生物工程下游技术-绪论
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
定向地改造生物或其功能，创造出具有新物种，再通过合 适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行 大规模的培养。
生物工程产业领域
➢ 生物制药（抗生素，基因重组蛋白，氨基酸，疫苗，菌苗，
天然药物，生化药物，血液制品，抗体，多糖，多肽）
➢ 生物化工（乳酸，柠檬酸，苹果酸，丙烯酸，甘油，异丙醇，
乙烯）
生物工程下游技术的发展历程
第三代：20世纪70年代末
➢ 以崛起的DNA重组技术及细胞融合技术为代表。 ➢ 在主要领域：基因工程、酶工程、细胞工程和微生物发酵
工程取得了长足进步，一批高附加值的产品开始面世，如 乙肝疫苗、干扰素等。 ➢ 80年代，发现了一大批生理功能性物质，如活性糖质、活 性肽、高度不饱和脂肪酸等，在深度和广度上都取得了很 大的进展。 ➢ 新技术有超临界CO2萃取技术、膜过滤、渗透蒸发技术、 各种色谱（层析）技术等。
电泳技术：利用带电粒子在电场中移动速度不同而 达到分离的技术。
常见：区带电泳、移动界面电泳、等电聚焦电泳、 等速电泳。
琼脂糖(agarose)凝胶电泳(核酸电泳)
凝胶的孔径较大，可用于生物大分子 （核酸）的分离，现分离核酸手段主 要为琼脂糖电泳。
电泳的驱动力靠DNA骨架本身负电荷。 现常用1%的琼脂糖。 可区分相差100bp的DNA片段，分辨率
2000年广东省科技进步二等奖(2000-J-2-R02-X058)： 《重组蛋白质表达 、复性、纯化新工艺及人G-CSF新药研制》（王小宁，方向东，宁云山， 马骊，张亚莉，贺海平，林来兴妹，黄树其，胡志明，陈泽洪）
转让：江苏吴中实业股份有限公司（1200万） 商品名—洁欣
生物工程下游技术的定义和阶段
下游加工过程应遵循的原则
时间短； 温度低； pH适中（选择在生物物质的温度范围内）； 严格清洗消毒（包括厂房、设备及管路，注意死角）; 对基因工程产品还应注意生物安全（biosafety）问题，
要防止菌体扩散，一般要求在密封的环境下操作。
生物工程下游技术特点
依赖重要的独立技术体系： 生物技术产业化进程的经济环节和最重要的技
生物分离技术-发展历程
现世界范围内生化分离的色谱介质及电泳装置技术大多来自Sweden, Uppsala（乌普萨拉）大学
20世纪20年代初：超高速离心技术 1930年：采用移动界面电泳分离血清蛋白与三种球蛋白（α、β、γ）
20世纪40年代末：色谱分离技术 1959年：凝胶过滤层析技术(gel filtration chromatography) 1960年：等电聚焦凝胶电泳
❖定义：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵 的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生 产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的 成分，最终使其成为产品的技术,又称为生物分离工程。 ❖ 通常分为四个阶段：
➢ 培养液的预处理与固液分离 ➢ 初步纯化（提纯） ➢ 高度纯化（精制） ➢ 成品加工
虽比聚丙烯酰胺凝胶低，但它制备容 易，分离范围广，因此在核酸分离中 得到广泛应用
➢ 生物能源（甲醇，乙醇，生物柴油，生物汽油） ➢ 生物材料（明胶，胶原蛋白，人造皮肤，人造骨，人造脏器） ➢ 生物医学 （诊断试剂，基因治疗，人及生物克隆） ➢ 环境生物（环境治理，水污染，土壤污染，风沙治理） ➢ 生物食品（醋，啤酒业，酿酒，乳制品，奶制品） ➢ 生物资源（动物，植物，微生物） ➢ 生物农业 （基因食品，基因植物）
术是“下游技术”，对生物工程工业制品的质量 和产量产生直接影响。 占成本费用的大部分：
最重要的问题是减少损耗成本，目前可占总 成本的50％以上，因此愈来愈受到人们的关注。
生物工程下游技术的发展历程
古代酿造业
包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等。技术原始、 家庭式作坊、产物基本不经过后处理而直接使用，无下游技 术。
生物工程的上中下游技术
上游：菌种，基因工程，分子生物学，遗传学 中游：微生物发酵工程，动植物细胞， 海洋生物培养 下游：生物分离工程
基因重组蛋白 从实验室研究到中试生产
重组人粒细胞集落刺激因子（granulocyte-
colony-stimulating factor, G-CSF ）
1998年 国家Ⅱ类新药证书((98)卫药证字S-09)
➢ 此时开始引入过滤、蒸馏、精馏等近代分离技术。
生物工程下游技术的发展历程
第二代：20世纪40年代
➢ 以青霉素产品为代表； ➢ 无菌空气制备技术、大型好氧发酵装置开发； ➢ 一大批通风发酵技术产品相继投入了工业生产，如抗生素
（链霉素）、氨基酸（谷氨酸）、有机酸（核酸、柠檬 酸）、酶制剂（淀粉酶）、微生物多糖和单细胞蛋白等。 ➢ 产品多样性决定了分离方法的多样性。借鉴和引进吸收了 大量的近代化学工业的分离技术，如沉淀、离子交换、萃 取、结晶等。
20世纪70年代： 金属亲和色谱分离技术 毛细管电泳技术
• 1924年，Svedberg发明超高速离心机，并首次从 血液中分离出血红蛋白（Hb）。
• 1926年，Svedberg获得诺贝尔奖。
瑞典Uppsala大学
电泳（electrophoresis）
电泳：带电颗粒在电场作用下，向着与其电性相反 的电极移动。
张艺谋《红高粱》
酿泉为酒பைடு நூலகம்泉香而酒洌。
—（宋）欧阳修《醉翁亭记》
生物工程下游技术的发展历程
第一代：19世纪60年代---20世纪40年代
➢ 发现了发酵的本质是微生物的作用，掌握了纯种培养技术， 生物技术进入近代酿造产业的发展阶段。
➢ 到20世纪上半叶，逐渐开发形成了发酵法生产酒精、丙酮、 丁醇等微生物发酵工业（厌氧发酵），其产品相对简单，基 本上是无活性的小分子。
生物工程下游技术
(Downstream Processing of Bioengineering)
liyan_nys@hotmail.com
生物工程技术
20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科； 以生物学（分子生物学、微生物学、遗传学、生物化学和
细胞学）的理论和技术为基础； 结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术； 充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，
生物工程产业领域
➢ 生物制药（抗生素，基因重组蛋白，氨基酸，疫苗，菌苗，
天然药物，生化药物，血液制品，抗体，多糖，多肽）
➢ 生物化工（乳酸，柠檬酸，苹果酸，丙烯酸，甘油，异丙醇，
乙烯）
生物工程下游技术的发展历程
第三代：20世纪70年代末
➢ 以崛起的DNA重组技术及细胞融合技术为代表。 ➢ 在主要领域：基因工程、酶工程、细胞工程和微生物发酵
工程取得了长足进步，一批高附加值的产品开始面世，如 乙肝疫苗、干扰素等。 ➢ 80年代，发现了一大批生理功能性物质，如活性糖质、活 性肽、高度不饱和脂肪酸等，在深度和广度上都取得了很 大的进展。 ➢ 新技术有超临界CO2萃取技术、膜过滤、渗透蒸发技术、 各种色谱（层析）技术等。
电泳技术：利用带电粒子在电场中移动速度不同而 达到分离的技术。
常见：区带电泳、移动界面电泳、等电聚焦电泳、 等速电泳。
琼脂糖(agarose)凝胶电泳(核酸电泳)
凝胶的孔径较大，可用于生物大分子 （核酸）的分离，现分离核酸手段主 要为琼脂糖电泳。
电泳的驱动力靠DNA骨架本身负电荷。 现常用1%的琼脂糖。 可区分相差100bp的DNA片段，分辨率
2000年广东省科技进步二等奖(2000-J-2-R02-X058)： 《重组蛋白质表达 、复性、纯化新工艺及人G-CSF新药研制》（王小宁，方向东，宁云山， 马骊，张亚莉，贺海平，林来兴妹，黄树其，胡志明，陈泽洪）
转让：江苏吴中实业股份有限公司（1200万） 商品名—洁欣
生物工程下游技术的定义和阶段
下游加工过程应遵循的原则
时间短； 温度低； pH适中（选择在生物物质的温度范围内）； 严格清洗消毒（包括厂房、设备及管路，注意死角）; 对基因工程产品还应注意生物安全（biosafety）问题，
要防止菌体扩散，一般要求在密封的环境下操作。
生物工程下游技术特点
依赖重要的独立技术体系： 生物技术产业化进程的经济环节和最重要的技
生物分离技术-发展历程
现世界范围内生化分离的色谱介质及电泳装置技术大多来自Sweden, Uppsala（乌普萨拉）大学
20世纪20年代初：超高速离心技术 1930年：采用移动界面电泳分离血清蛋白与三种球蛋白（α、β、γ）
20世纪40年代末：色谱分离技术 1959年：凝胶过滤层析技术(gel filtration chromatography) 1960年：等电聚焦凝胶电泳
❖定义：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵 的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生 产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的 成分，最终使其成为产品的技术,又称为生物分离工程。 ❖ 通常分为四个阶段：
➢ 培养液的预处理与固液分离 ➢ 初步纯化（提纯） ➢ 高度纯化（精制） ➢ 成品加工
虽比聚丙烯酰胺凝胶低，但它制备容 易，分离范围广，因此在核酸分离中 得到广泛应用
➢ 生物能源（甲醇，乙醇，生物柴油，生物汽油） ➢ 生物材料（明胶，胶原蛋白，人造皮肤，人造骨，人造脏器） ➢ 生物医学 （诊断试剂，基因治疗，人及生物克隆） ➢ 环境生物（环境治理，水污染，土壤污染，风沙治理） ➢ 生物食品（醋，啤酒业，酿酒，乳制品，奶制品） ➢ 生物资源（动物，植物，微生物） ➢ 生物农业 （基因食品，基因植物）
术是“下游技术”，对生物工程工业制品的质量 和产量产生直接影响。 占成本费用的大部分：
最重要的问题是减少损耗成本，目前可占总 成本的50％以上，因此愈来愈受到人们的关注。
生物工程下游技术的发展历程
古代酿造业
包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等。技术原始、 家庭式作坊、产物基本不经过后处理而直接使用，无下游技 术。
生物工程的上中下游技术
上游：菌种，基因工程，分子生物学，遗传学 中游：微生物发酵工程，动植物细胞， 海洋生物培养 下游：生物分离工程
基因重组蛋白 从实验室研究到中试生产
重组人粒细胞集落刺激因子（granulocyte-
colony-stimulating factor, G-CSF ）
1998年 国家Ⅱ类新药证书((98)卫药证字S-09)
➢ 此时开始引入过滤、蒸馏、精馏等近代分离技术。
生物工程下游技术的发展历程
第二代：20世纪40年代
➢ 以青霉素产品为代表； ➢ 无菌空气制备技术、大型好氧发酵装置开发； ➢ 一大批通风发酵技术产品相继投入了工业生产，如抗生素
（链霉素）、氨基酸（谷氨酸）、有机酸（核酸、柠檬 酸）、酶制剂（淀粉酶）、微生物多糖和单细胞蛋白等。 ➢ 产品多样性决定了分离方法的多样性。借鉴和引进吸收了 大量的近代化学工业的分离技术，如沉淀、离子交换、萃 取、结晶等。
20世纪70年代： 金属亲和色谱分离技术 毛细管电泳技术
• 1924年，Svedberg发明超高速离心机，并首次从 血液中分离出血红蛋白（Hb）。
• 1926年，Svedberg获得诺贝尔奖。
瑞典Uppsala大学
电泳（electrophoresis）
电泳：带电颗粒在电场作用下，向着与其电性相反 的电极移动。
张艺谋《红高粱》
酿泉为酒பைடு நூலகம்泉香而酒洌。
—（宋）欧阳修《醉翁亭记》
生物工程下游技术的发展历程
第一代：19世纪60年代---20世纪40年代
➢ 发现了发酵的本质是微生物的作用，掌握了纯种培养技术， 生物技术进入近代酿造产业的发展阶段。
➢ 到20世纪上半叶，逐渐开发形成了发酵法生产酒精、丙酮、 丁醇等微生物发酵工业（厌氧发酵），其产品相对简单，基 本上是无活性的小分子。
生物工程下游技术
(Downstream Processing of Bioengineering)
liyan_nys@hotmail.com
生物工程技术
20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科； 以生物学（分子生物学、微生物学、遗传学、生物化学和
细胞学）的理论和技术为基础； 结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术； 充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，