生物技术制药——第七章 发酵工程技术
发酵工程在生物制药领域中的应用推广
发酵工程在生物制药领域中的应用推广生物制药是通过利用生物技术手段来制造药物的一种方法，这种方法已经在医疗领域得到广泛应用。
而发酵工程作为生物制药中的重要组成部分，发挥着关键作用。
本文将重点讨论发酵工程在生物制药领域中的应用推广，并探讨其未来发展前景。
发酵工程是一项涉及微生物培养、发酵及相关工艺的综合技术，通过控制温度、pH值、氧气供应等参数，以及添加适当的营养物质，使微生物能够合成所需的产物。
在生物制药领域中，发酵工程广泛应用于生产抗生素、蛋白质药物、疫苗等药品。
首先，发酵工程在生物制药中的应用推广解决了传统制药工艺的一些瓶颈。
传统制药工艺中，大多数药物是通过化学合成方法获得的，但这种方法存在着成本高、产物难纯化等问题。
而发酵工程通过利用微生物的代谢能力，实现了高效、低成本的药物生产。
例如，利用大肠杆菌表达重组蛋白质，可以获得大量高纯度的蛋白质药物。
其次，发酵工程在生物制药中的应用推广提高了药品的质量和效能。
发酵工程可以精确控制微生物的生长环境，从而调节产物的合成和分泌过程。
这种精准调控可以有效减少副产物的生成，提高产物的纯度和活性。
此外，利用发酵工程还可以实现产物的修饰和改良，进一步提高药物的效能和稳定性。
再次，发酵工程在生物制药中的应用推广加快了新药的研发和推广速度。
传统药物研发过程繁琐耗时，而发酵工程可通过高通量筛选技术，快速筛选出具有生物活性的新化合物，并加快其后续开发工作。
此外，发酵工程可以通过优化工艺流程，提高生产效率和产量，进一步加快药物的推广速度，使得药物更快地惠及广大患者。
发酵工程在生物制药领域中的应用推广还面临一些挑战和机遇。
首先，发酵工程需要严格控制生产过程中的微生物污染问题。
微生物的污染会对产物的纯度和稳定性产生不良影响。
因此，建立健全的无菌控制系统和质量管理体系是推广发酵工程的重要保障。
其次，随着生物制药领域的发展，人们对于药物的品质和效用要求越来越高。
因此，发酵工程需要不断创新和优化，以提高产品质量和效能。
发酵工程重点
名词解释发酵工程：指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。
高通量筛选：是指将许多模型固定在各自不同的载体上，用机器人加样，培养后，用计算机记录结果，并进行分析，实现快速、准确、微量的筛选菌株的方法。
细胞工程育种：在细胞水平上对菌种进行操作，采用杂交、接合、转化和转导等遗传学方法，将不同菌种的遗传物质进行交换重组，使不同菌种的优良性状集中在重组体重，从而提高产量。
主要有杂交育种和原生质体融合育种。
杂交育种：指将两个基因型不同的菌株经吻合是遗传物质重新组合，从中分离筛选出具有新型性状的菌株。
营养缺陷性标记：微生物经诱变处理后产生的一种突变体，需要在培养基上添加一种特定的有机物才能很好的生存，为筛选该菌株而适当添加的遗传标记。
菌种退化：指生产菌种或选育菌种过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行接种传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。
理论转化率：指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，得出转化率大小。
实际转化率：指发酵试验所得转化率的大小。
种子培养：指将冷冻干燥管、沙土管中处于休眠状态的工业菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量的纯种的过程。
接种龄：指种子罐中培养的菌丝体转入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
接种量：指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
表观得率：指对底物的总消耗而言的细胞得率。
理论得率：指仅用于细胞生长所消耗底物而言的细胞得率。
呼吸强度：指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量。
用Qo2表示。
耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内的耗氧量，也称摄氧量。
用γ表示。
高密度发酵：指工程菌在短时间内迅速分裂增殖，使菌体浓度迅速升高的过程。
重点部分：发酵工程技术的发展史1、1900年以前，自然发酵阶段。
酿造生产酒、醋等。
2、1900—1940，科赫建立微生物分离纯化和纯培养技术，创造了单细胞纯培养法。
生物技术制药概论
生物技术制药概论教学大纲（药学专业）四川大学华西药学院生物技术药物学系2015年9月一、课程基本信息课程名称：生物技术制药Biotechnological Pharmaceutics课程号（代码）：505013020L课程类别：限选学时：32 学分：2二、教学目的及要求现代生物技术是一门以现代生命科学为基础，由多学科综合而形成的崭新学科，而生物技术制药则是以现代生物技术为主要手段来研究制造药物。
通过本课程的教学，可以使学生掌握现代生物制药的基本知识、基本理论和基本技能，了解21实际生物制药工业的发展及药物生物技术的新进展，为学生应用现代生物技术研究新药和从事生物药物的研究开发及生产奠定基础。
三、教学内容第一章绪论（3学时）1.生物技术的定义和组成2.生物技术制药的概念和研究范围3.生物技术制药在药学中的重要性。
4.生物药物的概念与生物医药产业第二章基因工程制药（4学时）1.基因工程的概念与原理2.基因工程药物的概念及基本过程3.基因工程制药的关键技术第三章蛋白质工程制药（2学时）1.蛋白质工程的定义与研究内容2.蛋白质工程基本特征3.蛋白质工程实施的主要条件4.蛋白质工程药物第四章动物细胞工程制药（4学时）1.动细胞的培养和融合的基本原理及方法2.干细胞技术3.动物细胞的大规模培养第五章植物细胞工程制药（4学时）1.植物细胞工程的产生和发展2.植物细胞工程原理3.植物细胞大规模培养技术4.转基因动植物技术与植物细胞工程制药第六章发酵工程技术（4学时）1发酵工程的基本原理2发酵工程的基本过程与工艺控制的关键因素2发酵工程技术的应用第七章酶工程技术（4学时）1.酶工程概述与发展2.固定化酶、固定化细胞生物反应器的制备3.生物反应工程的设计及生物反应器4.酶工程技术在制药工业的应用第八章抗体工程与抗体药物（3学时）1. 抗体工程与抗体药物2. 单克隆抗体技术第九章合成生物学（2学时）1.合成生物学的概念与发展2合成生物学技术与在医药领域应用第十章生物技术药物的质量控制与安全性评价（2学时）1. 生物技术药物的质量控制2. 生物技术药物的安全性评价复习、考试（3学时）四、教材姚文兵主编.生物技术制药概论. 第3版中国医药科技出版社，2015五、主要参考资料1.夏焕章熊宗贵主编《生物技术制药》（第2版）高等教育出版社20062..王凤山主编《生物技术药物》人民卫生出版社20103..Nature Reviews: Drug discovery4.4Nature biotechnology六、成绩评定理论考核70% 平时考察30%。
发酵工程
4 发酵工程学习目的：①掌握发酵工程的基本原理。
②了解典型发酵产品的生产工艺。
③认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。
它是一门将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。
由于它以培养微生物为主，所以又称微生物工程。
发酵(fermentation)最初来自拉丁语“发泡”(fervere)，是指酵母作用于果汁或发芽谷物产生COl的现象。
巴斯德研究了酒精发酵的生理意义，认为发酵是酵母在无氧状态下的呼吸过程。
生物化学上将发酵定义为“微生物在无氧时的代谢过程”。
目前，人们把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。
发酵技术有着悠久的历史，早在几千年前，人们就开始从事酿酒、制酱、制奶酪等生产。
作为现代科学概念的微生物发酵工业，是在20世纪40年代随着抗生素工业的兴起而得到迅速发展的，而现代发酵技术又是在传统发酵技术的基础上，结合了现代的基因工程、细胞工程、分子修饰和改造等新技术。
由于微生物发酵工业具有投资少、见效快、污染小、外源目的基因易在微生物菌体中高效表达等特点，日益成为全球经济的重要组成部分。
据有关资料统计，在有些发达国家中，发酵工业的产值占国民生产总值的5％。
在医药产品中，发酵产品占有特别重要的地位，其产值占医药工业总产值的20％，通过发酵生产的抗生素品种就达200多个。
总之，发酵工业在与人们生活密切相关的许多领域中(医药、食品、化工、冶金、资源、能源、健康、环境等)，都有着难以估量的社会和经济效益。
4．1 发酵工程概况发酵工程的内容是随着科学技术的发展而不断扩大和充实的。
现代的发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。
其主要内容包括生产菌种的选育，发酵条件的优化与控制，反应器的设计及产物的分离、提取与精制等。
生物制药-发酵工程
采用物理或化学方法破碎细胞，释放细胞内含物。
分离纯化
利用各种分离纯化技术，如离心、过滤、萃取、层析等，将目标产物从细胞破碎 液中分离出来并进行纯化。
04
生物制药的未来发展
新药研发与临床试验
创新药物研发
利用基因组学、蛋白质组学等技术， 发现和验证新药靶点，开发出针对特 定疾病的新药物。
临床试验
生物制药-发酵工程
• 生物制药概述 • 发酵工程在生物制药中的应用 • 发酵工程的关键技术 • 生物制药的未来发展 • 案例分析
01
生物制药概述
生物制药的定义与特点
生物制药的定义
生物制药是指利用生物技术手段，通过微生物发酵、细胞培 养、酶反应等过程，从生物体中提取、分离、纯化出具有药 用价值的生物活性物质或其衍生物，用于预防、诊断和治疗 人类疾病的一类药品。
02
发酵工程在生物制药中的应用
微生物发酵
微生物发酵是生物制药中常用的技术 手段，通过微生物发酵生产各种药物， 如抗生素、疫苗、生长因子等。
微生物发酵的过程需要经过菌种筛选、 培养基配制、发酵过程控制等环节， 这些环节都对最终产品的质量和产量 有着至关重要的影响。
微生物发酵具有高效率、低成本、大 规模生产等优点，能够满足市场需求， 同时也有利于提高药品质量和安全性。
详细描述
重组蛋白药物的生产涉及基因克隆、载体构 建、转化、表达及纯化等多个环节。目前市 场上已有多种重组蛋白药物，如胰岛素、人 生长激素、干扰素等。
案例三：基因工程疫苗的研发与生产
总结词
基因工程疫苗是利用基因工程技术制备的疫苗，通过将病原体的抗原基因导入微生物或 细胞中，实现病原体的抗原表达，从而激发人体免疫反应，达到预防和治疗疾病的目的。
生物技术制药课堂重点
第一章绪论·生物技术（biotechnology）：是指将生物用于有价值产品的生产。
·生物技术制药（biotechnology pharmaceutics）:用现代生物技术制造药物。
是指利用基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程、蛋白质工程等生物技术，来研究、开发和生产用于预防、治疗、诊断疾病的药物。
·生物药物（biological drug）：从生物体中制取的各种天然活性物质及其人工合成或半合成的天然物质类似物。
·生物技术药物（biotechnological drug）:利用现代生物技术生产的蛋白质或核酸类等生物药物。
·现代生物技术的主要内容基因工程技术细胞工程技术酶工程技术发酵工程技术·生物技术制药的主要内容基因工程制药细胞工程制药酶工程制药发酵工程制药·基因工程技术：是将一种生物体的基因与载体在体外进行连接，然后转入另一种生物体内，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。
·细胞工程技术：包括细胞及转基因细胞的离体培养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞器（如线粒体、叶绿体等）的移植与改建等操作技术。
·酶工程技术：在一定生物反应装置中利用酶的催化作用，将相应的原料转化成有用物质的技术。
·发酵工程技术：培养活细胞以取得生物体或代谢产物的技术。
（抗生素、氨基酸、维生素）·生物制药：从生物材料中提取、分离、纯化药物的过程。
第二章基因工程制药·基因工程制药：是指利用基因工程技术生产蛋白质或多肽类药物。
·基因工程药物制造步骤:上游阶段：分离目的基因，构建工程菌，目的基因的表达。
下游阶段：从工程菌的大量培养到产品的分离纯化和质量控制。
·分离纯化的步骤：细胞分离-细胞破碎-固液分离-浓缩与初步分离-高度纯化直至得到纯品-成品加工·基因重组蛋白的主要分离技术：分离、沉淀（等电点沉淀法、盐析法）、膜分离、双水相萃取。
生物技术制药试题及重点(最新整理)
第一章绪论填空题1. 生物技术制药的特征高技术、高投入、高风险、高收益、长周期。
2. 生物药物广泛应用于医学各领域，按功能用途可分为三类，分别是治疗药物、预防药物、诊断药物。
3.现代生物药物已形成四大类型：一是应用DNA重组技术制造的基因重组多肽、蛋白质类治疗剂；二是基因药物；三是来自动物植物和微生物的天然生物药物；四是合成与部分合成的生物药物；4.生物技术的发展按其技术特征来看，可分为三个不同的发展阶段，传统生物技术阶段；近代生物技术阶段；现代生物技术阶段。
5.生物技术所含的主要技术范畴有基因工程；细胞工程；酶工程；发酵工程；蛋白质核酸工程和生化工程；选择题1.生物技术的核心和关键是（A ）A 细胞工程B 蛋白质工程C 酶工程D基因工程2. 第三代生物技术（ A ）的出现，大大扩大了现在生物技术的研究范围A 基因工程技术B 蛋白质工程技术C 海洋生物技术D细胞工程技术3.下列哪个产品不是用生物技术生产的（D ）A 青霉素B 淀粉酶C 乙醇D 氯化钠4. 下列哪组描述（A ）符合是生物技术制药的特征A高技术、高投入、高风险、高收益、长周期B高技术、高投入、低风险、高收益、长周期C高技术、低投入、高风险、高收益、长周期D高技术、高投入、高风险、低收益、短周期5. 我国科学家承担了人类基因组计划（C ）的测序工作A10% B5% C 1% D7%名词解释1.生物技术制药采用现代生物技术可以人为的创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医学药品，称为生物技术制药。
2.生物技术药物一般说来，采用DNA重组技术或其它生物新技术研制的蛋白质或核酸来药物称为生物技术药物。
3.生物药物生物技术药物是重组产品概念在医药领域的扩大应用，并与天然药物、微生物药物、海洋药物和生物制品一起归类为生物生物药物。
简答题1.生物技术药物的特性是什么？生物技术药物的特征是：（1）分子结构复杂（2）具有种属差异特异性（3）治疗针对性强、疗效高（4）稳定性差（5）免疫原性（6）基因稳定性（7）体内半衰期短（8）受体效应（9）多效应和网络效应（10）检验特殊性2.简述生物技术发展的不同阶段的技术特征和代表产品？（1）传统生物技术的技术特征是酿造技术，所得产品的结构较为简单，属于微生物的初级代谢产物。
《发酵工程》课程实验教学大纲(生物制药方向)
《发酵工程》课程实验教学大纲(生物制药方向)《发酵工程》课程实验教学大纲（生物制药方向）1. 实验教学目的：本课程旨在通过实验教学，使学生通过参与实际的发酵工程操作，了解发酵过程的基本原理与技术，并培养其实验操作、数据处理、问题解决和团队合作等能力，为将来从事相关生物制药工作做好准备。
2. 实验教学内容：（1）发酵工艺基础实验：学生学习发酵基本原理、发酵微生物筛选与培养方法、介质配方与调控策略等。
实验内容包括发酵微生物的分离与纯化、菌种的培养与保藏、生物酶的筛选与鉴定、酵母菌的发酵与调控等。
（2）发酵设备与控制实验：学生学习发酵设备的结构与工作原理、发酵过程的监测与控制方法等。
实验内容包括发酵设备的组装与调试、发酵过程中的参数监测与控制、发酵设备的日常维护与管理等。
（3）发酵工程实验：学生参与真实的发酵工程项目，掌握从发酵微生物的分离与培养到产品的提取与纯化的整个流程。
实验内容包括发酵工艺的设计与优化、发酵过程的实时监测与控制、产品的提取与纯化等。
3. 实验教学安排：（1）实验前准备：学生提前学习与准备实验所需的理论知识，包括发酵工艺原理、发酵微生物的特性、发酵设备的工作原理等。
（2）实验讲解与指导：教师进行实验讲解，包括实验目的、操作步骤与注意事项等，并指导学生进行实验操作，确保实验工作的安全与顺利进行。
（3）实验数据处理与报告撰写：学生对实验数据进行整理与分析，并撰写实验报告，包括实验目的、方法、结果与讨论等，培养学生的科学研究与论文写作能力。
4. 实验成果评价：（1）实验报告：根据实验报告的完整性、准确性、逻辑性和深度等维度对学生进行评价，并根据评价结果进行成绩评定。
（2）实验操作：根据学生在实验过程中的操作规范性、技术熟练度和实验结果的准确性等维度进行评价，并根据评价结果进行成绩评定。
（3）实验问题解决与团队合作：根据学生在实验中遇到问题的解决能力和与同学协作的团队精神进行评价，并根据评价结果进行成绩评定。