生物制备技术第一章绪论.ppt

,生物制剂制备技术,课程性质：考查讲授：朱新军zhuxj2409,第一章绪论(ChapterIntroduction),第一节生物制品学概述(SectionsummaryofBiopreparatics)一、概念(conception)（一）概念生物制品（Biopreparate）：Biologicalproducts泛指采用现代生物技术手段来人为的创造一些条件，借用某些微生物、植物或动物体来生产某些初级(primarymetabolites)或次级代谢产物(secondmetabolites)或利用生物体的某一组成部分，制成作为诊断(diagnosis)或治疗(cure)或预防疾病(precaution)或达到某种特殊医学目的的医药用品，统称为生物制品。,广义的生物制品还包括一些保健用品，例如微生态制剂（双歧杆菌、五株王口服液、昂利一号、太太口服液、酪酸梭菌活菌片、整肠生、畜禽益生素、饲料添加剂等）。,生物制品学（Biopreparatics）系指研究各类生物制品的来源（source）、结构特点（structurecharacter）、应用（application）、生产工艺（productiveprocess）、原理（principle）、现状（presentsituation）、存在问题（standingproblem）与发展前景（prospectsofdevelopment）等诸方面知识的一门科学。,（二）现代生物技术的起源与发展(originanddevelopmentormodernbiotechnology)生物技术的发展是在数门基础学科的发展和融合的基础上发展起来的，它本身又经历了几代发展过程，不断向纵深发展，之后，又形成了若干个分支学科。,蛋白工程(Proteinengineering)抗体工程(Antibodyengineering)糖链工程（Glycotechnology）生物芯片技术(Biochiptechnology)人类基因组计划(HGP）深度DEEP（亚分子水平submolecular）,微生物学(Microbiology)生物化学(Biochemistry)遗传学(Genetics),分子生物学(MolecularBiology),细胞生物学(Cytobiology),分子细胞学(Molecularcytology),化学工程(ChemicalEngineering)生命科学(Lifescience),生化工程学(Biochemicalengineering),物理学(Physics)生物学(Biology),生物物理学(Biophysics),计算机科学（Computerscience)生命科学(Lifescience),基础学科,生物信息学(Bioinformatics),现代生物技术,现代生物技术（本身）,第一代第二代第三代,细胞工程(Cellengineering)基因工程(Geneengineering)酶工程(Enzymeengineering)发酵工程(Fermentationengineering)生化工程(Biochemicalengineering)细胞或分子水平(molecular),海洋生物技术（Marineorganismstechnology)代谢工程（途径工程）（MetabolismpathwayEngineering)自动生化药物筛选技术（Auto-biochemicaldrugscreeningtechnology)人类蛋白质组计划（HPP）航天(宇航)生物技术（Spacebiotechnology)广度BROAD扩展到了浩瀚的海洋、硕大无朋的天体行星,新兴学科,基础学科与现代生物技术的种类,现代生物技术,农业生物技术(Agriculturebio-tech)家畜生物技术(Domesticanimalbio-tech)食品生物技术(Foodbio-tech)环保生物技术(Environmentprotectionbio-tech)能源生物技术(Energybio-tech)海洋生物技术(Oceanbio-tech)医药生物技术(Medicinebio-tech)生物制品技术(Biopreparatetechnology),（三）现代生物技术分类,现代生物技术、信息技术、新材料技术和新能源技术一起并列为21世纪影响国计民生的四大科学技术支柱和国民经济增长的强劲增长点，各国政府、科技界和企业家都予以高度重视和大力支持，并纷纷制定了刺激其发展的优惠政策。其中生物制品就属现代生物技术中的主要研发内容。,（四）现代生物技术在科技与经济发展中的地位,二、研究内容与分类（contentandclassification）（一）生物制品学的研究内容（content）：是研究各类生物制品的结构（structure）、功能（function）、制备工艺（preparationprocess）、开发现状（presentsituationofdevelopment）与发展战略（strategyofdevelopment）等内容。,（二）生物制品的分类(classify)1.按来源分(accordingtothesource)人源生物制品(Humansource)（如各种血液成分等）；动物源生物制品(Animalsource)（干扰素interferon、激素hormone、蛇毒snakevenom等）；植物源生物制品(Plantssource)（植物激素planthormone、紫杉醇Taxol、长春碱velban、喜树碱camptothecine等）；微生物源生物制品(Microbesource)（生长激素growthhormone、干扰素interferon、胰岛素insulin等）。,2.按使用对象分(accordingtotheobject)用于人的生物制品；(applicationtohuman)用于家畜的生物制品；(applicationtodomesticanimal)用于家禽的生物制品；(applicationtopoultry)用于作物的生物制品。(applicationtocrops),3.按结构与功能分(accordingtothestructureandfunction).疫苗类（Vaccine）1)病毒疫苗(virusVaccine)灭活疫苗（DeadVaccine）减毒活疫苗（AttenuatedVaccine）亚单位疫苗或成分苗（SubunitVaccine）基因工程疫苗（GeneEngineeringVaccine）遗传重组疫苗（GeneticRecombinantVaccine）合成肽疫苗（SyntheticPeptideVaccine）,2)细菌菌苗（BacteriaVaccine）灭活菌苗（DeadBacterialVaccine）减毒活菌苗（AttenuatedBacterialVaccine）亚单位苗或成分苗(SubunitBacterialVaccine)合成肽苗(SyntheticpeptideBacterialVaccine)基因工程菌苗(GeneEngineeringBacterialVaccine)核酸菌苗(NucleicAcidBacterialVaccine),3)寄生虫疫苗（ParasiteVaccine）4)治疗性疫苗（CureVaccine）、抗体类（Antibody）1)多克隆Ab(PolycloneAntibody)2)单克隆（MonocloneAntibody）3)基因工程Ab（GeneEngineeringAntibody）4)Ab诊断试剂（AbDiagnosticReagent）或Ab诊断试剂盒（AbDiagnosticKit）5)Ab治疗药（AbCureDrug）,、人血代用品（HumanBloodSubstitute）1)血浆（BloodPlasma）2)血细胞（BloodCell）3)血清白蛋白与球蛋白（SerumalbuminSCP用的气升式发酵罐最大的可达2000M3;英帝国化工公司有3500M3罐；污水处理最大达5500M3,4.技术发展速度快，以发酵工业中提高产品的产量与质量所需的关键物质菌种为例，其活力与性能均得到了惊人的提高。如Penicillin的发酵菌种，初期效价仅20U/mL多，后来至200U/mL，现已高达10万U/mL，可见发酵控制技术与菌种选育水平均已获得了前所未有的提高。5.由于生命科学与化工学科的相互渗透与交叉，生物学家和化工学者的联合开发研究发酵过程，一个新兴学科-生化工程诞生了，并得到了迅速发展。,（二）代表(Representative)1.1929年英国伦敦圣玛丽学院细菌学博士、讲师Fleming发现了青霉菌可产生青霉素（penicillin），1940年澳Florey、英国剑桥大学Chain等分别提纯了青霉素，又经临床证明了其卓越的抗感染且低毒的疗效。2.链霉素（1944，美Waksman,s.streptomycin）,四环素（tetracycline）、土霉素（terramycinoroxytetracycline）、红霉素(erythromycin)、金霉素（aureomycin）等抗生素相继问世，兴起了抗生素工业。,3.20世纪50年代出现了多种Aa发酵工业（Glu、Gly、Arg、Leu等）。4.20世纪60年代出现了多种酶制剂与V、甾体激素（steroidhormone）等工业制品。5.许多固体发酵法改为深层发酵（deeplayerfermentation）培养法，即表面培养（surfacelayerculture）法生产产品改为沉没培养（sinkingculture）法。6.出现了更多品种的人、畜疫苗，多克隆Ab与抗血清的广泛应用。,三、现代生物技术阶段（1953年-今）(ModernBiotechnologyStage)又可分：代谢控制发酵技术阶段（53-60年）开拓发酵原料时期（60-70年代）基因工程阶段（70年代以来）,（一）特点(Specialty)1.由于M学、G学、BC学的融合使得生命科学进入了分子生物学时代，DNA分子结构的揭秘,功能的研究，带动了基因工程技术的诞生。2.由于产生了基因工程技术，许多新的生物制品就不断出现。如：利用E.coli生产人的基因重组激素（Somatostatin）、人胰岛素（insulin）等。,3.许多新技术不断涌现，带动了一批新一代的生物制品。如：1）细胞或原生质体融合技术出现，1975年英国的Milstein&Kohler等发明了杂交瘤(hybridoma)技术，即用脾脏的BLc（可产Ab）与高速繁殖的鼠骨髓瘤Cell进行融合杂交瘤CMcAb用于人疾病的诊断与治疗第二代Ab；2）后来的基因工程Ab，则为第三代Ab。如嵌合Ab、改形Ab、小分子Ab，以及完全人源化的Ab（由于开始兴起的鼠源化McAb易引起人的过敏反应，所以，最终应追寻的目标为人源化的McAb）等。统称为基因工程Ab或第三代Ab。,3）细胞工程中的细胞培养(cellculture)技术。利用M的大量培养技术来生产各种E、V、抗生素、蛋白质等；利用动物C培养技术，可生产大量的疫苗（包括转基因的动C基因工程疫苗），还可用以转基因的动C生产人的生长激素、人胰岛素、干扰素等，动C的产物与转基因的M.C相比，不仅蛋白质的Aa序列一级结构准确，而且立体空间结构也无错误（M.C的产物有时空间折叠错误），可保持其生理活性，而且又不像M.C的转录和修饰所存在的缺乏糖基化的缺陷。,4）酶的固定化技术(inmobilizedenzymetechnology)虽是1953年Grubhofer&Schleith提出的，但仅近30年来才广泛应用。如目前广泛用固定化异构E于果萄糖浆的生产，用固定化酰化E生产6-氨基青霉烷酸。5)在发酵工程中出现了一些发酵新技术(newfermentationtechnology)、新型发酵设备(newfermentationequipment)、控制装置(controller)等，如高密度发酵、连续发酵、动植物细胞培养的新型发酵罐和自动控制装置等等。,6）现代生物反应工程(Bioreactionengineering)和分离工程技术(Separationtechnology)7）蛋白工程技术(Proteintechnology)、代谢途径工程技术(Metabolicpathwaytechnology)8）海洋生物技术(Marinebiotechnology)、宇航生物技术(Spacebiotechnology)等。,pSC101,EcoRI,DNA,EcoRI,EcoRI,T4DNA连接酶(ligase),转化细胞,将质粒转入大肠杆菌,图12Boyer和Cohen的DNA重组实验,EcoRI酶解,EcoRI酶解,重组DNA,（二）代表