制备生物技术药物的几种表达系统
《生物技术制药》课程笔记
《生物技术制药》课程笔记第一章：绪论一、生物技术的发展史1.1 生物技术概述生物技术是指人们利用微生物、动植物体对物质、能量、信息进行操纵的技术。
它广泛应用于食品、农业、环境保护、能源、医药等领域。
1.2 生物技术的发展简史生物技术的发展可以分为三个阶段：（1）传统生物技术阶段：早在公元前22世纪，中国就开始了酿酒、制酱、制醋等传统生物技术应用。
此后，世界各国也逐渐发展了各自的发酵技术。
（2）现代生物技术阶段：20世纪初，科学家们开始研究酶和微生物，发现了遗传物质DNA和RNA，并逐步揭示了生物体的遗传密码。
这一阶段的代表性成果包括抗生素的发现、遗传工程的创立以及生物制品的生产。
（3）生物技术革命阶段：20世纪70年代末，基因工程技术的发展使生物技术进入了一个新的时代。
基因克隆、基因编辑、基因组学等技术的突破，为生物技术在医药、农业、能源等领域的应用开辟了广阔前景。
二、生物技术药物1.2.1 生物技术药物概述生物技术药物是指利用生物技术方法生产的药物，主要包括蛋白质药物、抗体、疫苗、寡核苷酸药物等。
1.2.2 生物技术药物的特性生物技术药物具有以下特点：（1）高特异性：生物技术药物针对性强，能够精确作用于疾病相关分子。
（2）低毒性：生物技术药物通常来源于自然界中的生物体，毒副作用较低。
（3）复杂性：生物技术药物的结构复杂，生产过程需要严格控制条件。
（4）生产成本高：生物技术药物的生产设备、工艺和原材料成本较高。
三、生物技术制药1.3.1 生物技术制药概述生物技术制药是指利用生物技术方法生产药物的过程。
它主要包括基因工程、细胞培养、蛋白质工程等技术。
1.3.2 生物技术制药特征生物技术制药具有以下特征：（1）生产过程高度自动化、精确化。
（2）药物作用机制明确，针对性强。
（3）生产周期较长，生产成本较高。
（4）药物质量和安全性要求严格。
1.3.3 生物技术在制药中的应用生物技术在制药领域的应用主要包括：（1）生产生物技术药物，如蛋白质药物、抗体、疫苗等。
生物制药的原理及应用
生物制药的原理及应用1. 生物制药的概述生物制药是利用生物技术手段，通过对生物体内的生物大分子进行分离、提纯、改造和修饰，最终得到的药物产品的制备过程。
它与传统的化学合成药物有所不同，其核心是利用生物体（如细胞、细菌、真菌等）生产具有医疗效果的药物。
2. 生物制药的原理生物制药的原理主要是通过以下几个步骤实现的：1.基因克隆：首先需要获取到目标蛋白的编码基因序列，然后将这个基因序列克隆到适合表达的载体上，构建成重组蛋白的表达系统。
2.表达重组蛋白：将构建好的表达系统导入到宿主细胞或真菌中，通过培养和发酵的方式表达出重组蛋白。
3.制备和纯化：对表达出的蛋白进行分离和提纯，通常采用离心、过滤、层析、电泳等技术手段，获得高纯度的重组蛋白。
4.质量控制：对获得的重组蛋白进行质量检测，包括结构验证、活性测定、纯度分析、杂质检测等。
5.制剂和包装：将纯化得到的重组蛋白进行制剂处理，根据不同药物形式选择适当的配方，并对药物进行灭菌和包装，确保药物的稳定性和无菌性。
3. 生物制药的应用生物制药在医药领域的应用日益广泛，已经产生了巨大的经济和社会效益。
以下列举了一些常见的生物制药应用：•蛋白质药物：生物制药主要以蛋白质为基础，很多生物制药产品都是重组蛋白质药物，如重组人胰岛素、重组人生长激素、重组抗体药物等。
•基因治疗：通过将正常基因导入患者体内，修复或替代异常基因，达到治疗疾病的目的。
基因治疗是一种前沿的治疗手段，对于一些难治性病症具有重要的临床意义。
•癌症治疗：生物制药在癌症治疗方面也有很大的应用潜力，包括单克隆抗体药物、免疫治疗、基因工程疫苗等。
这些新型的药物能够针对肿瘤细胞特异性作用，减少对健康细胞的损伤。
•血液病治疗：生物制药也在血液病治疗中发挥着重要作用，例如利用重组血因子治疗血友病、重组凝血因子治疗血友病等。
•疫苗研发：生物制药在疫苗研发方面取得了重要的突破，如利用重组DNA技术制备疫苗、重组腺病毒疫苗等。
医疗生物制品的技术开发
医疗生物制品的技术开发是近年来科技界快速发展的领域之一。
随着人们健康意识的增强以及社会老龄化的加剧，疾病治疗和预防的需求也日益增长。
医疗生物制品作为一种新型的疗法，在癌症、自身免疫性疾病、传染性疾病等领域已经发挥出了重要的作用，被认为是未来医疗领域的主要发展方向之一。
医疗生物制品的基础是基因工程技术。
通过基因工程技术，可以利用真菌、细菌、Escherichia coli等生物体，将人类、动物或植物的基因转移到生物体内，并表达产生有效的蛋白质。
这些蛋白质可以被用作药物、诊断试剂和疫苗等方面。
其中，最常见的医疗生物制品包括生物制剂、单克隆抗体、蛋白质药物等。
生物制剂是一种基于基因重组技术制备的药物，它是由人工合成的蛋白质等基因重组分子组成的。
生物制剂的制备方法通常分为两种，一种是表达系统，另一种是细胞培养系统。
表达系统主要是对蛋白质进行重组，通过纯化、加工制剂等过程制成药品；细胞培养系统则是将细胞进行培养，产生蛋白质，并经过对蛋白质的纯化和加工等过程制成药品。
生物制剂具有高效、低毒、低副作用等优点，对于自身免疫性疾病、肿瘤等疾病有一定的治疗作用。
以恩达利莫（Enbrel）和希素莫环（Humira）为例，它们都是临床上常用的生物制剂，对类风湿关节炎、银屑病和强直性脊柱炎等具有显著的治疗作用。
单克隆抗体是由单一细胞株产生的抗体，可以对特定目标物选择性结合，相对于传统化学药物具有更高的特异性和选择性。
单克隆抗体制备的核心技术是通过融合细胞的方法进行生产。
这种技术的优越性在于，它可以大规模地制备相对于传统药物更为安全和便捷的单克隆抗体药物。
以赫赛汀（Herceptin）为例，它是一种针对癌症治疗的单克隆抗体，可以选择性结合HER-2受体，从而抑制癌细胞的生长。
蛋白质药物则是利用基因重组技术进行制备的药物，与生物制剂不同的是，蛋白质药物具有更加复杂的分子结构，但是也因此具有更高的生物活性。
例如，格列卫（Glucagon-like peptide-1 receptoragonist）类药物可以减缓糖尿病的进程，这是因为它们可以降低人体内的血糖水平，并且具有很好的安全性，广受医生和患者的青睐。
几种表达系统的比较
32 生物技术通报 Biotechnology B ulleti n 2002 年第 2 期
3 昆虫细胞表达体系
除了以杆状病毒介导的昆虫细胞表达体系外 , 又开发比较新型的稳定转化系统 ,用于大量制备具 有功能活性的目的蛋白[8 ,9 ] 。其表达水平高于哺乳 动物细胞表达系统 ,并且在表达真核蛋白时 ,可以对 其进行翻译后修饰 ,其优越性远超过细菌表达体系 。 3. 1 杆状病毒和宿主细胞
细菌是一个重要的表达体系 ,特别对于不需糖 基化的蛋白 ,并且表达水平很高 。但由于原核细胞 表达体系简单 ,所以有其局限性 ,只适合少数蛋白 。
2 酵母表达体系
酵母具有微生物和真核生物的双重特点 。与大 肠杆菌不同的是 ,酵母可以对异源蛋白进行修饰 ,当 采用酵母信号肽时 ,蛋白能被正确折叠和加工 ,然后 分泌到培养基中 ;与哺乳动物细胞不同的是 ,酵母可 以在简单培养基中迅速生长 。可用酵母发酵技术对 临床和工业上有用的重要蛋白进行了工业化生产 。 目前抗体及其片段都用该系统进行了表达[4 ] 。它 还可以表达几乎所有植物蛋白 。在大肠杆菌中以包 涵体形式出现的蛋白 ,在酵母中表达时可生成可溶 性蛋白[3 ] ,另外 ,该系统可以克服异源蛋白降解问 题。 2. 1 转录 、转译调控元件
制备生物技术药物的几种表达系统
制备生物技术药物的几种表达系统(一)细菌：优点是基因了解清楚；本身价格便宜且易于培养；培养基便宜；表达水平高；生长快及易于鉴别。
缺点是不能分泌蛋白质；含有内毒素；无转译后修饰；可能有非正规的蛋白质交迭。
产品有利用大肠杆菌表达的胰岛素，重组人生长激素，白介素-2、干扰素、淋巴生长因子、白介素及细胞活素。
(二)酵母：优点是使用安全；使用的期限较长；基因了解清楚；无内毒素；高表达水平；分泌出蛋白质且易收获；生长快；培养基便宜；蛋白质一般正规交迭；转译后修饰。
缺点是产糖量过多因而损坏蛋白质的生物活性、安全性、活性及活力等；可能含有免疫物质或抗原。
产品有重组蛋白质、疫苗如乙肝疫苗、胰岛素、较大的重组蛋白如链激酶、人血清蛋白、组织坏死因子及干扰素。
(三)昆虫细胞：优点是具有转移后修饰；正规的交迭蛋白质；能分泌出产物；较好的表达率；棒状病毒对人无损害。
缺点是使用期限较短；生长慢；培养基昂贵；含有免疫宿主蛋白；有些非正规的糖化反应；哺乳类病毒可以感染此类细胞。
产品有疫苗、治疗药物、临床检验试剂以及做病毒治疗药物释放系统。
(四)哺乳动物细胞：优点是一般交迭蛋白质正规；正规的转移后修饰；能分泌蛋白质；良好的正规使用纪录；对大的、复杂的蛋白质的生产是唯一的选择。
缺点是培养基昂贵、生长缓慢；含有过敏物质；需要深入的鉴别；精制手续复杂；产品昂贵。
或品有组织血纤维溶酶原活化剂(TPA)，因子Ⅷ及单克隆抗体的生产。
(五)转基因动物：优点是可表达复杂、巨大的蛋白质；高表达水平；蛋白质交迭正规；后转移修饰正规；易于放大；费用低廉。
缺点是正规使用的经验很少；是否易于被病毒感染尚为未知数；表达水平不稳定；周转期限长；精制方法尚需研究；生产周期不能确定；有关农场的eGMP生长尚存在问题。
产品有利用羊及兔子生产α-1抗胰蛋白酶，胆盐刺激生产的脂肪酶，超氧化物岐化酶、胶原、因子Ⅷ及Ⅸ及一些小肽。
(六)转基因植物：优点是开发周期较动物短；种子易于保存；易于放大；表达量高；基因结构清楚；无植物病毒影响人类；生产费用低。
生物制药学——蛋白质表达和制备
生物制药学——蛋白质表达和制备生物制药学是利用生物技术手段生产药物的学科，其中蛋白质制备是最具代表性的研究领域之一。
蛋白质作为生物体内最重要的大分子，扮演着调节生命活动的重要角色，如酶、激素、免疫球蛋白等，因此成为了研究和利用的重要对象。
1. 蛋白质表达的基本原理蛋白质表达是指将基因转化为蛋白质的过程，其中利用表达载体将基因导入到细胞内，并通过细胞自身的机制合成蛋白质。
蛋白质表达包括质粒表达、病毒载体表达、细胞外表达等多种方式。
其中质粒表达是最简单和常见的表达方式之一，质粒通常是从大肠杆菌中分离出来的，它们具有自主复制的能力，并能够在适当条件下表达外源基因。
质粒表达的关键是在表达载体的闭环的一端加入启动子、基因编码区和终止子等转录功能序列。
质粒表达的优点在于成本低，操作方便，尤其适用于小分子量蛋白质的表达。
病毒载体表达是另外一种常见的表达方式，病毒载体具有高度的细胞感染能力，可以更快、更高效地表达蛋白质。
常用的病毒载体有腺病毒、腺相关病毒、腺型病毒等。
病毒载体表达的优点在于病毒本身可以令细胞产生的蛋白质更稳定，更容易表达复杂的大分子量蛋白质。
2. 蛋白质制备的关键技术蛋白质表达的过程比较简单，但是实际的蛋白质制备却需要多种技术手段协同工作，以确保表达蛋白的纯度和活性，同时保证制备过程的稳定性和可扩展性。
以下是几种常用的蛋白质制备技术：（1）细胞固定化技术细胞固定化技术是将生物细胞固定化后与反应物接触进行反应的技术。
它的基本原理是将低渗透性的聚合物材料加入到培养基中形成一层刚性的膜层，使生物细胞附着其中并保持在活性的状态。
细胞固定化技术具有相对较高的稳定性和重复性，同时也方便细胞的填料、分离和回收。
（2）离子交换层析技术离子交换层析技术是一种通过分离剂与蛋白质物质之间的吸附、解吸来分离蛋白质的技术。
它的基本原理是在含有蛋白质的样品中加入离子区别剂，将样品与固定在树脂中的离子交换基团进行反应，使离子区别剂中亲和力较强的离子交换基团与蛋白质内的特定基团进行吸附，其它成分则被洗去，最后利用高浓度盐类或酸碱溶液解吸蛋白质，达到分离纯化的目的。
生物制药利用生物体产生药物的方法
生物制药利用生物体产生药物的方法生物制药是指利用生物体（包括微生物、哺乳动物等）作为药物生产的工具，通过生物体内的生物反应合成和提取药物。
这种方法具有高效、环保、可再生等特点。
下面将介绍几种常见的生物制药方法。
1. 微生物发酵生产药物微生物发酵是最常用的生物制药方法之一。
通过培养发酵菌株并提供合适的培养条件，使其产生所需药物。
例如，青霉素的生产就是利用青霉菌进行大规模发酵。
这种方法的优点在于微生物可以快速繁殖，产量高，且生产成本较低。
2. 基因工程技术基因工程技术是指将外源基因导入到宿主生物体中，使其产生目标药物。
常见的方法是将目标基因插入到大肠杆菌等细菌的染色体中，通过细菌的复制和表达机制，合成目标蛋白，进而得到所需药物。
这种方法的优势在于可通过基因技术使生产目标蛋白更加高效，有利于降低生产成本。
3. 哺乳动物细胞培养对于一些复杂的蛋白质药物，如抗体药物，常采用哺乳动物细胞培养进行生产。
通过将目标基因导入到哺乳动物细胞中，使其表达所需的药物。
这种方法能够确保药物的正确折叠和糖基化等重要的后修饰，从而增加药物的活性和稳定性。
4. 植物表达系统植物表达系统是一种新兴的生物制药方法。
通过将目标基因导入植物细胞中，通过植物的生长和代谢过程，合成目标药物。
植物表达系统具有许多优点，如生产成本低、易于扩大规模、无需复杂的设备等。
而且植物可以合成复杂的蛋白质，并且可以进行正确的修饰。
5. 动物体内制药某些药物，特别是针对罕见病的特效药物，可能需要通过动物体内制药来生产。
这种方法是将目标基因导入到动物的遗传物质中，使其在生长发育过程中产生所需药物，并通过动物的乳汁、血液或其他组织提取所需药物。
总结起来，生物制药利用生物体产生药物的方法包括微生物发酵、基因工程技术、哺乳动物细胞培养、植物表达系统和动物体内制药等。
这些方法在药物生产中发挥着重要的作用，为医药行业提供了更多有效、安全的药物选择。
未来随着生物技术的不断发展，生物制药的方法也会进一步创新和完善。
几种表达系统的比较
几种表达系统的比较生物技术通报・综述与专论・BIOTECHNOLOGY BULLETIN2002年第2期几种表达系统的比较吴丹仇华吉童光志(中国农科院哈尔滨兽医研究所兽医生物技术国家重点实验室,哈尔滨150001) 摘要: 随着蛋白质工程和DNA重组技术的发展,许多有应用潜力的蛋白分子有待开发。
不同蛋白在不同系统中表达水平有显著差异,所以选择一种合适的表达系统对蛋白表达水平非常关键。
对细菌、酵母、昆虫杆状病毒、哺乳动物细胞4种表达体系作一概述,并讨论各自优缺点及常见问题。
关键词: 表达系统大肠杆菌酵母昆虫细胞哺乳动物细胞ComparisonofSeveralExpressionSystemsWuDan QiuHuaji TongGuangzhi(NationalKeyLaboratoryofVeterinaryBiotechnologynVeteriResearchInstitute ChineseAcademyofAgricultSciencesAbstract: Withthedevelopmentofrecombinant,manytypesofproteinthathavepotential valuesneedtobeproduced.expressonlevelsamongdifferentproteinex2pressio nsystems.Soit’scriticaltosystemforproteinproduction.Thisreviewwillsum2m arizetheadvantagesand,insectandmammalianexpressionsystems,andalsodis cussthesolutionstoKeywords Ecoli Yeast Insectcells Mammaliancells 随着生物化学和分子生物学技术的发展,使人们得以更深入地了解蛋白质分子的一级和二级结构,这样就可以有目的的进行改造,创建新的有价值的蛋白质分子。
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制备生物技术药物的几种表达系统
(一)细菌：优点是基因了解清楚；本身价格便宜且易于培养；培养基便宜；表达水平高；生长快及易于鉴别。
缺点是不能分泌蛋白质；含有内毒素；无转译后修饰；可能有非正规的蛋白质交迭。
产品有利用大肠杆菌表达的胰岛素，重组人生长激素，白介素-2、干扰素、淋巴生长因子、白介素及细胞活素。
(二)酵母：优点是使用安全；使用的期限较长；基因了解清楚；无内毒素；高表达水平；分泌出蛋白质且易收获；生长快；培养基便宜；蛋白质一般正规交迭；转译后修饰。
缺点是产糖量过多因而损坏蛋白质的生物活性、安全性、活性及活力等；可能含有免疫物质或抗原。
产品有重组蛋白质、疫苗如乙肝疫苗、胰岛素、较大的重组蛋白如链激酶、人血清蛋白、组织坏死因子及干扰素。
(三)昆虫细胞：优点是具有转移后修饰；正规的交迭蛋白质；能分泌出产物；较好的表达率；棒状病毒对人无损害。
缺点是使用期限较短；生长慢；培养基昂贵；含有免疫宿主蛋白；有些非正规的糖化反应；哺乳类病毒可以感染此类细胞。
产品有疫苗、治疗药物、临床检验试剂以及做病毒治疗药物释放系统。
(四)哺乳动物细胞：优点是一般交迭蛋白质正规；正规的转移后修饰；能分泌蛋白质；良好的正规使用纪录；对大的、复杂的蛋白质的生产是唯一的选择。
缺点是培养基昂贵、生长缓慢；含有过敏物质；需要深入的鉴别；精制手续复杂；产品昂贵。
或品有组织血纤维溶酶原活
化剂(TPA)，因子Ⅷ及单克隆抗体的生产。
(五)转基因动物：优点是可表达复杂、巨大的蛋白质；高表达水平；蛋白质交迭正规；后转移修饰正规；易于放大；费用低廉。
缺点是正规使用的经验很少；是否易于被病毒感染尚为未知数；表达水平不稳定；周转期限长；精制方法尚需研究；生产周期不能确定；有关农场的eGMP生长尚存在问题。
产品有利用羊及兔子生产α-1抗胰蛋白酶，胆盐刺激生产的脂肪酶，超氧化物岐化酶、胶原、因子Ⅷ及Ⅸ及一些小肽。
(六)转基因植物：优点是开发周期较动物短；种子易于保存；易于放大；表达量高；基因结构清楚；无植物病毒影响人类；生产费用低。
缺点是存在新的污染问题；转移后修饰与动物不同；含有可能出现的过敏物质。
产品：利用转基因玉米生产治疗性的蛋白质物质，在2000年已有6个产品在Ⅱ期临床；用转基因烟草生产人用溶酶体酶；用转基因玉米生产β-葡萄苷酸酶；用转基因马铃薯生产重组霍乱疫苗。