第十一章 现代发酵技术 —现代生物技术在发酵工业中应用(1)

将人体目的基因克隆到大肠杆菌的操作步骤
基因工程的六大基本步骤：
一. 目的基因的获得； 二. 载体的制备； 三. 基因和载体的体外连接（重组）； 四. 重组基因的导入受体细胞和重组子的检测； 五. 克隆基因的表达； 六. 基因工程产物的检测或分离
Genetic engineering of Recombinant Expression Systems
第二节 基因工程菌的发酵
一、基因工程菌的概念
基因工程是指将一种或多种生物体（供体） 的 基因在体外进行剪切和组合，然后与载体连接，并 通过载体转入到另一种生物体（受体）内，使其按 照人们的意愿遗传并表达出新的性状。 基因工程的三大要素： ☆：供体； ☆：载体； ☆：受体 基因工程的三大技术： ☆：剪切； ☆：连接 ； ☆：转入
大肠杆菌 (Escherichia coli):遗传背景清楚， 基因工程操作方便，商品化表达载体种类 齐全，表达效率高；
Current products from E. Coli
四）制约我国生物技术制药技术瓶颈
制约我国生物药物发展的主要瓶颈： 1、上游构建： 1）停留在细胞因子的构建 2）表达系统停留在细菌
2、下游技术的落后。 所谓下游技术是在构建了稳定高效表达的
工程细胞(或菌种)之后,进行大规模细胞培养 (或工程菌发酵)、分离纯化、制剂、质量控 制等一系列工艺技术。
生物药物下游技术发展缓慢的原因： 生物制药下游过程工艺十分复杂，需要较 高的技术和进的设备条件，同时，又无固定模 式可以借鉴，主要靠自己实践摸索。 要解决这一问题，只有通过多学科技术合 作，增加人力和财力投入,提供先进工艺设备。
重，出现了一哄而上的过热现象，市场恶性竞 争，无法实现规模效益。 4.产品信誉 国外：产品信誉较好 国内：产品信誉低，“出现信洋不信中，买洋 不买中”现象
5.创新与知识产权
国外：创新意识高，特别注重知识产权（主要是专 利、商标）保护
国内：创新意识低，严重缺乏自主知识产权产品， 当前，我国已产业化的几十种基因工程药物和疫 苗中只有几种拥有自主知识产权，其他均为仿制 产品。
（5）美国1300多家生物技术公司的60%以上， 欧洲800多家生物技术公司中近80%集中在医药 领域；
（6）生物制药市场资本总额达3500亿美元，主要 生物技术药品有红细胞生成素、胰岛素、干扰素 等，年销售额均在10亿美元左右。2004年生物 药物销售额达400亿美元。
（7）美国FDA正式批准上市的已有117种生物技术 药物用于治疗各种疑难病和常见病，仅2001年上 半年就批准了27种；
3) 现代生物技术与发酵工程技术：
（1）现代生物技术70％以上的集中在生物制药 领 域 。 2000 年 全 世 界 生 物 技 术 药 物 产 值 达 1000亿美元。
（2）各国对生物技术的投资80%以上集中在医 学生物技术领域；
（3）生物技术研究开发的60～80%的力量主要 集中在医学领域
（4）总销售额超过10亿美元的生物技术产品主要 为医药生物制品；
中国生物技术药物
国产α－干扰素市场占有率已经超过进口 产品，我国首创的γ－干扰素已具备向国外 技术转让能力，新一代干扰素正在研制之中。
据有关部门预测，未来我国生物技术药物， 年增长率不低于25％，年总产值将超过30亿元 人民币以上，发展前景十分广阔。
中国生物技术药物存在的问题
1.研发投入 国外：2－3亿美元/基因药物 国内：10多年来，对生物制药的总投入仅有40 多亿元
二、现代生物技术（modern Biotechnology)
又称生物工程或生物工艺学:
现代生命科学基础
工程技术手段
按预先设计改造
其他基础学科科学原理
生物体或加工生物
原料生产出所需产品或达到某种目的
工程技术。
三、生物技术与发酵工业
1) 天然发酵与传统酿造业 酿酒、制酱、制醋、奶酪 由于传统酿造业是和当地的风土相适应而
常年累月慢慢发展起来的，此领域对技术进步 有顽固拒绝的倾向。
2) 生物技术与经典发酵
（1) 微生物发现、无菌操作技术与纯培养： 厌氧发酵：
甘油、酒精、丙酮-丁醇发酵生产； （2) 化学工程进步与深层培养发酵技术： 液态深层发酵：
抗生素、有机酸、氨基酸、酶制剂的生产；
(3) 生物化学、微生物生理学和遗传学的发 展与代谢调控发酵技术： 氨基酸、核苷酸生产 (4) 酶化学进步与微生物转换技术： 可的松、黄体酮等甾体类激素的生产
2.投融资与产业化模式 国外：政府、企业、科研院所三位一体，大、 中小企业结成战略联盟 创投基金（风险资金）体系相对成熟 国内：政府、企业、科研院所各自为政或偶尔 两两结合 投融资机制不健全
3.市场竞争环境 国外：市场竞争激烈，但秩序较好，市场份额
多为大公司所垄断 国内：仿制与重复建设、重复生产现象非常严
（8）处于临床研究阶段的有1000多种； （9）近20年来，生物技术制药占国际药物和生物
制品的份额逐年递增，到2002年已达到13%； （10）目前，有200多种生物医药在临床三期试验，
几年内将有近90种以上的新药产生，相当于过去 20年新药上市的总和。
（11）正在研制的1000多种新药分布
主治病症 癌症 阿尔茨海默症 心脏病、心肌梗塞、AIDS和精神病 糖尿病 关节炎 帕金毒氏病 骨质疏松症 儿童治疗使用
第十一章 现代发酵技术
—现代生物技术在发酵工业中应用
第一节 生物技术概述
一、生物技术的概念（Biotechnology):
1917年匈牙利工程师 Karl Ereby首先提出 1982年国际合作与发展组织（ICDO）重 新对生物技术进行了定义，生物技术就是应用 自然科学及工程学原理，依靠微生物、动、植 物（细胞）体作为生物发应器，将原料加工以 提供产品，为社会服务。
生物新药数量 400来种 26种 100多种 25种 19种 16种 14种 200多种
全球生物技术药品销售额
源自文库增长情况 450
500
300
130
亿美元
0 1998 2001 2006 年
生物技术药物的获得主要是通过基因工 程菌的发酵及动植物细胞培养来获得的,因 此生物技术的产业化离不开发酵工程技术。