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1、,生物制剂制备技术,课程性质：考查 讲授：朱新军,第一章 绪论(Chapter Introduction),第一节 生物制品学概述(Section summary of Biopreparatics)一、概念(conception)（一）概念 生物制品（Biopreparate）：Biological products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(primary metabolites)或次级代谢产物(second metabolites)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(pr
2、ecaution)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（structure character）、应用（application）、生产工艺（productive process）、原理（principle）、现状（present situation）、存在问题（standing problem）与发展前景（prospects of dev
3、elopment）等诸方面知识的一门科学。,（二）现代生物技术的起源与发展(origin and development or modern biotechnology)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(Protein engineering)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(Microbi
4、ology)生物化学(Biochemistry)遗传学(Genetics),分子生物学(Molecular Biology),细胞生物学(Cytobiology),分子细胞学(Molecular cytology),化学工程(ChemicalEngineering)生命科学(Life science),生化工程学(Biochemical engineering),物理学(Physics)生物学(Biology),生物物理学(Biophysics),计算机科学（Computer science)生命科学(Life science),基础学科,生物信息学(Bioinformatics),现代生物技
5、术,现代生物技术（本身）,第一代 第二代 第三代,细胞工程(Cell engineering)基因工程(Gene engineering)酶工程(Enzymeengineering)发酵工程(Fermentationengineering)生化工程(Biochemical engineering)细胞或分子水平(molecular),海洋生物技术（Marine organisms technology)代谢工程（途径工程）（Metabolism pathway Engineering)自动生化药物筛选技术（Auto-biochemical drug screening technology)人
6、类蛋白质组计划（HPP）航天(宇航)生物技术（Space biotechnology)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(Agriculture bio-tech)家畜生物技术(Domestic animal bio-tech)食品生物技术(Food bio-tech)环保生物技术(Environment protection bio-tech)能源生物技术(Energy bio-tech)海洋生物技术(Ocean bio-tech)医药生物技术(Medicine bio-tech)生物制品技术(Biopre
7、parate technology),（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（content and classification）（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（preparation proces
8、s）、开发现状（present situation of development）与发展战略（strategy of development）等内容。,（二）生物制品的分类(classify)1.按来源分(according to the source)人源生物制品(Human source)（如各种血液成分等）；动物源生物制品(Animal source)（干扰素interferon、激素hormone、蛇毒snake venom等）；植物源生物制品(Plants source)（植物激素plant hormone、紫杉醇Taxol、长春碱velban、喜树碱camptothecine等）；
9、微生物源生物制品(Microbe source)（生长激素growth hormone、干扰素interferon、胰岛素insulin 等）。,2.按使用对象分(according to the object)用于人的生物制品；(application to human)用于家畜的生物制品；(application to domestic animal)用于家禽的生物制品；(application to poultry)用于作物的生物制品。(application to crops),3.按结构与功能分(according to the structure and function).疫苗类
10、（Vaccine）1)病毒疫苗(virus Vaccine)灭活疫苗（Dead Vaccine）减毒活疫苗（Attenuated Vaccine）亚单位疫苗或成分苗（Subunit Vaccine）基因工程疫苗（Gene Engineering Vaccine）遗传重组疫苗（Genetic Recombinant Vaccine）合成肽疫苗（Synthetic Peptide Vaccine）,2)细菌菌苗（Bacteria Vaccine）灭活菌苗（Dead Bacterial Vaccine）减毒活菌苗（Attenuated Bacterial Vaccine）亚单位苗或成分苗(Subun
11、it Bacterial Vaccine)合成肽苗(Synthetic peptide Bacterial Vaccine)基因工程菌苗(Gene Engineering Bacterial Vaccine)核酸菌苗(Nucleic Acid Bacterial Vaccine),3)寄生虫疫苗（Parasite Vaccine）4)治疗性疫苗（Cure Vaccine）、抗体类（Antibody）1)多克隆Ab(Poly clone Antibody)2)单克隆（Monoclone Antibody）3)基因工程Ab（Gene Engineering Antibody）4)Ab诊断试剂（Ab
12、 Diagnostic Reagent）或 Ab诊断试剂盒（Ab Diagnostic Kit）5)Ab治疗药（Ab Cure Drug）,、人血代用品（Human Blood Substitute）1)血浆（Blood Plasma）2)血细胞（Blood Cell）3)血清白蛋白与球蛋白（Serum albumin&-globulin）4)修饰Hb（Modified Hb）Hemoglobin,、重组细胞因子（Recombinant Cell Factor or Cytokine）1)干扰素（Interferon）；2)集落刺激因子（CSF,Colony Stimulating Facto
13、r）；3)白细胞介素（interleukin,IL）；4)肿瘤坏死因子（Tumor Necrosis Factor,TNF）；5)趋化因子（Chemokine）；6)转化生长因子（Transforming Growth Factor,TGF）；7)生长因子（Growth Factor,GF）。,、反义寡核苷酸（Antisense Oligonucleotide）1)硫代反义寡核苷酸（Sulpur Antisense Oligonucleotide）；2)2甲氧/乙氧基反义寡核苷核（2 methoxy/acetoxy Antisense Oligonucleotide）3)肽核酸（PNA）（Pe
14、ptide Nucleic Acid）；4)其他（Others）。,、重组激素类（Recombination Hormone）1)多肽蛋白类激素（Polypeptide Protein Hormone）；2)类固醇激素（Steroid Hormone）；3)Aa类激素（Amino Acid Hormone）；4)脂肪酸的衍生物类激素（Derivative of Fatty acid Hormone）。,三、生物制品的生产特点（characteristic of biopreparates)1.起步晚、发展速度快，前景美好；2.有巨大的科研价值、重大的经济效益和巨大的社会效益：因为生物制品多涉及
15、国民的健康、长寿,社会稳定和经济的快速发展。3.研发的产品面广，具有高速的成长性和广阔的发展空间。,生物制剂制备目录(catalogue)第一章 绪论(Introduction)第二章 生物技术与生物制品学的新进展(New development of bio-tech and biopreparatics)第三章 生物制品的制备(Preparation of biopreparate)第四章 免疫学基本原理（Basic principle of immunology）第五章 基因工程疫苗(Vaccine of gene engineering),第六章 基因工程菌苗的研究现状与发展(Stat
16、us and development of gene engineering bacteria vaccine)第七章 基因工程寄生虫疫苗(Parasite vaccine)第八章 治疗性疫苗(Therapy vaccine)第九章 治疗性抗体(Therapy antibody)第十章 血液制品(Blood production)第十一章 核苷酸与重组细胞因子(Nucleotide and recombination cell factor),主要参考书,1.熊宗贵 生物技术制药 高教出版社 20022.科技部、中国生物工程开发中心迈向21世纪的生物产业学苑出版社 19993.国家发改委高技术
17、产业司、中国生物工程学会中国生物技术 产业发展报告化工出版社 20034.宋思扬 生物技术概论科学出版社 19995.郭勇生物制药技术中国轻工出版社 20016.马大龙生物技术制药科学出版社 20017.李津等生物制药设备和纯化设备化工出版社 20038.刘国权生物工程下游技术化工出版社 20039.Antonio A 生物分离过程科学 清华大学出版社 200210.陈来同等生物化学产品制备技术科学技术文献出版社 2004,第二节 生物制品学的发展简史(Simple History of Biopreparatics Development),发展简史：生物制剂学的发展即生物技术的发展史。一、
18、经典生物技术阶段（8000年前20世纪30年代）(Classics Biotechnology Stage)（一）特点(Specialty)1.人们在自觉不自觉地利用各种生物（微生物、动物、植物等），使之为人类生产各种产品为人类服务，通过实践积累经验，掌握了一些古老的生物技术。如酿酒、制醋、发面等等。,2.在长期的生产实践活动中，人们对生物的认识逐渐深化，如1676年发明了显微镜（Leeuwenhoek,Antoni Van）才真正看到了微生物的存在；后来渐渐从“感性理性感性”、“从实践理论实践”，认识了许多的生理变化过程，指导了生物技术实践发展。3.在实践探索中形成了一些有代表性的生物制品（
19、如疫苗、酒精、乳酸、丙酮、柠檬酸、淀粉酶等）但尚未形成生物制品学。,（二）代表(Representative)1.80005000年前就出现了酿酒、制醋、泡菜等酿造技术。2.1857年，利用实验方法证明了酒精发酵是活酵母菌的作用，1897年，发现了磨碎的“死”酵母也能发酵糖酒精。并将其中所含的活性物质称为“酶”，揭示了酵母菌发酵的生理学实质。Pasteur,L还证实了果酒变酸与食物腐败是有害微生物的繁殖的结果。,3.公元1000年宋真宗时期，进行自体免疫治疗，15世纪，人痘法传至中东，改为皮下；1796年英国医生 Jenner，Edward给人接种牛痘病毒疫苗（Cowpox）预防天花；法国学者
20、Pasteur,Louis在1885年发明减毒的狂犬疫苗，接着又发明了减毒的畜炭疽菌苗、禽霍乱菌苗等。,4.免疫机制研究的起动 1883年俄，Mezunukob.发现了白细胞的吞噬并提出细胞免疫学说；1890年德，Bejering创造了用白喉抗毒素治疗白喉，这世界上最早的抗体治疗的记载。1897年德，Ehrlich提出了，以抗体为主的体液免疫学说，引出了两种学说争论不休。1903年英，Wright在研究吞噬C时，发现了调理素，才将两个学说统一起来了。,1905年开始使用马的白喉抗毒素血清法治疗白喉病时，发现了血清病（发烧、皮疹、水肿、关节痛、蛋白尿等）；血型不符引起输血反应等。开始了免疫应答的
21、病理反应与医学免疫学研究。1916年，世界上第一部免疫学杂志（Journal of Immunology）,5.19世纪-20世纪30年代，陆续出现了许多产品的工业发酵，开创了工业M的新世纪。生产出的新产品有：乳酸、酒精、丙酮、丁醇、柠檬酸、淀粉E等。这些产品的特点：生产过程比较简单，大多数属于嫌气性发酵或表面培养，生产设备要求也不高。产品的化学结构也较简单，属M的初级代谢产物。,二、近代生物技术阶段（20世纪30年代1953年）(Recent Biotechnology Stage),（一）特点(Specialty)1.生物制品的产品类型多了。除初级代谢产物（primary metaboli
22、tes）（蛋白质Protein、有机酸organic acid、酶制剂enzyme product、多糖polysaccharid 等）外，还有次级代谢产物（second metabolites）（抗生素 antibiotics、嘌呤purine、生物碱alkaloid等）、生物转化（biotransformation）产品（甾体steroid化合物等的转化物）、酶反应（enzyme reaction）（如6一氨基青霉烷酸的酰化反应）等产品。,2.生产技术要求高了；如在发酵生产过程中，要求在纯化或无杂菌的条件下进行运转；大多数生物体为需氧菌，需要通过无菌空气（空压机）好氧发酵；对产品质量要求严
23、格（医药或诊断用与食用）3.生产设备规模巨大；如发酵罐（tank）：常用搅拌通气罐可大至500M3;SCP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
24、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（terramycin or oxytetracycline）、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
25、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（steroid hormone）等工业制品。5.许多固体发酵法改为深层发酵（deep layer fermentation）培养法，即表面 培养（surface layer culture）法生产产品改为沉没培养（sinking culture）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）(Modern Biotechnology Stage)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
26、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
27、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(cell culture)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
28、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(inmobilized enzyme technology)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(new fermentation technology)、新型发酵设备(new fermentation equipment)、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。,
29、6）现代生物反应工程(Bioreaction engineering)和 分离工程技术(Separation technology)7）蛋白工程技术(Protein technology)、代谢途径工程技术(Metabolic pathway technology)8）海洋生物技术(Marine biotechnology)、宇航生物技术(Space biotechnology)等。,EcoRI,EcoRI,EcoRI,T4 DNA 连接酶(ligase),转化细胞,将质粒转入大肠杆菌,图12 Boyer和Cohen的DNA重组实验,EcoRI酶解,EcoRI酶解,重组DNA,（二）代表(Representative),Korenberg Meselson Stahel,分离得到DNA多聚酶I，用它在试管内合成得到DNA,1958年,论证了DNA的复制过程包括双螺旋互补链的分离,1957年,Watson,Crick,提出了DNA互补双螺旋结构模型,1953年,Korenberg,Crick,发现信使RNA（mRNA），并证明mRNA传递信息指导蛋白质的合成,1960年,提出了遗传信息是通过DNA的碱基对顺序来传递的理论,1956年,主要发现和进展,年代,表11 1953年以来现代生物技术的主要发现和进展,表1-2 美国已批准上市的基因工程生物制品,
