基因工程生化产品制备原理及方法课件.ppt

关于基因工程生化产品制备原理及方法关于基因工程生化产品制备原理及方法现在学习的是第1页，共51页10.1概述概述l l生物技术最为活跃的研究领域为医学领域生物技术最为活跃的研究领域为医学领域生物技术最为活跃的研究领域为医学领域生物技术最为活跃的研究领域为医学领域集中于开展活集中于开展活集中于开展活集中于开展活性蛋白和多肽类药物及单克隆抗体的研究性蛋白和多肽类药物及单克隆抗体的研究性蛋白和多肽类药物及单克隆抗体的研究性蛋白和多肽类药物及单克隆抗体的研究l l人类基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息人类基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息人类基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息人类基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学研究的进展，转基因动物与植物、蛋白质工程、抗体学研究的进展，转基因动物与植物、蛋白质工程、抗体学研究的进展，转基因动物与植物、蛋白质工程、抗体学研究的进展，转基因动物与植物、蛋白质工程、抗体工程、基因治疗和生物芯片等新技术的建立且取得重大工程、基因治疗和生物芯片等新技术的建立且取得重大工程、基因治疗和生物芯片等新技术的建立且取得重大工程、基因治疗和生物芯片等新技术的建立且取得重大突破与发展突破与发展突破与发展突破与发展新型生物技术产业新型生物技术产业新型生物技术产业新型生物技术产业l l第一个生物技术药物：人胰岛素，第一个生物技术药物：人胰岛素，第一个生物技术药物：人胰岛素，第一个生物技术药物：人胰岛素，19821982年年年年现在学习的是第2页，共51页生物技术医药产业生物技术医药产业l l19931993年生物技术医药产品销售达年生物技术医药产品销售达年生物技术医药产品销售达年生物技术医药产品销售达7777亿美元，亿美元，亿美元，亿美元，20002000年已超过年已超过年已超过年已超过200200亿亿亿亿美元美元美元美元l l已得到临床应用的基因工程药物有：人胰岛素、人生长激素、已得到临床应用的基因工程药物有：人胰岛素、人生长激素、已得到临床应用的基因工程药物有：人胰岛素、人生长激素、已得到临床应用的基因工程药物有：人胰岛素、人生长激素、干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素（干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素（干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素（干扰素、乙肝疫苗、人促红细胞生成素（EPOEPO）、）、）、）、GMGM集落集落集落集落刺激因子（刺激因子（刺激因子（刺激因子（GMGMCSFCSF）、组织溶纤酶原激活素、白细胞介素）、组织溶纤酶原激活素、白细胞介素）、组织溶纤酶原激活素、白细胞介素）、组织溶纤酶原激活素、白细胞介素2 2及及及及白介素白介素白介素白介素1111等。正在研究的有降钙素因子、肿瘤坏死因子、表皮生长等。正在研究的有降钙素因子、肿瘤坏死因子、表皮生长等。正在研究的有降钙素因子、肿瘤坏死因子、表皮生长等。正在研究的有降钙素因子、肿瘤坏死因子、表皮生长因子等因子等因子等因子等140140多种。多种。多种。多种。l l随着生物技术药物的发展，多肽与蛋白质类药物的研究与开发，随着生物技术药物的发展，多肽与蛋白质类药物的研究与开发，随着生物技术药物的发展，多肽与蛋白质类药物的研究与开发，随着生物技术药物的发展，多肽与蛋白质类药物的研究与开发，已成为医药工业中一个重要的领域，同时给已成为医药工业中一个重要的领域，同时给已成为医药工业中一个重要的领域，同时给已成为医药工业中一个重要的领域，同时给生物制剂生物制剂生物制剂生物制剂带来了新带来了新带来了新带来了新的挑战。的挑战。的挑战。的挑战。现在学习的是第3页，共51页蛋白质药物的应用限制蛋白质药物的应用限制l l实际应用中，蛋白质类药物受到一定限制，大多数只能注射给药实际应用中，蛋白质类药物受到一定限制，大多数只能注射给药实际应用中，蛋白质类药物受到一定限制，大多数只能注射给药实际应用中，蛋白质类药物受到一定限制，大多数只能注射给药或局部用药。或局部用药。或局部用药。或局部用药。WhyWhy？l l为克服这些缺陷为克服这些缺陷为克服这些缺陷为克服这些缺陷合成这些天然蛋白质的较小活性片段，即合成这些天然蛋白质的较小活性片段，即合成这些天然蛋白质的较小活性片段，即合成这些天然蛋白质的较小活性片段，即“多肽模拟多肽模拟多肽模拟多肽模拟”或或或或“多肽结构域多肽结构域多肽结构域多肽结构域”，又叫，又叫，又叫，又叫“小分子结构药物设计小分子结构药物设计小分子结构药物设计小分子结构药物设计”。可口服，有。可口服，有。可口服，有。可口服，有利于由皮肤、粘膜给药，用于治疗免疫缺陷症、利于由皮肤、粘膜给药，用于治疗免疫缺陷症、利于由皮肤、粘膜给药，用于治疗免疫缺陷症、利于由皮肤、粘膜给药，用于治疗免疫缺陷症、HIVHIV感染、风湿感染、风湿感染、风湿感染、风湿性关节炎等，其制造成本也更低。性关节炎等，其制造成本也更低。性关节炎等，其制造成本也更低。性关节炎等，其制造成本也更低。l l该设计思想也已应用于多糖类药物、核酸类药物和模拟酶的有关该设计思想也已应用于多糖类药物、核酸类药物和模拟酶的有关该设计思想也已应用于多糖类药物、核酸类药物和模拟酶的有关该设计思想也已应用于多糖类药物、核酸类药物和模拟酶的有关研究。小分子药物设计属于第二代结构相关性药物设计，能替代研究。小分子药物设计属于第二代结构相关性药物设计，能替代研究。小分子药物设计属于第二代结构相关性药物设计，能替代研究。小分子药物设计属于第二代结构相关性药物设计，能替代原先天然活性蛋白与特异靶相互作用原先天然活性蛋白与特异靶相互作用原先天然活性蛋白与特异靶相互作用原先天然活性蛋白与特异靶相互作用口服应用时生物利用度低，会口服应用时生物利用度低，会口服应用时生物利用度低，会口服应用时生物利用度低，会受到消化酶的破坏，在胃酸作受到消化酶的破坏，在胃酸作受到消化酶的破坏，在胃酸作受到消化酶的破坏，在胃酸作用下不稳定，在体内半衰期较用下不稳定，在体内半衰期较用下不稳定，在体内半衰期较用下不稳定，在体内半衰期较短短短短现在学习的是第4页，共51页l l在在在在给药方式的研究给药方式的研究给药方式的研究给药方式的研究方面，对注射用溶液和注射用无菌粉末方面，对注射用溶液和注射用无菌粉末方面，对注射用溶液和注射用无菌粉末方面，对注射用溶液和注射用无菌粉末（目前（目前（目前（目前上市的多肽蛋白质类药物多为此种剂型），除了继续改进其稳定上市的多肽蛋白质类药物多为此种剂型），除了继续改进其稳定上市的多肽蛋白质类药物多为此种剂型），除了继续改进其稳定上市的多肽蛋白质类药物多为此种剂型），除了继续改进其稳定性外，还通过一些其他技术手段，研制出了性外，还通过一些其他技术手段，研制出了性外，还通过一些其他技术手段，研制出了性外，还通过一些其他技术手段，研制出了化学修饰型、控释微化学修饰型、控释微化学修饰型、控释微化学修饰型、控释微球型和脉冲式给药系统。球型和脉冲式给药系统。球型和脉冲式给药系统。球型和脉冲式给药系统。l l如如如如PEGPEG修饰能有效地改善多肽蛋白质类药物的免疫原性，增加稳定修饰能有效地改善多肽蛋白质类药物的免疫原性，增加稳定修饰能有效地改善多肽蛋白质类药物的免疫原性，增加稳定修饰能有效地改善多肽蛋白质类药物的免疫原性，增加稳定性，延长体内半衰期，减少毒副作用等。性，延长体内半衰期，减少毒副作用等。性，延长体内半衰期，减少毒副作用等。性，延长体内半衰期，减少毒副作用等。PEG-PEG-腺苷脱胺酶已投放腺苷脱胺酶已投放腺苷脱胺酶已投放腺苷脱胺酶已投放市场，市场，市场，市场，PEG-PEG-天冬酰胺酶，天冬酰胺酶，天冬酰胺酶，天冬酰胺酶，PEG-IL-2PEG-IL-2，PEG-SODPEG-SOD，均已进入临床。，均已进入临床。，均已进入临床。，均已进入临床。l l非注射途径的给药如鼻腔、直肠、肺部给药方面也取得重大进展。非注射途径的给药如鼻腔、直肠、肺部给药方面也取得重大进展。非注射途径的给药如鼻腔、直肠、肺部给药方面也取得重大进展。非注射途径的给药如鼻腔、直肠、肺部给药方面也取得重大进展。现在学习的是第5页，共51页基因工程药物的研究进展基因工程药物的研究进展l l第一代基因工程药物第一代基因工程药物第一代基因工程药物第一代基因工程药物是针对因缺乏天然内源性蛋白所引起的疾病。是针对因缺乏天然内源性蛋白所引起的疾病。是针对因缺乏天然内源性蛋白所引起的疾病。是针对因缺乏天然内源性蛋白所引起的疾病。应用基因工程技术去扩大这类多肽蛋白质的产量以替代或补充体应用基因工程技术去扩大这类多肽蛋白质的产量以替代或补充体应用基因工程技术去扩大这类多肽蛋白质的产量以替代或补充体应用基因工程技术去扩大这类多肽蛋白质的产量以替代或补充体内对这类活性多肽蛋白质的需要，主要是以蛋白质激素类为代表内对这类活性多肽蛋白质的需要，主要是以蛋白质激素类为代表内对这类活性多肽蛋白质的需要，主要是以蛋白质激素类为代表内对这类活性多肽蛋白质的需要，主要是以蛋白质激素类为代表的，如人胰岛素、胰高血糖素、人生长激素、降钙素、生长激素的，如人胰岛素、胰高血糖素、人生长激素、降钙素、生长激素的，如人胰岛素、胰高血糖素、人生长激素、降钙素、生长激素的，如人胰岛素、胰高血糖素、人生长激素、降钙素、生长激素及及及及-EPO-EPO等。等。等。等。l l第二代基因工程药物第二代基因工程药物第二代基因工程药物第二代基因工程药物是根据内源性多肽蛋白的生理活性，应用基因是根据内源性多肽蛋白的生理活性，应用基因是根据内源性多肽蛋白的生理活性，应用基因是根据内源性多肽蛋白的生理活性，应用基因工程技术大量生产这些极为稀有物质，以超正常浓度剂量供给人工程技术大量生产这些极为稀有物质，以超正常浓度剂量供给人工程技术大量生产这些极为稀有物质，以超正常浓度剂量供给人工程技术大量生产这些极为稀有物质，以超正常浓度剂量供给人体，以激发它们的天然活性作为其治疗疾病的药理基础，主要是体，以激发它们的天然活性作为其治疗疾病的药理基础，主要是体，以激发它们的天然活性作为其治疗疾病的药理基础，主要是体，以激发它们的天然活性作为其治疗疾病的药理基础，主要是以细胞生长调节因子为代表的，如以细胞生长调节因子为代表的，如以细胞生长调节因子为代表的，如以细胞生长调节因子为代表的，如G-CSFG-CSF，GM-CSFGM-CSF，-IFN-IFN，-IFN-IFN和和和和tPAtPA等。等。等。等。现在学习的是第6页，共51页基因工程药物的研究进展基因工程药物的研究进展l l应用重组应用重组应用重组应用重组DNADNA技术表达技术表达技术表达技术表达人源性抗体或将抗体小型化人源性抗体或将抗体小型化人源性抗体或将抗体小型化人源性抗体或将抗体小型化(如如如如FabFab抗抗抗抗体，单链抗体、单域抗体，分子识别抗体等体，单链抗体、单域抗体，分子识别抗体等体，单链抗体、单域抗体，分子识别抗体等体，单链抗体、单域抗体，分子识别抗体等)，与非人源化，与非人源化，与非人源化，与非人源化抗体和完整抗体相比，其免疫原性弱，穿透力强，表达抗体和完整抗体相比，其免疫原性弱，穿透力强，表达抗体和完整抗体相比，其免疫原性弱，穿透力强，表达抗体和完整抗体相比，其免疫原性弱，穿透力强，表达效率高。效率高。效率高。效率高。l l人源化抗体药物和小型化抗体靶向药物人源化抗体药物和小型化抗体靶向药物人源化抗体药物和小型化抗体靶向药物人源化抗体药物和小型化抗体靶向药物正成为肿瘤治疗，自正成为肿瘤治疗，自正成为肿瘤治疗，自正成为肿瘤治疗，自身免疫性疾病，器官移植排斥和艾滋病防治药物的又一研究热点。身免疫性疾病，器官移植排斥和艾滋病防治药物的又一研究热点。身免疫性疾病，器官移植排斥和艾滋病防治药物的又一研究热点。身免疫性疾病，器官移植排斥和艾滋病防治药物的又一研究热点。现在学习的是第7页，共51页l l利用利用利用利用微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物是目前工业是目前工业是目前工业是目前工业化生产基因工程药物的最主要方法。化生产基因工程药物的最主要方法。化生产基因工程药物的最主要方法。化生产基因工程药物的最主要方法。从从从从19821982年重组胰岛素批年重组胰岛素批年重组胰岛素批年重组胰岛素批准上市以来，现已有近准上市以来，现已有近准上市以来，现已有近准上市以来，现已有近4040种基因工程蛋白质药物投放市场，种基因工程蛋白质药物投放市场，种基因工程蛋白质药物投放市场，种基因工程蛋白质药物投放市场，主要用于治疗癌症、血液病、艾滋病、乙型肝炎、丙型肝主要用于治疗癌症、血液病、艾滋病、乙型肝炎、丙型肝主要用于治疗癌症、血液病、艾滋病、乙型肝炎、丙型肝主要用于治疗癌症、血液病、艾滋病、乙型肝炎、丙型肝炎、细菌感染、骨损伤、创伤、代谢病等疑难病。炎、细菌感染、骨损伤、创伤、代谢病等疑难病。炎、细菌感染、骨损伤、创伤、代谢病等疑难病。炎、细菌感染、骨损伤、创伤、代谢病等疑难病。l l近年来，利用近年来，利用近年来，利用近年来，利用转基因植物生产基因工程疫苗和利用转基因动物乳转基因植物生产基因工程疫苗和利用转基因动物乳转基因植物生产基因工程疫苗和利用转基因动物乳转基因植物生产基因工程疫苗和利用转基因动物乳腺作为生物反应器腺作为生物反应器腺作为生物反应器腺作为生物反应器，生产基因工程人类蛋白质药物的研究也，生产基因工程人类蛋白质药物的研究也，生产基因工程人类蛋白质药物的研究也，生产基因工程人类蛋白质药物的研究也取得重大进展。取得重大进展。取得重大进展。取得重大进展。现在学习的是第8页，共51页1 1、转基因植物基因工程疫苗、转基因植物基因工程疫苗l l19901990年以来利用转基因植物生产基因工程疫苗的研究得年以来利用转基因植物生产基因工程疫苗的研究得年以来利用转基因植物生产基因工程疫苗的研究得年以来利用转基因植物生产基因工程疫苗的研究得到了迅速的发展。到了迅速的发展。到了迅速的发展。到了迅速的发展。l l将抗原基因导入植物，让其在植物中表达，人或动物摄入该植物将抗原基因导入植物，让其在植物中表达，人或动物摄入该植物将抗原基因导入植物，让其在植物中表达，人或动物摄入该植物将抗原基因导入植物，让其在植物中表达，人或动物摄入该植物或其中的抗原蛋白质，以产生对某抗原的免疫应答。或其中的抗原蛋白质，以产生对某抗原的免疫应答。或其中的抗原蛋白质，以产生对某抗原的免疫应答。或其中的抗原蛋白质，以产生对某抗原的免疫应答。l l转基因植物生产疫苗的研究主要集中在烟草、马铃薯、蕃转基因植物生产疫苗的研究主要集中在烟草、马铃薯、蕃转基因植物生产疫苗的研究主要集中在烟草、马铃薯、蕃转基因植物生产疫苗的研究主要集中在烟草、马铃薯、蕃茄、香蕉等植物。茄、香蕉等植物。茄、香蕉等植物。茄、香蕉等植物。现在学习的是第9页，共51页2、转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物、转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物l l利用转基因动物乳腺作为生物反应器，生产基因工程人类蛋白质利用转基因动物乳腺作为生物反应器，生产基因工程人类蛋白质利用转基因动物乳腺作为生物反应器，生产基因工程人类蛋白质利用转基因动物乳腺作为生物反应器，生产基因工程人类蛋白质药物，其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大药物，其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大药物，其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大药物，其成本较微生物发酵、动物细胞培养生产基因工程药物大大降低大降低大降低大降低近年不少研究者从事转基因动物乳腺生物反应器生产基近年不少研究者从事转基因动物乳腺生物反应器生产基近年不少研究者从事转基因动物乳腺生物反应器生产基近年不少研究者从事转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物的研究。因工程药物的研究。因工程药物的研究。因工程药物的研究。l l基本方法：基本方法：基本方法：基本方法：将药用蛋白质基因连接到乳汁蛋白质基因的调节元将药用蛋白质基因连接到乳汁蛋白质基因的调节元将药用蛋白质基因连接到乳汁蛋白质基因的调节元将药用蛋白质基因连接到乳汁蛋白质基因的调节元件下游，然后将连接产物显微注射到哺乳动物受精卵或胚胎干件下游，然后将连接产物显微注射到哺乳动物受精卵或胚胎干件下游，然后将连接产物显微注射到哺乳动物受精卵或胚胎干件下游，然后将连接产物显微注射到哺乳动物受精卵或胚胎干细胞，当转基因胚胎长成个体后，在泌乳期药用蛋白质基因表细胞，当转基因胚胎长成个体后，在泌乳期药用蛋白质基因表细胞，当转基因胚胎长成个体后，在泌乳期药用蛋白质基因表细胞，当转基因胚胎长成个体后，在泌乳期药用蛋白质基因表达，从动物乳汁可获得基因工程药物。达，从动物乳汁可获得基因工程药物。达，从动物乳汁可获得基因工程药物。达，从动物乳汁可获得基因工程药物。现在学习的是第10页，共51页2、转基因动物乳腺生物反应器、转基因动物乳腺生物反应器l l19881988年开始在大哺乳动物乳腺生物反应器中表达基因工程药物年开始在大哺乳动物乳腺生物反应器中表达基因工程药物年开始在大哺乳动物乳腺生物反应器中表达基因工程药物年开始在大哺乳动物乳腺生物反应器中表达基因工程药物以来，在动物的奶汁中生产出的人类蛋白质药物：以来，在动物的奶汁中生产出的人类蛋白质药物：以来，在动物的奶汁中生产出的人类蛋白质药物：以来，在动物的奶汁中生产出的人类蛋白质药物：l l牛奶：抗凝血酶、纤维蛋白原、人白血清蛋白、胶原蛋白、生牛奶：抗凝血酶、纤维蛋白原、人白血清蛋白、胶原蛋白、生牛奶：抗凝血酶、纤维蛋白原、人白血清蛋白、胶原蛋白、生牛奶：抗凝血酶、纤维蛋白原、人白血清蛋白、胶原蛋白、生育激素、乳缺蛋白、糖基转移酶、蛋白育激素、乳缺蛋白、糖基转移酶、蛋白育激素、乳缺蛋白、糖基转移酶、蛋白育激素、乳缺蛋白、糖基转移酶、蛋白C C等；山羊奶：抗凝血等；山羊奶：抗凝血等；山羊奶：抗凝血等；山羊奶：抗凝血酶原、抗胰蛋白酶、生育激素、血清白蛋白、组织型溶纤维原酶原、抗胰蛋白酶、生育激素、血清白蛋白、组织型溶纤维原酶原、抗胰蛋白酶、生育激素、血清白蛋白、组织型溶纤维原酶原、抗胰蛋白酶、生育激素、血清白蛋白、组织型溶纤维原激活因子、单克隆抗体；绵羊奶中有抗胰蛋白酶、凝血因子激活因子、单克隆抗体；绵羊奶中有抗胰蛋白酶、凝血因子激活因子、单克隆抗体；绵羊奶中有抗胰蛋白酶、凝血因子激活因子、单克隆抗体；绵羊奶中有抗胰蛋白酶、凝血因子IXIX、纤维蛋白原、蛋白质纤维蛋白原、蛋白质纤维蛋白原、蛋白质纤维蛋白原、蛋白质C C，猪奶中亦有蛋白质，猪奶中亦有蛋白质，猪奶中亦有蛋白质，猪奶中亦有蛋白质C C、凝血因子、凝血因子、凝血因子、凝血因子IXIX、纤、纤、纤、纤维蛋白原、血红蛋白。维蛋白原、血红蛋白。维蛋白原、血红蛋白。维蛋白原、血红蛋白。l l乳腺生物反应器生产基因工程药物乳腺生物反应器生产基因工程药物乳腺生物反应器生产基因工程药物乳腺生物反应器生产基因工程药物的研究已取得了一些成功的研究已取得了一些成功的研究已取得了一些成功的研究已取得了一些成功经验，但离商业化生产还有距离。经验，但离商业化生产还有距离。经验，但离商业化生产还有距离。经验，但离商业化生产还有距离。现在学习的是第11页，共51页10.2基因工程生化产品的制备程序基因工程生化产品的制备程序l l现代生物技术生化产品：现代生物技术生化产品：现代生物技术生化产品：现代生物技术生化产品：将生物体内生物活性物质的基因分离将生物体内生物活性物质的基因分离将生物体内生物活性物质的基因分离将生物体内生物活性物质的基因分离出来，然后用重组出来，然后用重组出来，然后用重组出来，然后用重组DNADNA技术加以改造，使其在细菌、酵母、动技术加以改造，使其在细菌、酵母、动技术加以改造，使其在细菌、酵母、动技术加以改造，使其在细菌、酵母、动物细胞或转基因动物中大量物细胞或转基因动物中大量物细胞或转基因动物中大量物细胞或转基因动物中大量 表达，通过这种方式生产的新型生化表达，通过这种方式生产的新型生化表达，通过这种方式生产的新型生化表达，通过这种方式生产的新型生化产品产品产品产品l l基因工程技术：基因工程技术：基因工程技术：基因工程技术：将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程菌或细胞，实现遗传物质的重新组新的宿主细胞，构建成工程菌或细胞，实现遗传物质的重新组新的宿主细胞，构建成工程菌或细胞，实现遗传物质的重新组新的宿主细胞，构建成工程菌或细胞，实现遗传物质的重新组合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术合，并使目的基因在工程菌内进行复制和表达的技术使得很使得很使得很使得很多从自然界很难或不能获得的蛋白质得以大规模合成多从自然界很难或不能获得的蛋白质得以大规模合成多从自然界很难或不能获得的蛋白质得以大规模合成多从自然界很难或不能获得的蛋白质得以大规模合成现在学习的是第12页，共51页一、基因工程研发的程序一、基因工程研发的程序1 1）制备基因工程菌株（或细胞）及实验室小试阶段制备基因工程菌株（或细胞）及实验室小试阶段制备基因工程菌株（或细胞）及实验室小试阶段制备基因工程菌株（或细胞）及实验室小试阶段主要涉主要涉主要涉主要涉及到及到及到及到DNADNA重组技术（基因工程上游技术）重组技术（基因工程上游技术）重组技术（基因工程上游技术）重组技术（基因工程上游技术）2 2）中试与质量检定阶段中试与质量检定阶段中试与质量检定阶段中试与质量检定阶段主要涉及基因工程产物的分离、纯化（基因主要涉及基因工程产物的分离、纯化（基因主要涉及基因工程产物的分离、纯化（基因主要涉及基因工程产物的分离、纯化（基因工程下游技术）工程下游技术）工程下游技术）工程下游技术）3 3）临床前研究阶段临床前研究阶段临床前研究阶段临床前研究阶段4 4）临床试验阶段临床试验阶段临床试验阶段临床试验阶段5 5）试生产阶段试生产阶段试生产阶段试生产阶段现在学习的是第13页，共51页二、基因工程的基本过程二、基因工程的基本过程l l通过对核酸分子的剪接、重组和插入而实现遗传物质重新组合，再借助质通过对核酸分子的剪接、重组和插入而实现遗传物质重新组合，再借助质通过对核酸分子的剪接、重组和插入而实现遗传物质重新组合，再借助质通过对核酸分子的剪接、重组和插入而实现遗传物质重新组合，再借助质粒、病毒、细菌或其它载体，将重组基因转移到新宿主细胞，使其在新宿粒、病毒、细菌或其它载体，将重组基因转移到新宿主细胞，使其在新宿粒、病毒、细菌或其它载体，将重组基因转移到新宿主细胞，使其在新宿粒、病毒、细菌或其它载体，将重组基因转移到新宿主细胞，使其在新宿主细胞系统内复制和表达主细胞系统内复制和表达主细胞系统内复制和表达主细胞系统内复制和表达1 1 1 1）目的基因的制备目的基因的制备目的基因的制备目的基因的制备2 2 2 2）载体的制备载体的制备载体的制备载体的制备3 3 3 3）目的基因与载体的连接目的基因与载体的连接目的基因与载体的连接目的基因与载体的连接4 4 4 4）将含目的基因的表达载体引入受体细胞并在其中复制表达将含目的基因的表达载体引入受体细胞并在其中复制表达将含目的基因的表达载体引入受体细胞并在其中复制表达将含目的基因的表达载体引入受体细胞并在其中复制表达5 5 5 5）筛选带有重组目的基因的转化子筛选带有重组目的基因的转化子筛选带有重组目的基因的转化子筛选带有重组目的基因的转化子6 6 6 6）鉴定目的基因的表达产物鉴定目的基因的表达产物鉴定目的基因的表达产物鉴定目的基因的表达产物现在学习的是第14页，共51页基因工程生化药物的生产基因工程生化药物的生产l l上游阶段：上游阶段：上游阶段：上游阶段：分离目的基因、构建工程菌（细胞）；主要在实验室分离目的基因、构建工程菌（细胞）；主要在实验室分离目的基因、构建工程菌（细胞）；主要在实验室分离目的基因、构建工程菌（细胞）；主要在实验室完成；目的基因获取后，要选择适当的表达系统完成；目的基因获取后，要选择适当的表达系统完成；目的基因获取后，要选择适当的表达系统完成；目的基因获取后，要选择适当的表达系统原核系统和原核系统和原核系统和原核系统和真核系统。主要考虑的是要保证蛋白质的功能，其次考虑的是真核系统。主要考虑的是要保证蛋白质的功能，其次考虑的是真核系统。主要考虑的是要保证蛋白质的功能，其次考虑的是真核系统。主要考虑的是要保证蛋白质的功能，其次考虑的是表达量的多少和分离纯化的难易表达量的多少和分离纯化的难易表达量的多少和分离纯化的难易表达量的多少和分离纯化的难易l l下游阶段：下游阶段：下游阶段：下游阶段：从工程菌（细胞）的大规模培养直到产品的分离纯化、质从工程菌（细胞）的大规模培养直到产品的分离纯化、质从工程菌（细胞）的大规模培养直到产品的分离纯化、质从工程菌（细胞）的大规模培养直到产品的分离纯化、质量控制等。量控制等。量控制等。量控制等。l l包括包括包括包括:工程菌大规模发酵最佳参数的确立、新型生物反应器的研制、工程菌大规模发酵最佳参数的确立、新型生物反应器的研制、工程菌大规模发酵最佳参数的确立、新型生物反应器的研制、工程菌大规模发酵最佳参数的确立、新型生物反应器的研制、高效分离介质及装置的开发、分离纯化的优化控制、高纯度产品的高效分离介质及装置的开发、分离纯化的优化控制、高纯度产品的高效分离介质及装置的开发、分离纯化的优化控制、高纯度产品的高效分离介质及装置的开发、分离纯化的优化控制、高纯度产品的制备技术、生物传感器的设计和制造。与传统发酵不同，需对影响制备技术、生物传感器的设计和制造。与传统发酵不同，需对影响制备技术、生物传感器的设计和制造。与传统发酵不同，需对影响制备技术、生物传感器的设计和制造。与传统发酵不同，需对影响目的基因表达的因素进行分析目的基因表达的因素进行分析目的基因表达的因素进行分析目的基因表达的因素进行分析现在学习的是第15页，共51页三、获得目的基因三、获得目的基因合成一段与目的合成一段与目的合成一段与目的合成一段与目的DNADNA双链的两个双链的两个双链的两个双链的两个33末端部分序列互补的、末端部分序列互补的、末端部分序列互补的、末端部分序列互补的、2020余余余余个碱基的寡核苷酸作为引物（个碱基的寡核苷酸作为引物（个碱基的寡核苷酸作为引物（个碱基的寡核苷酸作为引物（primerprimer）目的目的目的目的DNADNA变性变性变性变性后（单链模板），加入四种单核苷酸（后（单链模板），加入四种单核苷酸（后（单链模板），加入四种单核苷酸（后（单链模板），加入四种单核苷酸（dNTPdNTP）、引）、引）、引）、引物和耐热聚合酶。物和耐热聚合酶。物和耐热聚合酶。物和耐热聚合酶。TT，引物将与待扩增的，引物将与待扩增的，引物将与待扩增的，引物将与待扩增的DNADNA链链链链复性结合复性结合复性结合复性结合，在，在，在，在聚合酶的作用下，不断聚合酶的作用下，不断聚合酶的作用下，不断聚合酶的作用下，不断延伸合成延伸合成延伸合成延伸合成新互补链（新互补链（新互补链（新互补链（1 1条条条条DNADNA双链双链双链双链两条）。两条）。两条）。两条）。变性（变性（变性（变性（90-9590-95）复性（复性（复性（复性（50-5550-55）引物延伸（引物延伸（引物延伸（引物延伸（60-7260-72）的）的）的）的顺序循环顺序循环顺序循环顺序循环2020至至至至4040个周期，就可以得到大量的个周期，就可以得到大量的个周期，就可以得到大量的个周期，就可以得到大量的DNADNA片段（可使片段（可使片段（可使片段（可使DNADNA扩增扩增扩增扩增100100余万倍）。余万倍）。余万倍）。余万倍）。PCRPCR反应特异性强，灵敏度高，极微量的反应特异性强，灵敏度高，极微量的反应特异性强，灵敏度高，极微量的反应特异性强，灵敏度高，极微量的DNADNA即可作为扩增的模板即可作为扩增的模板即可作为扩增的模板即可作为扩增的模板得到大量的扩增片段。得到大量的扩增片段。得到大量的扩增片段。得到大量的扩增片段。1 1、利用聚合酶链式反应获得基因、利用聚合酶链式反应获得基因、利用聚合酶链式反应获得基因、利用聚合酶链式反应获得基因现在学习的是第16页，共51页l l来源于真核细胞的产生基因工程生化产品的目的基因，不来源于真核细胞的产生基因工程生化产品的目的基因，不来源于真核细胞的产生基因工程生化产品的目的基因，不来源于真核细胞的产生基因工程生化产品的目的基因，不能直接分离、克隆，能直接分离、克隆，能直接分离、克隆，能直接分离、克隆，WhyWhy？PCR反应反应设计引物时，可根据需要，在设计引物时，可根据需要，在设计引物时，可根据需要，在设计引物时，可根据需要，在55延伸，添加限制酶识别序列及转录和延伸，添加限制酶识别序列及转录和延伸，添加限制酶识别序列及转录和延伸，添加限制酶识别序列及转录和翻译调控序列，或者利用碱基错配，对翻译调控序列，或者利用碱基错配，对翻译调控序列，或者利用碱基错配，对翻译调控序列，或者利用碱基错配，对55端密码子进行定点诱变，以端密码子进行定点诱变，以端密码子进行定点诱变，以端密码子进行定点诱变，以改造翻译起始区序列，提高基因表达效率改造翻译起始区序列，提高基因表达效率改造翻译起始区序列，提高基因表达效率改造翻译起始区序列，提高基因表达效率现在学习的是第17页，共51页2、从、从DNA文库筛选基因文库筛选基因l l1 1）制备基因文库）制备基因文库）制备基因文库）制备基因文库l la.a.基因组文库：基因组文库：基因组文库：基因组文库：由一种生物的基因组得到的由一种生物的基因组得到的由一种生物的基因组得到的由一种生物的基因组得到的DNADNA片段的集合，其中每片段的集合，其中每片段的集合，其中每片段的集合，其中每个片段都连接到一个克隆载体上，该种生物的全部遗传信息由文库中的个片段都连接到一个克隆载体上，该种生物的全部遗传信息由文库中的个片段都连接到一个克隆载体上，该种生物的全部遗传信息由文库中的个片段都连接到一个克隆载体上，该种生物的全部遗传信息由文库中的全部全部全部全部DNADNA片段代表。片段代表。片段代表。片段代表。l l制备或选择克隆载体制备或选择克隆载体制备或选择克隆载体制备或选择克隆载体限制性酶局部消化基因组限制性酶局部消化基因组限制性酶局部消化基因组限制性酶局部消化基因组DNADNA用蔗糖密度梯用蔗糖密度梯用蔗糖密度梯用蔗糖密度梯度离心法除去不适合克隆到选定载体中的片段度离心法除去不适合克隆到选定载体中的片段度离心法除去不适合克隆到选定载体中的片段度离心法除去不适合克隆到选定载体中的片段将基因组将基因组将基因组将基因组DNADNA片段和片段和片段和片段和切开的载体切开的载体切开的载体切开的载体DNADNA混合、连接混合、连接混合、连接混合、连接用连接物转化细菌细胞（载体为质粒）用连接物转化细菌细胞（载体为质粒）用连接物转化细菌细胞（载体为质粒）用连接物转化细菌细胞（载体为质粒）或体外包装成噬菌体颗粒（载体为噬菌体）或体外包装成噬菌体颗粒（载体为噬菌体）或体外包装成噬菌体颗粒（载体为噬菌体）或体外包装成噬菌体颗粒（载体为噬菌体）得到含有不同重组得到含有不同重组得到含有不同重组得到含有不同重组DNADNA分子的基因组文库分子的基因组文库分子的基因组文库分子的基因组文库现在学习的是第18页，共51页l lb.cDNAb.cDNA文库：文库：文库：文库：只含有在一定生物或一定细胞和组织中表达的基因只含有在一定生物或一定细胞和组织中表达的基因只含有在一定生物或一定细胞和组织中表达的基因只含有在一定生物或一定细胞和组织中表达的基因l l表达目的基因的细胞中提取总表达目的基因的细胞中提取总表达目的基因的细胞中提取总表达目的基因的细胞中提取总RNARNA，寡聚脱氧胸苷（，寡聚脱氧胸苷（，寡聚脱氧胸苷（，寡聚脱氧胸苷（dTdT）纤维素柱）纤维素柱）纤维素柱）纤维素柱从总从总从总从总RNARNA中提取中提取中提取中提取mRNAmRNA，以，以，以，以mRNAmRNA为模板，利用逆转录酶合成互补为模板，利用逆转录酶合成互补为模板，利用逆转录酶合成互补为模板，利用逆转录酶合成互补DNADNA，再用，再用，再用，再用DNADNA聚合酶合成聚合酶合成聚合酶合成聚合酶合成cDNAcDNA的双链，将产生的双链的双链，将产生的双链的双链，将产生的双链的双链，将产生的双链cDNAcDNA片片片片段插入到适当的载体中克隆段插入到适当的载体中克隆段插入到适当的载体中克隆段插入到适当的载体中克隆l lRNARNA转录加工过程中，内含子序列已被剪切掉，转录加工过程中，内含子序列已被剪切掉，转录加工过程中，内含子序列已被剪切掉，转录加工过程中，内含子序列已被剪切掉，cDNAcDNA文库适于在文库适于在文库适于在文库适于在原核中表达，但原核中表达，但原核中表达，但原核中表达，但cDNAcDNA只包含蛋白质的结构基因部分，缺少有只包含蛋白质的结构基因部分，缺少有只包含蛋白质的结构基因部分，缺少有只包含蛋白质的结构基因部分，缺少有关的调控序列（需根据表达载体的结构配以相应的调控序列）关的调控序列（需根据表达载体的结构配以相应的调控序列）关的调控序列（需根据表达载体的结构配以相应的调控序列）关的调控序列（需根据表达载体的结构配以相应的调控序列）真核生物基因真核生物基因真核生物基因真核生物基因中通常中通常中通常中通常含有非编码区及内含子，含有非编码区及内含子，含有非编码区及内含子，含有非编码区及内含子，在原核细胞宿主在原核细胞宿主在原核细胞宿主在原核细胞宿主中不能正常表达，基因库中的基因一般不能用于原核表达系中不能正常表达，基因库中的基因一般不能用于原核表达系中不能正常表达，基因库中的基因一般不能用于原核表达系中不能正常表达，基因库中的基因一般不能用于原核表达系统的基因工程统的基因工程统的基因工程统的基因工程现在学习的是第19页，共51页2）DNA文库中筛选目的基因文库中筛选目的基因l l每个基因都有唯一的核苷酸序列，利用与该基因互补的标记每个基因都有唯一的核苷酸序列，利用与该基因互补的标记每个基因都有唯一的核苷酸序列，利用与该基因互补的标记每个基因都有唯一的核苷酸序列，利用与该基因互补的标记DNADNA片段（探针）检出目的基因片段（探针）检出目的基因片段（探针）检出目的基因片段（探针）检出目的基因l l探针可用放射性同位素标记，也可用非放射性物质如生物素、地探针可用放射性同位素标记，也可用非放射性物质如生物素、地探针可用放射性同位素标记，也可用非放射性物质如生物素、地探针可用放射性同位素标记，也可用非放射性物质如生物素、地高辛、荧光素等标记高辛、荧光素等标记高辛、荧光素等标记高辛、荧光素等标记l l作为探针的作为探针的作为探针的作为探针的DNADNA片段，可为另一物种克隆的同源基因，也可为片段，可为另一物种克隆的同源基因，也可为片段，可为另一物种克隆的同源基因，也可为片段，可为另一物种克隆的同源基因，也可为根据目的基因产物蛋白质的氨基酸序列和遗传密码知识设计根据目的基因产物蛋白质的氨基酸序列和遗传密码知识设计根据目的基因产物蛋白质的氨基酸序列和遗传密码知识设计根据目的基因产物蛋白质的氨基酸序列和遗传密码知识设计合成的寡核苷酸序列合成的寡核苷酸序列合成的寡核苷酸序列合成的寡核苷酸序列现在学习的是第20页，共51页利用标记利用标记DNA探针从探针从DNA文库中筛选目的基因的方法：文库中筛选目的基因的方法：l l1 1）硝酸纤维素膜或特制尼龙膜印在含有许多单菌落的琼脂平板上）硝酸纤维素膜或特制尼龙膜印在含有许多单菌落的琼脂平板上）硝酸纤维素膜或特制尼龙膜印在含有许多单菌落的琼脂平板上）硝酸纤维素膜或特制尼龙膜印在含有