组织、细胞或细胞器等），运用现代技术手段，研究、设计、改造，以改良生物乃至创造新的生物品种的一种技术体系。 现代生物技术发展到高通量组学（omics）、芯片技术、基因与基因组人工设计与合成生物学等系统生物技术。,4,现代生物技术： 以现代生命科学为基础。结合其他基础学科的科学原理，采用先进的工程技术手段，按照设计改造生物体或生物原料，为人类的生产出所需要的产品或达到某种目
2、的。,5,现代生物技术包括五个方面,（1）基因工程,（2）细胞工程,（3）发酵工程（微生物工程）,（4）酶工程,（5）蛋白质工程,6,(1) 基因工程,genetic engineering; gene engineering 狭义的基因工程仅指用体外重组DNA技术去获得新的重组基因；广义的基因工程则指按人们意愿设计，通过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。 生物遗传物质核酸的分离、提取、体外剪切、拼接重组以及扩增与表达等技术。,7,如用重组DNA技术，将外源基因转入大肠杆菌中表达，使大肠杆菌能够生产人所需要的产品；将外源基因转入动物，构建具有新遗传特性的转基因动物；用基因敲除手段，获得有遗
3、传缺陷的动物等。,8,克隆羊-多莉,9,转基因荧光鼠,10,转基因生物及转基因食品之弊,对人、动物、植物，微生物 潜在危害的不确定性例如：将土壤细菌的一个抗虫害的一个基因转移到玉米中后，可抗一种螟蛉的侵害。当转基因玉米的花粉落到临近的乳草植物的花上，王蝶在采集该花之后而导致其幼虫的死亡增加了七倍。但是：农药的使用不仅成百倍地杀死非有害昆虫，而且导致了更多的具有抗药性的害虫的扩增。,11,12,（2） 细胞工程,Cell engineering是指以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传特性，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。 包括
4、上、下游技术。,13,特点,前沿性：现代生物技术的热点 争议性：新技术给伦理道德带来的冲击 综合性：多学科交叉应用性：工程类课程，重在产品与技术,14,种类,染色体过程 将一种生物的特定染色体，按照人们的意图予以消除、添加、或同别的生物的染色体置换、或改造的技术。染色体组过程 诱导增加或减少一个生物体内整套染色体组数的技术。,15,应用,粮食与蔬菜生产 园林花卉 临床医学与药物繁育优良品种,细胞融合抗盐碱耐干旱葡萄,16,紫杉醇（11个手性中心）,1.天然提取2.化学全合成3.化学半合成4.生物合成,美国Phyton公司在2002年通过细胞培养获FDA认证，04年获总统绿色化学挑战奖！,17,
5、（3）发酵工程,Fermentation engineering 是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。,18,应用,1、在医药工业上的应用：基于发酵工程技术，开发了种类繁多的药品，如人类生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素2、抗血友病因子等。 2、在食品工业上的应用：主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产食品添加剂；三是帮助解决粮食问题。,19,（4）蛋白质工程
6、,Protein engineering 是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰，改造和拼接以生产出能满足人类需要的新型蛋白质的技术。,20,内容,蛋白质结构分析结构、功能的设计和预测创造和改造,21,应用,提高蛋白质的稳定性融合蛋白质蛋白质活性的改变治癌酶的改造嵌合抗体和人缘化抗体,22,（5）酶工程,Enzyme engineering 将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术
7、。,23,它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。,24,现代生物技术的应用,在农产品改良中的应用畜牧养殖业的应用医药卫生（中医药现代化等）食品环境工程,25,二、生物制药技术概论,药物：用于预防、诊断、治疗疾病，改善生活质量和影响人体生物学进程的物质。包括：化学药物、天然药物、和生物药物。生物制药是指利用生物体或生物过程生产药物的技术，通常生化制药归于此。,26,生物制药的发展沿革 1 传统生物制药发展阶段,公元前597年就有麴（曲）的使用记载。公元4世纪，就有用海藻（含碘）酒治疗瘿病（地方性甲状腺肿）的记载
8、。孙思邈（公元581-682年）首先用含维生素A丰富的羊肝治疗“雀目”（一种眼疾）。神农用羊靥（包括甲状腺的头部肌肉）治疗甲状腺肿，用紫河车（胎盘）作强壮剂，用蟾酥治创伤。早期的生物药物多数来自动物脏器，有脏器制剂之称。,27,2 近代生物制药发展阶段,20世纪20年代，纯化胰岛素、甲状腺素、多种维生素等开始用于临床或保健。40-50年代发现和提纯了肾上腺皮质激素和脑垂体激素。 50年代开始应用发酵法生产氨基酸类药物。60年代酶类药物得到广泛应用。 生物制品方面，14世纪末，法国巴斯德创制了狂犬病疫苗，1796年英国医生琴纳发明了预防天花的牛痘疫苗。到了20世纪中期，疫苗种类日益增加。所以，人
9、类利用生物药物的历史相当悠久。,28,2 近代生物制药发展阶段,目前生化药物已达600多种。还有100多种临床诊断试剂。我国生化药物的发展也十分迅速，并独创一些新品种。如天花粉蛋白（中期引产药），人工牛黄（感冒药的主要成分，天然牛黄是牛的胆结石）,29,从20世纪80年代开始，利用基因工程开发生物药物已经成为一个重要的发展方向，已经上市的有人胰岛素（1982）、人生长素（1987）、干扰素（1987）、乙肝疫苗（1987）等等。 应用酶工程技术、细胞工程技术和基因工程技术生产抗生素、氨基酸和植物次生代谢产物也已步入产业化阶段。,3 现代生物制药发展阶段,30,中国生物医药产业起步于20 世纪8
10、0 年代初期，1989年我国研发出第一个拥有自主知识产权的生物医药产品重组人干扰素-1b，国家已批准20种基因工程药物和5种基因工程疫苗上市，包括重组人干扰素、促红细胞生成素、白细胞介素2、人生长素、尿激酶、重组改构人肿瘤坏死因子、神经生长因子、人胰岛素等，其中近1/3为国家创新药物，另有10多个品种在临床研究之中。全国进入临床研究的生物新药已达150多个，其中1 /5为I类新药。2005 年中国生物药品市场规模达到近400亿元。,3 现代生物制药发展阶段,31,目前, 中国有超过500家生物医药相关企业，生物医药产业的销售额占整个医药产业的销售额比率已经达到10%左右。生物技术药物已成为药品
11、市场中一大类重要的品种，主要用于癌症、人类免疫缺陷病毒性疾病、心血管疾病、糖尿病、贫血、自身免疫性疾病、基因缺陷病症和许多遗传疾病等的治疗。,3 现代生物制药发展阶段,32,生化药物的来源天然的生物材料：人体、动植物、微生物和各种海洋生物。 随着生物技术的发展，有目的人工制得的生物原料成为当前生物制药原料的重要来源，如用基因工程技术制得的微生物或细胞。,33,生物药物的特性药理学特性（1）、治疗的针对性强 细胞色素c用于治疗组织缺氧所引起的一系列疾病。 （2）、药理活性高 注射用的纯ATP可以直接供给机体能量。 （3）、毒副作用小、营养价值高 蛋白质、核酸、糖类、脂类等生物药物本身就直接取自体
12、内。 （4）、生理副作用时有发生,34,生产、制备中的特殊性（1）原料中的有效物质含量低 激素、酶在体内含量极低。 （2）稳定性差 （3）易腐败 生物药物营养价值高，易染菌、腐败。生产过程中应低温、无菌。 （4）注射用药有特殊要求,35,检验上的特殊性 由于生物药物具有生理功能，因此生物药物不仅要有理化检验指标，更要有生物活性检验指标。,36,三、生物制药技术的发展趋势,制取天然来源少、过去难以获得的生物活性物质蛋白质工程药物和基因工程药物大分子物质片段的制取和化学修饰发展的分子药物制剂,37,四、我国生化制药工业的成就,生产速度迅速增长生产技术不断提高产品结构逐步优化产业结构改变生物医药十二
13、五规划,38,五、生物药物的分类与来源,1、按化学结构和特性分类（生化药物）氨基酸及其衍生物多肽和蛋白类药物酶类药物核酸及其降解产物糖类药物脂类药物动物器官或组织液,39,2、按来源分类人体组织来源动物组织来源植物组织来源微生物来源海洋生物来源,40,3、按生理功能和用途分类治疗药物 肿瘤、爱滋病、心脑血管疾病等。 预防药物 传染性强的疾病，疫苗、菌苗、类毒素。 诊断药物 免疫诊断、酶诊断、放射性诊断、基因诊断试剂。 其它,41,六、生物制药的主要研究内容,微生物制药基因工程制药酶工程制药细胞工程制药抗体工程制药生物药物的分离纯化技术,42,参考教材,郭勇，生物制药技术，轻工出版社，2008.朱宝泉，生物制药技术，化工出版社，2004.郭养浩，药物生物技术，高教出版社，2005.夏焕章、熊宗贵，生物技术制药，高教出版社，2006.吴梧桐，生物技术药物学，高教出版社，2003.俞俊棠，新编生物工艺学，化学工业出版社，2010邱玉华，生化分离与纯化技术，化学工业出版社，2007年,43,谢 谢 ！,
