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1、第3 3节 生物技术药物与疫苗 1.简述生物技术药物的概念。 2.举例说明基因工程药物、细胞工程药物的生产原理和意义。 3.举例说明生物技术疫苗的生产原理和意义。 4.进一步体验科学技术是一个不断发展的过程及理解科学、技 术、社会三者间的关系。 一二 一、生物技术药物 1.概念 生物技术药物一般是指利用DNA重组技术或其他生物技术生产 的药物。 2.种类 生物技术药物包括基因工程药物、酶工程药物、发酵工程药物、 细胞工程药物等。 3.基因工程药物 (1)生产过程:获得目的基因构建基因工程菌工程菌大规模培 养产物分离纯化除菌过滤半成品检测成品加工成品检测。 (2)最主要的环节:构建基因工程菌。
2、(3)特点:高效率地生产各种高质量、低成本的药品。 一二 4.细胞工程药物 (1)植物细胞培养制取药物的生产过程:植物细胞株固体培养 液体悬浮培养收集细胞提取纯化产物药物制剂。 (2)应用:许多药用植物如人参、甘草、红豆杉、黄连、银杏、紫 草和长春花等的细胞培养均获得成功;通过动物细胞培养生产如乙 肝疫苗、狂犬病疫苗、脊髓灰质炎疫苗等疫苗,以及干扰素、白细 胞介素、肿瘤坏死因子等药物。 一二 二、生物技术疫苗 1.概念 生物技术疫苗主要是指基因工程疫苗。 2.种类 (1)减毒活疫苗:利用基因工程删除细菌和病毒中抗原物质的基因 或基因片段而获得的疫苗。 (2)基因工程疫苗:利用基因工程技术,将病
3、原体的某个或某几个 抗原基因转入适当的宿主细胞进行表达,获得的表达产物可以作为 疫苗使用。 (3)DNA疫苗:是将致病微生物中能够编码引起机体免疫反应的 抗原基因与适当的载体结合,通过基因工程方法导入宿主细胞,通 过宿主细胞表达出抗原,引起机体免疫应答,从而达到预防和治疗 疾病的目的。 一二三 一、基因工程药物与它的生产流程 作为生物技术核心的基因工程,其作用之一是生产用于治疗的基 因工程药物。虽然将一些来源于人的生理活性物质作为药物已经 有许多年,但是许多在疾病诊断、预防和治疗中有着重要价值的人 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,由于材料来
4、源困难或制造技术问题而无 法生产。使用传统技术从动物脏器提取这些物质也因含量太低、 成本太高,使其应用受到限制;此外,在提取过程中还可能造成药物 被病毒感染,使制成的药物对病人产生严重后果。而一些非人源蛋 白质,长期使用会产生免疫反应等。 一二三 用基因工程可直接使用来源于人的基因生产药物,可以从根本上 解决上述问题。其最大的好处是不仅可以大量生产过去难以获得 的来源于人的各种生理活性的蛋白质和多肽药物,为临床应用提供 保证,还可以进一步深入研究它们的生理、生化和结构,从而扩大 这些物质的应用范围,发现和挖掘出更多的生理活性物质。通过对 基因进行改造,利用基因工程可以生产性能更加优良的药物。
5、一二三 基因工程药物的生产是个复杂的系统工程,首先要进行的是必不 可少的实验室基础研究,主要包括目的基因的发现、分离,将目的 基因插入适当的载体,转入新的宿主菌,构建工程菌,并使目的基因 在工程菌内进行复制和高效表达,建立、优化基因工程菌的培养和 表达目的产物的分离纯化方法,完善和确定基因工程药物的制备工 艺。再通过适当扩大规模的中间实验,确定生产工艺、设备及工程 设计后,才可能进行工业生产。工业生产过程主要包括工程菌的大 量培养和目的基因表达产物的分离纯化,然后,将获得的目的产物, 经适当配制,制成药物。在这个过程中,每一个阶段都包含若干步 骤,并且随基因来源、宿主种类、产物性质及其表达方式
6、、研究和 生产条件等不同而有较大变化。 一二三 基因工程药物生产与传统意义上的药物生产有许多不同,它使用 的是活细胞,产品又多是大分子的具有复杂结构和生理功能的蛋白 质,因而基因表达、宿主菌生长、产品精制、产品质量和药效等, 都可能因为原料、生产工艺、条件,甚至环境等生产过程的每一步 的变化受到影响。因此,严格控制生产过程的每一步和进行严格的 检测,确保产品质量和安全有效是基因工程药物生产中必不可少的。 利用基因工程不仅可以将目的基因转移到像大肠杆菌、酵母菌 等微生物中,现在还可以将目的基因转移到动物和植物细胞,利用 动植物细胞培养,或转基因动物或植物直接生产基因工程药物。但 是与利用基因工程
7、菌生产药物的产业相比,利用转基因动植物细胞 和转基因动植物生产药物还有较大的差距。 一二三 二、细胞工程药物 1.植物细胞培养制取药物 植物细胞在代谢过程中,能够产生一些有机化合物,如人参皂甙(人 参)、奎宁(金鸡纳),它们可以做药物。生物学家发现,植物细胞在液 体培养基上的分裂速度比在固体培养基上的要快得多。这种植物细 胞培养的方法大致是:选质地松软的愈伤组织放入液体培养基中,经 过一系列复杂的处理,使愈伤组织块上的细胞相互分离,制成单细胞 的悬浮培养物,然后将悬浮培养物放在发酵罐内进行培养,在适宜的 温度、pH等条件下,通入氧气,植物细胞就开始进行有丝分裂。人们 通过这种方法大规模培养植物
8、细胞,从中提取所需的物质。 植物细胞培养制取药物的流程如下: 植物细胞株固体培养液体悬浮培养收集细胞提取纯化产 物药物制剂 一二三 2.动物细胞培养制取药物 (1)动物细胞培养的主要步骤 取动物胚胎或出生不久的幼龄动物的组织剪碎成小薄片。 加入适宜浓度的胰蛋白酶处理,使细胞分散成单个细胞。 用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬浮液,再将细胞悬浮液 放入培养瓶中,置于适宜环境中进行原代培养,并适时进行传代培养。 (2)图示 一二三 三、新型疫苗 新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。 利用基因工程将病原体的某个抗原或某几个抗原基因转入适当 的宿主进行表达,获得的表达产物作为免疫原使用,这称为基因
9、工 程疫苗。比如,国际上大多数国家都使用基因工程乙型肝炎疫苗代 替血源疫苗,它可以避免血源疫苗的潜在危险。现在人们几乎可以 利用基因工程表达任何具有免疫原性的蛋白质或多肽,用来制备基 因工程疫苗。还可以将具有免疫原性的多肽与载体偶联,以便增加 其免疫原性。多肽疫苗具有有效的特异性免疫应答,避免了可能的 危害作用。 一二三 核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗,是近年备受人们关注的新 型疫苗。它是由编码能够引起保护性免疫反应的病原体抗原的基 因片段和载体构建而成,然后导入人体进行表达,产生抗原,引起免 疫反应。与其他疫苗相比,它的优点表现在以下几个方面:制备 的疫苗具有天然抗原形式,没有病原体在体
10、内复制和复制后致病的 问题,也不存在恢复突变和毒力回复问题;免疫应答全面,可引起 细胞免疫和体液免疫,也能诱导细胞毒性T淋巴细胞,从而预防细胞 内感染性疾病;单次接种可诱导长期或终身免疫;生产迅速、 简便,成本低;制备的疫苗不需要冷藏,易于保存和运输;可以将 具有不同抗原性的疫苗联合接种,有利于制成联合疫苗; 一二三 核酸疫苗能够完善婴儿的抗体应答,促进细胞内抗原的清除, 防止母体抗体介导的抑制。但是DNA疫苗也存在许多问题,比 如:刺激机体免疫反应的能力比较弱;目的基因往往表达水平 不高;在体内抗原蛋白的表达能够持续多久还不清楚;导入人 体的外源DNA有整合的危险,且整合的位点难以控制,有可
11、能诱发 基因突变,还可能引起免疫系统自身紊乱。因此,对核酸疫苗需要 进行深入研究,对其安全性和长效性进行观察,全面权衡核酸疫苗 的利弊。 题型一题型二题型三 【例1】 干扰素是治疗癌症的重要药物,传统的干扰素生产方法 是从人血液中的白细胞内提取,每300 L血液中只能提取出1 mg干 扰素,所以价格昂贵。某生物制品公司用如下图所示方法生产干扰 素。 从上述方式中可以看出该公司生产干扰素运用的方法是( ) A.个体间的杂交 B.基因工程 C.细胞融合D.器官移植 题型一题型二题型三 解析:由图可以看出,此方法属于转基因技术,即将人的淋巴细胞 中控制合成干扰素的基因取出后与细菌质粒结合,转移到酵母
12、菌体 内,产生干扰素。 答案:B 题型一题型二题型三 【例2】 下列哪种药物不是用基因工程方法生产的? ( ) A.干扰素B.白细胞介素 C.紫杉醇D.乙肝疫苗 解析:基因工程药物主要有细胞因子、抗体、疫苗、激素等。如 白细胞介素-2、干扰素、乙肝疫苗等,是利用基因工程技术将外源 基因导入细菌,使其高效表达得到的。紫杉醇是应用植物细胞培养 的方法制取的药物,属于细胞工程药物。 答案:C 题型一题型二题型三 【例3】 利用基因工程获得的疫苗与传统疫苗相比,其优点包括( ) 不易发生毒力回复 安全性强 遗传特性稳定 便于 大量生产 A.B. C.D. 解析:利用基因工程可以去除细菌和病毒中抗原物质
13、的基因或基 因片段,获得减毒更彻底、遗传特性更稳定、不易发生毒力回复、 安全性强的疫苗。 答案:D 1234 1.用基因工程生产胰岛素的主要优点是( ) A.工艺简单,容易操作 B.生产量大,价格较低 C.所生产的胰岛素可以口服 D.所生产的胰岛素疗效大大提高 解析:胰岛素是治疗糖尿病的有效药物,过去从猪、牛等的胰脏中 提取,产量低、价格高。用基因工程的方法可大量生产胰岛素,成 本较低,价格也低。 答案:B 1234 2.工程菌是指( ) A.用物理或化学方法诱发菌类自身某些基因得到高效表达的菌类 细胞株系 B.使同种不同株系的菌类杂交,得到的新细胞株系 C.用基因工程的方法,使外源基因得到高效表达的菌类细胞株系 D.从自然界中选取的能迅速增殖的菌类 答案:C 1234 3.欲使目的基因迅速表达基因药物,最好将目的基因导入哪类细 胞?( ) A.植物 B.细菌或真菌 C.动物D.病毒 解析:细菌或真菌繁殖快,可使外源基因迅速表达。病毒无独立生 存繁殖的能力。动植物繁殖周期长,不能使目的基因迅速表达。 答案:B 1234 4.动物细胞培养获得脊髓灰质炎疫苗是利用( ) A.病毒在细胞培养过程中繁殖快 B.病毒在细胞培养过程中为细胞提供生长因子 C.病毒必须寄生在活细胞内才能繁殖 D.病毒与动物细胞互利共生 答案:C