转基因动物与生物制药

1、转基因动物与生物制药相关问题姓名 学号： 班级： 学院： 摘要21世纪将是生命科学突飞猛进的时代。转基因动物的研究作为一个崭新的学科已经成为生命科学研究和讨论的热点，本文简要论述了转基因动物的概念及应用,就转基因动物在生物制药方面的研究与开发应用情况，转基因动物与生物制药及其优越性等方面进行了阐述,同时提出了转基因动物制药存在的问题,并对其发展前景进行展望。关键词转基因动物 生物制药 基因工程药物 转基因动物制药 正文许多科学家预言，21世纪是生物科学的世纪，生物技术产业已成为众多科学家和企业家竞相研发的热点。转基因动物技术和转基因动物制药则更是近年来世界范围内研究热点中的热点。作为一门生物高

2、新技术，转基因动物研究既具有深远的理论价值，又有重大的应用价值，因而成为近年来生物工程领域研究的热点之一。而转基因动物的重要应用领域之一就是利用转基因动物作为生物反应器生产药用或食品蛋白，即转基因动物制药。本文试图通过回顾转基因动物技术和转基因动物技术生产药物的研究进展来对转基因动物制药进行概括介绍。 生物医药产业的发展经历了三个不同的历史阶段。最早期是天然药物，如中草药，从中提取我们所需要的成分，或加工成中成药，这是第一步。但人类并不满足于此，以后通过化学方法合成新的药物。合成的药物有些是天然没有的，有些是对天然药物的改进，使它更有效或更廉价。到了70年代后期，随着DNA重组技术的问世， 诞

3、生了基因工程药物（简称基因药物）。高产值、高效率的基因药物的出现给药物生产带来了一场革命，推动了整个医药业的发展。1 转基因动物概述1.1转基因动物的概念 转基因动物（transgenic animals）就是用实验室方法将人们需要的目的基因导入其基因组，使外源基因与动物本身的基因整合在一起，并随细胞的分裂而增殖，在动物体内得到表达，并能稳定地遗传给后代的动物，且使遗传信息得到表达。整合到动物基因组上的外来结构基因称为转基因，由转基因编码的蛋白质称为转基因产品，通过转基因产品影响动物性状。如果转基因能够遗传给子代，就会形成转基因动物系或群体。1.1.1转基因的原理 转基因技术的理论基础在于各种

4、生物的遗传密码都是统一的。都是以3个碱基决定一个氨基酸这样的密码形式贮存在DNA链上，各物种间形状的不同仅仅是由于DNA上的四种核苷酸排列次序的不同，同时各种生物从DNA到蛋白质合成都服从“中心法则”,当一个物种的细胞内加入另一物种或人工合成的DNA(即基因)后就可能产生新的性状。1.2转基因动物的制作方法 若使动物组织能够特异性地表达外源蛋白质，必须人为地将编码这种蛋白质的基因转移到动物的胚胎中，使目的基因能够整合到动物染色体上，进而得到表达。制作转基因动物的方法主要有：原核期胚胎的显微注射法、逆转录病毒感染法、精子载体法、原生殖细胞法、胚胎干细胞法、体细胞移植技术、腺病毒载体法和精子头与转

5、移基因共注射法。目前一般使用逆转录病毒载体法（应用较为成功的方法）、显微注射法、精子载体法及等来制作转基因动物。1.2.1显微注射法 在显微镜下，可借助显微操作仪，将毛细玻璃管直接插入受精卵的雄原核中(较大的原核),注入特定的外源基因,即为基因显微注射法。显微注射方法是最常用的转基因方法，它的缺点是不能控制转基因的整合位点及整合的拷贝数。1.2.2逆转录病毒感染法 以逆转录病毒作载体， 把重组的逆转录病毒载体DNA包装成高滴度病毒颗粒，感染发育早期的胚胎，将外源基因导入宿主的染色体内的方法称为逆转录病毒感染法。此法操作简单，可通过注射将重组病毒转移到囊胚腔内，也可将去透明带的胚胎与分泌重组病毒

6、颗粒的细胞共培养，以达到将外源DNA 转移到胚胎中去的目的。1.2.3胚胎干细胞法 囊胚的内细胞团含有未分化的胚胎干细胞。体外建株的胚胎干细胞称为EK细胞(embryonic karyotype cell)或(embryonic stem cell)。 如果将EK细胞移植到正常发育的囊胚腔中，它们能很快地与受体的内细胞团聚集在一起，参与正常的胚胎发育。用重组的逆转录病毒作为载体感染EK 细胞， 再将此EK细胞移植入受体囊胚腔，可发育成携带着特定外源DNA的个体。2 生物制药产业的发展 生物医药产业的发展经历了3个不同的历史阶段。早期是天然药物，如中草药（或加工成中成药）。但人类并不满足于此，以

7、后通过化学方法合成新的药物。合成的药物成分单纯，有些是天然药物没有的，有些是对天然药物的改进，使它更为有效。到20世纪70 年代后期，随着DNA重组技术的问世，诞生了基因工程药物或称基因药物。2.1生物制药业的发展趋势 我们可以从处于临床试验或申报阶段的生物技术药物、已批准上市的生物技术药物以及生物技术药物的年销售额等在制药业中的比例变化看出生物制药的发展势头。2.1.1处于临床试验阶段的生物技术药物 生物技术药物的发展非常稳健和健康，根据IMs的统计数据旧，截止到2003年2月，美国、欧盟和日本等大约有500种生物技术药物处于临床试验或申报阶段，占全部临床试验药物的27。在研的生物技术药物中

8、，除了基因重组蛋白类产品外，还有核酸类产品，如基因治疗产品和DNA疫苗产品，有不少核酸类产品已进入II期或III期临床试验，有较好的发展前景。研究与开发的高速增长以2.1.2已批准上市的生物技术药物及生物技术药物的年销售额 根据美国制药协会的，生物技术药物的发展仍比较平稳，从1996年到2002年，每年约有59种创新生物技术药物上市。2002年FDA批准的创新药物中，生物技术药物已占当年创新药物的13以上。3 转基因动物与生物制药3.1转基因动物制药的优越性 利用转基因动物生产药物具有很多优点，它设备简单，不耗能，无环境污染；生产的药物品种多，产量高，质量好；生产周期短；成本低。以转基因动物来

9、生产目的产品，可极大地降低成本和投资风险。3.2转基因动物在生物制药中的应用 转基因动物在生物制药中的应用主要包括以下几个方面：改良动物品种和生产性能；生产人药用蛋白和营养保健蛋白；生产人用器官移植的异种供体；建立疾病和药物的筛选模型；生产新型生物材料等3.2.1利用转基因动物生产药用蛋白 利用转基因动物生产药用蛋白主要通过3种渠道。一是通过血液，Dnx 公司将人的血红蛋白基因转移给猪种，这样可以通过转基因猪来生产人血红蛋白。二是通过尿腺，利用膀胱中尿腺合成和分泌蛋白的功能作为反应器的优点是，转基因动物终其一生都将产尿，并且尿中几乎不含脂肪和其他蛋白，容易纯化。三是通过乳腺，泌乳是动物的一种生

10、理活动，对动物健康没有影响，加之乳腺摄取、合成、分泌蛋白质的能力很强，并且能对重组蛋白质进行多种翻译后加工，包括羟基化、糖基化、氨基化等，同时能将重组蛋白质折叠成有功能的构象。3.2.2利用转基因动物生产人营养医疗保健品 营养医用品一般分为3类：食物保健品、功能性食品和药物食品。尽管营养医用品的市场潜力巨大，发展速度惊人，但目前只能满足市场需求的10%-15%。欧美等发达国家在此领域已经开始了激烈的竞争，全球最大的一些制药公司都纷纷投资营养医用蛋白的研究开发，而另一些巨型生物技术公司则更是将某些营养保健品作为拳头产品来发展，原因是一种药物需要。3.2。3 利用转基因动物生产可用于人体器官移植的

11、动物器官异种器官移植可能是解决世界范围内普遍存在的器官短缺的有效途径,目前对器官供体动物研究较多的是猪。猪做为人类器官移植的供体动物有以下一些优势:妊娠期短,易于繁殖,生产量大,与灵长目动物相比不存在伦理学方面的问题。目前已有研究者通过转基因方法,将人的补体调节蛋白因子基因导入器官供体动物中,获得了初步具有在器官移植后降低或消除补体反应的转基因猪,此技术可与基因治疗相结合,为永久性解决移植排斥反应开辟新的途径。4转基因动物生产药物的优越性 利用转基因动物（家畜）来生产转基因药物是一种全新的生产模式，与以往的制药技术相比，具有不可比拟的优越性。转基因动物的乳腺可以源源不断地提供目的基因的产物（药

12、物蛋白质），不但产量高，而且表达的产物已经过充分修饰和加工，具有稳定的生物活性。作为生物反应器的转基因动物又可无限繁殖，故具有成本低，周期短和效益好的优点。 以转基因动物来生产目的产品，可极大地降低成本和投资风险。国外经济学家曾算过一笔帐， 若用其它生产工艺（如哺乳动物细胞培养方法）来生产1克药物蛋白质，成本需8005000美元，而利用转基因动物只需0.020.5美元。 基因药物三种生产方式的比较在药物开发周期方面，目前一种新药从它的研制开发、通过药审、直到上市，约需1015年。如果利用转基因动物乳腺生物反应器，新药生产的周期为5年左右。如以转基因动物研制的周期计算， 转基因羊从外源基因显微注

13、射到泌乳的周期是18个月，而转基因牛也只要2529个月 在经济效益方面，应用转基因动物（家畜）乳腺生物反应器技术来制造基因药物也是一种可以获取巨额经济利润的新型产业。如荷兰的GenPharm公司用转基因牛生产乳铁蛋白，预计每年从牛奶生产出来营养奶粉的销售额是50亿美元。英国罗斯林研究所研制成功的转基因羊，其乳汁中含有a,1抗胰蛋白酶（a,1-antitrypsin）可治疗肺气肿病（一种因体内缺乏该蛋白酶而导致的遗传病）。这种病在北美比较常见，病人以前只能依赖于注射人的a,1抗胰蛋白酶做替代疗法， 价格昂贵，而现在用转基因羊来生产，每升这种羊奶可售6000美元。5 问题与展望 研究过程中存在的困

14、难,包括制作转基因动物成功率低;在插入宿主基因组过程中易造成宿主基因突变;外源基因表达水平低等问题。另外,转基因动物的安全性问题也一直是在人们争论的热点问题:具有某些优势性状的转基因动物可能会对生态平衡及物种的多样性产生不良影响;可能使转基因动物产品的食用者产生过敏反应;转基因动物器官移植可能会增加人畜共患病的机率;另外还可能会引发一系列社会伦理等等问题。首先转基因动物的成功率较低。转基因动物乳腺反应器生产药物和珍贵蛋白质具有广阔的前景，但目前应用的经典转基因技术路线，其成功率为1%-3%，真正达到有理想经济效益的仅为1%。探索新的技术路线是决定该项产业的前途和命运的关键。 目的基因在宿主染色

15、体的整合及其特异性表达问题，包括目的基因的整合位点、整合的拷贝数、整合机理及与宿主染色体之间的相互作用等问题还不清楚；相同的基因表达调控元件在不同的种系中差异很大，它们与宿主的遗传背景、外源基因的结构及各种调控因子结合位点之间的关系还不清楚。 总之，转基因动物制药是21世纪生物医药产业的一种新的药物生产模式。转基因动物制药的可行性已毋庸置疑，该项技术的迅速发展为制药业带来了全新而巨大的变革，也为制药业发展提供了良机，处在世纪之交，政府和制药企业，特别是大型企业，应当抓住有利时机，加强研究及增加投资强度，加快我国转基因动物制药（乳腺生物反应器）的研究速度，尽快使其实现产业化，使我国的转基因动物制药在21世纪的生物医药产业革命中占有一席之地。但该项技术的迅速发展为制药业带来了全新而巨大的变革,也为制药业发展提供了良机。而相关法规的出台,也必将加速和正确引导转基因动物药物的研究和开发。参考文献1郝捷，冯波，王建辰.转基因动物研究进展J.动物医学进展，2004,25（1）12刘文献. 转基因动物技术研究综述J.生物技术，2003，13（4）：393孙红武，欧阳五庆.转基因动物制药研究新进展J.黑龙江畜牧兽医，2003，（12）：604 Krimpenfort P,Rademakers A,Ey