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生物技术药物的分类及其发展历程
详述生物技术药物的分类及其发展历程
——《生物技术药学》结课论文
理学院
2012级电子信息班
邓兵
摘要
生物技术药物是指采用DNA重组技术或其他创新生物技术生产的治疗药物。
如：
细胞因子、纤溶酶原激活剂、重组血浆因子、生长因子、融合蛋白、受体、疫苗和单抗、干细胞治疗技术等。
生物技术药物是生物经济的重要载体。
可以医病。
生物技术药物包括细胞团子、重组蛋白质药物、抗体、疫苗和寡核苷酸药物等，主要用于防治肿瘤、心血管疾病、传染病、哮喘、糖尿病、遗传病、心脑血管病、类风湿性关节炎等疑难病症，在临床上已经开始广泛应用，为制药工业带来了革命性的变化。
我国自1986年实施“863”计划以来，生物技术药物的研究、开发和产业化获得了飞速发展。
关键词
生物技术基因工程蛋白质工程细胞工程
目录
1.概念
2.分类
基因工程
1、DNA重组技术的物质基础
2、DNA重组技术的一般操作步骤
细胞工程
1、细胞培养技术
2、细胞核移植技术
3、细胞融合技术
酶工程、发酵工程与蛋白质工程
1、酶工程
2、发酵工程
3、蛋白质工程
3.发展历程
1、生物技术发展简史
2、生物技术药物发展前景
1.概念
中文名:
生物技术药物，又名“生物药物”
英文名:
Biotechnologicaldrugs
生物技术药物（biopharmaceutics）:
广义是指所有以生物质为原料只去的各种生物活性物质及其人工合成类似物、以及通过现代生物技术制成的药物，狭义指利用生物体、生物组织、细胞及其成分，综合应用化学、生物学和医药学各学科原理和技术方法制得的用于预防、诊断、治疗和康复保健的制品，而这里特指采用DNA重组技术或其他现代生物技术研制的蛋白质或核算类药物。
2.分类
现代生物技术一般包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程。
20世纪末，随着计算生物学、化学生物学与合成生物学的兴起，发展了系统生物学的生物技术-即系统生物技术（systemsbiotechnology），包括生物信息技术、纳米生物技术与合成生物技术等。
基因工程
基因工程是指在基因水平上，按照人类的需要进行设计，然后按设计方案创建出具有某种新的性状的生物新品系，并能使之稳定地遗传给后代。
基因工程采用与工程设计十分类似的方法，明显地既具有理学的特点，同时也具有工程学的特点。
DNA重组技术是基因工程的核心技术。
重组，顾名思义，就是重新组合，即利用供体生物的遗传物质，或人工合成的基因，经过体外切割后与适当的载体连接起来，形成重组DNA分子，然后将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。
1、DNA重组技术的物质基础
（1）目的基因
基因工程是一种有预期目的的创造性工作，它的原料就是目的基因。
所谓目的基因，是指通过人工方法获得的符合设计者要求的DNA片段，在适当条件下，目的基因将会以蛋白质的形式表达，从而实现设计者改造生物性状的目标。
（2）载体
目的基因一般都不能直接进入另一种生物细胞，它需要与特定的载体结合,才能安全地进入到受体细胞中。
目前常用的载体有质粒、噬菌体和病毒。
质粒是在大多数细菌和某些真核生物的细胞中发现的一种环状DNA分子，它位于细胞质中。
许多质粒含有在某种环境下可能是必不可少的基因。
噬菌体是专门感染细菌的一类病毒，由蛋白质外壳和中心的核酸组成。
在感染细菌时，噬菌体把DNA注入到细菌里，以此DNA为模板，复制DNA分子，并合成蛋白质，最后组装成新的噬菌体。
当细菌死亡破裂后，大量的噬菌体被释放出来，去感染下一个目标。
。
质粒、噬菌体和病毒的相似之处在于，它们都能把自己的DNA分子注入到宿主细胞中并保持DNA分子的完整，因而，它们成为运载目的基因的合适载体。
因此，基因工程中的载体实质上是一些特殊的DNA分子。
（3）工具酶
基因工程需要有一套工具，以便从生物体中分离目的基因，然后选择适合的载体，将目的基因与载体连接起来。
DNA分子很小，其直径只有20埃（10-10米），基因工程实际上是一种“超级显微工程”，对DNA的切割、缝合与转运，必须有特殊的工具。
2、DNA重组技术的一般操作步骤
一个典型的DNA重组包括五个步骤：
（1）目的基因的获取
（2）DNA分子的体外重组
（3）DNA重组体的导入
（4）受体细胞的筛选
（5）基因表达
这五个步骤代表了基因工程的一般操作流程。
人们掌握基因工程技术的时间并不长，但已经获得了许多具有实际应用价值的成果，基因工程作为现代生物技术的核心，将在社会生产和实践中发挥越来越重要的作用。
细胞工程
关于细胞工程的定义和范围还没有一个统一的说法，一般认为，细胞工程是根据细胞生物学和分子生物学原理，采用细胞培养技术，在细胞水平进行的遗传操作。
细胞工程大体可分染色体工程、细胞质工程和细胞融合工程。
1、细胞培养技术
细胞培养技术是细胞工程的基础技术。
所谓细胞培养，就是将生物有机体的某一部分组织取出一小块，进行培养，使之生长、分裂的技术。
细胞培养又叫组织培养。
近二十年来细胞生物学的一些重要理论研究的进展，例如细胞全能性的揭示，细胞周期及其调控，癌变机理与细胞衰老的研究，基因表达与调控等，都是与细胞培养技术分不开的。
动物细胞培养有两种方式。
一种叫非贴壁培养：
也就是细胞在培养过程中不贴壁，条件较为复杂，难度也大一些，但是容易同时获得大量的培养细胞。
这种方法一般用于淋巴细胞、肿瘤细胞和一些转化细胞的培养。
另一种培养方式是贴壁培养：
也称为细胞贴壁，贴壁后的细胞呈单层生长，所以此法又叫单层细胞培养。
在细胞培养中，我们经常使用一个词——克隆。
克隆一词是由英文clone音译而来，指无性繁殖以及由无性繁殖而得到的细胞群体或生物群体。
细胞克隆是指细胞的一个无性繁殖系。
自然界早已存在天然的克隆，例如，同卵双胞胎实际上就是一种克隆。
基因工程中，还有称为分子克隆（molecularcloning）的，是科恩等在1973年提出的。
分子克隆发生在DNA分子水平上，是指从一种细胞中把某种基因提取出来作为外源基因，在体外与载体连接，再将其引入另一受体细胞自主复制而得到的DNA分子无性系。
2、细胞核移植技术
由于克隆是无性繁殖，所以同一克隆内所有成员的遗传构成是完全相同的，这样有利于忠实地保持原有品种的优良特性。
人们开始探索用人工的方法来进行高等动物克隆。
哺乳动物克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。
其中，细胞核移植是发展较晚但富有潜力的一门新技术。
细胞核移植技术属于细胞质工程。
所谓细胞核移植技术，是指用机械的办法把一个被称为“供体细胞”的细胞核（含遗传物质）移入另一个除去了细胞核被称为“受体”的细胞中，然后这一重组细胞进一步发育、分化。
核移植的原理是基于动物细胞的细胞核的全能性。
在核移植中，并不是所有的细胞都可以作为核供体。
作为供体的细胞有两种：
一种是胚胎细胞，一种是某些体细胞。
3、细胞融合技术
细胞融合技术属于细胞融合工程。
细胞融合技术是一种新的获得杂交细胞以改变细胞性能的技术，它是指在离体条件下，利用融合诱导剂，把同种或不同物种的体细胞人为地融合，形成杂合细胞的过程。
细胞融合术是细胞遗传学、细胞免疫学、病毒学、肿瘤学等研究的一种重要手段。
酶工程、发酵工程与蛋白质工程
1、酶工程
酶工程是指利用酶、细胞或细胞器等具有的特异催化功能，借助生物反应装置和通过一定的工艺手段生产出人类所需要的产品。
它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一种新技术。
酶工程，可以分为两部分。
一部分是如何生产酶，一部分是如何应用酶。
如今，酶的固定化技术日新月异。
它表现在两方面：
一是固定的方法。
目前固定的方法有四大类：
吸附法、共价键合法、交联法和包埋法。
二是被固定下来的酶，具有多种酶，能催化一系列的反应。
2、发酵工程
现代的发酵工程。
又叫微生物工程，指采用现代生物工程技术手段，利用微生物的某些特定的功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程。
发酵工程的步骤一般包括：
第一步，菌种的选育。
第二步，培养基的制备和灭菌。
第三步，扩大培养和接种。
第四步，发酵过程。
第五步，分离提纯。
发酵工程在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等许多领域得到广泛应用。
3、蛋白质工程
在现代生物技术中，蛋白质工程是在20世纪80年代初期出现的。
蛋白质工程是指在深入了解蛋白质空间结构以及结构与功能的关系，并在掌握基因操作技术的基础上，用人工合成生产自然界原来没有的、具有新的结构与功能的、对人类生活有用的蛋白质分子。
蛋白质工程的类型主要有两种：
一是从头设计，即完全按照人的意志设计合成蛋白质。
从头设计是蛋白质工程中最有意义也是最困难的操作类型，目前技术尚不成熟，已经合成的蛋白质只是一些很小的短肽。
二是定位突变与局部修饰，即在已有的蛋白质基础上，只进行局部的修饰。
这种通过造成一个或几个碱基定位突变，以达到修饰蛋白质分子结构目的的技术，称为基因定位突变技术。
蛋白质工程的基本程序是：
首先要测定蛋白质中氨基酸的顺序，测定和预测蛋白质的空间结构，建立蛋白质的空间结构模型，然后提出对蛋白质的加工和改造的设想，通过基因定位突变和其它方法获得需要的新蛋白质的基因，进而进行蛋白质合成。
（图4-37）
蛋白质工程为改造蛋白质的结构和功能找到了新途径，而且还预示人类能设计和创造自然界不存在的优良蛋白质的可能性，从而具有潜在的巨大社会效益和经济效益。
（1）.重组蛋白质药物或重组多肽药物包括：
细胞因子、人干扰素、人白细胞介素—2等；
（2）.重组DNA药物包括：
反义寡核苷酸或核酸等、基因药物、细胞治疗制剂、DNA疫苗等
（3）. 干细胞治疗：
是指使用干细胞给病人治疗的方法，这是生物技术药物富有发展前景的重要领域。
一般说来，采用DNA重组技术或其它生物技术研制的蛋白质或核酸类药物，可称为生物技术药物。
生物药物已经形成四大类型：
一是应用重组DNA技术（包括基因工程技术、蛋白质工程技术）制造的基因重组多肽、蛋白质类治疗剂；二是基因药物，如基因治疗剂、基因疫苗、反义药物和核酶等；三是来自动物、植物和微生物的天然生物药物；四是合成与部分合成的生物药物。
3.发展历程
第一代生物技术主要技术范畴
1.基因工程
2.细胞工程
3.酶工程
4.发酵工程
5.生化工程
第二代生物技术——蛋白质工程
在基因工程基础上再综合蛋白质化学、蛋白质晶体学、计算机学辅助设计等知识和技术发展起来的研究新领域，开创了按人类意愿设计和研制人类需要蛋白质的新时期，被称为第二代基因工程，第二代生物技术。
第三代生物技术——海洋生物技术
微生物到动植物、由陆地生物到海洋和空间生物。
生物技术的发展简史
传统生物技术：
酿造技术-微生物-活酵母（乙醇发酵）-死酵母（糖发酵成乙醇）-酶
揭示发酵现象的奥秘。
近代生物技术：
微生物发酵技术：
青霉素-链霉素-金霉素-红霉素（抗生素工业）
医用氨基酸-食用氨基酸（氨基酸发酵工业）
酶制剂（酶制剂工业）
现代生物技术
1953年DNA互补双螺旋结构
1974年DNA重组技术
1975年单克隆抗体技术
1978年在大肠杆菌中表达出胰岛素
1988年PCR方法问世
1997年培育出第一只克隆羊多利
2001年人类基因组草图完成
2003年中国研制的重组胰岛素病毒-P53注射液获新药证书
生物技术药物发展前景：
1）医药工业“十二五”发展规划生物技术药物已被列为五大核心发展目标之一。
全球生物技术药物将进入大规模产业化阶段
2）未来5年，全球药品销售保持3-6%增速，2015年达1.1万亿$，生物技术药物销售收入有望连续保持>15%增速，是全部药品销售收入增速的2倍以上
3）预计2015年，中国生物医药市场有望达到1000亿美元
4）在2010年世界前20位的畅销药物中，生物技术药物占到7种
5）预计2020年，全球生物技术药物将占全部药品销售收入比重的1/3以上
6）美、欧、日等发达国家市场虽然仍居全球药品销售主导地位，但市场增速将放缓至1-4%
7）中国、印度、巴西、俄罗斯等十余个新兴医药市场将以14-17%的速度增长。
为生物技术药物和生产企业打开广阔市场空间
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