❶ 典型生物葯物的一般製造流程是什麼
一般生物制葯的主要流程如下：1. 上游階段
1.1 目的基因的制備
目的工程的主要目的是使優良性狀相關的基因聚集在同一生物體中,創造出具有高度應用價值的新物種. 為此必須從現有生物群體中,根據需要分離出用於克隆的次類基因,這樣的基因稱之為目的基因. 基因工程中獲得的目的基因主要用於: (1).研究該基因,分析其結構,功能和表達的調空機制 (2).和正常基因比較,找出基因的異常點,探索疾病發生的分子生物學基礎. (3).研究生物種系的進化 (4).建立基因療法,將正常基因引入病人體內,治療遺傳性疾病(5).大量表達某種基因,生產出需要的蛋白和多肽 (6).對某些基因進行改選,改良動植物品種.
不同基因組類型的基因組大小不同,基因組和基因排列也各不相同,因此,分離目的基因應採用不同的途徑和方法
1.1.1 構建cDNA基因文庫分離法
cDNA文庫是以真核細胞中分離純化出所有的mRNA,在以mRNA為模板合成cDNA與適當的載體重組轉入宿主細胞,這樣建立起來的cDNA重組分子集合體稱為cDNA文庫.而cDNA文庫中插入片段的總和可代表某一種生物全部的mRNA序列.
1.1.1.1 cDNA文庫的構建
構建cDNA文庫主要包括以下步驟: (1).細胞總RNA的制備及mRNA的分離 (2).以mRNA為模板,合成cDNA第一條鏈 (3).雙鏈cDNA的合成,而將mRNA—DNA雜交分子轉變為雙鏈cDNA分子 (4). CDNA與載體的連接和噬菌體顆粒的包裝及傳染或質粒的轉化等
1.1.1.2 cDNA克隆的優越性
自20世紀70年代初說創cDNA克隆問世以來,以採用構建和篩選cDNA文庫的方法克隆了許多目的基因的cDN**段.在基因工程操作中,也長以cDNA為探針從基因文庫中分離相應的基因克隆.因此, cDNA克隆常常以基因分離和結構分析的著手點,在分子生物學研究和基因工程應用等方面具有十分重要的意義.
1.1.2 構建基因組文庫分離法
1.1.2.1 基因組文庫的概念
將某種生物的基因組DNA切割成一定大小的片段,分別與適合的載體重組後導入宿主細胞,這些重組分子中插入片段的總和可代表該生物全部基因組序列.這種通過重組,克隆方法保存在宿主細胞中的各種DNA重組分子的集合體稱為基因組文庫.
1.1.2.2 基因組文庫的大小
克隆片段的平均大小/bp 基因組的大小/bp
2×10^6(細菌) 2×10^7（真菌） 3×10^9（動物）
LN SJ LN SJ LN SJ
5×10^3 400 1831 4000 18418 600000 2736110
10×10^3 200 919 2000 9208 300000 1381550
20×10^3 100 458 1000 4603 150000 690774
40×10^3 50 278 500 2300 75000 345386
一個理想的基因組文庫因該是在克隆群體中包含完整基因組的所有DNA序列.這就要求在打斷基因組DNA時盡可能做到隨機切割,實際上,無論採用什麼方法的不能達到理論上的切割.應此構建的基因組文庫應包含的克隆子數理論值和經驗值之間相差比較大.幾類基因組文庫的大小見下表: 「2」
1.1.2.3 構建基因組文庫的類型
通過克隆，重組方法構建的基因組文庫主要有：
(1)構建λ噬菌體基因組文庫；（2）構建考斯質粒基因組文庫
(3) 構建YAC基因組文庫
1.1.3 直接分離法
1.1.3.1 限制性核酸內切酶酶切分離法
限制性核酸內切酶酶切分離法適於簡單基因組中分離目的基因。質粒和病毒等DNA分子小的只有幾千鹼基，大的也不超過幾萬鹼基，編碼的基因較少，獲得的目的基因方法比較簡單。
1.1.3.2 基因分離的物理化學法
這是基因工程在發展初期所用的方法，某些生物的rDNA基因最早都是利用該法分離獲得的，但目前很少採用。次方法主要有：密度梯度離心法、單鏈酶解法和分子雜交法等。1.1.3.3 雙抗體免疫法分離編碼蛋白的基因
雙抗體免疫法分離編碼蛋白的基因適於某一真核細胞的蛋白質已被分離純化，且足以產生抗體。
1.1.3.4 利用酶促反轉錄發直接從特定mRNA分離基因
酶促反轉錄主要用於合成分子質量較大，轉錄產物mRNA易分離目的基因。
目的基因的mRNA為模板 逆轉錄酶 cDNA DNA聚合酶雙鏈 雙鏈cDN**段
與合適載體重組並轉入受體菌 cDNA克隆
1.2 目的基因的分離
通過適當的方法構建上一個完整的基因組DNA文庫或CDNA文庫，意味著包含目的基因在內的所有基因都得以克隆，但並不等於完成了目的基因的分離。因為在基因文庫中，不論是CDNA文庫還是基因組文庫，含目的基因的克隆子都只是數以萬計的克隆子中的一個，其中究竟哪個克隆子含有我們所需要的目的基因序列還不清楚。因此，還需要下一個步驟要進行的就是目的基因的分離，主要方法有：
（1）目的基因的功能克隆 （2）序列克隆法
（3）利用差示分析法分離目的基因克隆 （4）功能結合法篩選目的基因
（5）DNA插入誘變法分離目的基因（6）應用基因定位克隆技術分離篩選目的基因
（7）基因的定位侯選克隆法（8）染色體顯微切割與微克隆法
（9）根據生物大分子內的相互作用分離目的的CDNA克隆
（10）篩選目的基因片段的差別雜交及減法雜交技術
1.3 基因克隆載體
載體是攜帶目的基因的DN**段進入受體細胞進行擴增和表達的工具。常用的載體是經過改造的細菌質粒，噬菌體，黏粒和病毒
1.3.1 質粒克隆載體
質粒是細菌染色體外的雙鏈環狀的能自我復制的小分子DNA，其對細胞本身的生長繁殖不是必需的，但可以賦予細菌一定的類型，如耐熱型等。
與構建克隆載體相關的質粒性質有：
（1） 粒的復（2） 制型（2）質粒的不（3） 相容性
（3）質粒的接合性
（4）質粒作為基因工程載體需要具備的條件：作為基因工程載體的質粒都是經過人工改造過的質粒，具備以下特點：
a, 相對分子質量小3—10kb b, 是鬆弛型復制質粒
c, 是非接合型質粒 c, 質粒上有多個限制酶的單一切點
d, 帶有雙選擇標記
1.3.2 病毒（噬菌體）克隆載體
病毒主要由DNA（或RNA）和外殼蛋白組成，經包裝後成為病毒顆粒。通過感染，病毒顆粒進入宿主細胞，利用宿主細胞的合成系統進行DNA(或RNA)復制的殼蛋白質的合成，實現病毒顆粒的增殖。人們利用這些性質構建了一小列分別適用於不同生物的病毒克隆載體。通過此種方法構建成的基因克隆載體主要有：
（1） 噬菌體克隆載體cosmid克隆技術（黏粒）（2）Μ13噬菌體克隆載體
（2） aMV克隆載體（4）煙草花葉病毒（ TMV）載體克隆
（5）SVCO克隆載體（6）反轉錄病毒克隆載體
（7）腺病毒克隆載體（8）痘苗病毒克隆載體
（9）桿狀病毒表達克隆載體
1.3.3 其他類型的克隆載體
（1）染色體定位整合克隆載體（2）人工染色體克隆載體
（3） 特殊用途克隆載體：如啟動子探針型，（4） 誘導型，（5） 反義表達組織特異表達，（6） 分泌型表達，（7） 雙啟動子，（8） 串族啟動子和含增強子表達克隆載體等等
1.4 目的基因和載體的連接（重組）
目的基因和載體連接前要先用同一種限制酶將目的基因和載體切割成黏性端或平端，也可以用物理方法切割後再用酶補成平端
體外連接是基因工程的重要環節，體外連接要減少載體的自身環化，提高重但子陽性率。主要的連接方法有：黏性末端連接、平端連接、定向插入和同源多聚尾。
1.5 重組體導入受體細胞
外源目的基因與載體在體外連接重組後形成重組的DNA分子。該重組DNA分子必須導入適宜的受體細胞在中才能使外源目的基因得以大量擴增或表達。隨著基因工程的發展，從低等的原核細胞，到簡單的真核細胞，進一步達到結構復雜的高等動，植物細胞都可以作為基因工程的受體細胞。選擇適宜的受體細胞已經成為重組基因高效克隆或表達的基本前提之一
1.5.1 受體細胞的選擇要求
目的基因獲得後,必須在合適的宿主細胞中才能進行表達,才能獲得目的產物.應此,宿主細胞必須滿足:容易獲得較高濃度的細胞;能利用易得廉價的材料;不致病、不產生內毒素;發熱量低,需氧低,適當的發酵溫度和細胞形態;容易進行代謝調控;容易進行DNA重組技術操作技術;產物的產量、產率高,產物容易提取純化.
1.5.2 受體細胞的類型
人們通過研究,根據需要獲得了一定的目的產物,而目的基因能否的到有效的表達,關鍵在與受體細胞的選擇.
1.5.2.1 原核生物細胞
由於原核生物作為基因工程受體具有其他生物所沒有的優點,而且人們對其遺傳背景清楚,所以早期開展的基因工程操作,都是以原核生物為受體細胞.目前研究比較多的有:大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、鏈黴菌等.
1.5.2.2 真核生物細胞
由於真核生物的細胞結構、基因組成和基因表達較為復雜,適用於原核生物的轉基因方法大多數難以有效地用於真核生物.近年來經過探索,發現它可以對表達的蛋白質進行翻譯後加工過程,有利於保持天然結構和生物活性.並用這些方法有效的獲得了轉基因真核生物.研究較多的有:酵母菌、哺乳動物細胞、昆蟲細胞、植物細胞等等.
1.5.3 重組子的篩選
在重組DNA分子的轉化、轉染和轉導過程中,並非所有的的受體細胞 都能被導入重組DNA分子.一般僅有少數重組DNA分子能進入受體細胞,同時也只有極少數的受體細胞在吸納重組DNA分子之後能良好增殖.因此,如何將被轉化細胞從大量受體菌細胞中初步篩選出來,然後進一步檢測到含有期待重組DNA分子的克隆子將直接關繫到基因克隆和工程操作紅極為重要的環節.
重組子的篩選可以根據載體的類型、受體細胞種類以及外源DNA分子導入受體細胞的手段等採用不同的方法,一般包括以方面:
(1).遺傳直接篩選法; (2),核算分子雜交檢測法; (3)依賴於重組子結構特徵分析的篩選法;
(4)免疫化學檢測法; (5)轉譯篩選法; (6)亞克隆法; (7)插入失活法;
(8)電子顯微鏡作圖檢測法; (9)基因表達產物分析法; (10)DNA序列分析法.
1.6、外源基因的表達
基因工程技術的核心是基因表達技術。迄今為止，已構建了多種基因表達系統，包括原核生物和真核生物基因表達系統，不同的表達系統具有各自的特點。
1.6.1 基因表達的機制（過程）
1.6.1.1 外源基因的起始轉錄
外源基因在宿主細胞中的有效表達是基因工程的核心問題，而外源基因的起始轉錄又是基因表達的關鍵。
1.6.1.2 mRNA的延伸與穩定性
外源基因起始轉錄後，保持mRNA的有效延伸、終止及穩定存在是外源基因有效表達的關鍵。
mRNA的穩定性直接導致決定翻譯產物的多少，對原核細胞來說，最佳的方法是選擇一個RNase缺失受體前。對真核細胞來說則需考慮增加mRNA的正確加工，提高成熟mRNA的穩定性。
1.6.1.3 外源基因mRNA的有效翻譯
翻譯是mRNA指導多肽鏈生成的過程，翻譯的起始是多種因子協同作用的過程，其中包括mRNA,16SrRNA,fMet-tRNA之間的鹼基配對，還有mRNA序列上的終止密碼對正確翻譯的效率有很大影響。
1.6.1.4 表達蛋白在細胞中的穩定性
外源基因的表達產物能否在宿主細胞中穩定積累而不被內源蛋白水解酶所水解是基因有效表達的一個重要因素，因此，為了避免此現象的發生可從以下幾個方面考慮：
（一）構建融合蛋白表達系統; （二）構建分子體蛋白表達系統;
（三）構建包涵體表達系統; （四）選擇蛋白水解酶基因缺陷型的受體系統.
1.6.1.5 目的基因沉默
基因沉默是導致外源基因不能正常表達的重要因素。它的作用機制主要有三種：位置效應的基因沉默、轉錄水平的基因沉默和轉錄後水平的基因沉默。基因沉默現象主要表現在轉基因動物和植物中。
目的基因沉默是在核酸水平上DNA與DNA,DNA與RNA,RNA與RNA相互作用的結果。由於重復序列或同源系列是基因沉默的普通原因之一，因而在構建表達載體時，應盡可能避免與內源序列具有較高的同源性。此外，可以通過選擇甲幾基化酶活性較弱的受體細胞或以化學物質處理受體細胞抑制甲基化作用。
1.6.2 基因表達的調控元件
通過研究發現主要的基因表達調控元件有：啟動子、增強子、終止子、衰減子、絕緣子和反義子
1.6.3 外源基因表達系統
外源基因表達系統泛指目的基因與表達載體重組後，導入合適的受體細胞，並能在其中有效的表達，產生目的基因產物（目的蛋白）。由此可知，外源基因表達系統由基因表達載體和相應的受體細胞兩部分組成。基因表達系統有原核生物表達系統和真核生物表達系統。目前，利用較多的是原核生物表達系統，因其遺傳背景清楚，繁殖快，表達率高等特點。近年來，真核生物基因表達系統發展很快，因其可以對表達的蛋白質進行翻譯後加工過程，有利於保持天然結構和生物活性等優點。目前主要應用的表達系統有：大腸桿菌基因表達系統、芽孢桿菌表達系統、鏈黴菌表達系統、藍藻表達系統、酵母表達系統、哺乳動物細胞基因表達系統、植物細胞基因表達系統；還有最新研究的兩個新的表達系統[3]：巴斯德畢赤酵母表達系統和動物乳腺生物反應器——全新的生產模式。
2、下游階段
基因工程只要的過程關鍵在於上游階段，因它可以獲得有效的工程菌，但下游純化階段也必不可少。因此為了獲得合格的目的產物，必須建立相應的醫葯生物技術產品的分離純化工藝。
2.1、基因工程菌發酵：
良好的發酵工藝對表達外源蛋白至關重要，直接影響下游純化工藝，形象到產品的質量和生產成本，決定產品在市場上的競爭力。目前，基因工程菌培養常用方法有：補料分批培養、連續培養、透析培養、固定培養。近年來，生物葯品已進入生物技術時代，對基因工程菌的培養設備要求十分嚴格，主要採用新型自動化發酵罐。
2.2、分離純化的基本過程：
分離純化是基因工程葯物生產中極其重要的
一環,這是由於工程菌經過大規模培養後，產生的
有效成分含量低，雜質含量高；另外由於基因工
程葯物是從轉化細胞，而不是從正常細胞生產的，
所以對產品的純度要求也高於傳統產品，主要的
步驟如右表：[4]
2.2.1、建立分離純化工藝根據
主要根據：（1）含目的產物的起始物料特點;
（2）物料中雜志的種類和性質;
（3）目的產物特性;
（4）產品質量的要求.
2.2.2、選擇分離純化方法的依據：
主要依據：
(1) 根據產物表達形式來選擇;
(2) 根據分離單元之間的銜接選擇;
(3) 根據分離純化工藝的要求來選擇.
2.2.3、常用的分離純化方法（見下表）[5]
方法 目的
離心/過濾 去除細胞、細胞碎片、顆粒性雜質(如病毒)
陰離子交換層析 去除雜質蛋白、脂質、DNA和病毒等
陽離子交換層析 去除牛血清蛋白或轉鐵蛋白等
超濾 去除沉澱物及病毒
疏水層析 去除殘余的雜蛋白
凝膠過濾 與多聚體分離
0.22μm微孔濾膜過濾 除菌
3、基因工程葯物：
自20世紀80年代初第一種基因工程產品——人胰島素投放市場以來，以基因工程葯物為主導的基因工程應用已成為全球發展最快的產業之一。隨著生物技術的快速發展，基因工程葯物將擁有越來越廣闊的發展前景。基因工程葯物主要包括細胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核苷酸葯物等，它對預防和治療人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、各種傳染病、糖尿病、類風濕疾病等有重要作用。
3.1、基因工程激素類葯物
激素是一類由生物體內分泌腺或特異性細胞產生的微量有機物，通過體液或細胞外液運送到特定的作用部位，能引起特殊的生理效應。基因工程的激素類主要指通過基因工程方法合成的蛋白多肽類激素。目前被批准上市的激素類葯物有胰島素、人生長激素、人促卵泡激素等。
3.2、基因工程細胞因子類葯物
細胞因子是由細胞分泌的能夠調節生物有機體生理功能，參與細胞的增殖，分化和凋亡的小分子多肽類物質。目前被批准上市的產品有十多種。主要有：干擾素（IFN）、集落刺激因子（CSF）、白細胞介素（IL）、腫瘤壞死因子（TNF），趨化因子和生長因子（GF）等。它們的生物學功能主要表現為：調節免疫應答、抗病毒、抗腫瘤、調節機體造血功能和促進炎症反應等。
3.3、基因工程疫苗：
直接利用微生物制備疫苗來治療疾病取得了巨大的成就，但由於各種傳染病在世界范圍內廣泛存在，並不斷有新的致病微生物被發現，它們對人類的健康造成巨大威脅。利用基因工程方法制備疫苗對控制傳染病的復發和治療新的傳染病有重要意義。目前研究的基因工程疫苗包括：痢疾菌苗、霍亂菌苗、結核菌苗、流感菌苗、狂犬病疫苗、瘧疾疫苗、口蹄疫疫苗。
3.4 特殊基因工程葯物—防禦素
防禦素是一類在生物界廣泛存在的、富含半胱氨酸,具有微生物和一些惡性細胞抗性的小分子短肽.它的抗性譜十分廣泛,目前以發現它不但對細菌、真菌和被膜病毒(如愛滋病病毒)有廣泛的毒殺效應,對某些惡性腫瘤細胞也有毒殺作用.最近,對一些長期存活的愛滋病感染者的研究發現,他們體內的愛滋病抑制因子就是一類防禦素.這一研究發現給人們戰勝愛滋病帶來希望.
4. 基因工程研究發展前景
基因工程問世以來短短的二十幾年,顯示出了巨大的活力,使傳統的生產方式和產業結構發生了變化.特別是在醫葯行業,利用人工的方法合成了許多有用的葯物及人體器官等,取得了很大的經濟效益.今後,基因工程將重點開展基因組學、基因工程葯物、動植物生物反應器和環保等方面的研究.通過這方面的研究、開發,對人類的生活、生存環境從根本上優化做出巨大的貢獻.因此,我們相信基因工程的前景將是更加燦爛輝煌.