高二生物选修2 生物工程药物和疫苗 课件.ppt

第3节 生物工程药物和疫苗,生物工程是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。通常包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程四方面内容。,一、生物工程药物,基因工程药物 细胞工程药物 酶工程药物 发酵工程药物,1、基因工程药物,（1）基因工程药物的概念,基因工程药物是以重组DNA为核心技术，通过将一个生物体内有用的目的基因转移到另一个生物体中，并表达所需要的产物药物的过程。,（2）转入基因的生物：,细菌 动物 植物,（3）基因工程药物的生产过程,获得目的基因,构建基因工程菌,工程菌大规模培养,分离提取目的产物,重组质粒,1、基因工程药物,干扰素的生产： 什么是干扰素？ 传统方法：从人血液中的白细胞内提取 每300L血液才能提取1mg 基因工程：将干扰素基因转移到大肠杆菌中 每千克培养液可提取20-40 mg,干扰素口服无效，须注射给药，最初的主要作用是抗病毒，后来发现其有很重要的免疫调节作用。,1、基因工程药物,干扰素生产车间,(4)实例：大肠杆菌合成人胰岛素 书本57页,（5）其他基因工程药物：书本58 59页,2、细胞工程药物,传统动植物药物具有高效、低毒、副作用少的特点。 野生药用植物越来越少，如何才能获得珍贵药材？,（1）细胞工程药物的概念,细胞工程药物是在细胞水平上的遗传操作，即通过细胞融合、核质移植、染色体移植等技术，改造并筛选特定的细胞株或细胞系，再通过规模培养获得药物的过程。,（2）植物细胞（组织）培养,细胞培养的人参愈伤组织,植物细胞（组织）培养流程,悬浮细胞培养,提取纯化 产物,脱分化：离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。,收集细胞,药物制剂,通过植物组织培养的药物：奎宁、长春碱、洋地黄、紫草素、人参皂甙等,动物细胞（组织）培养,动物细胞融合,（3）单克隆抗体,概念：单个B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后进行无性繁殖得到的化学性质单一，特异性强的抗体。,（3）单克隆抗体的制备,抗原刺激,B淋巴细胞,浆细胞,骨髓瘤细胞,融合,筛选,杂交瘤细胞,扩增,体内（外）培养,单克隆抗体,小结：,单克隆抗体的特点：,特异性强、灵敏度高,应用：单克隆抗体诊断试剂盒,现在人们所说的生物药物，是泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物及生物体的某一组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。例如，从动、植物中提取生化药物，利用微生物发酵或动植物细胞组织培养，转化生产的药物。而生物工程药物，一般是指利用DNA重组技术，或其他生物工程生产的药物，包括基因工程药物、酶工程药物、动植物细胞工程药物等。其品种主要包括用于预防疾病的疫苗、疫情检测和临床诊断的试剂、治疗疾病的药物等。当然，生物工程药物也属于生物药物。 生物技术制药与传统的生物制药有内在联系，同时又有明显区别。传统的生化制药，采用普通技术，从动物或植物中提取药物不属于生物技术制药，如传统中药和从动物组织、器官或血液中提取生化药物。但是，利用生物技术也可以生产传统生物制药的产品。,二、基因工程疫苗,1、疫苗的概念：是一类接种后能激发人体免疫反应来抵抗某些传染病的生物制品。 作用：疫苗是一种特殊的药物，它不是用于治疗疾病，而是用于预防疾病。,传统疫苗,灭活疫苗,减毒疫苗,新型疫苗,基因工程疫苗,核酸疫苗,生物工程疫苗主要是指基因工程疫苗,2、类型：,亚单位疫苗,减毒疫苗,概念：书本61页 优点：一般只需接种一次，接种量少，免疫持续的时间长，效果好。 缺点：保留一定的残余毒力，对免疫缺陷者可引起严重感染；个别活疫苗在应用过程中有毒力回升现象；制作时，如果减毒不够会造成被接种者严重感染；过度减毒又会造成免疫原性不足或丧失，失去活疫苗的作用；减毒疫苗需低温保存和运输。 常见减毒疫苗：书本61页,灭活疫苗,概念：书本62页 优点：制备简单，保存时间较长，相对较安全。 缺点：免疫力较差，接种剂量较大且需多次接种。 常见灭活疫苗：书本62页,亚单位疫苗,用天然微生物的某些成分的亚单位作为疫苗的，称为亚单位疫苗,3、基因工程疫苗的生产,优点：可删除细菌和病毒中抗原物质的基因或基因片断。 生产过程：将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的宿主细胞，进行表达，获得的表达产物就可以作为疫苗。,例如，乙型肝炎抗体疫苗，就是将乙肝病毒表面基因转入酵母或动物细胞，构建乙型肝炎病毒表面抗原基因的工程菌，然后将它在发酵罐中进行大规模培养。一般每升酵母发酵液中可产出50100mg具有免疫活性的表面抗原蛋白，经分离、提纯后，用福尔马林和氢氧化铝吸附，制成乙肝疫苗。 人们甚至将乙肝抗原基因转到西红柿中，经栽培，获得转乙肝抗原基因西红柿，食用后可预防乙肝。,全球生物医药产业发展迅猛,生物药品的销售呈现较快的增长。上世纪90年代以后，全球生物药品销售额以年均30%的速度增长，这个速度大大高于全医药行业年均不到10%的增长速度。 生物药品销售额占整个医药行业销售额的比例不断提高，从1995年的不足4%提高到2000年的9%。如2000年全球生物技术产品总额突破600亿美元，年增长率超过20%，其中EPO和CG-CSF的单品种销售额均超过10亿美元。 另一方面，生物医药技术的研发投入不断增加。以美国为例，生物医药研究研发领域的人均投入为其他工业领域的10倍。,发展的有利条件,我国生物制药产业与国外几乎是同时起步，差距较小。 我国具有一支接受过现代生命科学基础训练并且从事过高层次研究的“海外军团”。据统计，改革开放以来的32万名留学生中，学习生命科学的接近60%。 加入WTO后，跨国公司竞相在华建立研发基地。 国家出台了一系列政策，扶植生物制药产业，地方政府也纷纷将生物制药确立为支柱产业。 目前国家推行的药品生产强制认证制度也有利于生物制药发展。,发展的前景,我国生物制药产业的增长速度逐年加快，2000年生物制药的销售增长率达到21.6%，大大高于医药行业的12%的增长速度。 目前我国能够生产21种生物医药，世界上销售额排名前10位的生物医药中，我国能生产8种。 我国投入临床研究的生物医药项目有近150个，其中有10种产品有望成为国家一类新药。 随着人们生活水平的提高（随之带来的是药品消费能力的提高）加上生物制药企业市场销售网络的完善及每年约1-2个新品种投入市场，预计生物制药业每年保持20-25%的年增长速度是完全可能的，按此测算，到2005年，我国生物制药的市场销售收入将达到130-150亿元，毛利将达40-48亿元。,生物技术产业的发展,根据国际著名咨询公司安永会计师事务所(Ernst &Young)统计，2002年全球有超过300种生物技术制品进入末期临床，比2001年增加50%；研发投入增长34%，达到220亿美元；全球4362个生物技术公司（包含上市公司）的利润总额上升15%，达到413亿美元。 尽管总体形势良好，但是产业内部仍涌动着一些暗流：全球生物技术公司亏损幅度有所提高，亏损总额达到120亿美元，比去年提高116%；美国318家上市公司的1/3、欧洲102家上市公司的20%，手里掌握的现金尚不足以支撑一年。,疫苗的基本成分包括抗原、佐剂、防腐剂及其他活性成分。 抗原是疫苗最主要的成分，决定疫苗的免疫性能。抗原必须是机体以外的物质，进入机体后能够有效激发机体的免疫反应。作为抗原的生物活性物质有：灭活的细菌或病毒，通过多次传代得到的减毒细菌或病毒，病毒或细菌的提纯物，有效的蛋白成分，类病毒，细菌多糖，合成多肽，以及近年来发展的DNA疫苗等。 佐剂是能够增强抗原的特异性免疫应答的物质，它应该无毒、安全，并且稳定，比如油制佐剂。 防腐剂是保证疫苗在储存期不会被微生物污染，防止造成严重问题的物质，大多数是化学防腐剂。稳定剂是为保证作为抗原的病毒或其他微生物能够存活和维持其免疫活性稳定的物质，往往都是糖类，如乳糖、山梨醇等。 另外，疫苗在制备时还需要加入适当的缓冲剂、盐类等无活性的成分。构成疫苗的所有成分和含量必须不影响疫苗的效力、纯度和安全性，因此都有严格的质量标准。,生物技术产业的发展,2001年中期我国的生物制药平均每股净资产同比增长速度为36.21%，平均净利润同比增长为5.76%。而到了2003年，生物制药板块可以说是“受害”最深的板块，甚至可以用泡沫破碎来形容。10家公司中，一度出现过这样的市情：股价在810元区间的只剩下天坛生物、四环药业、北生药业和北大高科4家；而股价在68元区间的只有海王生物1家；吉林省的3只生物制药股与四环生物、金花股份都跌到6元以下。形势告急。 由于我国生物制药业以仿制国外产品为主，企业自身没有投入高额的研发费用，因此，从整体上来看，我国生物制药业才没有出现全行业的亏损状况。然而股市是市场的晴雨表，不断下挫的股市至少说明生物医药产业高投入产出周期长的特点还没有得到投资者的普遍重视。,2003年的“非典”一定给大家留下了很深的印象吧。大家知不知道“非典型肺炎”元凶是什么呢？,从社会中来,在SARS病毒全基因组的测序中发现，SARS病毒由一种相对稳定的RNA病毒特有蛋白质和另外五种蛋白质组成。它在人体外一般存活数小时，但在人类排泄物中存活长达4天，在零摄氏度时甚至可以无限期存活。,冠状病毒,2、SARS疫苗用于人体临床研究还要经过有关伦理委员会的批准，这是为什么？这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性。,请同学们阅读课本“从生活中来”，并思考以下问题： 1、我国在这项研究中处于领先地位，国家的高度重视、科学家的献身精神无疑是重要的因素。还有其他原因吗？,这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性。受试者的权益、安全和健康必须高于对科学和社会利益的考虑。SARS疫苗用于临床，要经过伦理委员会批准和与受试者签定知情同意书，是保障受试者权益的主要措施。,我国是SARS疫情的主要发生地，对于疫苗的研制具有别国所没有的迫切性；同时在取得毒株、抗血清等方面拥有一定的便利条件；我国在研制灭活疫苗方面拥有较强的科研和生产能力。,曾有专家预言，芯片技术、医药和生物工程这三个领域将是21世纪头30-40年发展最快的领域，是世界经济发展的火车头。,3、基因工程疫苗,（1）疫苗概念 疫苗是一类接种后能激发人体免疫反应来抵抗某些传染病的生物制品。 我国早在宋朝真宗时期(9981023年)就开始从症状轻微的天花病人身上取得疱浆，人工接染到健康儿童，使之产生轻微症状的感染，从而获得免疫力，避免引起严重天花和造成死亡。后来这一方法经阿拉伯人传到欧洲，1721年传入英国。英国医生詹纳注意到感染牛痘的人不会感染天花。经过多次实验，詹纳于1796年，从一挤奶女工感染牛痘的豆疱中取出疱浆，给一个8岁的男孩接种在手臂上。后来再给男孩接种天花疱浆，这个男孩并没有染上天花，证明该男孩对天花确实具有免疫力。这个牛痘疱浆就是天花疫苗，它能够有效地预防天花。经过一百多年的努力，1979年4月，世界卫生组织宣布全球消灭了天花。,（3）传统疫苗的生产,减毒疫苗也称活疫苗，是指用人工定向变异的方法，使病原微生物在极大程度上丧失致病能力，或从自然界筛选毒性高度减弱或基本无毒的活细菌或病毒制备成的疫苗。 灭活疫苗也称死疫苗，是选用抗原性强的病原微生物，经过人工大量培养后，用化学或物理方法灭活后制备而成的疫苗。,动物细胞（组织）培养,应用： （1）生产有重要价值的蛋白质产品分泌性的蛋白质产品 （2）培养皮肤细胞用于移植形成组织 （3）检测有毒物质致癌致畸引起染色体目和结构改变 （4）理论研究:培养正常或异常细胞用于生理、病理、药 理研究,动物细