生物技术、生物工程与生物制药
生物制药概论 生物技术发展简史 现代生物技术简介
基因工程、酶工程、细胞工程和发酵工程 生物药物与基因工程药物 国家863计划的成就（生物领域） 生物领域 三个主题 六个重大项目 十三个专题项目 三个主题
高产、优质、抗逆动植物新品种 新型药物、疫苗和基因治疗 蛋白质工程 六个重大项目 两系法杂交稻技术； 抗虫棉花等转基因植物； 生物技术药物；
重大疾病相关基因的研究； 恶性肿瘤等疾病的基因治疗; 动物乳腺生物反应器。 十三个专题 101-01 转基因植物；
101-02 分子标记技术在农作物育种中的应用 101-03 农业重组微生物；
101-04 植物生物技术的应用基础研究； 101-05 动物生物技术；
101-06 农用基因工程生物的中试开发； 102-07 重组疫苗； 102-08 基因工程药物； 102-09 抗体工程；
102-10 人类重大疾病基因分离、克隆、结构和功能研究； 102-11 医药新技术、新方法研究； 102-12 医药生物技术产品的中试开发； 103-13 蛋白质工程 两系法杂交稻技术国际领先
我国两系法杂交水稻的技术已经成熟，已进入快速发展阶段。共育成实用不育系34个，广亲和系26个。24个组合通过品种审定，并在南方各省大面积推广，累计种植5300万亩，增产稻谷25亿公斤以上。超级杂交稻研究取得初步成果，受到党和国家领导人的高度重视。 动物乳腺生物反应器
构建成了具有我国自主知识产权的以牛αSI casein 和牦牛BLG两种基因为基础的乳腺组织特异性表达载体；建立了显微注射、体细胞克隆、单精注射受精等多种转基因技术体系。组建了4个受体动物专用场。 基因工程疫苗和药物进入市场
已有18种（其中3种拥有自主知识产权的I类新药）医药生物技术产品投放市场，世界上销售额前十位的生物技术药物，我国已生产8种并投放市场；另有9种药物已完成或正在进行临床试验、9种进入中试和18种处于实验室研究阶段，其中大部分具有自主知识产权；基因工程药物和疫苗的研制已初步实现了由跟踪仿制向创新的转变，以及从实验室研究向产业化的转化。 治疗性乙型肝炎疫苗初露端倪
血源乙肝表面抗原-抗体二重复合物作为治疗性疫苗已获特殊临床试验批文，基因工程乙肝表面抗原-抗体二重复合物已完成实验室研究和中试工艺研究，正在申请临床试验。另外，新开展的乙肝表面抗原-抗体-DNA疫苗三重复合物的研究，以小鼠为模型的实验结果证明疗效优于二重复合物，成果也已获中国和国际的专利。 人工血液代用品技术成功转让
在完成实验室研究和小试后，又建成中试规模的血源生产基地，现已有连续6批的产品达企业质控标准。研究的工艺路线具有自主知识产权，已申请3项国内发明专利；其技术转让费达1.6亿元人民币，创我国生物技术单项技术转让费最高纪录。 进化论和细胞学说
1859年，英国的生物学家Charles Darwin发表了《物种起源》
1930s，德国植物学家Matthias Schleiden 和动物学家Theoder Schwann 将对细胞的观察研究进行了理论的概括，共同创立了生物科学的理论基础——细胞学说。 经典遗传学
从1857年到1864年的8年，奥地利修道士 Mendel选择了7种差异明显的简单性状,对豌豆的生长进行了仔细的观察，得出了遗传的分离规律和自由组合律。
1915年美国著遗传学家 Morgan和他的助手们的杰出工作，第一次将代表某一特定性状的基因，同某一特定的染色体联系了起来，创立了遗传的染色体理论。Morgan特别指出：种质必须由某些独立的要素组成，我们把这些要素称为遗传因子，或者更简单地称为基因。 分子生物学
在1928年英国科学家F.Griffith就发现了肺炎双球菌的转化现象。Avery与Colin Macleod及Maclyn Mccarry在此基础上继续对肺炎链球菌进行研究，证明使细菌性状发生转化的因子是DNA, 而不是蛋白质。 DNA双螺旋的发现
1953年4月在英国《Nature》杂志上美国遗传学家James D.Watson和英国物理学家Francis H.C.Crick共同阐明了DNA双螺旋立体结构模型 DNA的半保留复制
随后又提出了DNA复制假说:在DNA复制过程中，双螺旋DNA的两条链相分离，并分别以每条DNA链作为模板，利用细胞中的脱氧核糖核苷酸，按照碱基互补的原则合成另一条子链DNA，从而形成结构完全相同的两个DNA双螺旋分子。
1958年Matthew Meselson和Franklin Stahl研究了经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA，首次证明了DNA的半保留复制。
遗传密码
用数学方法推算，如果采用每3个相邻碱基为一个氨基酸密码子，那么四种碱基组成的核苷酸能编出64组密码子，可以满足20种氨基酸编码的需要。在M. Niren berg, S. Ochoa和H.G. Khorana 以及其他人的共同努力下，到1966年，所有的64种密码子都被破译了,如: AUG为起始密码;UAG,UAA 和UGA 为终止密码。 氨基酸序列比较
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人类基因组计划
HGP草图绘制完成 HGP提出的背景 HGP的实施 HGP研究内容 HGP医药方面的意义 人类的财产，双刃剑 展望 HGP草图绘制完成
2000年6月26日，是人类历史上最值得纪念的一天，英国和美国几乎同时向全世界宣布他们已经完成了具有划时代意义的人类基因草图。依靠基因技术，人类既可能攻克癌症、糖尿病、痴呆等重病，又可以解决诸如“减肥”这一类的小毛病。
HGP提出的背景
DNA测序方法越来越先进
电子计算的应用大大加快了测序过程
人类许多疾病是源于遗传的原因，使人们迫切要求了解人类基因的序列。
1986年，诺贝尔奖获得者雷·杜尔贝柯石在美国《科学》杂志上发表文章，正式提出测定人类基因组计划，引起了整个美国科技界的震动。 HGP的实施
1990年10月被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划首先在美国启动 英国、日本、法国、德国和中国科学家先后加盟
我国承担的1%人类基因组测序工作，从而在这一科学丰碑上自豪地刻下了中国人的名字。
HGP研究内容
结构基因组学：遗传图、物理图、测序等研究；
功能基因组学：包括以转录图为基础的功能制图(基因组表达图) 比较基因组学：对不同进化阶段生物基因组的比较研究 HGP医药方面的意义 基因治疗 基因制药
肿瘤治疗方面 神经退化性疾病治疗 自身免疫性疾病治疗 基因芯片 基因工程的诞生
到了70年代中期，两项关键性技术问世之后，DNA的结构分析问题才从根本上得到解决。这两项技术是：1. DNA分子的
体外切割与连接技术；2. DNA分子的核酸序列分析技术。 基因工程及其主要的研究内容
所谓的基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，并使之参入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持续稳定地繁殖,并通过工程化为人类提供有用的产品及服务的技术。
在文献中常见的有遗传工程(genetic engineering)、基因工程(gene engineering)、基因操作(gene manipulation)、重组DNA技术(recombinant DNA technique)以及基因克隆(gene cloning)、分子克隆(molecular cloning)等。 基因工程应的几个主要步骤
①从复杂的生物有机体中，用酶切消化或PCR扩增等手段，分离出带有目的基因的DNA片段 ②将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的载体分子上，得到重组DNA分子。 ③将重组DNA分子转移到适当的受体中，并与之一起增殖。 ④筛选出含有重组DNA分子的受体细胞克隆。 ⑤提取出已经得到扩增的目的基因。
⑥将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，实现功能表达，产生出人类所需要的物质。 基因操作的主要工具和技术 1．工具酶
凡在基因工程中应用的酶类统称为工具酶。工具酶种类繁多，如限制酶、甲基化酶、 Klenow聚合酶；T-DNA聚合酶、polyA聚合酶、T-DNA连接酶、末端脱氧核苷酸转移酶、T4-RNA转移酶、逆转录酶等。 核酸内切限制酶
核酸内切限制酶是一类能够识别双链DNA分子中的某种特定核苷酸序列，并由此切割DNA双链结构的核酸内切酶。 至今已发现了上千种核酸内切限制酶，常用的有几十种。限制酶除用于DNA重组外，亦用于构建新载体﹑DNA分子杂交﹑DNA序列分析﹑制备DNA放射性探针及DNA碱基甲基化识别等。 DNA连接酶
1967年，世界上有数个实验室几乎同时发现了一种能够催化在2条DNA链之间形成磷酸二酯键的酶，即DNA连接酶(1igase)。这种酶能催化DNA片段末端5-磷酰基与3-羟基形成磷酸二酯键，从而起到连接DNA分子的作用。 基因克隆载体
能承载外源DNA片段(基因)带入受体细胞的传递者称之基因克隆载体(gene cloning vector)。 基因克隆载体的特点
①具有能使外源DNA片段组入的克隆位点。
②能携带外源DNA进入受体细胞，或游离在细胞质中进行自我复制，或整合到染色体DNA上随染色体DNA的复制而复制。 ③必须具有选择标记(如Ampr、Cmpr、Kanr和lacZ’)，在承载外源DNA的载体进入受体细胞后，以便筛选阳性克隆。 pET-41 Ek/LIC 和 pET-43.1 Ek/LIC
DNA的提取 （1）物理分离法
（2）从基因组文库和cDNA文库分离目的基因 （3）用PCR技术从基因组中扩增出目的基因 PCR (Polymerase Chain Reaction)
PCR是一种体外扩增DNA的方法。通过以下三个步骤： DNA链的热变性 (Denaturation step) 引物退火 (Annealing step)
聚合酶作用下引物的延伸 (Extension step) pET-22b-F26G表达载体的筛选
通过单酶切确认质粒大小和PCR确认序列证明了F26G基因已重组至质粒pET-22b上。 目的基因与载体的连接
大多数的内切限制酶都能够切割DNA分子，形成具有1-4个核苷酸的粘性末端。用同一种限制酶切割含有目的基因的外源DNA和载体DNA，产生的DNA片段的粘性末端应该是相同的，载体切口的粘性末端与目的基因DNA片段两端的粘性末端就会因碱基配对互补结合，在T4连接酶作用下,形成完整的重组DNA分子。 目的基因导入受体细胞
将外源重组体分子导入受体细胞的途径，包括转化(或转染)、转导、杂交﹑细胞融合和显微注射等多种不同的方式。 转化和转导主要适用于细菌一类的原核细胞和酵母这样的低等真核细胞，而显微注射和电穿孔则主要应用于高等动植物的真核细胞。
阳性克隆的筛选和鉴定
受体细胞经转化，真正获得目的基因并能有效表达的克隆一般来说只是一小部分。为了从处理后的大量受体细胞中分离出真正的阳性克隆，已建立了一系列筛选和鉴定的方法，如遗传检测法﹑物理检测法﹑核酸杂交法﹑免疫化学法及DNA序列分析等多种方法。
目的基因在受体细胞中的表达
目的基因在受体细胞中表达，受到许多因素的影响，其中一个重要的因素是目的基因必须处在正确的阅读框架中。阅读框架规定了DNA或mRNA中哪三个核苷酸成为一组而被读作一个密码子，这是由起始密码子决定的。 正如三字经中说的“人之初，性本善，性相近，习相远……”一样， 基因工程在医药科学中的应用
生物技术的核心是基因工程，基因工程技术最成功的成就是用于治疗的新型生物药物的研制。如治疗糖尿病的胰岛素，治疗株儒症的人生长激素等，但是许多在疾病诊断、预防和治疗中有重要价值的内源生理活性物质(如激素、细胞因子、神经多肽、调节蛋白、酶类、凝血因子等人体活性多肽)以及某些疫苗， 重组人胰岛素注射液（Recombinant Human Insulin Injection）
本品为利用重组DNA技术生产的人胰岛素，与天然胰岛素有相同的结构和功能。可调节糖代谢，促进肝脏、骨骼和脂肪组织对葡萄糖的摄取和利用，促进葡萄糖转变为糖原贮存于肌肉和肝脏内，并抑制糖原异生，从而降低血糖。 注射用重组人干扰素α1b Recombinant Human Interferon α1b for Injection
干扰素与细胞表面受体结合，诱导细胞产生多种抗病毒蛋白，从而抑制病毒在细胞内的复制；可通过调节免疫功能增强巨噬细胞、淋巴细胞对靶细胞的特异细胞毒作用，有效的遏制病毒侵袭和感染的发生；增强自然杀伤细胞活性，抑制肿瘤细胞生长，清除早期恶变细胞等。
人乙型肝炎免疫球蛋白（Human Hepatitis B Immunoglobulin）
本品含有高效价的乙型肝炎表面抗体，能与相应抗原专一结合起到被动免疫的作用。主要用于乙型肝炎预防。适用于 1.乙型肝炎表面抗原（HbsAg）阳性的母亲及所生的婴儿。2.意外感染的人群。3.与乙型肝炎患者和乙型肝炎病毒携带者密切接触者。 注射用重组人生长激素（Recombinant Human Growth Hormone for Injection）
基因重组人生长激素（rhGH）具有与人体内源生长激素同等的作用，刺激骨骺端软骨细胞分化、增殖，刺激软骨基质细胞增长，刺激成骨细胞分化、增殖，引起线形生长加速及骨骼变宽；补充生长激素不足或缺乏，调节成人的脂肪代谢、骨代谢、心肾功能。 酶工程发展概况
酶工程(enzyme engineering)是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。它包括酶的固定化技术、细胞的固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器的设计等技术。 酶的发现与酶工程
1833年Payen和Persoz从麦芽的水提物中，用酒精沉淀得到1种可使淀粉水解成可溶性的物质，称之为淀粉酶。 酶工程(enzyme engineering)是利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。 酶工程的内容
酶工程的主要内容包括：
1.
酶的来源