基因工程改造秸杆发酵产氢的关键技术研究
课题类型：探索导向类申请受理编号： SQ2006AA05Z109513
国家高技术研究发展计划（863计划）
专题课题申请书
技术领域名称：先进能源技术领域
专题名称：氢能与燃料电池技术
申请指南技术方向：制氢技术
课题名称：基因工程改造秸杆发酵产氢的关键技术研究
申请人：程军
依托单位：XX大学
中华人民XX国科学技术部
2006-09-05
机物从而生产氢气的生物工程技术，它是一种符合可持续发展战略的可再生能源技术。它克服了常规制氢方法（如从煤、石油、天然气等化石燃料中提取或通过水电解法制取等）需要消耗大量化石燃料和能量、并且产生大量污染的弊病。目前在生物法制氢研究方面主要分为发酵法和光合法两大类，其中发酵法具有产氢细菌生长速率快、产氢能力高、反应无需光源、发酵底料来源广等优点，所以更容易实现连续产氢和工业化生产。因此，利用秸杆等生物质以微生物法制氢对发展清洁高效的可再生能源和减少环境污染具有重要意义，是一个处于国际学术前沿的十分活跃的热点课题，具有重要的学术价值和应用前景。
国内外许多学者关于发酵法产氢的研究X 围主要局限于反应机理相对简单的富含水溶性碳水化合物（尤其是葡萄糖）的有机废水，对于主要由复杂大分子有机质即不溶性的大分子碳水化合物、脂类物和蛋白质组成的生物质及固体有机废弃物的发酵产氢问题较少研究。后者的厌氧消化产氢过程可分为水解、酸化和产氢产乙酸三个阶段，由于其降解产氢过程的复杂性，国内外在该领域的研究方兴未艾，目前已逐步引起许多学者的高度重视。国外已有部分相关报道，如日本在90年代末到本世纪初，在暗发酵制氢方面的科研投入大大增加，尤其在2001-2004年产生了大量基础性的研究结果。日本东北大学曾将餐厅剩菜与粪便污泥混合配成培养基料，利用加热预处理的厌氧活性污泥和大豆粉仓中富含的产氢菌进行发酵制氢，发现底料的产氢潜力分别高达140ml/g 和180ml/g ，而厌氧活性污泥的接种产氢速率可高达45ml/（gVSS?h ），2004年日本产业技术研究所的废弃食物产氢项目已经进入中试阶段。另外，韩国、新加坡、印度在此领域的研究也比较活跃。而国内对于固体有机废弃物发酵产氢的研究才刚刚起步，如中国科学院、清华大学、中国科技大学、XX 大学、XX 工业大学、XX 大学等曾对固体废弃物发酵产氢进行了一些探索性研究，取得了一定的研究成果。众多专家一致认为：如何使生物质及固体废弃物高效降解成可资利用的还原糖是利用其发酵产氢的首要技术难点和重大关键点。而生物质发酵产氢能否获得产业化应用的瓶颈问题是过程的经济性，即如何降低发酵制氢的成本，使之可以和化石能源催化重整制氢的经济性相比拟，或者可以与其他生物能源过程（即生物制甲烷、燃料酒精、生物柴油）相竞争。其核心问题是如何提高氢气从葡萄糖的转化率、如何降低底物成本、以及如何在生物反应器水平上实现高效产氢。目前国际上最新的研究方向是从现有产氢纯菌的工艺优化中走出来，开发新的产氢菌种，通过基因工程改造产氢菌及氢酶，并开发高效的产氢反应器。
利用富含纤维素的秸杆等生物质大规模高效低成本地发酵转化为燃料乙醇、甲烷或氢气等清洁能源是目前国际上的一大热点课题。若能通过基因工程手段在目标植株细胞中成功表达降解不同生物体高分子的酶，如将纤维素酶基因片段植入水稻的基因组中，而在收获的水稻秸秆中获得大量纤维素酶，使得秸杆在后续的加热到90℃左右水解过程中不需要酸碱预处理和外加纤维素酶等，即能高效降解成产乙醇细菌或产氢细菌直接可资利用的小分子还原糖，则能大幅度降低秸杆水解糖化和发酵利用的处理成本，并大幅度提高其转化效率，取得巨大的经济和社会效益。目前美国麻省理工学院、密歇根州立大学、加州大学Davis 分校、杜邦公司和Syngenta 公司等正在加紧开展相关的研究探索，主要在玉米、甘蔗等植株生长过程中表达纤维素酶和半纤维素酶，以获得更有利于秸秆高效水解的农作物，但至今很少见到公开的文献报导[1]。
厌氧发酵产氢中起主要作用的是氢酶，氢酶分为放氢酶和吸氢酶，分别催化反应222H H e →++的正逆反应。作为一种有机金属酶类，氢酶对氢代谢至关重要，研究其基因结构和空间结构、催化中心、电子载体种类和传递顺序等具有很高的理论价值，深入发掘这些生物信息对于人们定向改进氢酶性能，获得高产氢菌种具有指导意义。目前已经有超过100种的氢酶基因序列可以在基因库上获得，但是仍然有大量已知产氢菌株的氢酶基因尚未克隆，获得更多的氢酶基因也是生物制氢研究的重要方向。Mishra [2]等分离出高产氢菌阴沟肠杆菌Enterobacter cloacae IIT BT08的氢酶基因进而进行了酶分子特性研究。大肠杆菌的氢酶基因都属于Ni ．Fe 氢酶，梭菌属的氢酶都属于铁氢酶，目前其中3株所具有的铁氢酶得到测序，但是关于其附属基因、调控机制还不清楚。梭菌的铁氢酶已经成功的克隆，并异源表达到光合细菌内，强化了光合菌的产氢过程。虽然一部分氢酶基因得到解析，但是整体进展仍然比较缓慢而且不系统，有很大的研究探索空间。无论是纯种还是混菌培养，提高关键菌株产氢效率都是最重要的工作。单纯的条件优化手段已不能满足这一要求，
需要运用分子生物学的手段对菌种进行改造，以达到高效产氢的目的。由于产氢细菌内的氢酶种类繁多，通过敲掉基因片段的方法是一个可行策略。Lindblad[3]已将这一策略应用到光合细菌Anabaena PCC7120中，敲掉了其中的吸氢酶HupL基因片段，使产氢速度比野生型高出了两倍。此外，通过蛋白质工程手段对氢酶进行强化，包括增加其活性、耐氧性也都是可行策略。
通过复合诱变选育，得到遗传稳定好的高效产氢突变株，并提高菌种对环境的耐受力，在高产氢菌种的选育中耐高温或耐酸菌是值得重视的一个育种方向。有报道对产气肠杆菌进行激光诱变，筛选得到一株能够耐受pH3.0的高产氢突变株，产氢量较出发菌提高了48％[4]。任南琪教授在其CSTR反应器中分离出一株产氢发酵细菌ZGX4，以其为出发菌株，对其进行紫外和亚硝酸复合诱变选育，经过连续传代得到一株遗传稳定很好的高效产氢突变株YR1，产氢能力提高35％，平均产氢速率提高23％[5]。此外，也可将产氢能力高的菌株的氢化酶植入一些虽然不产氢但是对环境耐受力高（如酸碱度、温度、底物浓度）的菌株，如在非产氢菌Escherichia coli中植入丁酸梭菌的氢化酶，产氢量可达到3.12molH2/mol葡萄糖，高于原丁酸梭菌2.2molH2/mol葡萄糖的产氢量[6]。
运用代谢工程手段等现代生物技术手段对产氢细菌进行改造的研究目前在生物制氢领域还没有展开，是很值得深入研究的方向。Jonathan Wood Ward[7] 用10种商业用酶使戊糖磷酸盐循环与氢酶产氢过程相耦合，使产氢达到11.6mol／mol葡萄糖，充分展示了人工构建代谢途径对于产氢的巨大潜力。但是这一方法目前还只能在体外进行，成本相当高。通过细菌的代谢工程改造和控制，将会是突破暗发酵制氢低转化率的重要突破口。目前已知的发酵制氢的产氢途径包括甲酸途径、丙酮酸途径和NADH途径。其中NADH途径是最具开发潜力的方向，多篇文献中提到提高NADH的含量是有利于产氢的。目前普通的产气肠杆菌产氢量仅为1.58 molH2/mol葡萄糖，但是Tanisho等推测通过加入一种抑制剂使NADH 脱氢酶络合物不能形成则NADH的氧化步骤被阻断而FADH2的氧化不受影响，从而使三羧酸循环所产生的NADH用于产氢，从理论上可望实现每摩尔葡萄糖产10 mol氢气[8-9]。核心问题是如何把细胞代谢过程中产生大量NADH，通过代谢途径的导向直接为氢酶提供还原力进行产氢。现代分子生物学的发展已经可以操作电子呼吸链，因此通过基因工程手段改变代谢途径，从而大大提高产氢效率的梦想是完全有可能实现的。
经检索表明，国内外关于在转基因水稻秸杆中表达纤维素酶和半纤维素酶促进其高效水解的相关专利尚未见到，关于在产气肠杆菌中剔除乳酸等不利于产氢的基因片段并且导入产氢酶[Fe]-hydrogenase基因片段的相关专利也没有见到。日本专利JP2003102482 [10]报道了从梭菌Clostridium paraputrificum中得到一种具有特殊碱基序列的氢化酶基因，将其植入寄主细胞进行基因重组可提高产氢量。日本专利JP62134091[11]将一种在柠檬酸细菌的染色体DNA上表达的氢化酶基因植入普通的DNA单元质粒，从而形成一种混合的DNA质粒能使产氢能力显著提高。欧洲专利WO2006062130[12] 在一株含有甲酸盐脱氢酶基因(formate dehydrogenase gene)和氢化酶基因的菌株内植入一种活性剂基因，从而提高了甲酸的产氢量。美国专利仅有一篇关于改造藻类基因强化其光合作用产氢的报道，中国专利主要集中于氢酶的鉴定和基因测序，美国和中国专利都没有关于发酵产氢细菌基因改造方面的报道。
参考文献：
[1] Gadab C. Ghosh Biswas, Callista R, et al. Expression of biologically active Acidothermus cellulolyticus endoglucanase in transgenic maize plants. Plant Science, 2006 (In press).
[2] J. Mishra, N. Kumar, A.K. Ghosh, D. Das. Isolation and molecular characterization of hydrogenase gene from a high rate of hydrogen-producing bacterial strain Enterbacter cloacue
IIT-BT 08. International Journal of Hydrogen Energy 27 (2002) 1475– 1479.
[3] Lindblad P, Christensson K, Lindberg P,et al. Photoproduction of H2 by wildtype Anabaena PCC 1720 and a hydrogen uptake deficient mutant; from laboratory to outdoor culture. International Journal of Hydrogen Energy,2002,27:1271-1281.
[4] Lu WY. Wen JP. Jia XQ.et al. Effect of He-Ne laser irradiation on hydrogen production by Enterobacter aerogenes. International Journal of Hydrogen Energy (in press).
[5] X国香，任南琪，林海龙等. 诱变菌种选育高效产氢菌株. 第六届全国氢能学术会议论文集. 2005；11：137.
[6] G. Chittibabu, Kaushik Nath, Debabrata Das. Feasibility studies on the fermentative hydrogen
现有研究基础
XX大学能源清洁利用国家重点实验室在生物质能源化利用方面具有深厚的研究基础，在生物质的能源化高效转化和清洁利用方面取得了突出业绩。申请者程军副教授和X建忠教授长期从事生物质和化石能源的高效转化和清洁利用研究工作，曾经承担和参加了多项国家及省部级重大科研项目，具有较强的科研工作能力，并积累了丰富的研究经验。在生物质及固体有机废弃物的微生物法产氢研究领域，承担了一项国家自然科学基金项目“城市固体有机废弃物以微生物发酵法联产氢气和甲烷的机理研究”、1项全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目、1项霍英东优选资助基金项目和1项XX省科技攻关项目。并已取得了一定的研究成果：实验研究了产气肠杆菌在不同固定化条件下的发酵产氢特性；研究了富含碳水化合物、蛋白质和脂肪等三类大分子有机质的废弃食物发酵产氢特性；研究了不同来源的活性污泥对不同方法预处理的稻草秸杆发酵产氢特性的影响规律；研究了以厌氧活性污泥为接种物时各种反应条件对水葫芦发酵产氢的影响规律。提出了一种发酵法联产氢气和甲烷的新工艺，探索了发酵和光合耦合法高效产氢体系，并对秸杆生长细胞和产氢菌株的基因工程改造进行了可行性研究，使系统的能源转化率获得突破性提高。在该领域目前已发表和录用学术论文7篇，其中EI收录1篇，中文重要期刊4篇。
[1] 周俊虎，戚峰，程军等，秸秆发酵产氢的预处理方法研究，太阳能学报，
2006（已录用）
[2] 周俊虎，谢琳，程军等，富含三类大分子有机质的废弃食物发酵产氢
特性，XX大学学报（工学版），2006（已录用）
[3] 周俊虎，戚峰，程军等，不同来源的活性污泥对稻草发酵产氢影
响的实验研究，XX大学学报（工学版），2006（已录用）
[4] 周俊虎，戚峰，程军等，秸秆发酵产氢的影响因素研究，环
境科学，2006（已录用）
[5] 程军，潘华引，戚峰等，污泥和水葫芦混合发酵产氢的影
响因素分析，XX理工大学学报，2006（已录用）
[6] 程军，周俊虎，谢斌飞等，Biohydrogen production from
food waste by anaerobic fermentation. Proceedings of the
ASME Power Conference. Chicago, USA, April, 2005:
1433-1436.（EI收录）
[7] 程军，谢琳，谢斌飞等，Biohydrogen production from
solid organic wastes by heat-shock digested sludge.
Proceedings of the 8th Asian Hydrogen Energy
Conference. Beijing China, May, 2005: 13-19.
XX大学农业生物学院分子生物学实验室X传溪教
授和鲍艳原副教授长期从事分子生物学和基因工程研
究，对多种病毒进行基因组分析，基因表达、调控、删
除、蛋白互作等进行了深入的研究，发表了一系列SCI
收录文章。在细菌和病毒基因组基因剔除研究方面，建
立了高效的ET重组系统和pBAD-gba-A重组系统,并在
大肠杆菌中构建了杆状病毒人工染色体，通过ET重组，
在大肠杆菌Bacmid中剔除了Bm79, Bm118、Bm9,
chitinase等一系列基因。近年来致力于产氢菌株和水稻
秸杆的基因工程改造研究，在产气肠杆菌剔除乳酸基因
片段方面取得了一定的研究成果。XX大学种质创新和
分子育种平台具有良好的分子育种条件，是“211”和
“985”建设平台。目前高标准的水稻、玉米等农作物
转基因实验室能够全年产生转基因植物。拥有300平方
达抗高温纤维素酶和半纤维素酶，表达了这些酶的农作物秸秆在收获过程中或者其后经过高温（90℃左右）处理，实现对纤维素和半纤维素高效水解成直接可供产氢菌利用的小分子还原糖，从而为秸秆的高效转化提供更好的起始材料。
（2）筛选培养高效产氢菌株，进行纯化、分离和鉴定。通过分子生物学中应用成熟的细菌ET重组修饰系统，转入产氢细菌，构建可重组产氢细菌。克隆产氢细菌Enterobacter aerogenes的乳酸脱氢酶（ldh）等基因及其侧翼序列，以CAT为报告基因，构建基因重组片段。利用knock out 等技术，剔除产氢细菌Enterobacter aerogenes的乳酸脱氢酶（ldh）等基因，抑制产氢细菌在代谢过程中形成乳酸等的途径，从而达到加强产氢途径的效应。（3）克隆[Fe]-hydrogenase基因，通过ET系统在产氢细菌中转入[Fe]-hydrogenase基因，提高产氢酶表达水平，进一步增强产氢效率。通过CAT抗性标记，筛选重组的产氢细菌，通过系列PCR，鉴定ldh被剔除的产氢细菌并转入[Fe]-hydrogenase，测定基因改造后产氢细菌的产氢效率和性状。
（4）将高效产氢菌Enterobacter aerogenes的产氢酶重组入非产氢抗性菌的基因组，获得耐酸性和其它对环境耐受力强的产氢菌株。研究转基因新型产氢菌的发酵产氢机制及其代谢条件，加入抑制剂提高产氢代谢过程中NADH含量，通过控制代谢途径的导向直接为氢酶提供还原力，以增强其产氢效率。
（5）设计高效产氢反应器，研究转基因秸杆水解产物的发酵产氢代谢过程，及时抽取发酵气，以防止氢分压过高对酸化过程造成抑制作用。对各个阶段产氢反应器的终端气相和液相产物定期取样，送入气相色谱仪和色质联机分析成分，考察pH值、氧化还原电势和温度等参数对产氢过程的影响，优化反应器运行条件。研究转基因秸杆接种转基因产氢菌的发酵产氢量、速率和浓度等，探索实现其最大能源转化率的控制原理。
可行性分析
目前美国麻省理工学院、密歇根州立大学、加州大学Davis分校、杜邦公司和Syngenta 公司等正在加紧研究在玉米、甘蔗等植株中表达纤维素酶和半纤维素酶，以获得更有利于秸秆高效水解糖化的农作物。2006年秋即将出版的国际期刊Plant Science报道了密歇根州立大学的最新研究成果，将纤维素酶通过电击转入玉米中得到转基因植株，在叶片的总可溶性蛋白质中纤维素酶含量达到2.1%，而在根系中含量达2.08%。本课题组长期致力于农作物转基因改良研究，对在水稻中通过转基因表达纤维素酶进行了多年富有成效的研究，承担了相关的国家杰出青年基金和国际合作项目，目前已经成功获得表达了纤维素酶的转基因水稻苗。
目前通过基因工程改造产氢菌和氢酶已成为在微生物制氢研究领域国际上最新的热点课题，已引起许多研究机构的高度重视并成为技术竞争的制高点之一。本课题组长期从事分子生物学和基因工程研究，对多种细菌进行基因组分析，基因表达、调控、删除、蛋白互作等进行了深入的研究。建立了高效的ET重组系统和pBAD-gba-A重组系统，并在大肠杆菌中构建了杆状病毒人工染色体，通过ET重组，在大肠杆菌Bacmid中剔除了Bm79, Bm118、Bm9, chitinase等一系列基因。近年来致力于产氢菌株的基因工程改造研究并取得了一定成果。本项目提出通过ET重组修饰系统剔除产氢细菌Enterobacter aerogenes的乳酸脱氢酶（ldh）等基因，同时在产氢细菌中转入[Fe]-hydrogenase基因增强产氢酶表达水平，从而显著提高发酵产氢效率。项目研究目标明确，技术路线合理，实验方案可行，关于该项目基因工程改造所涉及的关键技术本课题组已完全掌握，因此能够顺利完成研究任务，实现研究目标。
基因工程药物发展进程
基因工程药物发展进程 药剂3班张楠 07106330 学习了药学分子生物学后，我对基因工程药物产生了浓厚的兴趣，通过生物化学和分子生物学的学习以及课下翻阅相关资料，让我对基因工程药物有了新的认识： 1 基因工程药物 基因工程药物是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过一系列基因操作，最后将该基因放入可以大量生产的受体细胞中去，这些受体细胞包括细菌、酵母菌、动物或动物细胞、植物或植物细胞，在受体细胞不断繁殖过程中，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因疫苗或药物。在医学和兽医学中应用正逐步推广。 以乙型病毒性肝炎（以下简称乙肝）疫苗为例，像其他蛋白质一样，乙肝表面抗原（HBSAg）的产生也受DNA调控。利用基因剪切技术，用一种"基因剪刀"将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来，装到一个表达载体中，所谓表达载体，是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来；再把这种表达载体转移到受体细胞内，如大肠杆菌或酵母菌等；最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖，生产出大量我们所需要的HBSAg（乙肝疫苗）。 目前有很多基因工程对人类的贡献典例。长期以来，医学工作者在防治乙肝方面做了大量工作，但曾一度陷于困境。乙肝病毒（HBV）主要由两部分组成，内部为DNA，外部有一层外壳蛋白质，称为HBSAg。把一定量的HBSAg注射入人体，就使机体产生对HBV抗衡的抗体。机体依靠这种抗体，可以清除入侵机体内的HBV。过去，乙肝疫苗的来源，主要是从HBV 携带者的血液中分离出来的HBSAg，这种血液是不安全的，可能混有其他病原体[其他型的肝炎病毒，特别是艾滋病病毒（HIV）]的污染。此外，血液来源也是极有限的，使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪，远不能满足全国的需要。基因工程疫苗解决了这一难题。与上述的血源乙肝疫苗相比，基因工程生产的乙肝疫苗，取材方便，利用的是资源丰富的大肠杆菌或酵母菌，它们有极强的繁殖能力，并借助于高科技手段，可以大规模生产出质量好、纯度高、免疫原性好、价格便宜的药物。在小孩出生后，按计划实施新生儿到六个月龄内先后注射三次乙肝疫苗的免疫程序，就可获得终身免疫，免受乙型肝炎之害。正是基于1996年我国已有能力生产大量的基因工程乙肝疫苗，我国才有信心遏制这一威胁人类健康最严重、流行最广泛的病种。这是基因工程药物对人类的贡献典例之一。 基因工程药物另一个重要应用就是干扰素的生产。当人或动物受到某种病毒感染时，体内会产生一种物质，它会阻止或干扰人体再次受到病毒感染，故人们把此种物质称为干扰素（Interfero,简称IFN），是1957年英国科学家多萨克斯（Lossaacs）和林德曼（Lindenmann）在研究流感病毒干扰现象时发现的。干扰素具有广谱抗病毒的效能，是一种治疗乙肝的有效药物，国际上批准治疗丙型病毒性肝炎的药物只有它。但是，通常情况下人体内干扰素基因处于"睡眠"状态，因而血中一般测不到干扰素。只有在发生病毒感染或受到干扰素诱导物的诱导时，人体内的干扰素基因才会"苏醒"，开始产生干扰素，但其数量微乎其微。即使经过诱导，从人血中提取1mg干扰素，需要人血8000ml，其成本高得惊人。据计算：要获取1磅（453g）纯干扰素，其成本高达200亿美元。使大多数病人没有使用干扰素的能力。1980
药物分析复习题
药物的专属鉴别试验是证实某一种药物的依据，它是根据每一种药物化学结构的差异及其所引起的物理化学特性不同，选用某些特有的灵敏的定性反应，来鉴别药物的真伪。 氧瓶燃烧法系将有机药物放入充满氧气的密闭的燃烧瓶中进行燃烧，并将燃烧所产生的欲测物质吸收于适当的吸收液中，然后根据欲测物质的性质，采用适宜的分析方法进行鉴别、检查或测定含卤素有机药物或含硫、氮、硒等其它元素的有机药物。 比旋度——偏振光透过长1d m 并每1ml含有旋光性物质1g的溶液，在一定的波长与温度下测得的旋光度称之。（符号[ ]） 准确度是指用特定方法测得的生物样品浓度与真实浓度的接近程度，可用相对回收率表示，即采用“回收率”或“加样回收率”得到的药物自样品中回收率。 微生物检定法─以抗生素对微生物的杀伤或抑制程度为指标来衡量抗生素效价的一种方法。其测定方法有稀释法、比浊法、管碟琼脂扩散法生物药物：利用生物体、生物组织或器官等成分，综合运用生物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学的原理与方法制得的一大类药物。 基因工程药物：先确定对某种疾病具有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因进行分离、纯化或人工合成，利用重组DNA 技术加以改造，最后将该基因导入可以大量生产的受体细胞中不断繁殖或表达，并能进行大规模生产具有预防和治疗这种疾病的蛋白质，通过这种方法生产的药物称为基因工程药物。 效价测定：采用国际或国家参考品，或经国家检定机构认可的参考品，以体内或体外法测定其生物学活性，并标明其活性单位。 电泳法是指带电微粒如蛋白质、核苷酸、其他微粒分子或离子在电场的作用下，向其对应的电极方向按各自的速度泳动而使组分分离，再进行检测或计算百分含量的方法。 中药指纹图谱中药材或中药制剂经适当处理后，采用一定的分析手段，得到的能够标定该中药材或中药制剂特性的共有峰的图谱。
【2019年整理】基因工程制药技术研究进展
基因工程制药技术研究进展 信息检索课程（综述）中文摘要 以DNA重组技术为核心的现代生物技术是一个正在不断发展的高技术综合体系，也是国际上优先发展的高技术领域之一。自20世纪70年代基因工程诞生以来，最先应用基因工程且目前最为活跃的研究领域便是医药科学。DNA重组技术不仅直接提供干扰素、红细胞生成素（EPO）等基因工程药物，供临床治疗使用，提高对恶性肿肿瘤、心脑血管病、重要传染病和遗传病的防治水平，而且也广泛应用丁改造已有的抗生素和生物制品等传统医药工业。基因工程药物已形成一个巨大的高新技术产业 关键词基因工程，药物，研究，发展
信息检索课程（综述）外文摘要 Title Genetic engineering pharmaceutical technology Research progres Abstract With recombinant DNA technology as the core of modern biological technology is a continuous development of high technology integrated system, is also the international priority development of one of the high technology fields. Since the 1970 s genetic engineering since birth, the first application of genetic engineering and now the most active field of research is medical science. Recombinant DNA technology not only directly provide interferon, erythropoietin (EPO), and other genetic engineering drugs for clinical use, improve the malignant swollen tumor, cardio-cerebrovascular disease, important infectious disease and genetic disease prevention level, but also widely used in reconstruction of the existing antibiotics and biological products, and other traditional Chinese medicine industry. Genetic engineering drugs has formed a huge new and higl technology industries. Keywords Genetic engineering, medicine, research, development
动物细胞工程制药的研究进展
动物细胞工程制药的研究进展 程庆佳 （云南大学，生命科学学院，生物技术，20091070004） 摘要：动物细胞工程制药是动物细胞在制药产业中的应用，本文主要介绍动物细胞工程最新的制药研究进展，包括动物细胞融合技术，细胞核移植技术，转基因动物技术，细胞大规模培养技术等，同时讨论动物细胞制药的发展方向和发展前景。 英文摘要：Animal Cell Engineering is animal cells in the pharmaceutical industry in the application. This paper describes the latest pharmaceutical animal cell engineering research, including animal cell fusion techniques, monoclonal antibodies, transgenic animal technology, large-scale cell culture technology, Also discussed animal cell engineering pharmaceutical development prospects. 关键词：动物细胞融合技术，单克隆抗体的制备，转基因动物技术，细胞大规模培养技术，发展前景 英文关键词：Animal cell fusion techniques, monoclonal antibodies, transgenic animal technology, large-scale cell culture technology, development prospects 所谓动物细胞工程就是以动物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、繁殖和人为操作，使细胞产生某些人们所需要的生物学特性，从而改良品质，加速繁殖动物个体或获得有用品系的技术。这种技术在制药业中起到关键的作用，目前全世界生物技术药物中使用动物细胞工程生产的已超过8 0％，例如蛋白质、单克隆抗体、疫苗等。当前动物细胞工程制药所涉及的主要技术领域包括细胞融合技术、细胞核移植技术、转基因动物技术和细胞大规模培养技术等方面。本文就是以细胞工程为基础阐述动物细胞工程制药的技术与发展前景。 1、用于制药业的动物细胞系 目前用于生物制药的动物细胞有4类，即原代细胞、传代细胞系，转化细胞系和融合的或重组的工程细胞系。 1.1 原代细胞 原代细胞是直接取自动物组织器官，经过粉碎消化而获得的细胞悬液。动物细胞生产生物药品的早期，一般用原代培养的细胞来生产疫苗，如鸡胚细胞、原代兔肾细胞、鼠肾细胞、淋巴细胞等，Ender最先用原代培养的猴肾组织细胞来生产脊髓灰质炎灭活疫苗。原代细胞增殖能力有限，需要大量动物才能增加产量，费钱费力，限制了它的应用。 1.2 传代细胞系 传代细胞系是二倍体细胞在传代繁殖过程中，有些细胞发生改变，不仅形态发生变化，且生长更快，能以少量的细胞起始培养。由一个这样的细胞得到的细胞克隆，与它起源的细胞株大不相同，它能无限期地生存，这样的细胞克隆称为传代。许多传代细胞系建立于50年代，用它们来生产疫苗不仅可以降低实验动物的量，并且因为所用的细胞性质均一，通过体外大规模培养技术生产的疫苗可以保证质量，避免了动物个体差异产生的疫苗质量不稳定问题。但传代细胞系在生物学特性上与肿瘤细胞有许多相似之处，有时是从肿瘤细胞衍生而来，由于缺乏有效的科学手段来排除其潜在的致瘤性，因而数十年间未允许传代细胞系用于生产。7 O年代以后，大量研究工作证实了二倍体细胞的安全性，wI一38是第一个生产脊髓灰质炎灭活疫苗的二倍体细胞系。二倍体细胞系一般从动物胚胎组织中获取，有明显的贴
基因工程技术的现状和前景发展
基因工程技术的现状和前景发展 摘要 从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。 基因工程应用于植物方面 农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获得转基因植物，目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，**提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。 基因工程应用于医药方面 目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。 基因工程应用于环保方面
基因工程药物发展的历史及启示
基因工程药物发展的历史及启示 吴岚晓1,郭坤元1,秦 煜2 (11第一军医大学珠江医院血液科,广东广州510282;21第一军医大学南方医院创伤骨科,广东广州510282) 摘要:基因工程诞生20余年,运用于医药行业,研制和开发基因工程药物,已取得长足进展。迄今为止,已有近100 个基因工程新药上市,并有数百种正在研制和开发中。可以预计,基因工程药物的发展具有无比强大的生命力。 就基因工程药物发展史进行概述,会从中得到许多启示。 关键词:基因工程;药物;科学;技术 中图分类号:R-02 文献标识码:A 文章编号:1002-0772(2002)12-0011-03 Developing History and the E nlightenment of G enetic E ngineering Drug W U L an-xiao,GUO Kun-yuan,QIN Y u (1.Depart ment of Hem atology,Zhujiang Hospital,First Military Medical U niversity,Guangz hou510282,China;2. N anf ang Hospital,First Military U niversity,Guangz hou510282,China) Abstract:G enetic engineering has made remarkable development in the area of drug production and research since it ap2 peared twenty years ago.More than100new geneitc engineering drugs have been used in clinic,and more drug-projects are undergoing.It can be predicted that genetic engineering drug will make more and more influence in people’s life.A perspective view about genetic engineering drug developing history was made in this article and some philosophic opinions inspired from it were discussed. K ey Words:genetic engineering;drug;science;technology 1 基因工程原理和技术 基因工程是在分子水平上人工改造生物遗传性,创造世间新的生物物种技术,亦称DNA重组或分子克隆,包括基因和载体的制备、切割和连接,重组DNA的转移、表达及产物分离等。基因的制备方法有,多聚酶链反应、互补文库、基因组文库、染色体DNA的酶切分离、酶合成法和化学合成法等,迄今为止,已制备人胰岛素、人尿激酶、人生长激素、人α-干扰素及生长因子等多种药物的基因。载体是能将外源性目的基因运输至宿主细胞的小分子DNA,目前大抵有细菌质粒、嗜菌体DNA及病毒DNA构建人工载体,如pBR322、Charon系列、Cos2 mid、反转录病毒、腺病毒及其相关病毒的DNA,此外,尚有酵母人工染色体DNA,及哺乳动物人工染色体DNA等。载体和含目的基因的DNA分别经限制性内切酶切割后,两者混合通过连接酶连接构成重组DNA,经转化、转导、转染、激光打孔、微注射或基因枪等技术,可转移至宿主内,获得基因工程细胞,后者经培养和表达,即可产生相应的基因工程药物。近年来还发现不用载体也不重组,将编码完整的DNA片段或mRNA直接注射内实现完全表达,表明非重组DNA和mRNA可被细胞直接吸收和表达,既简化了基因操作程序,也修正了基因工程基本概念,又促进了基因工程药物的发展,同时还为基因治疗提供了新理论和新途径。 2 基因工程药物发展的历史 应用基因工程技术,研制和开发的药物称为基因工程药物。它是通过重组DNA技术将治疗疾病的蛋白质、肽类激素、酶、核酸和其他药物基因转移至宿主细胞进行繁殖和表达,最终获得相应药物。包括蛋白质类生物大分子、初级代谢产物,如苯丙氨酸及丝氨酸等以及次生代谢产物抗生素等。自20世纪70年代初基因工程药物诞生以来,基因工程药物发展十分迅速。 ? 1 1 ? 医学与哲学2002年12月第23卷第12期总第259期
基因工程的现状与发展趋势
题目：基因工程的现状与发展趋势专业：13食品科学与工程 学号：132701105 姓名：盛英奇 日期：2015/7/1
【摘要】从20世纪70 年代初发展起来的基因工程技术，经过40多年来的进步与发展，已成为生物技术的核心内容。生物学成为21世纪最重要的学科，基因工程及相关领域的产业将成为21世纪的主导产业之一。基因工程研究和应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等许多领域。 【关键词】基因工程技术；应用；前景；现状 一、墓因工程的原理及研究内容 基因工程是人们在揭示生命之谜的过程中建立起来的。早在300多年前，人们就发现，世界上生物尽管种类繁多，千姿百态，但都是细胞(如肉眼看不见的细菌等微生物)或者是由细胞构成的(如现存的200多万种多细胞动植物)。人们还发现，生物有遗传和变异的特征，遗传保证了生物种类的延续不断，变异则赋予生物种的进化，保证生物种类对环境的适应。而生物的所有特性及遗传变异都是由生物体细胞内的遗传物质所决定的，这种遗传物质就是被科学家称之为脱氧核糖核酸(简称DNA)的大分子物质，一般位于生物的细胞核内。DNA是由许多核昔酸连接而成的高分子化合物，如把DNA比喻成长链条，核昔酸就是组成这链条的一个个环节。生物细胞核内的DNA分子是由两条成对的多核昔酸长链互相缠人类开始学会干预生物的变异，即通过杂交、筛选等方式改变生物物种的某些特性，使之有利于人类，如水稻、小麦等作物的育种，家禽家畜优良品系的培育等，它是通过动植物父、母本交配繁殖时，生殖细胞内DNA上相应性状基因互相间可能出现的交换来实现的，这种交换的概率是人们不能控制的，所以选种的过程较为缓慢，需几年乃至几十年的时间，而且亲缘关系相差较远的生物种之间很难杂交。而本世纪}o年代初诞生的基因工程，则是按照人类的需要，从某种生物体的基因组中，分离出带有目的基因(即所需基因)的DNA片段，运用重组DNA技术，对这些DNA片段进行体外操作，把不同来源的基因按照设计的蓝图，重新构成新的基因组(即重组体)，再将重组DNA分子插入到原先没有这类DNA 片段的受体细胞(亦称宿主细胞)的DNA上，并使其不仅能“安家落户”，而且能“传种接代”，即能准确地把该外源基因的遗传特性在新的细胞(宿主细胞)里增殖和表达出来。就像一台机器上的零部件拆下来安装到另一台机器上。在生物体中，这种生命零件就是基因。因为用的是工程技术的方法原理，故称基因工程，亦叫遗传工程。用这种方法所形成的杂种DNA分子与神话中的那种狮首、羊身、
朱春燕--基因工程制药发展概述(详细)
基因工程制药的发展概述 摘要：随着20 世纪 70 年代 DNA重组技术的建立，基因工程制药开始得到迅速的发展，随着基因组和蛋白质组研究的深入,基因工程药物将有更多的机会获得突破性进展。本综述主要从基因工程制药的发展、种类、应用和进展作一概述。关键词：基因工程制药应用 引言 生物学发展推动着医学迅猛发展,特别是生物技术在临床医学上的应用,丰富了对疾病诊断、预防和治疗的新方法。二十世纪七十年代基因工程技术的诞生为医学发展注入了新鲜血液。 1 基因工程制药概述 基因工程制药是指按照人们的意图,将外源基因整合入宿主基因组中,表达具有生物学活性的蛋白药物。基因工程制药的快速发展开发了一系列针对疑难病症的工程药物,极大程度地改善了人们的生活品质。基因工程药物自年问世以来,每年平均有一个新药疫苗问世, 开发成功的约五十个药品已广泛应用于治疗癌症、肝炎、发育不良、糖尿病、囊纤维变性和一些遗传病上, 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。其原因在于,基因工程制药物的研究与开发多是以对疾病的分子水平上的有了解为基础的,往往会产生意想不到的高疗效。基因工程制造药行业在近二十年中的飞速发展是以分子遗传、分子生物、分子病理、生物物理等基础学科的突破, 以及基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等基础工程学科的高速进展为后盾的。基因工程药物的开发时间为一年,比开发新化学单体一年要短一些，适应症不断延伸也是蛋白类药物的一大特点［1］。基因工程药物又称生物技术药物,是根据人们的愿望设计的基因,在体外剪切组合,并和载体DNA 连接,然后将载体导入靶细胞(微生物、哺乳动物细胞或人体组织靶细胞) ,使目的基因在靶细胞中得到表达,最后将表达的目的蛋白质纯化及做成制剂,从而成为蛋白类药或疫苗［2］。目前人类60 %以上的生命科学成果集中应用于医药工业。这些药物包括细胞因子、菌苗、疫苗、毒素、抗原、血清、DNA 重组产品。体外诊断试剂等等,在预防、诊断、控制乃至消灭传染病,保护人类健康,延长生命过程中发挥着越来越重要的作用。基因工程药物引入医药产业,由此引起了医药工业的重大变革,使得医药产业成为最活跃、发展最快的产业之一。 2 发展历史和现状 20世纪70年代，随着DNA重组技术的成熟，诞生了基因工程药物，高产值、高效率的基因药物给医药产业带来了一场革命，推动了整个医药产业的发展，医药产业进入了新的历史时期。基因药物经历了三个阶段：第一阶段是把药用蛋
基因工程药物
基因工程药物 周长征 第一部分概述 一、基因工程药物 （一）基因工程药物的概念 基因工程药物是以基因组学研究中发现的功能性基因或基因的产物为起始材料，通过生物学、分子生物学或生物化学、生物工程等相应技术制成的、并以相应分析技术控制中间产物和成品质量的生物活性物质产品，临床上可用于某些疾病的诊断和治疗。基因药物类型广泛，包括重组蛋白质药物、人源化单克隆抗体、基因治疗药物、重组蛋白质疫苗、核酸药物等10多种类型。 生产基因工程药物的基本方法是：将目的基因用DNA重组的方法连接在载体上，然后将载体导入靶细胞（微生物、哺乳动物细胞或人体组织靶细胞），使目的基因在靶细胞中得到表达，最后将表达的目的蛋白质提纯及做成制剂，从而成为蛋白类药物或疫苗。若目的基因直接在人体组织靶细胞内表达，就称为基因治疗。 例如，乙肝表面抗原（HBSAg）的产生也受DNA 调控。利用基因剪切技术，用一种“基因剪刀”将调控HBSAg的那段DNA剪裁下来，装到一个表达载体中（所谓表达载体，是因为它可以把这段DNA的功能发挥出来）再把这种表达载体转移到受体细胞内，如大肠杆菌或酵母菌等；最后再通过这些大肠杆菌或酵母菌的快速繁殖，生产出大量我们所需要的HBSAg（乙肝疫苗）。把一定量的HBSAg注射入人体，就使机体产生对HBV抗衡的抗体。机体依靠这种抗体，可以清除入侵机体内的HBV。过去，乙肝疫苗的来源，主要是从HBV 携带者的血液中分离出来的HBSAg，这种血液是不安全的，可能混有其他病原体的污染。此外，血液来源也是极有限的，使乙肝疫苗的供应犹如杯水车薪，远不能满足全国的需要。基因工程疫苗解决了这一难题。 干扰素具有广谱抗病毒的效能，是一种治疗乙肝的有效药物，国际上批准唯一一种治疗丙型病毒性肝炎的药物。通常情况下人体内干扰素基因处于休眠状态，血中一般检测不到。只有在发生病毒感染或受到干扰素诱导物的诱导时，人体内的干扰素基因才会产生干扰素，但其数量微乎其微。即使经过诱导，从人血中提取1mg 干扰素，需要人血8000ml，其成本高得惊人。获取1磅（453g）纯干扰素，其成本高达200亿美元。1980年后，采用基因工程进行生产，其基本原理及操作流程与乙肝疫苗十分类似。现在要获取1磅纯干扰素，其成本不到1亿美元。 （二）基因工程药物的发展 1973年，Cohen等人首次将带有Tet r基因和链霉素抗性基因（Str r）的两种大肠杆菌质粒成功地进行了重组，获得了可以复制并只有双亲质粒遗传信息的重组质粒，拉开了基因工程研究的序幕。1974年他们对具有Amp r和红霉素抗性基因（Emp r）的金黄色葡萄球菌质粒
基因工程技术的发展历史-现状及前景
学号 1234567 基因工程课程论文 （ 2013 届本科） 题目：基因工程技术发展历史、现状及前景 学院：农业与生物技术学院 班级：生物科学 091 班 作者姓名： X X X 指导教师： XXX 职称：教授 完成日期： 2013 年 3 月 16 日 二○一三年三月
基因工程技术发展历史、现状及前景 摘要：生物学已是现代最重要学科之一，而从20世纪70年代初发展起来的基因工程技术，经过30多年来的发展与进步，已成为生物技术的核心。基因工程技术现应用范围涉及农业、工业、医药、能源、环保等诸多领域。许多科学家预言，生物学将成为21世纪最重要的学科，基因工程技术及相关领域将成为21世纪的主导产业之一。 关键词：基因工程技术、发展历史、现状、前景 引言 基因工程是在分子生物学和分子遗传学综合发展基础上于本世纪70年代诞生的一门崭新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指在基因水平上的遗传工程，它是用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质--DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中"安家落户"，进行正常复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。基因工程具有以下几个重要特征：首先，外源核酸分子在不同的寄主生物中进行繁殖，能够跨越天然物种屏障，把来自任何一种生物的基因放置到新的生物中，而这种生物可以与原来生物毫无亲缘关系，这种能力是基因工程的第一个重要特征。第二个特征是，一种确定的DNA小片段在新的寄主细胞中进行扩增，这样实现很少量DNA样品"拷贝"出大量的DNA，而且是大量没有污染任何其它DNA序列的、绝对纯净的DNA分子群体。科学家将改变人类生殖细胞-DNA 的技术称为“基因系治疗”，通常所说的“基因工程”则是针对改变动植物生殖细胞的。无论称谓如何，改变个体生殖细胞的DNA都将可能使其后代发生同样的改变。 一、基因工程技术的发展历史 （一）基因工程发展简述 人类与动物的许多病害都是由单细胞原核生物——细菌引起的。在一段时间，细菌成为人类的第一大杀手，成千上万的生命被其感染吞噬。虽然青霉素以及磺胺类等搞菌药物的出现拯救了无数的生命，但是，好景不长，青霉素使用不到期10年，即在世界上20世纪50年代中期，就发现了严重的细菌抗药性，并且这种抗药性还具有“传染性”，也就是说，一种细菌的抗药性可以传给另一种细菌。
现代生物制药技术的研究进展
燕京理工学院 Yanching Institute of Technology （2016）届化工与制药专业现代制药技术论 文 题目：现代生物制药技术的研究进展 学院： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 专业： XXXXX 学号： XXXXXXX 姓名： Dream 指导教师：林贝 教研室主任（负责人）：林贝 2015 年 6 月 4 日
现代生物制药技术的研究进展 Dream 化工与材料工程学院化药1204班学号XXXXXXX 指导教室林贝 摘要 本文简述了近年来基因工程在生物制药技术的发展和应用。其中主要从基因操作中大分子的分离、PCR技术、基因芯片、外源基因的表达这4个方面叙述基因工程相关技术的应用和发展,以及基因工程药物的产业化现状与发展趋势。 关键词：生物技术基因工程基因操作技术生物制药 1 基本概念 1.1 生物技术 广义的生物技术是指人类对生物资源(包括动物、植物、微生物)的利用、改造的相关技术。其发展经历了三个不同的阶段——以酿造为代表的传统生物技术，以微生物发酵为代表的近代生物技术，以基因工程、细胞工程、酶工程和蛋白质工程为代表的现代生物技术。 是二十世纪70年代开始异军突起的高技术领域，在医疗、制药、农业、轻工食品及环保业发展迅速。[1]以上的生物技术成果集中应用于医药工业。 1.2 现代生物技术两大核心工程 1.2.1 工程 概念：基因工程是分子遗传学和工程技术结合的产物。是现代生物技术的核心它能按人类需要把遗传物质DNA分子从生物体中分离出来，进行剪切、组合、拼装合成新的DNA分子。再将新的DNA分子植入某种生物细胞中，使遗传信息在新的宿主细胞或个体中得到表达，以达到定向改造或重建新物种的目的。
基 因 工 程 药 物 的 发 展 前 景
基因工程药物的发展前景 周先建2003年4月12日 一、概况 自从DNA重组技术于1972年诞生以来，作为现代生物技术核心的基因工程技术得到飞速的发展。1982年美国Lilly公司首先将重组胰岛素投放市场，标志着世界第一个基因工程药物的诞生。目前，世界各国都将基因工程及其逐渐加速的产业化进程视为国民经济的新增长点，展开了激烈的市场竞争。到1999年底为止，全球至少已有近 3000家生物工程公司在从事生物药品与基因产品研究与开发。据不完全统计，在欧美诸国，已经上市的基因工程药品接近一百种，大约还有超过300种以上的药物处于临床试验阶段，约2000种在研究开发中，形成了一个巨大的高新技术产业，产生了不可估量的社会效益和经济效益。 基因工程药物的定义：将目的基因用DNA重组的方法连接在载体上，然后将载体导入靶细胞（微生物、哺乳动物细胞或人体组织靶细胞），使目的基因在靶细胞中得到表达，最后将表达的目的蛋白质提纯及做成制剂，从而成为蛋白类药或疫苗。这就称为基因工程药物。若目的基因直接在人体组织靶细胞内表达，就成为基因治疗，但目前尚没有基于基因治疗技术的药物被正式批准。 基因工程药物因为其疗效好，副作用小,应用范围广泛而成为各国政府和企业投资研究开发的热点领域，大量的基因工程药品连续问世，年产值达数十亿美元。自1982年问世以来，基因工程药物成为制药行业的一支奇兵，每年平均有3-4个新药或疫苗问世，开发成功的约五十多个药品已广泛应用于治疗癌症、肝炎、发育不良、糖尿病、囊纤维变性和一些遗传病上，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。其原因在于，基因工程制药物的研究与开发多是以对疾病的分子水平上的有了解为基础的，往往会产生意想不到的高疗效。 基因工程制造药行业在近二十年中的飞速发展是以分子遗传、分子生物、分子病理、生物物理等基础学科的突破，以及基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等基础工程学科的高速进展为后盾的。基因工程药物的开发时间为5-7年，比开发新化学单体（10-12年）要短一些，当然这也与各国政府的支持有关。据报道，开发活性蛋白生物创新药的成功率按开发的5个阶段大致是：临床前的成功率为15%，一期临床为27%，二期临床为40%，三期临床为80%，注册登记为90%，总体成功率大大高于化学药。适应症不断延伸也是蛋白类药物的一大特点。例如，rhG-CSF，91年上市时批的适应症是化疗并发中性粒细胞减少，到95年11月13日止，又增加了骨髓移植，严重慢性中性粒细胞减少及外周及外周血干细胞移植等适应症。因此，基因工程生物药物发展包括新品种和新适应症两个方面。 二、美国基因工程药物的发展前景
项目研究-一种治疗真菌病的基因工程药物
一种治疗真菌病的基因工程药物 ——赛内汀的研制 病原微生物是危害人类健康的一大杀手，千百年来人类为此付出了巨大的代价。真菌病，尤其是浅部真菌病，在我国较为常见。近几年来，随着免疫抑制剂的广泛应用，烧伤抢救、放射治疗、器官移植的广泛进行，特别是免疫缺陷患者，尤其是艾滋病患者的不断增加，真菌病的发病率有逐渐增加的趋势。据报道艾滋病患者中约有1/3并发各种真菌病而致死。目前临床上应用的抗真菌药物主要有2大类，一类是化学制剂：包括染料类制剂，如龙胆紫、结晶紫；碘制剂，如碘化钾、聚维酮；脂肪酸类制剂，如十一烯酸、十一烯酥锌；咪唑类药物，如克霉唑、咪康唑；丙烯胺类制剂，如萘替芬、特比萘芬；以及其他化学制剂，如土槿酸、氟胞嘧啶等。另一类是抗生素类药物：包括多烯类抗真菌抗生素，如制霉菌素、碘古霉素等；非多烯类抗真菌抗生素，如灰黄霉素、萨拉霉素。近几年来，也出现了一些新的抗真菌新药如阿莫芬类、两性霉素B脂质体、萨普康唑、β-1,3葡聚糖合成酶抑制剂等等。这些抗真菌药物大都是通过破坏真菌的代谢途径或阻断大分子的生物合成来达到抗真菌效果，这样就容易使病原真菌产生抗药性；同时对宿主细胞也产生了一定的毒性。目前临床上对病原细菌的防治也仍然局限于抗生素类药物。抗生素类药物的使用对抑杀细菌起了极其重要的作用，但同时也造成了耐药性菌株的产生和人体的过敏反应。随着生物工程特别是基因工程技术的迅猛发展，蛋白质及多肽类药物不断问世。蛋白质及多肽类药物是当今生物技术及制药工业中最为活跃的领域之一，已经显示出了巨大的社会效益和经济效益。美国FDA已批准的蛋白质及多肽类药物就有人胰岛素、人生长激素、干扰素（INF-α、β、γ）、组织纤溶酶原激活剂（t-PA）、促红细胞生成素（EPO）、粒细胞集落刺激因子（G－CSF）、白细胞介素－2（IL-2）等。利用基因工程手段，在宿主生物中表达生产重组蛋白及多肽，然后分离纯化表达产物，用于药物的研制及开发，已成为生物制药的重要组成部分。抗菌肽是生物体免疫诱导产生的一种具有生物活性的小分子多肽，分子量在2000-7000D左右，由20-60个氨基酸残基组成。目前报道的抗菌肽类，大多对细菌具有广谱的抗性。但对丝状病原真菌无明显的抑杀作用。令人欣喜的是，Pascale Fehlbaum等在E.coli 诱导的斑腹刺益蝽（Podisus.maculiventris）的血淋巴中分离了一种21aa的多肽－Thanatin，研究发现，Thanatin对细菌和真菌都具有广谱抗性。它抑制的细菌包括革兰氏阳性菌：浅绿气杆菌 93
转基因技术的研究进展
作物转基因技术的研究进展 摘要：作为生物技术领域的前沿，转基因技术已在多种植物上取得重大进展。本文主要介绍了当前作物转基因技术的三大主流方法：农杆菌介导法、基因枪介导法和花粉管通道法，并阐述了这几种转基因技术在水稻、小麦、棉花、玉米、大豆，甘薯等几种主要农作物的应用进展状况。 关键词：转基因技术、农作物、应用 Genetically Modified---转基因，简称GM，是指运用科学手段从某种生物体中提取所需要的基因，将其转入另一种生物中，使与另一种生物的基因进行重组，再从结果中进行数代的人工选育，从而获得特定的具有变异遗传性状的物质。而其衍生出的转基因技术就是将人工分离和修饰过的基因导入到目的生物体的基因组中，从而达到改造生物的目的，即把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术。 1983年比利时科学家Montagu 等人和美国Monsanto 公司Fraley等人分别将T- DNA上的致瘤基因切除并代之以外源基因,获得了世界上第一株转基因植株———转基因烟草。自此之后，作物转基因技术得到了迅速发展.截至目前,几乎所有的作物都开展了转基因研究,育种目标涉及到高产、优质、高效兼抗性及多用途等诸多方面.一批抗病、抗虫、抗逆、抗除草剂等转基因作物已进入商品化生产阶段. 国际农业生物技术应用服务组织2 月13 日在京发布的1 份报告显示，全球27 个国 家超过1800 万农民，2013 年种植转基因作物，种植面积比2012 年增加了500 万公顷。此外，首个具有耐旱性状的转基因玉米杂交品种亦于2013 年在美国开始商业化。 据该报告显示，全球转基因作物的种植面积于转基因作物商业化的18 年中增加了100 倍以上，从1996 年的170 万公顷增加到2013 年的1.75 亿公顷，其中美国仍是全球转基因作物的领先生产者，种植面积达7010 万公顷，占全球种植面积的40%。国际农业生物技术应用服务组织创始人兼荣誉主席、本年度报告作者Clive James 表示，目前排名前10 位的国家种植转基因作物的面积均超过100 万公顷，这为将来转基因作物的多样化持续发展打下了广泛基础。在种植转基因作物的国家中，有19 个为发展中国家，8 个为发达国家；发展中国家的种植面积连续2 年超越发达国家。 目前，作物遗传转化的方法有农杆菌介导法、基因枪法、电激法、PEG 法、脂质体法、低能离子束法、超声波介导法、显微注射法、花粉管通道法等.但在当前作物基因工程研究中,主要采用农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法,这三种转基因技术也相对较为成熟. 一、农杆菌介导法 农杆菌介导法是指农杆菌侵染植物时，受到植物受伤后释放的酚类物质的刺激，活化质粒上Vir 区基因的表达，将质粒上的另一段DNA（T-DNA）共价整合到植物基因组上，在植物体内表达而改变植物的遗传特性。农杆菌介导法的转化效率受众多因素影响，如农杆菌侵染外植体的影响因素、外植体再生能力的内在因素和环境条件（pH、温度和光照条件）等[32]，此法具有流程简单、仪器设备便宜、拷贝数低[33]，且基因沉默少，转移的基因片段长等优点。 农杆菌介导法是获得第一个转基因植物的方法，迄今为止，农杆菌介导法获得的转基因植物占转基因植物总数85%，已成为植物基因转化首选方法。 二、基因枪介导法 基因枪法又称微弹轰击法，是将外源基因包裹在直径1~2 nm的钨或金颗粒表面，加速轰击植物外植体靶组织，穿过植物细胞壁和细胞膜而将外源基因带入植物细胞。因此，通过该方法进行DNA的转移过程不受外植体基因型的限制，可以将外源基因转移至几乎所有的植物细胞、组织器官和原生质体中。 最早的基因枪是由美国Cornel 大学的Sanford 等在1987 年研制成功的。目前基因枪介
中国基因工程药物研究进展
尚珂 胡鹤 胡又佳 中国基因工程药物研究进展 有关作者： 尚珂博士，女，1980年生，现就职于上海医药工业研究院，创新药物与制药工艺国家重点实验室（筹），任助理研究员。2001年毕业于中国药科大学，2006年获上海医工院微生物与生化药学博士学位。主要研究方向：链霉菌基因工程；重大抗生素品种产生菌的基因工程改造。我国生物技术药物工业总产值至2006年为400~500亿元，仍然保持了高速的增长，新批准的进行临床研究和注册的基因工程药物及新剂型有17个，但其中大部分属于新剂型。创新药物的研究更多地体现在科研领域，尤其是在基因重组蛋白方面，无论是研究的创新性还是品种的多样性都体现了我国在基因工程药物研究领域所取得的长足进步。近年来有越来越多的研究结果发表在国外SCI收录的杂志上，引起了国际上广泛的关注。 1重组蛋白 1.1 活性多肽 1.1.1 志贺毒素抑制多肽 志贺毒素是痢疾志贺菌的主要毒力因子，是一种烈性蛋白质毒素。以制备的重组志贺毒素B亚单位(StxB)为靶标，利用噬菌体展示亲和淘选技术的4轮筛选，从随机十二肽库中筛选到与StxB结合的一批噬菌体克隆，对特异结合活性较高的27个噬菌体克隆的表面展示肽进行序列测定，克隆展示肽出现频率最高的A6噬菌体，在体外与志贺毒素孵育进行动物试验，动物存活率达33.3%，表明毒素的毒性得到部分抑制，A6短肽可能发展成为志贺毒素的拮抗剂[1]。 1.1.2 降钙素 降钙素是甲状腺滤泡旁细胞产生的一种多肽类激素，它是体内钙平衡和骨代谢的调节因子，鲑降钙素已经在临床上用于骨质疏松症，但需要反复多次的注射，且与人降钙素的同源性仅为50%，易产生抗体。将人降钙素在成肌细胞中进行表达，能持续表达人降钙素的细胞进行微囊包埋后仍能持续分泌重组人降钙素到培养液中，这为利用包埋的重组成肌细胞释放人降钙素以及进一步采用移植细胞来治疗绝经后骨质疏松提供了可能[2]。 降钙素基因相关肽(Calcitonin gene-related peptide，CGRP)是从甲状腺髓样癌细胞中克隆发现的一种神经肽，由降钙素基因初级转录产物选择性剪接产生，属于降钙素(Calcitonin，CT) 超家族。CGRP 有两种分子异构肽：αCGRP和βCGRP。采用大肠杆菌偏爱的密码子人工合成hαCGRP 基因，构建了原核融合表达载体，对融合蛋白成功地进行了表达和纯化，Western免疫印迹验证该蛋白具有αCGRP 抗原性，为下一步hαCGRP 纯品的获得及动物实验的研究奠定了基础[3]。 1.1.3 葡萄糖依赖性促胰岛素多肽 GIP，即葡萄糖依赖性促胰岛素多肽或抑胃肽(glucose-dependent insulinotropic polypeptide or gastric inhibitory peptide)是由42个氨基酸组成的胃肠调节肽，具有广泛的临床应用价值。人工合成具有大肠杆菌偏爱密码子的编码GIP成熟肽的cDNA序列，利用pET32a(+)系统 进行原核表达。诱导表达的rhGIP占细胞总蛋白质的35%，纯化后的