第一章__现代生物技术在生物活性物质开发中的应用

第一章现代生物技术在生物活性物质开发中的应用 主要内容一 应用生物技术的必要性二 生物技术研究的主要内容及优越性 一 应用生物技术的必要性 1 生物技术 是以生命科学 生物化学和细胞生物学 为基础 利用生物 或生物组织 细胞或其他组成部分 的特性和功能 设计 构建具有预期性能的新物质或新品系 以及与工程原理相结合 加工生产产品或提供服务的综合性技术 2 必要性 人类对自然资源的过度开发 使自然资源日渐匮乏 可耕作的土地面积和可再生资源日益减少 比如紫杉醇对肿瘤有很好的疗效 但是由于人们对自然紫杉树的过度砍伐 使得这种具有特殊药用价值的资源有被灭绝的危险 大规模的工业化生产对环境和生态带来严重的甚至是不可逆转的破坏 为了解决这些问题 应用生物技术获取有用的次生代谢产物来满足人们的需求是非常必要的 二 生物技术研究的主要内容及优越性 1 主要研究内容 基于植物细胞的全能性 借鉴微生物发酵工业的成就和经验 通过高等植物细胞 器官等的大规模培养 生产有用的次生代谢产物 比如华中理工大学对红豆杉细胞的大规模培养来获得紫杉醇 中国药科大学对人参细胞培养来获得人参皂苷等 利用分子生物学手段对药用植物进行遗传操作 获得转基因植物或转基因组织和器官 如怀特等人培育的转基因绵羊 羊奶中含有抗胰蛋白酶 或者旨在寻找一些次生代谢产物生物合成途径中的关键酶基因 进而对这些次生代谢产物的生物合成过程进行调控或将这些关键酶基因转入微生物中生产人们所需要的次生代谢产物 应用分子生物学技术进行了药用植物分子标记育种与品质定向调控的研究 2 优越性 操作培养条件和培养方式 极大地提高生产率 也就是对培养条件进行优化 提高有用次生代谢产物的含量 培养是在无菌条件下进行的 可以排除病虫害的侵扰 严格控制药材质量 可以进行特定的生物转化反应 大规模地生产所需要的有效成分 生物转化就是利用植物悬浮培养细胞或器官中的一些酶对外源化学成分进行结构改造的一门技术 以期得到活性更好 毒性更小或价值更大的先导化合物 通过对有效成分生物合成路线进行遗传操纵 提高所需物质的产量 通过加入或删除基因而改变原药材的遗传特性 2 1药材的分子鉴定 一 植物药的分子生物学鉴定二 动物药的分子鉴定 一 药用植物基因库的建立二 生物技术与药用植物优良品种的选育三 药用植物关键酶基因与代谢途径 2 2生物活性物质的基因工程 基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术 是以分子遗传学为理论基础 以分子生物学和微生物学的现代方法为手段 将不同来源的基因 按预先设计的蓝图 在体外构建杂种DNA分子 然后导入活细胞 以改变生物原有的遗传特征 获得新品种 生产新产品 2 3生物活性物质的细胞工程 一 动物细胞培养在药物开发中的应用二 药用植物细胞组织和器官培养 2 3 1动物细胞培养在药物开发中的应用 细胞工程 是细胞水平和亚细胞水平的生物工程 是用生物体或其组分 组织或器官 在最适宜条件下生产有益产物或进行有效过程的技术 通过细胞工程可以快速 高效地生产高价值的生物产品或培养有价值的细胞株 并可以产生新的物种或品系 细胞工程包括细胞培养 细胞融合 细胞拆合 核移植 染色体操作及基因转移 细胞大规模培养快速繁殖技术 例如 克隆羊 多莉 就是利用核移植技术培育出来的 主要应用于药物的筛选 有三种模型 2 3 2发酵工程技术在药用植物资源开发中的应用 一 药用植物发酵培养工业化的意义二 多领域的合作 发酵工程指采用工程技术手段 利用生物 主要是微生物 和有活性的离体酶的某些功能 为人类生产有用的生物产品 或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一门技术 比如 酿酒 制造奶酪和酸奶 是利用发酵技术的典型例子 发酵工程经历了 农产品手工加工 近代发酵工程 现代发酵工程 三个发展阶段 现代发酵工程是一个由多学科交叉 融合而成的技术性和应用性较强的开放性学科 发酵工程技术中的关键设备是生物反应器 生物反应器是指在体外模拟生物体的功能 设计出来用于生产和检测各种化学品的反应装置 或者说 生物反应器是利用酶或生物体 如微生物 所具有的生物功能 在体外进行生化反应的装置系统 是一种生物功能模拟机 比如 人的胃就是一个天然的生物反应器 工程上用的生物反应器有发酵罐 固定化酶或固定化细胞反应器等 2 3 2 1 药用植物发酵培养工业化的意义 1 有助于解决耕地减少的问题 中药材的来源主要是依靠野生资源和大田种植 而我国是一个人均可耕地面积较少的国家 大量的土地用于种植药材 占用了粮食生产用地 2 有助于解决 老参地 问题 老参地 指种植过一茬人参的土地 由于人参不能连作 种过一茬后的土地要放置一段时间甚至几十年才能再种植 为了开辟新的土地资源 大量的山林被砍伐 造成水土和植物多样性的流失 2 3 2 2 多领域的合作 现代生物技术是一门多学科 多领域交叉 渗透技术 只有不同领域科学家的通力合作 才能取得较大的成果 而这些正是我国生物技术研究领域所欠缺的 正如书中所言 一个生物学家能把细胞养活 一个工程学家能把培养规模放大 一个药学家能分析培养的活性成分并开发产品 三者结合起来 才能真正实现药用植物组织培养的产业化 现代生物技术在生物资源开发应用中的前景 中国药用植物资源丰富 但如果在使用这些资源时只进行掠夺性开采和浪费使用 不仅会造成资源枯竭 还会出现生态被破坏和环境日益恶化的严重后果 保护药用植物资源 防止物种灭绝 是一个涉及宣传 教育 立法 科学研究 行政管理 经济贸易等方面的复杂问题 但利用生物技术方法 如组织培养 基因工程等建立种质保存基因库 保存遗传资源也是一种非常有效的方法 现代生物技术在生物资源开发应用中的前景 利用生物技术从生物资源中发现新的活性成分 新的单体 对有效成分的合成路线进行遗传操作 可提高所需的次生代谢产物含量 开发出具有中国自己特色的新型药物 特别是在具独特疗效的溶栓