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1、Animal Bioproducts教案第一章 绪论提纲一、生物制品学定义1、 生物制品与兽医生物制品2、 生物制品学二、生物制品的发展简史1、 生物制品2、 兽医生物制品3、 我国兽医生物制品概况三、生物制品的分类四、生物制品厂的建设与环境保护A、生物制品学定义1、生物制品与兽医生物制品利用微生物、微生物代谢产物、寄生虫及其代谢产物、动物毒素（蛇毒、蝎毒和蜂毒等）动物或人类血液及组织等，经加工制成用于动物或人类动物传染性疾病或其他相关疾病的预防、诊断和治疗的生物制剂，称为生物制品，而专门用于动物免疫预防、诊断和治疗的生物制剂，则称为兽医生物制品。生物制品有广义、狭义之分，狭义的生物制品主要包
2、括疫苗、抗血清、类毒素、抗毒素和免疫诊断试剂，而广义的生物制品包括血液制剂、抗生素以及寄生虫病、肿瘤、移植免疫和自身免疫等非传染性疾病的免疫预防、诊断和治疗及提高机体非特异性免疫功能的生物制剂。2、生物制品学是在微生物学、免疫学和动物传染病学的基础上，利用生物学、生物化学和生物工程学的技术方法研究、制造与使用生物制品，以解决动物传染性疾病的防制问题的一门学科。从定义上看生物制品学应包括两方面内容：一方面是研究生物制品的生物学特性，它是依据微生物与免疫学原理研究生物制品本身的特性及其与动物机体之间的关系，在动物传染性疾病的预防、诊断和治疗中的应用原理与作用；另一方面是以生物化学、细胞学、遗传学、
3、制冷学和生物工程学原理研究制品的工艺和质量监控技术。二、生物制品的发展简史1、生物制品的起源：在生物制品的建立和发展历史过程中，我们的祖先是作出过很大贡献的，早先东晋年代，葛洪所著的肘厉备急方中，就有疗制犬咬人方：“杀所咬犬，取脑傅之，厉不复发”的记载。公元10世纪，唐宋时期，我国即已开始预防天花。董正山所著的牛痘新书中记载有：“自唐开年间，江南赵氏始传鼻苗之法”。宋真宗时，峨眉山人给丞相用天花病人疱浆吹入鼻内进行免疫。明代隆庆年间，我国已获得毒性很小的“太平痘苗”，而且接痘技术也有所改进，故而得到广泛应用。随着国际交往的日益增多，这种人痘苗的接种法已传入欧、亚等一些国家，如Russia、Ja
4、pan、Korea等国，A.D18世纪初，由于沙俄的入侵而传入Turkey。A.D18世纪中叶，由当时的英国驻土耳其大使Mootagu的夫人传入英国。虽然人痘接种法在控制天花过程中起了一定的作用，但存在着使人感染的危险性。A.D18世纪未，天花在英国流行，1796年英国青年医生Edward Jenner在行医时，一个接奶女工告诉他，因为它患过牛痘，所以不得天花，引起了Jenner的极大兴趣。对此他进行了详细研究，发明了牛痘苗控制人的天花，为预防和消灭天花作出了巨大贡献，也为生物制品的发展奠定了基础。2、生物制品的发展19世纪未，微生物学、免疫学的奠基人，法国科学家路易.巴期德（Louis Pa
5、steure）发明了禽霍乱疫苗、炭疽高温减毒苗和狂犬病干燥脊髓疫苗，使疫苗的研究进入了一个崭新的阶段。小故事：1879年，当巴氏清度过两周假期返回实验室时，再用陈旧的巴氏杆菌培养物给小鸡接种，小鸡不但不发生感染死亡，反而能耐受新的强毒菌攻击，获得保护，这一实验说明陈旧的巴氏杆菌培养物已失去了对小鸡的致病力，即毒力。巴氏清在上述方面所作出的杰出贡献，其影响极其深远，不仅对疫苗研究，而且对整个医学和动物医学产生了革性的作用，特别是对预防医学和微生物学的发展影响最深。通过他的工作，证明微生物的毒力在实验室内借助人工的方法可以加以改变，使其毒力减弱或丧失，成为无致病力的微生物，但仍保护良好的免疫原性，
6、以该微生物加工制作的疫苗，可预防由该微生物强毒株引起的相应的传染病。为此研究出了许多弱毒或减毒疫苗，如霍乱减毒疫苗（1902）、牛痘产布氏杆菌苗（1960）、风疹疫苗（1962）。人们在研究减毒疫苗的过程中逐渐发现：有些微生物的毒力不易减弱，或减弱以后就失去免疫原性，或又造成毒力返祖的问题，为此人们又开始死苗的研究。死苗出现较晚，同时死苗存在许多弊端，一时不能突破致使没有大的进展，一直在人们对佐剂的研究上获得突破以后，死苗的研究才引起人们的重视，并研制成功许多品种，特别是以轻质矿物油为佐剂苗，由于免疫期长，十分安全，无副作用而深受欢迎，其发展前景非常广阔。跨入20世纪以后，生物制品得到了迅猛发
7、展。1931年佐剂伍德拉夫等在鸡胚内复制病毒成功，以及后来的组织与细胞培养复制病毒，为病毒疫苗的研究进入一个较高层次奠定了基础。同时由于当时微生物工作的重视、动物效力试验方法的日益完善，尤其是进入本世纪50年代以后，疫苗的研制及生产出现了惊人的变化，即工厂化生产。从而使许多传染病得到了控制（见表）。百余年来，虽然疫苗的生产不断改进与创新，但就其性质来讲，仍属于第一代疫苗。自50年代基因工程技术的兴起，使疫苗的研究与生产产生了革命性的变化，出现了第二代疫苗基因工程疫苗。如FMD、仔猪大肠杆菌基因工程苗。合成肽苗为第三代疫苗。这种疫苗的生产是由基因工程阶段进入分子工程阶段。它将代表着21世纪生物制
8、品的发展方向。70年代后期，出现了一种非抗原性疫苗抗独特型抗体疫苗。这种疫苗朊非抗原物质的本身，也非人工合成抗原本身，而是抗原物质的“模拟物”。当用该疫苗接种动物时，动物并不接触病原微生物抗原，但能产生对相应病原微生物抗原的免疫力。从而打破了主动免疫与被动免疫的传统概念。3、免疫血清研究：贝林和北里二氏（1890）发现破伤风毒素免疫的动物血清有种和相应毒素的能力，卡尔默特（1894）研制成功了抗蛇毒血清，并开辟了血清疗法，为制备各种血清提供了依据。此后各国学者相继制备了许多种免疫血清，用于被动免疫治疗，如抗牛瘟免疫血清、抗猪瘟免疫血清、抗禽霍乱免疫血清、抗猪丹毒免疫血清和抗破伤风免疫血清。由于
9、免疫血清有产量小，价格贵和免疫保护期短等缺点，而不能大面积推广。近年来，随着畜禽业的发展，禽类传染病的发病率很高，流行地域广，故研制了大量血清制品。4、我国兽医生物制品的状态：我国1924年以后开始制造一些鼻疽毒素、狂犬病疫苗和抗牛瘟血清。1935年以后陆续在四川、西北、西南和东南等地设立血清制造所，在日占区的东北和台湾也相继成立了兽医研制所制造有关生物制品，但品种和数量均不多。1950年全国共有9个兽医生物制品厂，1952年建立国家兽药监察所，并制定了兽医生物药品的制造及检验规程，目前全国有28个兽医生物制品厂。三、生物制品的分类四、生物制品厂的建设与环境保护（一）医药工业的GMP（Good
10、 manufature practice）的意思是“良好的生产规范”，不同行业有不同的GMP以及保障生产的优良产品。医药工业的GMP是WHO1969颁布实施的，通称“药品生产规范”，我国也在1988年颁布了中国医药工业的GMP。医药工业的GMP内容及标准各国不尽相同，大体分为硬件和软件两部分：硬件包括：厂房建设、仪器、设备、环保措施、仓库、实验动物等。软件包括：管理、生产工艺、规章制度、检验程序与规程、档案记录、人员素质、培训制度、信息反馈等内容。（二）厂房建设A、厂房选址要求：城镇远郊、地势高、干燥、交通便利、水电气保证、环境安静、区内无其他污染，址的重要是交通便利。生物制品的生产过程中的污
11、染散毒危险性极大，往往危及人类健康，故厂址不能选在市区或居民区。B、厂房建设的GMP要求：a、绿地与建设面积比一般应为10：1：5-2，以维持厂区内空气清净、减少再污染，从而获得调节温湿的小气候。b、区内无露土地面c、生产区与生活区分开d、生产车间与实验动物房、动物实验房、附属车间分开隔离，即洁净区与污染区、非洁净区分离，以保证产品质量和防止散毒、污染。e、生产房应充分利用组合式车间结构，并根据要求分为洁净级（100级、1万级、10万级）的洁净生产区和缓冲区，前者为封闭式，后者为半封闭式。f、生产厂房内部墙壁、墙角、天花板（上边是夹层，供安装水电气，通风管道及维修）等用防腐、防尘、防酸碱涂料，
12、以利用消毒。g、人流与物流分开，洁净物与污染物分流h、实验动物是生物制品生产和检验的重要原材料，也是产品质量的基础，所以必须建立等级实验动物房，以供应普通级、清洁级小动物（小鼠、大鼠、家兔等）和非免疫鸡、SPF鸡及鸡蛋为主。（三）洁净车间建筑洁净车间是生产洁净生物制品的基础设施。洁净车间要求绝对无尘，无尘即可达到无菌，如能除去1um以上的尘埃即可达到无菌。洁净车间必须达到恒温恒湿，以维持生产小气候。三级洁净的处理程序：大气候空调系统输入，经加热加湿处理，再经中效和高效滤器后进入无菌室。空气经初效后可除去粒径10um的尘埃，经中效过滤后可除去50%以上的粒径为10um的尘埃，通过高效过滤可将99
13、.9%的粒径10um的尘埃除去。（但应注意空气过滤器要及时更换和处理，洁净室在使用后要及时消毒，或用260nm波长的紫外光照射消毒，也可用甲醛熏蒸消毒。甲醛25g/m3，热水12.5ml/ m3, 25g/m3。我国洁净等级标准等级粒径0.5um尘埃数（个/1000ml）平皿培养菌数（个）100级3.5(相当于英国100个/12R3)平均110000级350(相当于英国1万个/12R3)平均3100000级3500(相当于英国10万个/12R3)平均10（四）设备总的要求：体积小、噪音低和重量轻材料具有惰性、耐磨、抗腐蚀和易于消毒自动化程度高有利于维修（1）生物反应器（2）冷冻真空干燥机（3）
14、无菌设备（4）联动装置：适用于：冻干制品、抗生素制剂生产（5）空调系统（6）超净工作台（7）细胞培养转瓶机（8）冷藏及冷藏运输设备（9）孵化器（五）疫苗生产流程洗涤消毒细菌培养基病毒培养基接种培养加工处理分浆冻干检验冷藏（六）环境保护措施污染环境是一大公害，与人类生存息息相关，生物制品厂是公害源之一，即存在生物性污染源，也存在非生物性污染源，必须进行综合治理。（1）污水处理：生物制品厂的污水主要为生物污水，部分属带毒污水，含有各种微生物和其他有机物，最大害重，必须经无害化处理才能排放。处理的方法有：a、 理法：加热、沉淀过滤等，目的是除去破坏悬浮物和固形物。b、 化学法：中和、氧化、还原、吸附
15、、电解等，目的是使污染物改变性质变成无害物。c、 生物法：使污水中的有机物分解为无害物。其处理程序是：生物污水初滤粗渣一级沉淀池无沉淀污水池污水处理池（化学（臭氧法）检验日晒排放（鱼糖等）目前生物制品厂多采用处理效果较好而又实用的臭氧污水处理法。污水排放标准：BOD5（生化需氧量）60mg/1000mlCOD（化学需氧量）Na+K+Li+,这是由于与各种离子原子核电子层有关的吸水能力不同所致。2、营养物质的溶解度：细胞膜的结构是由糖类、脂类和蛋白质镶嵌而成的，故能溶水于的营养物质可由其极性基端透入细胞内。同理，所溶于脂类的物质则由脂类部分而透过细胞膜。水溶性营养物质可由细胞外的酶解作用使其溶解
16、后，再透过细胞膜被细菌所吸收。3、浓度平衡：细菌培养物接种于培养基内，细胞膜外的营养物质浓度大大高于菌体细胞内的含量，由此营养物质则可进入细菌的细胞内。营养物质在细胞内将营养成分转化为菌本蛋白类脂质的速度越快，渗透越深，营养物质的渗透能力就越强，则外部营养物质浓度下降就越快，细菌生长繁殖就越快。4、细胞膜的通透性：膜的通透性与原生质表层的化学组成、电荷孔径大小密切相关。细菌细胞膜的渗透性较基他生物细胞强，但不同细菌细胞膜的渗透性的选择性不同。不同营养物质的化学结构不同，其渗透力也有差别，碳水化合物的渗透力最强。三、细菌生长的环境条件细菌生长繁殖除需要一定的营养物质外，尚需有适宜的环境条件。环境
17、条件既能保证、促进细菌生长繁殖，也能起到抑制甚至杀灭或改变原有的遗传性状的作用。环境条件包含物理的、化学的和生物的三个方面。温度：微生物生存适应的温度范围相当宽，一般病原性细菌的适应范围为1045，但在最适温度中生长繁殖最为旺盛。多数菌的最适温度范围基本相似，为37左右。如炭疽杆菌的生长最适温度为37，但在30-32却能产生大量芽胞；霉菌生长的最适温度为22-28，温度过高，则由于酶系统被破坏而导致死亡；温度过低，则细菌细胞代谢活动降低而处于潜生状态，一但温度和营养等条件适宜又会复苏。PH细菌对PH的适应范围最大，为PH28.5，但多数菌的最适PH为6-8，霉菌的为PH5-6。少数细菌具有耐酸
18、或耐碱生长的能力。细菌生长过程中，随其代谢产物的增多往往引起PH的改变，多数PH下降，从而妨碍细菌生长，甚至死亡。渗透压：细菌的形态与代谢均受渗透压的制约，各种细菌有各自的最适渗透压。细菌细胞具有半渗透性，即可使通过而对其他物质的透过有选择性。多数致病性细菌只能在等渗环境下生长繁殖。如在低渗溶液中引起膨胀破裂死亡，而在高渗溶液中导致细胞与细胞膜脱离而死亡。然而多数细菌的细胞比较坚固，对渗透压有较强的适应能力，有的细菌细胞甚至可耐受高渗溶液。四、细菌培养细菌培养是指细菌在动物体外的人工培养基和人工控制的环境中生长繁殖的过程。细菌性生物制品多是利用细菌培养物制造的，应泛用于相应疾病的防治。细菌培养
19、的环境条件应与细菌自然生长繁殖的要求相同或相似，其必需的生长繁殖条件应在培养环境中符合。细菌培养的效果，还与种接种量、培养时间和培养方法密切相关。1、种子接种量细菌种子量是生物制品术语，是指菌体培殖培养物，也指菌种。细菌培养的活菌总数除与培养基、培养环境条件密切相关外，还和种子接种量与培养基比例相关，这种比例随细菌种类而异。接种量过少，细菌生长繁殖慢，影响活菌数，有时甚至出现无细菌生长；反之接种量过多，就会将过多的代谢物带入新培养基内，造成有害物质的抑制性生长，如接种物内含有防腐剂、抗生素等物质其影响更为明显。通常的种子接种量为1%-2%。2、培养时间细菌培养中生命力最强的最高活菌数与细菌种类的生长规律、培养环境条件和培养时间有关。通常最佳培养时间依据细菌的生长曲线而定，多数在对数培殖后期至稳定前期活菌数量高，而生命力最强，宜于收获。若收获过早，则活菌数少而幼嫩；反之过迟，则细菌老而死菌及代谢产物多，这在弱毒活菌生产中更应注意。3、培养方法根据目的和要求的不同采用不同方法培养细菌。（1）表面培养，又称固体表面培养。将菌种种子液均匀地接种于固体培养基表面（或划线），平放静置培养，然后倾去凝集水收集菌。多用于制造菌苗和诊断抗原，如炭疽芽胞苗、布氏杆菌抗原等。但这种培养方法产量低、成本高。深层培养：包括液体静置深层培养和生物反应器（反应罐）深层培养，但两者都要振荡或手摇、通气，