生物制药第一章 绪论课件

生物制药 Biopharmaceutics 陈宇熹陈宇熹 Tel：福建农林大学植物保护学院福建农林大学植物保护学院 * 1 关于本课程和考试 l 专业核心课 ，课程教学为 1学期，共 40学时， 2.5学分 ; l 考试方式 ：学期期末笔试，闭卷，满分 100分 ； l 考试成绩 =（笔试成绩 0.70） +（出勤、平时 上课提问、作业 0.30）； l 不划重点，以书本为主，讲课内容为辅。 Date 2 上课纪律： l 按时上课、有事请假，迟到者请从前门走并喊报 告，事后说明原因 ; l 点名方式：老师点名或点人数，学习委员或班长配 合 ; l 实验课 不得缺席，如有事者应请假，征得教师同意 后申请补做。 2次无故不参加者不得参加期末考试 ; l 出勤、平时上课提问和作业占 30%，期中无故迟到 扣总分 1分 /次，旷课扣总分 2分 /次， 10分扣完则扣 笔 试成绩；缺课、旷课累计超过该课程教学时数三分 之一及以上的学生，取消其参加该课程考试的资 格， 请假手续按学院规定处理。 Date 3 第一章 绪 论 l 生物技术的概念生物技术的概念 l 生物技术药物生物技术药物 l 生物技术制药的概念和主要研究内容与 任务 l 生物技术与生物技术制药的发展简史生物技术与生物技术制药的发展简史 Date 4 一、生物技术的概念 （一）生物技术的概念（一）生物技术的概念 生物技术（生物技术（ biotechnology）又称为生物工程（）又称为生物工程（ bioengineering），是指人们以），是指人们以 现代生命科学现代生命科学 为基础，结合为基础，结合 先进的先进的 工程技术工程技术 手段和其他基础学科的科学原理，按照预手段和其他基础学科的科学原理，按照预 先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需 产品或达到某种目的技术。产品或达到某种目的技术。 Date 5 （二）生物技术与各学科的关系（二）生物技术与各学科的关系 分子生物学分子生物学 微生物学微生物学 生物化学生物化学 医学生物技术医学生物技术 遗传学遗传学 药物生物技术药物生物技术 细胞生物学细胞生物学 现代生物技术现代生物技术 农业生物技术农业生物技术 化学工程化学工程 食品生物技术食品生物技术 免疫学免疫学 环境生物技术环境生物技术 药学药学 海洋生物技术海洋生物技术 计算机技术等计算机技术等 Date 6 （三） 生物技术与医药的关系生物技术与医药的关系 1.与药物的关系与药物的关系 生物技术最早应用的产业领域是医药行业。 1977年： 第一个重组的 生长激素抑制因子 (somatostatin)出 现。 之后，美国成立了第一家遗传工程公司 Genetech， 进 行小牛和小猪的生长激素的开发研究，与其他公司合作开发了 -干扰素的生产技术。 1981年： 第一个诊断用 单克隆抗体 首先在美国正式上市； Date 7 1982年： 第一个基因工程技术生产的 人胰岛素 得到批准，投放市场，第一个 基因工程疫苗 也正式 上市； 1986年： 第一个单克隆抗体新药 抗 T细胞分 化抗原 OKT3单克隆抗体 被批准投放市场，用于治疗 肾移植后作为抗排斥反应的药物，有效率达 94% 。 此后三十几年中，陆续被批准上市的产品已达 几十种，正在临床试验的产品达几百种。 Date 8 2. 与医学的关系与医学的关系 （ 1）从分子水平上去研究和认识疾病： 如遗传性疾病 、癌症等 （ 2） 疾病的诊断： 如酶联免疫吸附测定、 DNA诊断 系统、遗传疾病的分子诊断、癌症的分子诊断、生物芯片 诊断等 （ 3）疑难病症的防治手段： 生物导弹 单克隆抗体、 基因工程疫苗、基因治疗等 （ 4）制造人的器官 人耳鼠 Date 9 （四）生物技术所包含的内容（四）生物技术所包含的内容 按照传统的说法，生物技术包括的内容主要是： 基因工基因工 程、细胞工程、发酵工程和酶工程程、细胞工程、发酵工程和酶工程 这四大工程。 由于生物技术与生命科学的飞速发展和学科之间的相互 渗透，生物技术所包含的内容不断扩大，如 蛋白质工程、 抗体工程、糖链工程、海洋生物技术、生物转化 等。 Date 10 1.基因工程基因工程 基因工程（ genetic engineering） 又叫遗传工程，是现 代生物技术的核心和主导。所谓遗传工程就是从生物 体中把生物遗传物质（基因或 DNA分子）分离出来， 或 人工合成一段基因 ，用人工的方法对遗传物质进行 搭配、组合，然后转入某 生物的细胞内 ，从而通过改 变其遗传物质的结构来改变它的 遗传特性 ，使它定向 地产生所需的生物品种。由于它在 DNA分子水平上动 手术，又称为 DNA重组技术、分子水平杂交技术或称 基因操作。 Date 11 基因工程基因工程 基因工程可以跨越生物远缘不能杂交的鸿沟， 实现物种，甚至动物、植物、微生物之间的基 因杂交，所获得的生物产品或生物新品种在医 药、卫生、农业、畜牧业和环境保护具有广阔 的应用前景。 Date 12 2. 细胞工程细胞工程 细胞工程（ cell engineering） 是指以细胞为基本单位，在 体外条件下进行培养、繁殖，或人为地使细胞某些生物学 特性按人们的意愿发生改变，从而达到改良生物品种和创 造新品种，加速繁育动、植物个体，或获得某种有用的物 质的过程。由于细胞工程是在细胞水平上动手术，又可称 为细胞操作技术。 Date 13 细胞工程的内容细胞工程的内容 l 细胞融合技术 l 细胞器移植技术 l 原生质体融合技术 l 染色体工程 l 细胞和组织培养技术 Date 14 细胞融合技术细胞融合技术 l 细胞融合技术是将两个不同种类的 细胞，通过 化学的 、生物的或物理的办法 ，使它们彼此融合在一起，从而产生出兼 有两个亲体的遗传性状的细胞。这实质上 是无性杂交，故又称其为体细胞杂交。 Date 15 Date 16 细胞组织培养技术细胞组织培养技术 l 动物细胞培养 l 植物细胞培养 l 人或动物的组织培养 l 植物的组织培养 Date 17 3. 发酵工程发酵工程 l发酵工程 (fermentation engineering)是通过现代技术手段， 利用微生物的特殊功能生产有用的物质，或直接将微生物应 用于工业生产的一种技术体系。这项技术主要包括菌种选育 、菌种生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等技术 。 l 发酵工程已用于多种产品如酒类、抗生素、氨基酸、微生 素、激素、工业用酶等生产。近年来，随着基因工程、细胞 工程和酶工程技术向发酵工程的渗透，更拓宽了它的应用领 域。 Date 18 4. 酶工程酶工程 l 酶工程（ enzyme engineering） 是利用酶或细胞所具 有的特异催化功能，或对酶进行修饰改造，并借助 生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项 技术。它主要包括酶的开发和生产、酶的分离和纯 化、酶的固定化、反应器的研制及酶的应用等内容 。 Date 19 5. 蛋白质工程蛋白质工程 l 蛋白质工程（ protein engineering） 是一门从改变基因入 手，制造 新型蛋白质 的技术。 l 其过程是： 先找到一个合成与这种新型蛋白质的基因接近 的基因；然后，修改这个基因（用定位突变技术修改这个基 因的核酸顺序）；再把修饰好的基因植入细菌或生物的细胞 里，让细菌产生出人们想要的新型蛋白质。 l 它与基因工程的区别在于： 前者是利用基因拼接技术用生 物生产已存在的蛋白质，后者则是通过改变基因顺序来改变 蛋白质的结构，生产新的蛋白质。 因此，蛋白质工程又被称 为第二代基因工程，也被称为第二代生物技术。 Date 20 6. 抗体工程抗体工程 l 抗体工程（ antibody engineering） 是应用细 胞生物学或分子生物学手段在体外进行遗传 学操作，改变抗体的遗传特性和生物学特性 ，以获得具有适合人们需要的、有特定生物 学特性和功能的新抗体，或建立能够稳定获 得高质量和产量抗体的技术。 Date 21 7. 糖链工程糖链工程 l 糖链工程（ glycotechnology） 是利用化学、生 物、仪器等手段，研究 糖蛋白糖链 的技术，内 容包括糖链的制备、糖链结构的分析、糖链与 蛋白质的连接方式研究、糖链对蛋白质功能与 活性的影响研究以及 蛋白质糖基化 技术研究等 。 Date 22 8. 海洋生物技术海洋生物技术 l 海洋生物技术（ marine biotechnology） 是指运 用海洋生物学与工程学的原理和方法，利用海 洋生物或生物代谢过程，生产有用物质或定向 改良海洋生物遗传特性所形成的高技术。 Date 23 9. 生物转化生物转化 l 生物转化（ bioconversion, biotransformation） 也称生物催 化 (biocatalysis)，是指利用酶或有机体 (细胞、细胞器 )作为 催化剂实现化学转化的过程，是生物体系 (包括细菌、真菌 、植物组织、动物组织培养体系或生物体系 )的酶制剂对外 源性底物进行结构性修饰所发生的化学反应。 l 微生物因其培养简单、种类繁多、酶系丰富而成为生物转 化中最常见的有机体。 Date 24 二、生物技术药物 （一）生物技术药物的概念 l 生物药物（ biological drug） 是指运用微生物学、生物学、医学、化学、 生物化学、生物技术、药学等科学的成果、原理和方法，从生物体、生物 组织、细胞、体液等制造的一类用于 预防、治疗和诊断疾病的制品 。这类 制品包括生物体的 初级和次级代谢产物 ，或生物体的某一组成部分，甚至 整个生物体，主要有蛋白质、核酸、糖类、脂类等。 l 生物技术药物（ Biotechnological drug, biotech drug） 是指采用 DNA重组 技术或其他新生物技术生产的用于预防、治疗和诊断疾病的 药物 ，主要是 重组蛋白或核酸类药物，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、单克隆抗体、反义核酸、小干扰 RNA等。 Date 25 1. 按用途分类： （ 1）治疗药物 （ 2）预防药物 （ 3）诊断药物 2. 按作用类型分类： （ 1）细胞因子类药物 （ 2）激素类药物 （ 3）酶类药物 （ 4）疫苗 （ 5）单克隆抗体 （ 6）反义核酸 （ 7） RNA干扰药物 （ 8）基因药物 （二）生物技术药物的分类 Date 26 3. 按生化特性分类 （ 1）多肽类药物 （ 2）蛋白质类药物 （ 3）核酸类药物 （ 4） PEG化多肽或蛋白质药物 （二）生物技术药物的分类 Date 27 （三）生物技术药物的特性 l 生物技术药物的化学本质一般为通过现代 生物技术制备的 多肽、蛋白质、核酸及它 们的衍生物 ， 与小分子化学药物相比 ，在 理化性质、药理学与作用、生产制备和质 量控制 方面都有其特殊性。 Date 28 1. 理化性质特性 （ 1）相对分子质量大： 生物技术药物的分子一般为多肽、蛋白 质、核酸或它们的衍生物，相对分子质量（ Mr）在几千至几万，甚至几十 万。如人胰岛素的 Mr为 5.734 kD，人促红细胞生成素（ EPO）的 Mr为 34 kD 左右， L-天冬酰胺酶的 Mr为 135.184 kD。 （ 2）结构复杂： 蛋白质和核酸均为生物大分子，除一级结构外 还有二、三、四级结构。另外，具有糖基化修饰的糖蛋白类药物其结构就更 为复杂，糖链的多少、长短及连接位置均影响糖蛋白类药物的活性。 （ 3）稳定性差： 多肽、蛋白质类药物稳定性差，极易受温度、 pH值、化学试剂、机械应力与超声波、空气氧化、表面吸附、光照等的影 响而变性失活。多肽、蛋白质、核酸（特别是 RNA）类药物还易受蛋白酶或 核酸酶的作用而发生降解。 Date 29 2. 药理学作用特性 （ 1）活性与作用机制明确 （ 2）作用针对性强 （ 3）毒性低 （ 4）体内半衰期短 （ 5）有种属特异性 （ 6）可产生免疫原性 Date 30 3. 生产制备特性 （ 1）药物分子在原料中的含量低： 生物技术药物一般由发酵工程菌 或培养细胞来制备，发酵或培养液中所含欲分离的物质浓度很低，常常浓度 低于 100mg/L。 （ 2）原料液中常存在降解目标产物的杂质： 生物技术药物一般为多 肽或蛋白质类物质，极易受原料液中一些杂质如 酶 的作用而发生降解。 （ 3）制备工艺条件温和： 欲分离的药物分通常很不稳定，遇热、极 端 pH、有机溶剂会引起失活或分解，稍不注意就会引起失活和降解。 （ 4）分离纯化困难： 原料液中常存在与目标分子在结构、构成成分 等理化性质上及其相似的分子及异构体，形成用常法难以分离的混合物。因 此，需要用多种不同原理的层析单元操作才能达到药用纯度。 （ 5）产品易受有害物质污染： 生物技术药物的分子及其所存在的环 境物质均为营养物质，极易受到微生物的污染而产生一些有害杂质，如 热原 。另外，产品中还易残存具有免疫原性的物质。这些有害杂质必须在制备过 程中完全去除。 Date 31 4. 质量控制特性 由于生物技术药物均为大分子药物，其生产菌种（或细胞）、生产工艺 均影响最终产品的质量，产品中相关物质的来源和种类与化学药物和中药不同 ，因此这类药物的质量标准的制定和质量控制项目也与化学药物和中药不同。 （ 1）质量标准内容的特殊性： 生物技术药物的质量标准包括基本要求、 制造 、检定等内容，而化学药物的质量标准则主要包括性状、鉴别、检查、含 量测定等内容。 （ 2）制造项下的特殊规定： 对于利用哺乳动物细胞生产的生物技术药物 ，在本项下要写出工程细胞的情况，包括：名称及来源，细胞库建立、传代及 保存，主细胞库及工作细胞库细胞的检定；对于利用工程菌生产的生物技术药 物，在本项下要写出工程菌菌种的情况，包括：名称及来源，种子批的建立， 菌种检定。本项下还要写出原液和成品的制备方法。 Date 32 （ 3）检定项下的特殊规定： 在本项下规定了对原液、半成品和 成品的检定内容与方法。 原液检定项目 包括： 生物学活性 、蛋白质含量、比活性、 纯度（两种方法）、分子量、外源性 DNA残留量、 鼠 IgG残留量 （采用单克隆抗体亲和纯化时）、宿主菌蛋白质残留量、残余 抗生素活性、细菌内毒素检查、等电点、紫外光谱、肽图、 N端 氨基酸序列（至少每年测定 1次）； 半成品检定项目 包括：细菌内毒素检查、无菌检查； 成品 检定项目 除一般相应成品药的检定项目外，还要查生物学活性 、残余抗生素活性、异常毒性等。 Date 33 三、生物技术制药的概念和主要研究内容与任务 （一）生物技术制药的概念 生物技术制药（ biotechnological pharmaceutics ） 是指利用基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程 、蛋白质工程等生物技术，来研究、开发和生产用于 预防、治疗和诊断疾病的药物。 Date 34 （二）生物技术制药的主要研究内容与任务 1. 生物制药技术的研究、开发与应用 2. 利用生物技术研究、开发和生产药物 （ 1）应用基因工程技术大量生产天然存在量极微或难 以获得的药物 （ 2）应用蛋白质工程技术设计新的药物： （ 3）应用 酶工程 改变药用酶的性质 （ 4）应用生物技术改造传统制药工艺 Date 35 四、生物技术与生物技术制药的发展简史 生物技术，从广义角度来看，是人类对生物资源生物技术，从广义角度来看，是人类对生物资源 (包括包括 动物、植物、微生物动物、植物、微生物 )的利用、改造并为人类服务的技术。的利用、改造并为人类服务的技术。 人类在古代时就能利用生物体和古老的技术来生产各人类在古代时就能利用生物体和古老的技术来生产各 种产品，并为自身服务，种产品，并为自身服务， 如酿酒、制醋就是人类最早通过如酿酒、制醋就是人类最早通过 实践所掌握的古老的生物技术，还有实践所掌握的古老的生物技术，还有 酱和酱油酱和酱油 、 泡菜泡菜 、奶、奶 酒、酒、 干酪干酪 等的制作以及面团发酵、粪便和秸秆沤制、以等的制作以及面团发酵、粪便和秸秆沤制、以 霉霉 治病治病 等技术。等技术。 因而，生物技术的发展过程按其技术特征来看，可以分因而，生物技术的发展过程按其技术特征来看，可以分 为为 3个不同的发展阶段个不同的发展阶段 :即传统生物技术、近代生物技术和现即传统生物技术、近代生物技术和现 代生物技术。代生物技术。 （一）生物技术的发展简史（一）生物技术的发展简史 Date 36 1传统生物技术阶段 传统生物技术传统生物技术 的应用已有悠久的历史。远在 公元前几千年，就有了酿酒和制醋的生产技术， 因而它的 技术特征是酿造技术技术特征是酿造技术 。 但是，人们在很长的时期内，不知道这些 技术的内在原因。 1590年：年： 发明了显微镜。 1675年：年： 知道了自然界有微生物的存在。 Date 37 1857年：年： 利用实验的方法证明了酒精 发酵是活酵母所引起的结果，其他发酵产 物则是由其他微生物发酵所形成的。 1897年：年： 发现了磨碎的 “死 ”酵母仍能 使糖发酵而形成酒精，并将其中所含的活 性物质称为 “酶 ”。 经过这一系列的研究，才揭开了发酵 现象的奥秘。 Date 38 由于上述研究结果的启示，从 19世纪末到 20世 纪 30年代，陆续出现了许多产品的工业发酵，开创 了工业微生物的新世纪。 生产出的产品有 :乳酸、酒精、丙酮、丁醇、柠 檬酸、淀粉酶等。 这些产品的生产过程比较简单，大多数属于 嫌 气发酵 或表面培养，生产设备的要求也不高。产品 的化学结构较为简单，属于微生物的初级代谢产物 。 Date 39 传统生物技术大事记 500 B.C.： The Chinese used moldy soybean curds as an antibiotic to treat boils（ 疖） . A.D. 100： Powdered chrysanthemum was used in China as an insecticide. 1590： The microscope was invented by Janssen. 1663： Cells were first described by Hooke. 1675： Leeuwenhoek discovered bacteria. 1797： Jenner inoculated a child with a viral vaccine to protect him from smallpox. Date 40 1830： Proteins were discovered. 1833： The first enzyme was isolated. 1855： The Escherichia coli (E. Coli) bacterium was discovered. It later becomes a major research, development and production tool for biotechnology. 1863： Mendel, in his study of peas, discovered that traits（ 性状） are transmitted from parents to progeny by discrete（ 分立的） , independent units, later called genes. His observations laid the groundwork for the field of genetics. Date 41 1869： Miescher discovered DNA in the sperm of trout（ 鳟鱼） . 1877： A technique for staining and identifying bacteria was developed by Koch. 1878： The first centrifuge was developed by Laval. 1879： Fleming discovered chromatin, the rod- like structures inside the cell nucleus that later came to be called chromosomes. Date 42 1900： Drosophila (fruit flies) used in early studies of genes. 1902： The term “immunology“ first appeared. 1906： The term “genetics“ was introduced. 1911： The first cancer-causing virus was discovered by Rous Rous sarcoma virus (RSV). . Date 43 1914： Bacteria were used to treat sewage for the first time in Manchester, England. 1915： Phages, or bacterial viruses, were discovered. 1917： The word “biotechnology“ was first used by a Hungarian agricultural engineer. 1920： The human growth hormone was discovered by Evans and Long. 1928： Fleming discovers penicillin, the first antibiotic. 1938： The term “molecular biology“ is coined. Date 44 1940： American Oswald Avery demonstrates that DNA is the “transforming factor“ and is the material of genes. 1941： The term “genetic engineering“ is first used by Danish microbiologist A. Jost in a lecture on sexual reproduction in yeast at the technical Institute in Lwow, Poland. 1942： The electron microscope is used to identify and characterize a bacteriophage - a virus that infects bacteria. Date 45 近代生物技术阶段 近代生物技术主要是大规模近代生物技术主要是大规模 沉没培养法沉没培养法 生产技术以生产技术以 及相关的及相关的 发酵新技术，如无菌技术、控制技术、补料技发酵新技术，如无菌技术、控制技术、补料技 术等为标志，主要生产抗生素。术等为标志，主要生产抗生素。 20世纪 40年代初，由于第二次世界大战的爆发，急 需疗效好而毒副作用小的抗细菌感染药物。 1941年，美国和英国合作开发研究了 1928年英国 Fleming发现的、并于 1940年经 Florey及 Chain等提取、 又经临床证明具有卓越疗效且毒性低的青霉素 。 Date 46 Alexander Fleming is one of the most famous scientists in the world, due to its discovery of penicillin. Penicillin was the first antibiotic used in great amounts to treat bacterial infections, saving millions of lives. Ernst Chain Sir Howard Florey Fleming discovered also lysozyme, an antibacterial enzyme present in mucous secretions. Alexander Fleming was born at Lochfield (Scotland) on August 6th, 1881. At the age of 14 he moved to London, where he studied medicine. His scientific work was developed at St. Marys Medical School, London University. Fleming discovered penicillin in 1928, when he observed that growth of Staphylococcus bacteria was inhibited by a Penicillium mould that accidentally contaminated the culture plate. He named penicillin the active substance produced by the Penicillium mould. Fleming left the study of penicillin to study lysozyme, that seemed to him more promising. Luckily, Chain and Florey continued the study of penicillin, proving in clinical tests its effectiveness in the treatment of diverse bacterial infections. At the end of World War II, a lot of hurt soldiers of the allied troops saved their lives thanks to penicillin. Fleming, Chain and Florey won the 1945 Nobel prize of physiology and medicine. Alexander Fleming died in 1955. Date 47 表面培养法生产青霉素：表面培养法生产青霉素： 需花费大量劳动力和占用大量 空间 (生产生产 l kg含量为含量为 20% 的青霉素要用约的青霉素要用约 80 000个个 1L的的 培养瓶培养瓶 )、产品的价格非常昂贵。 搅拌发酵的沉没培养法生产青霉素：搅拌发酵的沉没培养法生产青霉素： 生产效率高、产品 质量好，发酵罐的体积最初即达 5m3， 产品的产量和质 量、生产效率大幅度提高，成本显著下降。 这给发酵工业带来了革命性的变化，因而微生物发 酵技术是近代生物技术的基础技术。以后，又开发了一 系列发酵新技术，如 无菌技术、控制技术、补料技术 等 。这就开始了当代微生物工业的兴旺发达。 Date 48 以后， 链霉素、金霉素、红霉素等抗生素相继问世，兴起 了抗生素工业，促使工业微生物的生产进入了一个新的阶段 。 抗生素生产的经验很快促进了其他发酵产品的发展，最突出 的是 20世纪 50年代的 氨基酸发酵工业 、 20世纪 60年代的酶制剂工 业以及一些原来用表面培养法生产的产品生产都开始改用沉没培 养法 。 近代生物技术产业的主要产品有 : 医药业：抗生素、维生素、淄体激素、氨基酸 ; 轻工食品业：工业酶制剂、食用氨基酸、酵母、啤酒 ; 化工业：酒精、丙酮、丁醇、沼气 ; 农林业：农用抗生素等农药 ; 环境保护业：生物治理污染等。 Date 49 近代生物技术时期的特点 产品类型多 不但有生物体的初级代谢产物 (氨基酸、有机酸、酶 制剂、多糖等 )，还有次级代谢产物 (抗生素等 ) 等产品。 生产技术要求高 主要表现在发酵过程中，要求在纯种或无杂菌 条件下进行运转 ; 大多数生物体是需氧菌，需要通入无菌空气进行 好气发酵 ; 发酵产品不少是医药用品或食用品，产品质量要求也非 常严格。 生产设备规模巨大 从发酵罐看，常用的搅拌通气罐可大至 500m3; 技术最高、规模最大的单细胞蛋白工厂的 气升式发酵罐 的容 积已超过 2000m3。 技术发展速度快 以发酵工业中提高产品的产量和质量所需 的关键物质菌种为例，其活力和性能获得了惊人的提高。如 青霉素发酵菌种，初期的发酵效价仅为 200U/ml， 目前国际上 已达 80000U/ml， 可见其发展速度之快。发酵控制技术等也得 到了前所未有的提高。 Date 50 近代生物技术时期大事记 1944 Waksman isolated streptomycin, an effective antibiotic for TB. 1946 Discovered that genetic material from different viruses can be combined to form a new type of virus, an example of genetic recombination. 1947 McClintock discovered transposable elements, or “jumping genes“ in corn. Date 51 1949 Pauling showed that sickle cell anemia（ 镰 状细胞贫血） is a “molecular disease“ resulting from a mutation in the protein molecule hemoglobin. 1950 Artificial insemination of livestock using frozen semen (a longtime dream of farmers) was successfully accomplished. 1953 Nature published James Watsons and Francis Cricks manuscript describing the double helical structure of DNA, which marks the beginning of the modern era of genetics. Date 52 Francis Crick and James Watson The deoxyribonucleic acid (DNA) molecule is the genetic blueprint for each cell and ultimately the blueprint that determines every characteristic of a living organism. In 1953 American biochemist James Watson, left, and British biophysicist Francis Crick, right, described the structure of the DNA molecule as a double helix, somewhat like a spiral staircase with many individual steps. Their work was aided by X-ray diffraction pictures of the DNA molecule taken by British biophysicist Maurice Wilkins and British physical chemist Rosalind Franklin. In 1962 Crick, Watson, and Wilkins received the Nobel Prize for their pioneering work on the structure of the DNA molecule. Date 53 1954 Cell-culturing techniques were developed. 1955 An enzyme involved in the synthesis of a nucleic acid was isolated for the first time. 1956 The fermentation process was perfected in Japan. Kornberg discovered the enzyme DNA polymerase I, leading to an understanding of how DNA is replicated. Date 54 1959 Systemic fungicides were developed. The steps in protein biosynthesis are delineated. 1960 Exploiting base pairing, hybrid DNA-RNA molecules were created. Messenger RNA is discovered. 1964 The International Rice Research Institute in the Philippines starts the Green Revolution with new strains of rice that double the yield of previous strains if given sufficient fertilizer. Date 55 1965 Harris and Watkins successfully fuse mouse and human cells. 1966 The genetic code was cracked, demonstrating that a sequence of three nucleotide bases (a condon) determines each of 20 amino acids. 1967 The first automatic protein sequencer was perfected. 1969 An enzyme was synthesized in vitro for the first time. Date 56 1970 Specific restriction nucleases were identified, opening the way for gene cloning. First complete synthesis of a gene. 1971 Discovery of restriction enzymes that cut and splice genetic material. 1972 The DNA composition of humans was discovered to be 99 percent similar to that of chimpanzees and gorillas. Initial work with embryo transfer. Date 57 传统与近代生物技术所包含的过程 第一步：上游处理过程 指对粗材料进行加工，作为微生物的营养和能量来源 第二步：发酵和转化 微生物在一个大的生物反应器内大量生长，生产某一 目的产品，比如抗生素、氨基酸等 第三步：下游加工过程 主要是指目的产物的纯化过程 Date 58 传统与近代生物技术的主要研究内容 l 菌种的筛选与诱变 l 适合菌种生长的培养基及培养条件 l 生物反应器的设计与制造 l 发酵产物的纯化 Date 59 传统与近代生物技术的局限性 提高产量的幅度非常有限 传统的诱变和选择的方法过程烦琐、耗时长、 费用高、筛选克隆多 只能提高微生物一种已有的遗传性质，不能赋 予这种微生物其他遗传特性 Date 60 现代生物技术 l 1953年 Watson 和 Crick发现了 DNA双螺旋结 构，奠定了现代分子生物学的基础 l 1973年美国加利福尼亚大学旧金山分校的 Herber Boyer 教授和斯坦福大学的 Stanley Cohen教授共同完成的基因工程实验为标志 Date 61 DNA双螺旋结构双螺旋结构 Date 62 Date 63 1973 Cohen and Boyer perform the first successful recombinant DNA experiment, using bacterial genes. 1974 The National Institute of Health forms a Recombinant DNA Advisory Committee to oversee recombinant genetic research. 1975 Colony hybridization and Southern blotting are developed for detecting specific DNA sequences. The first monoclonal antibodies are produced. 1976 The tools of recombinant DNA are first applied to a human inherited disorder. Molecular hybridization is used for the prenatal diagnosis of alpha thalassemia. Yeast genes are expressed in E. coli bacteria. 1977 Genetically engineered bacteria are used to synthesize human growth protein. 1978 North Carolina scientist