生物工程药物
生物工程与生物制药
生物工程与生物制药
生物工程与生物制药（上）
生物工程与生物制药是现代生物科技领域的重要研究方向，它们
以生物技术为基础，利用生物体内的生化反应和基因调控机制，开发
新的药物和改良现有药物，为人类健康事业作出了突出贡献。
生物工程是指利用生物体或其组成部分的遗传物质和基因工程、
细胞工程、酶工程、蛋白质工程等技术手段，对生物体进行改造和利
用的一门学科。在生物工程的研究中，人们常常利用基因编辑技术，
通过对基因的修改和载体的构建，实现对目标生物体的生化合成能力
升级、代谢途径调控以及产物纯化等。
生物制药是生物工程学科的一部分，是利用生物技术通过生物合
成的手段，生产和开发各种生物药物的学科。生物制药技术的发展，
极大地促进了新型药物的研发和创新。通过遗传工程技术，人们可以
将目标基因导入真核细胞或原核细胞中，利用其生化反应、调控机制
和产物分泌能力，实现大规模制备具有特定生物活性的药物。
生物工程与生物制药的研究与应用，是在现代生物科技发展的推
动下逐渐兴起的。大规模基因测序技术的发展，为研究人员提供了更
多关于生物基因组和代谢网络的信息，有助于人们深入了解不同生物
体的生化反应和调控机制。同时，高通量筛选技术和基于蛋白质工程
的抗体制备技术的出现，使得人们能够更加高效地进行新药物的开发。
生物工程与生物制药在医药领域的应用是广泛的。通过基因工程
技术获得的重组蛋白以及生物合成的药物，不仅可以提高药物的疗效，降低副作用，还可以实现个体化治疗。例如，基因编辑技术的应用使
得一些难治性遗传病有了有效的治疗方案，如囊性纤维化、血友病等。生物制药技术在生产抗体药物和蛋白质药物方面也取得了重要进展，
生物工程的药物设计
生物工程的药物设计
生物工程是一门结合生物学、化学、工程学和医学等多个学科知识，用于开发和应用生物技术的学科。在医药领域，生物工程的应用越来
越广泛，特别是在药物设计方面，它已经成为一种重要的技术手段。
本文将介绍生物工程在药物设计领域的应用以及相关的研究进展。
1. 药物设计的意义
药物设计是指根据疾病机理和分子作用机制，通过合理设计药物结构，以达到治疗疾病和改善患者生活质量的目的。传统的药物设计主
要依靠化学合成和药物筛选等手段，但是这些方法费时费力且效果有限。而生物工程的出现，为药物设计提供了新的思路和方法。
2. 生物工程在药物设计中的应用
生物工程在药物设计中的应用主要体现在以下几个方面：
2.1 基因工程
基因工程是生物工程领域最为重要的技术之一，它通过改变生物体
内部的基因结构和功能，来实现对药物的合成、调控和改良。利用基
因工程技术，可以改变药物的生物合成途径、提高药物的产量和纯度，甚至设计新的药物分子。
2.2 蛋白工程
蛋白工程是生物工程中的另一个重要领域，它通过改变蛋白质的结构、功能和稳定性，来设计和优化药物分子。蛋白工程技术可以用于
改善药物的活性、减少副作用，甚至开发全新的治疗方法，如蛋白质药物和基因治疗等。
2.3 细胞工程
细胞工程是利用生物工程技术对细胞进行改造和优化，以实现对药物的高效合成和表达。通过细胞工程技术，可以利用细菌、酵母等微生物表达药物蛋白，也可以通过转基因技术改造植物或动物细胞，实现大规模制备和产业化生产。
3. 生物工程在药物设计中的研究进展
随着生物工程技术的不断发展，药物设计领域也取得了一系列的研究进展。
生物工程药物
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基 因 工 程 药 物 无 性 繁 殖 系 的 组 建
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概念及构建过程
无性繁殖 即克隆，指制备一个亲本而来的彼此相 同的子代（无性繁殖系）的操作技术
构建过程
基因工程目的基因的制取
目的基因与分子载体的体外重组
重组载体引入宿主细胞的转化和转导 含目的基因重组子的筛选、鉴定和分析 目的基因在宿主细胞中的高效表达
基因工程制药中常用的载体
质粒
存在于微生物细胞内染色体外的小型闭合环状双链DNA分子 理想制粒载体特性 有复制子 选择标记 强启动子 尽可能小 多克隆酶切位点
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抗药性质粒可在细菌间传递
抗药基因
质粒
mRNA
抗药性菌株
质粒可进出宿主细胞
抗药酶 水解抗生素
抗药性新菌株
非抗药性菌株
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转基因技术的概念
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基因工程药物无性繁殖系的组建
化学合成法 构建基因文库法 √
目的基因的制取 √ √
酶促合成法
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目的基因的制取
限 制 酶
构建基因（染色体）文库
目标基因
限 制 酶
染 色 体
重组 基因
质粒载体
宿主菌
1 plasmid 1 cell
重组质粒 转入宿主
生物工程的生物制药
生物工程的生物制药
生物工程的生物制药已经成为当代医药行业的一个重要方向。借助生物学、化学和工程学的交叉融合，生物工程的生物制药通过改造生物体内的代谢途径，实现对有益分子的生产和提取，从而满足人类对于药物的需求。本文将从生物工程的起源、发展历程、制药技术、应用领域以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、生物工程的起源与发展历程
生物工程的发展起源于上世纪50年代末60年代初，当时人们开始研究和利用基因工程技术，追求通过基因操作来改变生物体自身的性状。这些研究为生物工程的后续发展奠定了基础。随着科技的进步，人们在生物工程领域取得了许多重要突破，如第一次成功制备重组蛋白质、克隆羊“多莉”的诞生等。这些里程碑事件推动了生物工程的快速发展和广泛应用。
二、生物制药的制药技术
生物制药是利用生物工程技术生产药物的过程。在生物制药的制药技术中，包括基因克隆、细胞培养与发酵、纯化与提取等关键步骤。首先，通过基因克隆技术，将编码目标蛋白的基因转入宿主细胞中，使其具有产生目标蛋白的能力。然后，通过细胞培养与发酵技术，大规模地培养转基因细胞，使其产生大量的目标蛋白。最后，通过纯化与提取技术，将目标蛋白从培养基中提取出来，并经过后续处理，制成成品药物。
三、生物制药的应用领域
生物制药的应用领域广泛，涵盖了医药、农业、环境保护等多个领域。在医药领域，生物制药可生产多种重要药物，如抗癌药物、生物
类似物药物、重组疫苗等。这些药物相比传统化学合成药物，具有更
高的生物活性和选择性，对患者的治疗效果更好。在农业领域，生物
制药可应用于植物基因改良，提高作物抗病虫害的能力，改善农作物
生物工程在生物制药中的应用
生物工程在生物制药中的应用生物工程是将生物学、化学、物理学等多学科知识有机结合，利用生物技术和工程学原理，对生物体进行改造和利用的学科。生物制药是指利用生物工程技术，通过对生物体进行基因工程、发酵、纯化等手段，生产药物或相关产品的过程。生物工程在生物制药中的应用，为医药行业带来了巨大的变革和发展，本文将分析生物工程在生物制药中的应用及其现状。
一、基因工程药物的研发与生产
随着基因工程技术的不断发展，基因工程药物成为了生物工程在生物制药中的重要应用之一。基因工程药物是通过改变或插入细胞的基因来实现疾病的治疗或预防的药物。其中，重组蛋白药物和抗体药物是基因工程药物的两个主要类别。通过基因工程技术，可以将目标基因导入到细胞中，经过表达、纯化等过程，最终生产出具有疗效的蛋白质药物。这种技术不仅提高了药物的产量和质量，还突破了传统药物的制备瓶颈，为疾病的治疗提供了新的手段。
二、发酵工程在药物制造中的应用
发酵工程是指利用微生物对废弃物或特定底物进行降解或转化，产生有用的产物。在生物制药中，发酵工程广泛应用于药物的生产过程中。以革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌为主要制药工具，通过发酵工艺和优化参数，使其大规模表达目标蛋白。此外，还可以利用发酵工程实现化学物质的转化，生产出具有医疗价值的化合物。发酵工程的应
用不仅提高了生物制药的效率，还降低了成本，为生物制药行业的发展带来了巨大的推动力。
三、基因组学在药物研发中的应用
基因组学是研究生物体基因组结构、功能和相互关系的一门学科。在生物制药中，基因组学的应用主要体现在药物研发过程中。通过对生物体基因组的深入研究，可以快速准确地找到潜在的药物靶点，加速新药的发现过程。此外，基因组学还可以帮助筛选合适的药物作用靶点，提高药物的有效性和选择性。基因组学技术的快速发展为生物制药的研发提供了更多的思路和方向，对药物研发的效率和质量有着积极的影响。
生物工程药物
生物工程药物
生物工程药物就是利用生物工程技术制造的药物，是生物工程服务于社会的一类新产品。它和传统的化学药物以及从动、植物中提取药物的最大区别在于生产过程。通过基因工程或细胞工程培养出高产菌种或动、植物细胞株，称为“工程菌”或“工程细胞株”，再利用现代发酵技术大规模培养，从中提取出所需药物。
人们利用基因工程可以生产天然稀有的医用活性多肽或蛋白质。例如，用于抗病毒、抗肿瘤的药物干扰素和白细胞介素等；用于治疗心血管系统疾病的药物有尿激酶原及组织型溶纤蛋白酶原激活因子等；用于防治传染病的有各种疫苗，如乙型肝炎疫苗、腹泻苗等；用于体内起调节作用的激素有胰岛素和其它生长激素等。自从1982年美国首次批准基因工程胰岛素上市以来，各国已有十多种基因工程医药产品先后获准上市，有更多的基因工程产品正在进行不同阶段的临床试验。基因工程制药产业已经初步形成。
人们通过细胞工程可以生产医药用的单克隆抗体。利用淋巴细胞杂交瘤株，通过大量细胞培养，可制备出高度专一和生物学结构单一的单克隆抗体。它在生物和医学的基础研究、疾病的诊断、预防和治疗中成为有力工具。
40年代初，青霉素的大规模液体深层发酵开创了现代发酵工程之先河。50年代，发酵产品种类迅速扩大。随着生物化学、基因工程和酶工程的发展，抗生素及其它微生物代谢药物的生产进入一个新阶段。利用微生物转化反应可以对化学方法难以合成的中间体进行合
成，结合化学方法研制新的合成路线，从而生产活力更强的衍生物，例如更高效的抗肿瘤药物羟基喜树碱和前列腺素；通过基因诱变，使微生物产生新的合成途径，从而获得新的代谢产物，例如去甲基四环素等；利用微生物产生的酶，对药物进行化学修饰，例如多种半合成青霉素的生产。
生物工程学在药物制剂研究中的应用
生物工程学在药物制剂研究中的应用随着科技的不断进步和创新，药物制剂研究领域也迎来了飞速的发展。其中，生物工程学的发展对药物制剂研究起到了非常重要的作用。本文将从基础研究、药物开发和临床应用三个方面来阐述生物工程学在药物制剂研究中的应用。
基础研究方面
基础研究是药物制剂研究的重要环节之一。生物工程学在基础研究方面的主要应用包括基因工程、细胞培养和蛋白质纯化等。
基因工程技术是通过改变目标基因序列结构或者转移外源基因到宿主细胞中，从而实现对细胞内分子生理和代谢过程的控制和调节。基因工程在药物开发领域的应用极其广泛，可以用于拓展药物靶点，优化药物结构，提高药物疗效，减少副作用等等。例如，利用基因工程技术，研究人员可以通过改变药物的靶点蛋白的结构和功能，产生更有效的治疗手段。而且，在基因工程技术的支持下，人类已经得以生产多种生物制品，例如生长激素、促红素、载脂蛋白等，这些产品极大地促进了医学治疗的发展。
细胞培养是一种重要的生物工程学技术，其主要应用于药物发
现和药物生产方面。细胞培养技术是通过将药物候选化合物加入
培养细胞、组织、器官或者动物等模型中，实现药物作用的初步
筛选和评估。此外，细胞培养技术还可以用于生产某些特定种类
的药物，例如免疫球蛋白和生长激素等。利用细胞培养技术，可
以产生纯化度高、效力强的药物，从而使药物的使用更加安全。
蛋白质工程是一种通过改变蛋白质结构、合成、折叠和功能等
方面，开发新药物的技术手段。蛋白质工程技术可以改变药物的
结构，提高药物的生物活性、稳定性和耐受性，从而产生更有效
生物工程技术在药物生产中的应用与前景
生物工程技术在药物生产中的应用与前景药物制造是生命科学中应用广泛的领域，而生物工程技术已经成为药物研究和生产的主要途径。人类通过观察动植物的生长变化并在自然界中寻找药物，已经是一个漫长而艰辛的过程。当现代生命科学的最前沿与药物制造工艺相结合时，人们能够开发出疗效更佳的药物，大幅度的降低药物的制造成本，并且加速了药物的研发速度。
生物工程技术现在广泛地应用于药物的生产和研究。通过生物工程技术，人们可以利用大肠杆菌菌体、真菌、动植物细胞等生物体来合成药物成分。这种方法与传统化学合成药物不同，可以减少污染，消除安全隐患，并且大大提高了药品的纯度和效果。利用生物工程技术来生产药物的过程，由于优点很多，也得到了更多的关注和讨论。
例如，在医学领域内应用广泛的酶，如丝氨酸蛋白酶促进器、载脂蛋白酯酶等，可以提高药品的溶解度和吸收性。这对于很多不能口服的药物来说，意味着一个功能的强化，从而使得患者能够更好地接受和使用药物。此外，利用生物体生产药物还可以避免不同来源的原材料之间更债的成分及毒素混杂，提高药品的安
全稳定性。同时，采用这种技术极大地减少了人力成本和难度，并且具有极大的生产可控性。
在波及全球的2019年新冠病毒疫情中，大量各种牵涉到药物制造的需求随着时间的推移在不减少。由于病毒比较新，没有足够的充分药物来阻止其传播，因此药品的需求量在疫情中成倍增加。生物技术对于快速制造并推向市场新的、有效的防疫药物，在疫情中展现开了宝贵的能力。在这个地球上表现出来的人类真正的敢爱和互助的精神将创造新的历史。
生物工程技术在药物制造中的应用与前景非常广阔，将诱发更多的社会和科学领域的合作与探索。未来的医药产业将会越来越注重疾病和药品之间的基础科学研究，以及如何更加快速和安全地转化这些科学研究成药品。这将是一个勇敢的新世界，一个基于生物与逻辑的未来之世。
生物工程与生物制药了解生物工程在药物研发与生产中的应用
生物工程与生物制药了解生物工程在药物研
发与生产中的应用
生物工程与生物制药：了解生物工程在药物研发与生产中的应用生物工程是一门将生物学、化学、物理学与工程学相结合的学科，它利用生物体内的生物分子来进行研究、设计和制造新型产品。生物制药是生物工程的一个重要应用领域，旨在通过利用生物工程技术来研发和生产药物。在药物研发与生产过程中，生物工程扮演着至关重要的角色，本文将重点探讨生物工程在这一领域的应用。
一、基因工程技术在药物研发中的应用
基因工程技术是生物工程的核心技术之一，它通过改变生物体的基因组来实现对生物体的改良和设计。在药物研发中，基因工程技术被广泛应用于以下几个方面：
1.1 基因克隆和表达
通过基因工程技术，科研人员可以从人体或其他生物体中克隆出编码特定药物的基因，并利用重组蛋白表达系统将其高效表达出来。这种方法可以大幅提高药物的产量，加快药物研发的速度。
1.2 基因编辑
基因编辑技术，如CRISPR/Cas9系统，可以精确修改生物体的基因组。通过基因编辑技术，科研人员可以针对一些疾病相关基因进行精准的修饰，以研究疾病机制并开发相应的治疗方法。
1.3 基因组学研究
基因组学研究可通过大规模测序技术来研究不同个体之间的基因差异，从而找到与疾病相关的基因改变。这为药物研发提供了新的方向和靶点，有助于开发更有效的治疗方法。
二、蛋白工程技术在药物研发中的应用
蛋白工程技术是生物工程领域的另一个重要技术，它通过改造和设计蛋白质的结构与功能来实现特定的应用。在药物研发中，蛋白工程技术广泛应用于以下几个方面：
生物工程在药物开发中的作用
生物工程在药物开发中的作用生物工程是一种将生物学、化学和工程学原理应用于生物体和生物
分子的研究和应用领域。它的出现为药物开发带来了革命性的变革。
通过利用生物工程技术，科学家们能够合成药物、研发新的疗法和改
善药物的制造过程。本文将探讨生物工程在药物开发中的重要作用。
一、基因工程和重组蛋白药物开发
基因工程是生物工程中最为关键的技术之一，在药物开发领域发挥
着重要作用。通过基因工程技术，科学家们可以将人类需要的特定蛋
白质基因导入到细胞中，并使其表达出特定的药物或蛋白质。这种方
法被广泛应用于重组蛋白药物的研发。
以胰岛素为例，通过基因工程技术，科学家们将胰岛素基因导入大
肠杆菌中，使其表达胰岛素蛋白。这种技术使得胰岛素的生产成本大
幅降低，并提高了纯度和质量，从而使更多糖尿病患者受益。类似地，基因工程技术还被用于生产其他药物，如生长激素、干扰素和血液凝
块解决剂等。
二、细胞培养和生物反应器技术
细胞培养和生物反应器技术是生物工程中常用的方法，用于生产各
种药物。在药物开发领域，细胞培养技术被广泛应用于生产抗体药物、疫苗和基因治疗药物等。
通过细胞培养技术，科学家们可以在体外培养大量的细胞，并使其
表达目标药物。这些细胞通常是哺乳动物细胞，如CHO细胞（Chinese
Hamster Ovary cell）或HEK细胞（Human Embryonic Kidney cell）。
细胞培养工程师可以优化培养条件，如温度、营养物和氧气供应，以
提高目标药物的产量和质量。
生物反应器技术是细胞培养的重要工具之一，用于大规模药物生产。生物反应器通常是一个特殊设计的容器，可以提供细胞生长所需的理
生物工程技术在药物开发中的应用
生物工程技术在药物开发中的应用近年来，随着科技的不断发展，生物工程技术在药物开发领域中的应用越来越广泛。而且，其优越的生物性和靶向性，大大的增加了开发出新型药物的成功率，使得人们的健康事业取得了长足的进展。
1. 基因工程技术在药物开发中的应用
为了开发出更加有效的药物，基因工程技术开始应用在该领域中。通过利用基因工程技术，可以更好地了解疾病的发生机理以及病原体的特性。并且，也可以制造出更加有效的药物，其中包括：单抗、重组蛋白等等。与传统的药物相比，生物技术所生产的药物可以具有更加高效率和少副作用的特点。
2. 基因测序技术在药物开发中的应用
随着基因测序技术的不断发展和成熟，已经可以很轻易地测算出生物体内的基因以及其所带来的危害。在药物研究和开发中，基因测序技术可以很好的启发研究人员的思路，开发针对特定疾
病的药物。基因测序技术的发展，降低了药物开发的成本以及时间，同样也使得药物的研究变得更加突出和具有针对性。
3. 基因编辑技术在药物开发中的应用
基因编辑技术是在细胞或生物体内删除、编辑特定的基因。这
种技术已经得到广泛的应用，尤其是在药物开发领域的应用。通
过基因编辑技术，科学家可以直接在基因水平上改变一个生物细
胞的DNA，从而增强其抗病性。而一旦实现基因编辑技术在药物
开发中的广泛应用，则有望开发出一批具有更高疗效、更安全性
及更广泛使用价值的药物。
4. 基因表达技术在药物开发中的应用
基因表达技术作为生物技术领域内的一项重要技术，在药物开
发中起到了十分重要的作用。通过基因表达技术，科学家可以大
量地表达人体中特定基因所编码的蛋白质，用于制造药物。同时，基因表达技术可以摆脱传统药物所带来的潜在危害，而且操作简单，高效率。通过基因表达技术所制造的药物，可以更好地解决
生物工程中的生物制药技术
生物工程中的生物制药技术生物制药技术是一种应用生物工程原理和技术进行制药研究与开发的领域，它将生物学、化学和工程学相结合，利用生命体系合成药物或高附加值化合物。在生物工程中，生物制药技术具有广泛的应用，如通过基因工程技术合成重要蛋白质药物、生产生物疫苗、开发新型抗生素等。
一、生物制药技术的背景
生物制药技术的兴起得益于基因工程的发展。基因工程技术的突破使得科学家能够通过改造基因组来生产特定的蛋白质。这项技术的出现为制药工业带来了巨大的变革，提高了新药的研发速度和成功率。
二、重要的生物制药技术
1. 基因工程技术：基因工程技术是生物制药技术中最为关键的技术之一。通过重组DNA技术，科学家可以将感兴趣的基因插入到宿主细胞中，使其产生特定蛋白质。这种技术被广泛应用于蛋白质药物的生产。
2. 细胞培养技术：细胞培养技术是生物制药技术中的另一个重要组成部分。通过将特定细胞培养在含有营养物质的培养基中，科学家可以大规模地生产特定蛋白质。这种技术被广泛应用于生产生物疫苗和其他蛋白质药物。
3. 蛋白质纯化技术：蛋白质纯化技术是生物制药技术中的关键步骤之一。由于蛋白质的复杂性和多样性，如何纯化目标蛋白质是一项具
有挑战性的任务。目前，常用的蛋白质纯化技术包括离子交换层析、
凝胶过滤层析和亲和层析等。
4. 脱毒技术：脱毒技术是用于生产疫苗和其他生物制品的重要技术。通过利用化学物质或热处理来杀灭病原体或去除毒素，确保生物制品
的安全性和有效性。
三、生物制药技术的应用
1. 生物疫苗的生产：生物制药技术在生产疫苗方面具有重要的应用
生物工程在药物研发中的应用前景
生物工程在药物研发中的应用前景生物工程是一门将生物学、化学、工程学和计算机科学等多个学科
融合起来的交叉学科，其应用领域非常广泛。在药物研发领域，生物
工程通过基因工程技术、蛋白工程技术等手段，为新药的研发提供了
广阔的空间和新的可能性。本文将从药物发现、药物生产和药物传递
等方面介绍生物工程在药物研发中的应用前景。
一、生物工程在药物发现中的应用前景
药物发现是指通过发现并开发具有治疗作用的新化合物来解决各种
疾病。传统的药物发现方法通常依赖于天然产物或化学合成的化合物，但这些方法存在着时间长、费用高、效果低等问题。而生物工程技术
的发展为药物发现提供了新的途径。
1. 基因工程技术在药物发现中的应用
基因工程技术可以通过改变生物体的基因组，使其表达具有治疗作
用的蛋白质。例如，通过基因工程技术可以将具有抗癌作用的基因导
入细胞中，使细胞产生抗癌蛋白质，从而实现治疗。这种方法可以避
免传统药物研发中存在的化合物筛选和合成的繁琐过程，大大加快了
新药的研发速度。
2. 蛋白工程技术在药物发现中的应用
蛋白工程技术是通过改变蛋白质的结构和功能，使其具有更好的药
理活性和生物稳定性。通过这种技术，可以改造已有的药物，提高其
疗效和耐药性，也可以设计新的蛋白质药物。例如，通过蛋白工程技
术可以修改抗体的结构，增强其对肿瘤细胞的特异性识别和杀伤作用，从而提高抗肿瘤药物的效果。
二、生物工程在药物生产中的应用前景
药物生产是指将药物的研发成果大规模制造的过程。传统的药物生
产方法通常依赖于化学合成，但这种方法存在着原料高昂、污染环境
等问题。而生物工程技术的发展为药物生产提供了新的解决方案。
生物工程制药
生物工程制药
生物工程制药是近年来兴起的一项新兴领域，其通过运用生物技术，结合传统制药技术，研制和生产新型药物。生物工程制药的出现，颠
覆了传统制药行业的格局，对人类的健康事业产生了革命性的影响。
本文将从生物工程制药的定义、发展历程、技术应用以及前景展望四
个方面，对此进行深入探讨。
一、生物工程制药的定义
生物工程制药是指利用生物技术手段，通过对生物材料的加工和改良，生产出可以治疗疾病或改善人类健康的药物。与传统制药相比，
生物工程制药注重利用生物学的基本原理，开发新的治疗手段和药物。其生产过程包括基因克隆、表达、纯化和检测等环节，具有高度的科
技含量。
二、生物工程制药的发展历程
生物工程制药起源于上世纪80年代，当时基因重组技术的突破为
生物工程制药的发展奠定了基础。随着科技的进步和生物学研究的深入，越来越多的生物工程制药公司相继成立。在过去的几十年里，生
物工程制药行业取得了惊人的成就，不仅成功研制了多种重要药物，
而且为人类医疗事业做出了巨大贡献。
三、生物工程制药的技术应用
生物工程制药的技术包括基因工程、蛋白工程、细胞工程等多个方面。其中，基因工程是生物工程制药的核心技术之一，通过对目标基
因的选择、修改和表达，实现药物的生产。蛋白工程则是生物工程制药的重要组成部分，通过改造蛋白质的结构和功能，提高药物的活性和稳定性。细胞工程则涉及对细胞的遗传改造，使其具备高效的合成能力，为药物生产提供基础。
四、生物工程制药的前景展望
生物工程制药具有广阔的发展前景。从技术上来讲，随着基因测序技术和基因组学的不断进步，我们将能更好地解读和利用基因信息，发现更多新的药物靶点。此外，随着高通量筛选和人工智能等技术的应用，药物研发的效率将得到极大提升。从市场上来讲，随着人们对健康需求的不断增加，生物工程制药市场将愈发庞大。而制药企业也将面临更大的发展机遇和挑战。
生物技术药物
1、生物技术药物：生物技术药物又称基因工程药物，通常指以DNA重组技术生产的蛋白质、多肽、酶、激素、疫苗、单克隆抗体和细胞因子类药物，也包括用蛋白质工程技术制造的上述产品及其修饰物。另外，应用生物技术研究开发的反义药物和用于基因治疗的基因药物和核酶也属于生物技术药物发展领域。
2、药物受体：存在于细胞膜，细胞浆和细胞核内，是一些能与生物活性分子如神经递质、激素、药物等相互作用的分子，蛋白质是最重要的一类药物受体，除此之外还有细胞的其他成分，如核酸等
3、新药：指未曾在中国境内上市销售的药品。对已经上市的药品改变其剂型、改变给药途径、增加新适应症的药品注册任然按照新药申请的程序申报。
4、竞争性与非竞争性受体拮抗剂：
竞争性受体拮抗剂：内在活性为0，与受体结合后本身不产生生物效应，但与激动剂竞争相同受体，拮抗作用是可逆的，使用足够浓度的激动剂仍可达到最大效应，即拮抗作用可以随着激动剂浓度的增加而解除。
非竞争性受体拮抗剂：在任何浓度下都可阻止激动剂在特定受体产生最大效应，使激动剂的量-效曲线向右移，但斜率及最大效应均降低，它与受体结合后，可以妨碍激动剂与受体的结合，或使激动剂与受体结合后不产生生物效应。因此增加激动剂浓度不能解除非竞争性拮抗剂的拮抗作用。
5、先导化合物：从众多天然来源或化学合成的候选化合物中发现具有进一步研究开发意义的物质，具有特定生理活性的化合物，可作为结构修饰和改造的模型，从而获得预期药理作用的药物称为先导化合物，是新药研究的起始和基础。
6、高通量药物筛选:高通量药物筛选(high throughput screening,HTS)是近年发展起来的新药筛选新方法,主要由自动化操作系统、高灵敏度检测系统、分子细胞水平的高特异性体外筛选模型及被筛样品管理库(即样品库)的建立、数据采集传输处理系统等5个主要部分组成,使实验过程程序化,有合理、科学的管理系统。由于这些筛选方法是在微量条件下进行,同时采用自动化操作系统,可以实现大规模的筛选,因而称为高通量药物筛选。
生物工程与生物制药
生物工程与生物制药
在现代医药领域中，生物工程和生物制药起到了极为重要的作用。随着科学技术的不断发展，生物工程和生物制药技术经过多年的研究和实践，已成为新药研发和生产的重要手段。本文旨在探讨生物工程和生物制药在医药领域中的应用和前景。
生物工程是应用生物学、化学、工程学等相关学科的原理和方法，利用活体细胞、酶、基因、蛋白质等生物体的活性成分和代谢产物来开展科学研究和生产应用的一门工程学科。与传统的化学合成药物相比，生物工程制备的药物具有更高的效果和更好的安全性。生物工程制药是将生物学、化学、工程学等关联学科的理论和技术相结合，通过基因工程和蛋白质工程等手段，以生物技术产业链为核心，生产特定的生物制品，如蛋白质药物、疫苗、抗体药物等。
在药物研发方面，生物工程技术为科学家们提供了更多的选择和可能性。通过基因工程技术，科学家们能够将具有特定功能的基因导入细胞中，使细胞表达并产生所需的药物分子。这使得传统药物研发中的很多限制得到突破，为新药的研发提供了更多的机会。同时，生物工程技术还能够产生高效的药物载体，提高药物的传输效率和药效。通过药物载体的设计和优化，科学家们可以实现药物针对性输送和缓释，增强药物的治疗效果，减少患者的副作用。
生物工程和生物制药技术在生产方面也取得了重要进展。借助生物反应器和震荡培养等生物工程技术手段，科学家们能够大规模培养细胞和菌株，生产大量的药物分子。同时，生物工程技术还能够通过蛋
白质纯化技术和检测技术对药物进行监测和质量控制，确保药物的安
全性和有效性。
值得一提的是，生物工程和生物制药技术也在个性化医疗方面发挥
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现代生物技术包括：
基因工程、细胞工程、酶工程、微生物发酵工程、生物电 子工程、生物反应器、灭菌技术及新兴的蛋白质工程等，其 中，基因工程是现代生物工程的核心
人类60％以上的生物技术成果集中应用于医药工业，用以 开发特色新药或对传统医药进行改良，由此引起了医药工业 的重大变革，生物技术制药得以迅速发展 生物工程药物主要包括三大类：基因工程药物、生物疫苗 和生物诊断试剂。其在诊断、预防、控制乃至消灭传染病， 保护人类健康延长寿命中发挥着越来越重要的作用。
老张的儿子觉得老张精神不大好，赶紧带他去医院做全面检查，基 因检测结果发现，老张的肝细胞也发生了癌变，立刻住院治疗。
治疗的效果相当好，没过多久就可以出院了。 医生说，还好发现得及时，要不然也很麻烦。 这时传来了老友去世的消息，老张不禁慨叹人生事变化无常，令人 唏嘘。
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DNA取样
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恶性肿瘤和病毒性疾病
长生药业
双鹭药业
沈阳三生
山东金泰
北京四环
九发股份
IL-4
上海华新
复星实业
天目药业
东阿阿胶
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基因工程药物
特性 功能
CSF
是一种糖蛋白，G-CSF, M-CSF, GM-CSF 刺激造血细胞增殖、免疫细胞成熟
适应症
贫血、白血病、粒细胞缺乏、血小板减少
Amgon
九发股份
杭州九源
双鹭药业 厦门特宝 长春金赛 华药金坦 海南华康
细胞处于最适摄取和容忍外来DNA的生理状态
二、转化及转染、转导作用 转化作用
把带有目的基因的重组质粒DNA引入受体细胞的过程 称为转化
转染作用
重组噬菌体或病毒DNA直接引入受体细胞的过程
转导作用 病毒、噬菌体介导（有蛋白质外壳包装）
22
(五)重组体的筛选和鉴定 1.直接选择法
抗药性标志选择 标志补救 表达产物与营养缺陷互补 α —互补蓝白斑筛选 分子杂交 探针 原位杂交 Southern印迹法 限制性酶切图谱/PCR
转基因技术是指把从动物、植物或微生物中分 离到的目的基因，通过各种方法转入生物体内，如 动物、植物等。被转入的基因通过目前还不明了的 机理整合到被转入生物体的染色体中并能稳定地遗 传给下一代。这种被转入的基因即称为转基因。而 获得外来基因的生物体就被称为转基因生物体，如 转基因植物、转基因动物等。
29
15
基因工程药物无性繁殖系的组建
化学合成法 构建基因文库法 √
目的基因的制取 √ √
酶促合成法
16
目的基因的制取
限 制 酶
构建基因（染色体）文库
目标基因
限 制 酶
染 色 体
重组 基因
质粒载体
宿主菌
1 plasmid 1 cell
重组质粒 转入宿主
17
目的基因的制取
构建cDNA文库（反转录法或酶促合成法） 步骤 真核细胞总RNA的分离 mRNA的分离纯化 在逆转录酶和Oligo dT存在下 合成cDNA第一链 酶促合成cDNA第二链 连接酶切位点并酶切 重组到酶切后的质粒载体 转化宿主菌，得到cDNA文库
山东齐鲁
深圳新鹏 北海方舟 上海三维 顺德南方 里亚哈尔
38
基因工程药物
特性 功能
是一种非糖基化蛋白
TNF
直接杀死肿瘤细胞，调节免疫
适应症
肿瘤、癌症
复星实业
39
基因工程药物
特性 功能 适应症
是一种丝氨酸蛋白酶 激活纤溶酶，溶血栓 心肌梗塞等血栓类疾病
tPA
九发股份 湖北科亮
40
基因工程药物
特性 功能
5
生物工程药物特点
•高风险。 •高收益。生物工程药物的利润回报率很高。一种新生物药 品一般上市后2-3年即可收回所有投资，尤其是拥有新产品、 专利产品的企业，一旦开发成功便会形成技术垄断优势， 利润回报能高达10倍以上。
6
二 、 基 因 工 程 药 物 及 其 产 品
7
基因工程技术
从生物细胞中获得目的基因，并将此目 的基因插入载体，拼接后（重组）转入新的 宿主细胞，构建成工程菌、细胞及转基因动 物，实现遗传物质的重新组合，并使目的基 因在工程菌、细胞及转基因动物内进行复制 和表达的技术。
4
生物工程药物特点
• 高技术。这主要表现在其高知识层次的人才和高新的技术 手段。生物制药是一种知识密集、技术含量高、多学科高 度综合互相渗透的新兴产业。 • 高投入。国外研究开发一个新的生物工程药物平均费用在 1-3亿美元左右，并随新药开发难度的增加而增加（有的还 高达6亿美元）。一些大型生物制药公司的研究开发费用占 销售额的比率超过了40％。 • 长周期。新药开发平均10-12年。
34 成都地奥
基因工程药物
特性 功能
是一种非糖基化多肽激素 刺激身体生长
hGH
Genentech
枯草芽孢杆菌
适应症
侏儒症
Cellteck
哺乳动物细胞
Novo Nordisk
Bio Technology
Serono
长春高新
金塞药业
35
基因工程药物
特性 功能
是一种蛋白质
IFN
北京三元
天津立达
广谱的抗病毒活性、抗细胞分裂和调节免疫
DNA重组技术
分子克隆技术
8
基因工程药物的生产
1. 细菌表达系统 2. 酵母表达系统 3. 昆虫表达系统 4. 哺乳细胞表达系统 5. 乳腺生物反应器 6. 转基因鸡 7. 植物生物反应器
9
重组DNA技术
载体DNA +dGTP 3′ PolyG 目的基因
3′
3′
+dCTP 3′ PolyC
10
质粒可以大量制备
情景二
你有一个美丽善良的妻子。
你还有一个高薪而稳定的好工作，事业蒸蒸日上，生活幸福美满。
就缺一个孩子，等了好多年，妻子终于怀上了小宝宝，你好开心。 在一次产前检查中，医生却告诉你最好不要生下这个小孩。
因为基因检测的结果发现小宝宝基因有缺陷。
44
情景三
年纪大了，老张觉得身体不如以前了。 昨天听到了一个消息，几十年的老友得了肝癌，因为发现得太迟， 已经到了晚期，最多还能活三个月。
适应症
恶性肿瘤、病毒性疾病
Schering-Plaugh
Biogen 深圳科兴
丽珠生物
天奥制药
Serono
哈药集团
长生药业
三生药业
复星实业
海王生物 里亚哈尔
安科 华新
三生药业 新大洲药业
36 上海、长春生物制品研究所
基因工程药物
特性 功能
是一类糖蛋白，共10多种 免疫活化、抗肿瘤、诱导发热
IL
适应症
是一种HBV抗原蛋白 刺激机体产生HBV抗体
重组乙肝疫苗
适应症
预防乙肝
华北制药 长春生物 天坛生物 深圳康泰 Merck Amgen
41
基因工程药物
其它
心钠素
SOD
抗血友病因子 凝血因子
表皮生长因子 链激酶
基因工程抗体
其余基因工程疫苗
42
生物诊断试剂
DNA诊断 基因诊断
基因诊断—用分子生物学的技术对引起疾病 的原因--遗传基因,致病微生物和寄生虫,以 及某些恶性肿瘤在基因水平上进行病原学和 细胞遗传基因的检测和分析.
基因工程制药中常用的载体
质粒
存在于微生物细胞内染色体外的小型闭合环状双链DNA分子 理想制粒载体特性 有复制子 选择标记 强启动子 尽可能小 多克隆酶切位点
27
抗药性质粒可在细菌间传递
抗药基因
质粒
mRNA
抗药性菌株
质粒可进出宿主细胞
抗药酶 水解抗生素
抗药性新菌株
非抗药性菌株
28
转基因技术的概念
DNA/RNA产前诊断、携带者测试、症候前 诊断、遗传病易感性等
43
情景一
你去应征一份高薪的好工作，且在面试的过程，你表现得很好。 过几天，你去理发，理发师用力梳理你的头发。当你走出理发店后， 有一个人进来，给这位理发师一些钞票，然后用一个袋子装入你掉在 地上的头发。 再过几天，你接到通知，不被录用。 因为在你的头发细胞中侦测出有基因上的缺陷。
基因工程制药中常用的载体 分子载体
种 类 用 途
作为外源基因的运载体，在细胞内可进行自我复 制的DNA分子，又称为无性繁殖载体。
克隆载体
表达载体
质粒
λ噬菌体
粘粒
M13噬菌体
动植物病毒
特点：带表达构件—转录和翻译 所需的DNA序列 含启动子—核糖体结合位点—克 隆位点—转录终止信号 – 启动子：trp-lac(tac)启动子、 λ 噬菌体PL启动子、T7噬菌体 启动子 – 核糖体结合位点(ribosomebinding site,RBS)：起始密 码子(ATG)和SD序列 – 转录终止序列 26
第十四章 生物工程药物：
现状与未来
1
一、 前 言
在现代生物学发展伊始，就曾有科学家预言， 21世纪将是生物技术主宰的世纪。然而，相当多的 人们并没有意识到这句话的含义。直到 1997 年 3 月， 一个名叫“多利”的小羊诞生被新闻媒介公布后， 人们才第一次严肃地关注起当今生物技术来，谈论 着生物技术能给人类带来些什么……
cDNA合成 5′磷酸化、探针标记 3′末端多聚尾 切除末端磷酸基
13
基 因 工 程 药 物 无 性 繁 殖 系 的 组 建
14
概念及构建过程
无性繁殖 即克隆，指制备一个亲本而来的彼此相 同的子代（无性繁殖系）的操作技术
构建过程
基因工程目的基因的制取
目的基因与分子载体的体外重组
重组载体引入宿主细胞的转化和转导 含目的基因重组子的筛选、鉴定和分析 目的基因在宿主细胞中的高效表达
转基因动物的制作方法
1. 原核期胚胎的显微注射 2. 逆转录病毒载体感染
3. 精子载体法
4. 胚胎干细胞技术
30
转基因动物研究的应用
1. 基因功能与调控的研究 2. 建立人类疾病的动物模型 3. 生产药用蛋白 4. 提高畜产品产量、改善产品品质 5. 动物抗病育种 6. 异种组织和器官移植
31
重组人类药用蛋白在动物乳腺中的表达
基因治疗 gene therapy 基因治疗—就是向有功能缺陷的细胞补充相 应功能基因，以纠正或补偿其基因缺陷， 从而达到治疗的目的。
毫克/升 1.0 克/升 4.0 克/升 0.7 克/升 0.45
绵羊
山羊
猪
牛
0.025 微克/升 0.3 克/升 5.0 克/升 35.0 克/升 6.0 克/升 14 克/升 20 克/升 10 克/升 1 克/升 0.75 克/升 3 克/升 2.4 克/升
32
基因工程药物
特性 功能
是一种多肽激素
从文库中筛选目的基因
核酸杂交法 抗体检测法
cDNA克隆的同胞选择法
20
(二)克隆载体的选择和构建 (三)外源基因与载体的连接（DNA连接酶） 连接方式 1. 粘性末端连接 连接效率高 相同酶切末端 配伍末端 2.平端连接 连接效率低 3.同聚物接尾法 4.人工接头法
21
(四) 重组DNA导入受体菌 制备感受态细胞 冷的氯化钙处理
2.非直接选择法 免疫学方法
23
克隆基因的表达 载体有转录、翻译的元件 密码子通用 1 、原核表达体系 原核表达载体的标准 • 合适的筛选标志 • 强启动子 • 翻译控制序列 • 多克隆位点
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在真核细胞中表达重组药物蛋白
病毒表达载体 真核表达载体
感染
转化
mRNA
AAAAA
CYTOPLASM
25
DNA
CsCl ultracentrifugation
plasmid RNA
11
基 因 具工 酶程 及制 分药 子中 载常 体用 的 工
12
工具酶 酶类型
限制性核酸内切酶
DNA连接酶
作用
切割DNA
生成3′- 5′磷酸二酯键
DNA聚合酶
反转录酶 多聚核苷酸激酶 末端转移酶 碱性磷酸酶
探针标记、补平3′末端
动物品种 兔 启动子 兔ß－酪蛋白 牛α S1 －酪蛋白 山羊ß－酪蛋白 绵羊ß－乳球蛋白 绵羊ß－乳球蛋白 绵羊ß－乳球蛋白 绵羊ß－乳球蛋白 绵羊ß－乳球蛋白 山羊ß－酪蛋白 山羊ß－酪蛋白 山羊ß－酪蛋白 山羊ß－酪蛋白 小鼠 WAP 绵羊ß－乳球蛋白 小鼠 WAP 人α －乳蛋白 蛋白质 hIL 2 hIGF-1 h α1AT hPC hfIX hPC hfribrinogen h α1AT htPA hATIII h α1AT Anti-cancer Mab hPC hPC hfVIII ha-lac 表达浓度
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两种基因文库： cDNA 基因库 vs 染色体基因库
表现中基因 全部基因 染色体 DNA Restriction digestion 基因片段
mRNA
Reverse transcription
cDNA
完整基因
使用质粒为载体
基 因 库 较 小
基 因 库 较 大
使用质粒或 19 噬菌体为载体
目的基因的制取
Insulin
维持血糖恒定，调控细胞内多种代谢途径
适应症
糖尿病
Eli Lilly
rA + rB 化学合成 Novo Nordisk rInsulin
胰岛素原
酶法
Insulin
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基因工程药物
特性 功能
是一种糖蛋白 刺激红细胞分化增殖
EPO
适应症
多种贫血
Amgon 瑞士罗氏 南京华欣 沈阳三生
Ortho 日本麒麟 华药金坦