微生物制药工艺.ppt
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生物制药工艺学课件
基因突变与蛋白质改造
通过基因工程技术对蛋白质进行定点 突变，以改善其功能或提高其稳定性 。
基因治疗
利用基因工程技术将正常基因导入病 变细胞，以纠正或补偿缺陷基因。
基因诊断
利用基因工程技术检测基因突变、单 基因遗传病和多基因疾病，为疾病的 预防和诊断提供依据。
细胞工程技术
细胞培养技术
通过细胞培养技术实现细胞的 大量扩增和生产，用于药物筛
采用先进的分离和纯化技术，如超滤、纳滤、色谱等，降低下游 处理的成本。
基因工程菌的高密度培养
通过优化培养条件，实现基因工程菌的高密度培养，提高单位体积 内的产物产量，降低生产成本。
副产物利用和废物处理
通过合理利用副产物和有效处理废物，降低生产过程中的能耗和物 耗，从而降低生产成本。
05
CATALOGUE
特点
以生物技术为基础，涉及微生物、细胞、酶等生物活性物质的利用，具有高度 专业化和技术密集型的特点。
生物制药工艺学的应用领域
01
02
03
04
抗生素生产
利用微生物发酵技术生产抗生 素等药物。
疫苗制备
利用微生物或细胞培养技术制 备疫苗。
重组蛋白质药物
利用基因工程技术重组蛋白质 并生产药物。
基因治疗
利用基因工程技术治疗遗传性 疾病和癌症等疾病。
生物制药工艺学课件
CATALOGUE
目 录
• 生物制药工艺学概述 • 生物制药工艺流程 • 生物制药工艺中的关键技术 • 生物制药工艺的优化与改进 • 生物制药工艺的法规与伦理问题
01
CATALOGUE
生物制药工艺学概述
生物制药工艺学Leabharlann 定义与特点定义生物制药工艺学是一门研究利用生物技术制备药物的方法和过程的学科。
第七章 发酵工程制药 生物技术制药PPT优质课件
.
2、微生物的酶
目前的酶多数来源于微生物发酵 医用酶制剂的生产 医药工业用酶 酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高
产量。 生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑
制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制 以及发酵条件等方面需给予注意。
.
3、微生物代谢产物发酵
包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代 谢产物。
第二章 发酵工程制药
.
第一节 概述
一、发酵工程 微生物工程:自催化 过程 完整的工业体系
.
(一)发酵的定义 1、传统发酵
最初发酵是用来描述酵母菌 作用于果汁或麦芽汁产生气 泡的现象，或者是指酒的生 产过程。
.
2、生化和生理学意义的发酵
指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质 产生能量的一种方式，或者更严格地说，发 酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能 反应。
对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必 需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。
各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或 停止生长时期即稳定期所 产生的，来自于中间代谢 产物和初级代谢产物。
.
1, 3-丙二醇两步发酵法
糖
酵母
甘油
伯氏肺炎杆菌、丁酸梭菌等
1,3-丙二醇
.
4、微生物的生物转化
定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定 部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似 但具有更多经济价值的化合物。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒 精并放出CO2。
.
3、工业上的发酵
泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程, 包括：
1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。 2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、
2、微生物的酶
目前的酶多数来源于微生物发酵 医用酶制剂的生产 医药工业用酶 酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高
产量。 生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑
制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制 以及发酵条件等方面需给予注意。
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3、微生物代谢产物发酵
包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代 谢产物。
第二章 发酵工程制药
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第一节 概述
一、发酵工程 微生物工程:自催化 过程 完整的工业体系
.
(一)发酵的定义 1、传统发酵
最初发酵是用来描述酵母菌 作用于果汁或麦芽汁产生气 泡的现象，或者是指酒的生 产过程。
.
2、生化和生理学意义的发酵
指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质 产生能量的一种方式，或者更严格地说，发 酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能 反应。
对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必 需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。
各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或 停止生长时期即稳定期所 产生的，来自于中间代谢 产物和初级代谢产物。
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1, 3-丙二醇两步发酵法
糖
酵母
甘油
伯氏肺炎杆菌、丁酸梭菌等
1,3-丙二醇
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4、微生物的生物转化
定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定 部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似 但具有更多经济价值的化合物。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒 精并放出CO2。
.
3、工业上的发酵
泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程, 包括：
1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。 2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、
微生物制药课件
有机物质相结合，产生色素。
实验结果证明： 1）5`-羟甲基糠醛是产生色素的根源； 2）色素的生成量随葡萄糖浓度的增加而增加； 3）PH值等于3时，色素的生成量最小。
23
2、酸水解工艺
1）酸法糖化工艺流 程
淀粉
盐酸
水
调浆
Na2CO3 中和脱色
蒸汽
糖化
压滤
活性炭
冷却
24
滤渣 糖液
淀粉的酸水解工 艺是根据淀粉在水解 过程中的水解反应和 复合反应规律性来决 定的。在制定工艺条 件时既要保证淀粉的 彻底水解，达到较高 葡萄糖量，又要尽可 能减少葡萄糖复合、 分解反应的发生程度， 此外，还要符合目的 产物的发酵条件，符 合发酵工艺的实际情 况。
10
4.2 原料的选择及处理
培养基是微生物生长繁殖需要的营养环境。培 养基成分包括碳源、氮源、无机盐、微量元素和 水等。 4.2.1 选择合适的原料 标准： 1、原料中碳的可利用率高； 2、发酵率高，而且尽可能使发酵残余物少； 3、原料质量好，成分稳定，污染变质少，易灭菌； 4、廉价，来源方便，易于保藏。
发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产 有用的各种产物的过程，它由三个核心部分组成： 一、生产特定产物的微生物菌种的选育；二、利 用适当的设备和技术为菌种提供最佳条件，充分 发挥菌种的生产能力；三、将发酵产生的产物经 分离、纯化，以提高收率获得质量合格的产品。
微生物发酵工业以发酵为主，发酵水平的好 坏是整个生产的关键，但后处理在发酵生产中也 占有重要的地位。完整的微生物发酵工程应该包 括从原料到获得终产品的过程，即菌种是基础， 发酵是关键，分离纯化是保障。
即获得较纯的水解糖。
4.2.2.3 双酶法制糖原理
酶解法也称双酶法，它是由淀粉酶和糖化酶将 淀粉糖转化为葡萄糖的方法。
生物制药工程 ppt课件
（２）植物细胞制药的原理
3.3.3 动植物细胞制药的相关设备
3.3.3.1 动物细胞制药的相关设备
（１）气升式细胞培养生物反应器 （２）中空纤维管生物反应器（如图3-5）
（３）通气搅拌生物反应器（如图3-6、3-7）
3.3.3 动植物细胞制药的相关设备
3.3.3 动植物细胞制药的相关设备
（４）流化床生物反应器
微生物发酵制药技术即微生物药物的研究与生产技术
，包括微生物新药的研究与微生物药物的生产技术研究等 两个主要方面，涉及微生物药物产生菌的分离、有效菌株 的筛选、产生菌的保藏、发酵工程、分离纯化工程、化合 物结构鉴定、药理与药效研究和产业化放大技术等众多技
术。微生物新药开发阶段流程示意见图3-1。
3.2.1 微生物发酵制药概述
学基因等高技术为依托，以分子遗传学、分子生物学等基础学
科的突破为后盾所形成的产业。在此章中我们主要介绍微生物 发酵制药、动植物细胞制药和酶工程制药。
3.1.2 生物制药设备
按工程的定义，它是将自然科学的原理应用于生产的某
一具体方面并研究该生产领域中有共性技术规律的科学。生
物制药设备是为生物反应过程服务，生物反应过程常把生物 反应器作为过程的中心，而分别把反应前与反应后的工序称 为上游和下游加工。本书将分别围绕反应器上游和下游来阐 明生物制药设备的内容。
3.2.2 微生物发酵制药的原理
3.2.2.1 制药工业中的微生物和纯培养技术
（１）发酵制药工业中的重要菌种
（２）纯培养技术是微生物发酵制药的重要技术之一 （３）染菌的原因和防止
3.2.2 微生物发酵制药的原理
3.2.2.2 微生物代谢调节的控制手段
（１）基因水平的调控
《微生物药物》课件
微生物药物的安全性
微生物药物在临床应用前需要进行严格的毒理 学和安全性评估，以确保其安全性和有效性。
与传统化学药物相比，微生物药物通常具有较 低的毒性和副作用，对人体的伤害较小。
微生物药物的安全性可以通过对其作用机制和 代谢途径的深入研究来进一步保障，以确保其 在治疗过程中对人体的安全性和可靠性。
2023
REPORTING
PART 06
案例分析：某一种微生物 药物的研发与生产过程
某一种微生物药物的简介
微生物药物名称：XX药物
微生物药物作用：治疗细 菌感染
微生物药物类型：抗生素
微生物药物特点：具有广 谱抗菌活性，对多种细菌 感染有效
某一种微生物药物的研发历程
实验室研究阶段
对具有抗菌活性的微生物进行 分离、纯化，研究其抗菌机制 和作用机理
微生物药物的种类
抗生素
由微生物发酵产生的具 有抗菌活性的物质，用
于治疗细菌感染。
抗肿瘤药物
由微生物产生的具有抗 肿瘤活性的物质，用于
治疗癌症。
免疫调节剂
由微生物产生的具有调 节免疫功能的物质，用 于治疗免疫系统相关疾
病。
生物农药
由微生物产生的具有杀 虫、除草等生物活性的 物质，用于农业病虫害
防治。
免疫微生物学
探索微生物与免疫系统的相互作 用，为开发新型免疫微生物药物 提供理论基础和技术支持。
微生物药物的法规与政策
01
02
03
药品审批政策
各国药品监管机构对微生 物药物的审批要求和标准 ，以及审批流程和时间等 方面的规定。
知识产权保护
关于微生物药物相关发明 和创新成果的知识产权保 护法规，以及专利申请和 维权等方面的规定。
10微生物发酵制药工艺1幻灯片
成品工段
提炼车间
包装车间
包装
原料药
10.2 微生物的生长特征
1、微生物发酵基本过程特征/菌体生长与产物生成的特
征，三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
菌体生长期
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（分泌）期
发酵后期(fermentation anaphase)
量没有明显增加的一段时间。延迟期是菌体适应环境的过程。
延迟期时间长短不一，与遗传和环境因素有关，由菌体与环
境相互作用的程度决定的。因不同接种量、不同菌种和菌龄
等而表现不同。工业上希望延迟期越短越好，常采用如种子
罐与发酵罐培养基尽量接近，对数期的菌体作为种子、加大
接种量等方法进行放大培养和发酵生产。
14
初级代谢与产物形成是完全分开的，如抗生素、生物碱、微生物毒素的
发酵。对于诱导型基因工程菌，往往在静止期，加入诱导物，基因转录
和产物表达，所以产物生成速率和比速率分别为：
比
生
长
或
比
生
长
速
率
p
生
物
量
或
产
量
时间t
时间t
5、代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。
有代谢不稳定性。
(2)次级代谢产物的构建单位
❖
微生物合成的次级代谢产物是由微生物代谢产生的一些中间产物，如由
碳水化合物降解生成的五碳（C5）、四碳（C4）、三碳（C3）、二碳
（C2）化合物和初级代谢产物合成。
提炼车间
包装车间
包装
原料药
10.2 微生物的生长特征
1、微生物发酵基本过程特征/菌体生长与产物生成的特
征，三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
菌体生长期
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（分泌）期
发酵后期(fermentation anaphase)
量没有明显增加的一段时间。延迟期是菌体适应环境的过程。
延迟期时间长短不一，与遗传和环境因素有关，由菌体与环
境相互作用的程度决定的。因不同接种量、不同菌种和菌龄
等而表现不同。工业上希望延迟期越短越好，常采用如种子
罐与发酵罐培养基尽量接近，对数期的菌体作为种子、加大
接种量等方法进行放大培养和发酵生产。
14
初级代谢与产物形成是完全分开的，如抗生素、生物碱、微生物毒素的
发酵。对于诱导型基因工程菌，往往在静止期，加入诱导物，基因转录
和产物表达，所以产物生成速率和比速率分别为：
比
生
长
或
比
生
长
速
率
p
生
物
量
或
产
量
时间t
时间t
5、代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。
有代谢不稳定性。
(2)次级代谢产物的构建单位
❖
微生物合成的次级代谢产物是由微生物代谢产生的一些中间产物，如由
碳水化合物降解生成的五碳（C5）、四碳（C4）、三碳（C3）、二碳
（C2）化合物和初级代谢产物合成。
生物制药工艺学ppt课件
生物制药工艺学
第一章 生物药物概论 Introduction of Biopharmaceutics
1．药物 Medicine(remedy) 用于预防、治疗或诊断疾病或调节机体生理功 能、促进机体康复保健的物质，有 4 大类： 预防 药、治疗药、诊断药和康复保健药。 2．药品 Drug 直接用于临床的药物产品，是特殊商品。 药品应规定有适应症、用法与用量和疗程，说 明毒副反应。还要有使用有效期，过期药品不准 使用。
生物药物 Biopharmaceutics
是以生物体、生物组织或其成份为原 料（包括组织、细胞、细胞器、细胞成 分、代谢、排泄物）综合应用生物学、 物理化学与现代药学的原理与方法加工 制成的药物。
(书：P1页)
生物是奥妙的
水蛭（俗称蚂蝗）→ 水蛭素：抗凝血
苍蝇
→ 抗菌肽
现代生物药物分四大类：
（1）重组DNA药物（又称基因工程药物） （2）基因药物：以遗传物质DNA、RNA为物 质基础制造的药物 一般把采用DNA重组技术或单克隆抗体技 术或其他生物技术制造的蛋白质、抗体或核 酸类药物统称为生物技术药物(biotech drug)， 在我国又统称为生物制品。 （3）天然生物药物 （4）合成或半合成生物药物
3．中国的三大药源：
化学药 生物药 中药
{
生化药物
微生物药物 生物制品 (P1页)
中国药典2005年版分一部、二部和三部。 药典一部收载药材及饮片、植物油脂和提取 物、成方制剂和单味制剂等； 药典二部收载化学药品、抗生素、生化药品、 放射性药品以及药用辅料等； 药典三部收载生物制品，首次将《中国生物 制品规程》并入药典。
氨基酸 半合抗
书： P7页
第一节 生物药物的研究范围
第一章 生物药物概论 Introduction of Biopharmaceutics
1．药物 Medicine(remedy) 用于预防、治疗或诊断疾病或调节机体生理功 能、促进机体康复保健的物质，有 4 大类： 预防 药、治疗药、诊断药和康复保健药。 2．药品 Drug 直接用于临床的药物产品，是特殊商品。 药品应规定有适应症、用法与用量和疗程，说 明毒副反应。还要有使用有效期，过期药品不准 使用。
生物药物 Biopharmaceutics
是以生物体、生物组织或其成份为原 料（包括组织、细胞、细胞器、细胞成 分、代谢、排泄物）综合应用生物学、 物理化学与现代药学的原理与方法加工 制成的药物。
(书：P1页)
生物是奥妙的
水蛭（俗称蚂蝗）→ 水蛭素：抗凝血
苍蝇
→ 抗菌肽
现代生物药物分四大类：
（1）重组DNA药物（又称基因工程药物） （2）基因药物：以遗传物质DNA、RNA为物 质基础制造的药物 一般把采用DNA重组技术或单克隆抗体技 术或其他生物技术制造的蛋白质、抗体或核 酸类药物统称为生物技术药物(biotech drug)， 在我国又统称为生物制品。 （3）天然生物药物 （4）合成或半合成生物药物
3．中国的三大药源：
化学药 生物药 中药
{
生化药物
微生物药物 生物制品 (P1页)
中国药典2005年版分一部、二部和三部。 药典一部收载药材及饮片、植物油脂和提取 物、成方制剂和单味制剂等； 药典二部收载化学药品、抗生素、生化药品、 放射性药品以及药用辅料等； 药典三部收载生物制品，首次将《中国生物 制品规程》并入药典。
氨基酸 半合抗
书： P7页
第一节 生物药物的研究范围
《微生物制药》课件
和产品质量。
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国外法规
不同国家对微生物制药的法规有所不同，但多数国家都建立 了类似的监管体系，包括美国、欧洲联盟、日本等国家和地 区。这些国家通过各自的药品监管机构对微生物制药进行审 批、生产和销售等方面的监管。
微生物制药的伦理问题
01 02
人类基因编辑
在微生物制药过程中，有时会涉及到人类基因编辑技术，如CRISPRCas9等。这些技术可能引发伦理争议，需要考虑基因改造对人类健康 和未来世代的影响。
灭菌方法。
灭菌技术的实施应严格控制条件 ，如温度、压力、时间等，以保 证彻底杀灭微生物，同时避免对
药品和设备造成损害。
检测技术
• 检测技术是用于检测和鉴定微生物的种类、数量、质量等 的技
CHAPTER 05
微生物制药的法规与伦理
国内外微生物制药的法规
国内法规
中国政府对微生物制药行业实施严格的法规管理，包括药品 注册、生产和销售等方面。国家食品药品监督管理总局负责 制定相关法规，确保微生物制药的安全性和有效性。
动物实验
为了测试微生物制药的安全性和有效性，有时需要进行动物实验。这些 实验应遵循伦理原则，尽可能减少动物的痛苦和牺牲。
03
数据公开和透明度
微生物制药的研究和开发过程中产生的数据应公开和透明，确保研究结
果的可靠性和可重复性。同时，对于涉及人类受试者和动物实验的数据
，应遵循伦理审查和知情同意原则。
微生物制药的安全性评估
风险与受益评估
在评估微生物制药的安全性时，需要综合考虑药品的风险和受益。只有当药品的受益大于 风险时，才应将其推向市场。
CHAPTER 06
微生物制药的未来展望
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国外法规
不同国家对微生物制药的法规有所不同，但多数国家都建立 了类似的监管体系，包括美国、欧洲联盟、日本等国家和地 区。这些国家通过各自的药品监管机构对微生物制药进行审 批、生产和销售等方面的监管。
微生物制药的伦理问题
01 02
人类基因编辑
在微生物制药过程中，有时会涉及到人类基因编辑技术，如CRISPRCas9等。这些技术可能引发伦理争议，需要考虑基因改造对人类健康 和未来世代的影响。
灭菌方法。
灭菌技术的实施应严格控制条件 ，如温度、压力、时间等，以保 证彻底杀灭微生物，同时避免对
药品和设备造成损害。
检测技术
• 检测技术是用于检测和鉴定微生物的种类、数量、质量等 的技
CHAPTER 05
微生物制药的法规与伦理
国内外微生物制药的法规
国内法规
中国政府对微生物制药行业实施严格的法规管理，包括药品 注册、生产和销售等方面。国家食品药品监督管理总局负责 制定相关法规，确保微生物制药的安全性和有效性。
动物实验
为了测试微生物制药的安全性和有效性，有时需要进行动物实验。这些 实验应遵循伦理原则，尽可能减少动物的痛苦和牺牲。
03
数据公开和透明度
微生物制药的研究和开发过程中产生的数据应公开和透明，确保研究结
果的可靠性和可重复性。同时，对于涉及人类受试者和动物实验的数据
，应遵循伦理审查和知情同意原则。
微生物制药的安全性评估
风险与受益评估
在评估微生物制药的安全性时，需要综合考虑药品的风险和受益。只有当药品的受益大于 风险时，才应将其推向市场。
CHAPTER 06
微生物制药的未来展望
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- 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)。
台式高速离心机
重组蛋白质的分离纯化
亲和层析装置
• 分离纯化主要依赖色谱分离 方法。色谱技术是医药生物 技术下游过程精制阶段的常 用手段，其优点是具有多种 多样的分离机制，设备简单 ，便于自动化控制和分离过 程中无发热等有害效应。
• 色谱技术分为离子交换色谱 ，疏水色谱，反相色谱，亲 和色谱，凝胶过滤色谱及高 压液相色谱。
• 四 工艺最佳化与参数检测控制 • 工艺最佳化：指最快周期 ，最高
产量，最好质量，最低消耗，最 大安全周期，最周全的废物处理 效果等。
• 参数检测控制：主要参数，生物 量，碳源，产品。
重组菌的培养
• 一 基因工程菌的培养方式 • 分批培养 • 补料分批培养 • 连续培养 • 透析培养 • 固定化培养
基因工程菌的培养设备
3.5升发酵罐
30升发酵罐
影响发酵的因素
• 培养基 对培养基中营养源的种类和含量要求 较高；优化碳源 氮源以及微量元素和无机盐。
• 溶氧浓度 发酵过程中保持适宜的通氧浓度， 必须确定发酵罐的通气量和搅拌速度。
• PH 稳定的PH是菌体生长的必要条件。PH的 改变会影响细胞生长和基因产物的表达。
• 通过合成或PCR扩增 所需目的基因。
←PCR过程
构建DNA重组体
基因表达
• 常用的宿主菌有: • 原核生物 大肠杆菌 枯草芽孢杆菌
链霉菌 • 真核生物 酵母 丝状真菌 哺乳动
物细胞 COS和CHO.
↑啤酒酵母
链霉菌属→
基因工程菌中试• 一 工程的选择• 具备的条件：能用一般基因重组技术 获得，有高产潜能，能以工业原料为 培养基，生产工艺采用一般工业生产 经验，能产生和分泌蛋白质，无毒性 ，符合国家卫生部门有关规定，代谢 能控制，产品有特异性。
• 即使用得起，亦因来源有限而供不应 求。
• 由于由于免疫原性，在使用上受限制。 • 提取中可能受污染，对患者造成严重
危害。
基因技术生产药物的优点
可大量生产过去难以获得 的生理活性物质。
可对生理活性物质进行深 入研究。
利用基因制药技术可获得 新型化合物，扩大药物筛 选来源。
基因工程制药的历史
•
人类基因工程走过的主要历程怎样呢？1866
数有机体的遗传原料，而不是蛋白质；1953年，
美国生化学家华森和英国物理学家克里克宣布他
们发现了DNA的双螺旋结果，奠下了基因工程的
基础；1980年，第一只经过基因改造的老鼠诞生
；1996年，第一只克隆羊诞生；1999年，美国科
学家破解了人类第 22组基因排序列图；未来的计
划是可以根据基因图有针对性地对有关病症下药
基因工程菌中试
• 二 反应器的设计 • 发酵罐设计应符合生物反应与化学工程需
要。 • 实验室多采用小型罐，罐身附有各种传感
器，能收集各种参数。 • 三 发酵培养基的组成 • 提供化学元素 • 提供能源，促进菌体生长与产物合成。 • 控制代谢，诱导菌种改变生长速率或代谢
途径以增加产量。
基因工程菌中试
基因工程制药技术
马文鑫、李俊、 金增辉、王婷婷、 刘洋、彭晶、宋 川
基因工程制药概述
• 基因工程药物是指利用重 组DNA技术，将生物体内 生理活性物质在细菌,酵母， 动物细胞或转基因植物中 大量表达生产的新型药物。
内源生理活性物质
• 由于材料来源困难或技术问题而无法 研究出来，即使应用传统方法从动物 脏器中提取出来，也因造价太高而使 患者望而却步。
分离纯化的步骤
• 细胞粉碎 • 固液分离 • 浓缩与初步分离 • 高度纯化直至得到纯品 • 成品加工
高压匀浆机→
细胞粉碎
• 物理粉碎法：高压匀浆 法， 高速珠磨法， 超生 破碎法，高压挤压法。
• 化学破碎法：渗透冲击 ，增溶法，脂溶法
• 生物破碎法：酶溶法
↖超声波破碎机
固液分离
• 离心沉淀：高速离心和超速离心 • 膜过滤：微滤 超滤和反渗透 • 双水相萃取
• 蛋白质的比活性：每 毫克蛋白质的生物学 活性。不仅是含量指 标，也是纯度指标。
蛋白质含量测定： Folin-酚试剂法，双 缩脲法，紫外吸收法， 凯氏定氮法等方法。
蛋白质纯度分析：还 原性和非还原性 SDS-PAGE,等电点 聚集等。
产品的保存
• 目的产物失活受多种理化因素的影响，保存 时要根据不同的特性，采取不同的措施，防 止变性降解。
产品质量保证要点
• 产品安全性评价：临床试验 • 产品本身的结构：药理学 毒理学
研究
• 严格控制条件：从原料到制成品制 备过程的每一步都须严格控制与鉴 定质量，确保符合标准规格，安全 有效。
生理活性鉴定
• 体内生物活性测定要 根据目的产物的生物 学特性建立适合的生 物学模型，
• 体外生物活性测定方 法：细胞培养计数法 ，酶法细胞计数法。
• 温度 较高温度有利于细菌生长，提高菌体的 生物量；但温度过高会抑制菌体生长和外源蛋 白的表达。
基因工程药物的分离纯化
• 基因工程药物的特点 • 目的产物在初始物料中含量低 • 含目的产物的初始物料组分复杂 • 目的产物稳定性比较差 • 种类繁多 • 对其质量 纯度要求高，甚至要求无
菌 无热源等。
。
基因工程药物制造步骤
• 上游阶段：分离目的基因，构建工程 菌，目的基因的表达。
• 下游阶段：将实验成果产业化，商业 化。包括工程菌大规模发酵最佳参数 确定，新型反应器的研究，高效分离 介质及装置的开发，生物传感器的开 发，电子计算机的优化控制。
目的基因的获得方法地利遗传学家孟德尔神父发现生物的遗传
基因规律；1868年，瑞士生物学家弗里德里希发
克
现细胞核内存有酸性和蛋白质两个部分。酸性部
分就是后来的所谓的DNA；1882年，德国胚胎学
隆
家瓦尔特弗莱明在研究蝾螈细胞时发现细胞核内
的包含有大量的分裂的线状物体，也就是后来的
羊
染色体；1944年，美国科研人员证明DNA是大多
• 液态保存：1 低温保存：液态蛋白质样品在零 下二十至零下十度保存。
• 2 在稳定PH条件下保存：蛋白质较稳定的PH 一般在等电点附近
• 3 高浓度保存 • 4 加保护剂保存：糖类 脂肪类 蛋白质类 及有
机溶剂。
产品的保存
• 固态保存
• 固态蛋白质比液态稳定。一般蛋 白质含水量超过10%时容易失活 。含水量降到5%时，在室温或冰 箱中保存均比较稳定。
重组蛋白质的分离纯化
亲和层析装置
• 分离纯化主要依赖色谱分离 方法。色谱技术是医药生物 技术下游过程精制阶段的常 用手段，其优点是具有多种 多样的分离机制，设备简单 ，便于自动化控制和分离过 程中无发热等有害效应。
• 色谱技术分为离子交换色谱 ，疏水色谱，反相色谱，亲 和色谱，凝胶过滤色谱及高 压液相色谱。
• 四 工艺最佳化与参数检测控制 • 工艺最佳化：指最快周期 ，最高
产量，最好质量，最低消耗，最 大安全周期，最周全的废物处理 效果等。
• 参数检测控制：主要参数，生物 量，碳源，产品。
重组菌的培养
• 一 基因工程菌的培养方式 • 分批培养 • 补料分批培养 • 连续培养 • 透析培养 • 固定化培养
基因工程菌的培养设备
3.5升发酵罐
30升发酵罐
影响发酵的因素
• 培养基 对培养基中营养源的种类和含量要求 较高；优化碳源 氮源以及微量元素和无机盐。
• 溶氧浓度 发酵过程中保持适宜的通氧浓度， 必须确定发酵罐的通气量和搅拌速度。
• PH 稳定的PH是菌体生长的必要条件。PH的 改变会影响细胞生长和基因产物的表达。
• 通过合成或PCR扩增 所需目的基因。
←PCR过程
构建DNA重组体
基因表达
• 常用的宿主菌有: • 原核生物 大肠杆菌 枯草芽孢杆菌
链霉菌 • 真核生物 酵母 丝状真菌 哺乳动
物细胞 COS和CHO.
↑啤酒酵母
链霉菌属→
基因工程菌中试• 一 工程的选择• 具备的条件：能用一般基因重组技术 获得，有高产潜能，能以工业原料为 培养基，生产工艺采用一般工业生产 经验，能产生和分泌蛋白质，无毒性 ，符合国家卫生部门有关规定，代谢 能控制，产品有特异性。
• 即使用得起，亦因来源有限而供不应 求。
• 由于由于免疫原性，在使用上受限制。 • 提取中可能受污染，对患者造成严重
危害。
基因技术生产药物的优点
可大量生产过去难以获得 的生理活性物质。
可对生理活性物质进行深 入研究。
利用基因制药技术可获得 新型化合物，扩大药物筛 选来源。
基因工程制药的历史
•
人类基因工程走过的主要历程怎样呢？1866
数有机体的遗传原料，而不是蛋白质；1953年，
美国生化学家华森和英国物理学家克里克宣布他
们发现了DNA的双螺旋结果，奠下了基因工程的
基础；1980年，第一只经过基因改造的老鼠诞生
；1996年，第一只克隆羊诞生；1999年，美国科
学家破解了人类第 22组基因排序列图；未来的计
划是可以根据基因图有针对性地对有关病症下药
基因工程菌中试
• 二 反应器的设计 • 发酵罐设计应符合生物反应与化学工程需
要。 • 实验室多采用小型罐，罐身附有各种传感
器，能收集各种参数。 • 三 发酵培养基的组成 • 提供化学元素 • 提供能源，促进菌体生长与产物合成。 • 控制代谢，诱导菌种改变生长速率或代谢
途径以增加产量。
基因工程菌中试
基因工程制药技术
马文鑫、李俊、 金增辉、王婷婷、 刘洋、彭晶、宋 川
基因工程制药概述
• 基因工程药物是指利用重 组DNA技术，将生物体内 生理活性物质在细菌,酵母， 动物细胞或转基因植物中 大量表达生产的新型药物。
内源生理活性物质
• 由于材料来源困难或技术问题而无法 研究出来，即使应用传统方法从动物 脏器中提取出来，也因造价太高而使 患者望而却步。
分离纯化的步骤
• 细胞粉碎 • 固液分离 • 浓缩与初步分离 • 高度纯化直至得到纯品 • 成品加工
高压匀浆机→
细胞粉碎
• 物理粉碎法：高压匀浆 法， 高速珠磨法， 超生 破碎法，高压挤压法。
• 化学破碎法：渗透冲击 ，增溶法，脂溶法
• 生物破碎法：酶溶法
↖超声波破碎机
固液分离
• 离心沉淀：高速离心和超速离心 • 膜过滤：微滤 超滤和反渗透 • 双水相萃取
• 蛋白质的比活性：每 毫克蛋白质的生物学 活性。不仅是含量指 标，也是纯度指标。
蛋白质含量测定： Folin-酚试剂法，双 缩脲法，紫外吸收法， 凯氏定氮法等方法。
蛋白质纯度分析：还 原性和非还原性 SDS-PAGE,等电点 聚集等。
产品的保存
• 目的产物失活受多种理化因素的影响，保存 时要根据不同的特性，采取不同的措施，防 止变性降解。
产品质量保证要点
• 产品安全性评价：临床试验 • 产品本身的结构：药理学 毒理学
研究
• 严格控制条件：从原料到制成品制 备过程的每一步都须严格控制与鉴 定质量，确保符合标准规格，安全 有效。
生理活性鉴定
• 体内生物活性测定要 根据目的产物的生物 学特性建立适合的生 物学模型，
• 体外生物活性测定方 法：细胞培养计数法 ，酶法细胞计数法。
• 温度 较高温度有利于细菌生长，提高菌体的 生物量；但温度过高会抑制菌体生长和外源蛋 白的表达。
基因工程药物的分离纯化
• 基因工程药物的特点 • 目的产物在初始物料中含量低 • 含目的产物的初始物料组分复杂 • 目的产物稳定性比较差 • 种类繁多 • 对其质量 纯度要求高，甚至要求无
菌 无热源等。
。
基因工程药物制造步骤
• 上游阶段：分离目的基因，构建工程 菌，目的基因的表达。
• 下游阶段：将实验成果产业化，商业 化。包括工程菌大规模发酵最佳参数 确定，新型反应器的研究，高效分离 介质及装置的开发，生物传感器的开 发，电子计算机的优化控制。
目的基因的获得方法地利遗传学家孟德尔神父发现生物的遗传
基因规律；1868年，瑞士生物学家弗里德里希发
克
现细胞核内存有酸性和蛋白质两个部分。酸性部
分就是后来的所谓的DNA；1882年，德国胚胎学
隆
家瓦尔特弗莱明在研究蝾螈细胞时发现细胞核内
的包含有大量的分裂的线状物体，也就是后来的
羊
染色体；1944年，美国科研人员证明DNA是大多
• 液态保存：1 低温保存：液态蛋白质样品在零 下二十至零下十度保存。
• 2 在稳定PH条件下保存：蛋白质较稳定的PH 一般在等电点附近
• 3 高浓度保存 • 4 加保护剂保存：糖类 脂肪类 蛋白质类 及有
机溶剂。
产品的保存
• 固态保存
• 固态蛋白质比液态稳定。一般蛋 白质含水量超过10%时容易失活 。含水量降到5%时，在室温或冰 箱中保存均比较稳定。