《生物技术与生物制药》课件.pptx

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1、2021/9/131生物技术与生物制药生物技术与生物制药2021/9/1322008年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖08年诺贝尔化学奖得主是三名美国人，以奖励他们在发现和发展绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）上的贡献。他们分别是日裔科学家下村修(Osamu Shimomura)，Martin Chalfie和华裔科学家钱永健（Roger Y.Tsien）。GFP是一种在395nm的激发光下可以释放出绿色荧光的蛋白，现已广泛的应用于生物以及医学研究。该蛋白可以表达在真核细胞中，在和其他基因融合表达的情况下，可以活体示踪目的蛋白的定位以及活动，并且由于在真核生物

2、中不存在这类蛋白，因此不会产生其他的附加功能，而影响导入的细胞或者动物体的生命活动。其中日裔科学家下村修首先在水母中发现该蛋白；Martin Chalfie则发展将GFP引入真核动物细胞（线虫）中，促进了大家对GFP的功能的认识；华裔科学家钱永健改造了GFP，使得它可以在不同的激发光下发红蓝等各色，并且更加易于使用，大大扩展了此类蛋白的应用。2021/9/1332021/9/1342021/9/1352021/9/1362021/9/1372021/9/1382021/9/139863计划生物和医药技术领域计划生物和医药技术领域2008年度专题课题申请指南年度专题课题申请指南专题一、基因操作和

3、蛋白质工程技术专题专题一、基因操作和蛋白质工程技术专题l1.重要功能基因及蛋白质的发掘与利用重要功能基因及蛋白质的发掘与利用l2.生物技术医药产品的研究与开发生物技术医药产品的研究与开发专题二、新一代工业生物技术专题专题二、新一代工业生物技术专题l1.生物催化与转化关键技术研究与开发生物催化与转化关键技术研究与开发l2.工业生物技术新产品及新工艺研究与开发工业生物技术新产品及新工艺研究与开发专题三、生物信息与生物计算技术专题专题三、生物信息与生物计算技术专题l1.神经信息技术神经信息技术l2.生物信息技术应用及产品开发生物信息技术应用及产品开发专题四、现代医学技术专题专题四、现代医学技术专题l

4、1、常见病、多发病临床诊断与治疗新技术研究、常见病、多发病临床诊断与治疗新技术研究l2、现代医疗仪器与设备研发现代医疗仪器与设备研发2021/9/1310关于组织申报国家发展改革委实施微生物制造高技术产业化专项的通知根据第十一个五年规划纲要和生物产业发展“十一五”规划，为加快微生物制造产业发展，推动传统发酵产业优化升级，提高微生物制造产品的国际竞争力，提升我国工业生物制造水平，国家发展改革委决定于2009-2010年组织实施微生物制造高技术产业化专项。我委拟组织在近期申报该专项项目，现将有关事宜通知如下：一、专项的主要内容微生物制造是利用微生物细胞或酶的生物催化功能，进行大规模的物质加工与转化

5、的先进生产方式，是基于现代生物技术发展的高技术产业，具有典型的资源节约、环境友好的特征，是解决我国面临的资源短缺与环境污染等问题的重要途径。依据我国微生物制造业的特点、产业技术基础和发展情况，专项重点支持具有自主知识产权，对产业发展具有重要支撑作用的微生物制造产品及工艺产业化。主要包括：2021/9/1311专项的主要内容（一）新型酶制剂产业化。以酶工程技术和基因工程技术为基础，重点支持1000吨/年规模以上的新型纤维素酶、半纤维素酶、碱性果胶酶、脂肪酶、蛋白酶的产业化。（二）新型微生物发酵产品。以微生物分子选育、代谢工程、发酵工程技术为基础，重点支持500吨/年规模以上的高附加值氨基酸、核苷

6、，1000吨/年规模以上的高附加值有机酸和多元醇的产业化。（三）生物制造工艺示范应用。以新型生物催化与转化技术为基础，重点支持年产万吨级氨基酸、葡萄糖酸，年产千吨级长链二元酸、手性醇，年产百吨级手性医药中间体、甾体化合物的生物制造工艺改造升级与示范。2021/9/1312二、专项的实施目标1.提高酶制剂和微生物发酵产品的生产和应用水平，提高原料转化率和资源综合利用率，利用现代生物技术延伸微生物制造产业链，大力发展新产品；2.扩大生物催化技术在食品、饲料、纺织、造纸等重点行业的应用，减少污染物排放，降低能耗，带动产业结构调整和升级；3.培育微生物制造产业龙头企业，全面提高我国微生物制造企业的国际

7、竞争力。2021/9/1313生物制药概论生物技术发展简史 现代生物技术简介 基因工程、酶工程、细胞工程和发酵工程 生物药物与基因工程药物 2021/9/1314863计划的成就（生物领域）l三个主题l六个重大项目l十三个专题项目2021/9/1315三个主题三个主题l高产、优质、抗逆动植物新品种l新型药物、疫苗和基因治疗l酶工程、蛋白质工程2021/9/1316六个重大项目六个重大项目1.两系法杂交稻技术；2.抗虫棉花等转基因植物；3.生物技术药物；4.重大疾病相关基因的研究；5.恶性肿瘤等疾病的基因治疗;6.动物乳腺生物反应器。2021/9/1317十三个专题十三个专题 101-01转基因

8、植物；101-02分子标记技术在农作物育种中的应用101-03农业重组微生物；101-04植物生物技术的应用基础研究；101-05动物生物技术；101-06农用基因工程生物的中试开发；102-07重组疫苗；102-08基因工程药物；102-09抗体工程；102-10人类重大疾病基因分离、克隆、结构和功能研究；102-11医药新技术、新方法研究；102-12医药生物技术产品的中试开发；103-13蛋白质工程。2021/9/1318两系法杂交稻技术两系法杂交稻技术我国两系法杂交水稻的技术已经成熟，已进入快速发展阶段。共育成实用不育系34个，广亲和系26个。24个组合通过品种审定，并在南方各省大面积

9、推广，累计种植5300万亩，增产稻谷25亿公斤以上。超级杂交稻研究取得初步成果，受到党和国家领导人的高度重视。2021/9/1319动物乳腺生物反应器动物乳腺生物反应器 构建成了具有我国自主知识产权的以牛SIcasein和牦牛BLG两种基因为基础的乳腺组织特异性表达载体；建立了显微注射、体细胞克隆、单精注射受精等多种转基因技术体系。组建了4个受体动物专用场。2021/9/1320基因工程疫苗和药物进入市场基因工程疫苗和药物进入市场已有18种（其中3种拥有自主知识产权的I类新药）医药生物技术产品投放市场，世界上销售额前十位的生物技术药物，我国已生产8种并投放市场；另有9种药物已完成或正在进行临床

10、试验、9种进入中试和18种处于实验室研究阶段，其中大部分具有自主知识产权；基因工程药物和疫苗的研制已初步实现了由跟踪仿制向创新的转变，以及从实验室研究向产业化的转化。2021/9/1321治疗性乙型肝炎疫苗治疗性乙型肝炎疫苗血源乙肝表面抗原-抗体二重复合物作为治疗性疫苗已获特殊临床试验批文，基因工程乙肝表面抗原-抗体二重复合物已完成实验室研究和中试工艺研究，正在申请临床试验。另外，新开展的乙肝表面抗原-抗体-DNA疫苗三重复合物的研究，以小鼠为模型的实验结果证明疗效优于二重复合物，成果也已获中国和国际的专利。2021/9/1322人工血液代用品技术人工血液代用品技术在完成实验室研究和小试后，又

11、建成中试规模的血源生产基地，现已有连续6批的产品达企业质控标准。研究的工艺路线具有自主知识产权，已申请3项国内发明专利；其技术转让费达1.6亿元人民币，创我国生物技术单项技术转让费最高纪录。2021/9/1323进化论和细胞学说进化论和细胞学说l1859年，英国的生物学家CharlesDarwin发表了物种起源l1930s，德国植物学家MatthiasSchleiden和动物学家TheoderSchwann将对细胞的观察研究进行了理论的概括，共同创立了生物科学的理论基础细胞学说。2021/9/1324从1857年到1864年的8年，奥地利修道士Mendel选择了7种差异明显的简单性状,对豌豆的

12、生长进行了仔细的观察，得出了遗传的分离规律和自由组合律。1915年美国著遗传学家Morgan和他的助手们的杰出工作，第一次将代表某一特定性状的基因，同某一特定的染色体联系了起来，创立了遗传的染色体理论。Morgan特别指出：种质必须由某些独立的要素组成，我们把这些要素称为遗传因子，或者更简单地称为基因。经典遗传学经典遗传学2021/9/1325分子生物学分子生物学l在1928年英国科学家F.Griffith就发现了肺炎双球菌的转化现象。lAvery与ColinMacleod及MaclynMccarry在此基础上继续对肺炎链球菌进行研究，证明使细菌性状发生转化的因子是DNA,而不是蛋白质。202

13、1/9/1326这是这是20世纪继爱因斯坦发现相对论之后的世纪继爱因斯坦发现相对论之后的又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入又一划时代发现，它标志着生物学的研究进入分子的层次。因为这项分子的层次。因为这项“生物科学中最具有革生物科学中最具有革命性的发现命性的发现”，两位科学家获得了，两位科学家获得了1962年度诺年度诺贝尔生理学或医学奖。贝尔生理学或医学奖。1953年，年，美国科学家沃森（美国科学家沃森（JD.Watson，1928）和英国科学家克里）和英国科学家克里克（克（F.Crick，19162004），共同提出），共同提出了了DNA分子的双螺旋结构模型。分子的双螺旋结构模型。202

14、1/9/1327DNA双螺旋的发现l1953年4月在英国Nature杂志上美国遗传学家JamesD.Watson和英国物理学家FrancisH.C.Crick共同阐明了DNA双螺旋立体结构模型2021/9/1328脱氧核苷酸脱氧核苷酸1、DNA的化学组成基本单位：基本单位：P脱氧核糖含氮碱基磷酸脱氧核糖含氮碱基脱氧核苷酸脱氧核苷酸元素组成：元素组成：C H O N P2021/9/1329l组成脱氧核苷酸的碱基碱基：胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（）胸腺嘧啶（T）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（）鸟嘌呤（G）因此，脱氧核苷酸也有因此，脱氧核苷酸也有4种种腺膘呤脱氧核苷酸腺膘呤脱氧核苷酸A胞嘧啶脱氧核

15、苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸C鸟瞟呤脱氧核苷酸鸟瞟呤脱氧核苷酸GT胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸2021/9/1330两个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接两个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接2021/9/1331AGCT氢键氢键氢键氢键ATGC平面结构平面结构平面结构平面结构立体结构立体结构立体结构立体结构2021/9/13322、DNA的立体结构特点磷酸、脱氧核糖磷酸、脱氧核糖 交替连接交替连接 构成基本骨架；构成基本骨架；碱基；碱基；2条链上的碱基通条链上的碱基通过过氢键氢键形成形成碱基对碱基对3.内侧内侧:2.外侧：外侧：1.由由2条链按条链按反向平行方式反向平行方式盘绕盘绕成双螺旋结构；成双螺旋

16、结构；2021/9/1333AACCGGATTTGG CCTAAT之间形成之间形成2个氢键个氢键CG之间形成之间形成3个氢键个氢键DNA碱碱基基互互补补配配对对情情况况图图解解2021/9/1334DNA的半保留复制l随后又提出了DNA复制假说:在DNA复制过程中，双螺旋DNA的两条链相分离，并分别以每条DNA链作为模板，利用细胞中的脱氧核糖核苷酸，按照碱基互补的原则合成另一条子链DNA，从而形成结构完全相同的两个DNA双螺旋分子。l1958年MatthewMeselson和FranklinStahl研究了经15N标记3个世代的大肠杆菌DNA，首次证明了DNA的半保留复制。2021/9/133

17、5遗传密码l用数学方法推算，如果采用每3个相邻碱基为一个氨基酸密码子，那么四种碱基组成的核苷酸能编出64组密码子，可以满足20种氨基酸编码的需要。在M.Nirenberg,S.Ochoa和H.G.Khorana以及其他人的共同努力下，到1966年，所有的64种密码子都被破译了,如:AUG为起始密码;UAG,UAA和UGA为终止密码。2021/9/1336氨基酸序列比较60ADGYARINGMSALVTTFGVGELSALNAIAGAYSEFVPIVHIVGQPHTKSQKDGMLLHHTL58ADGYARIKGMSCIITTFGVGELSALNGIAGSYAEHVGVLHVVGVPSISAQA

18、KQLLLHHTL57AEGYARAKGAAAAVVTYSVGALSAFDAIGGAYAENLPVILISGAPNNNDHAAGHVLHHAL120GNGDFNVFTRMSADISCTLGCLNSTHEVATLIDNAIRECWIRSRPVYISLPTDMVTKKIE118GNGDFTVFHRMSANISETTAMITDIATAPAEIDRCIRTTYVTQRPVYLGLPANLVDLNVP117GKTDYHYQLEMAKNITAAAEAIYTPEEAPAKIDHVIKTALREKKPVYLEIACNIASMPCA180GER-LDTPLDLSLPPNDPEKEDYVVDVVLKYLHAAKK

19、PVILVDACAIRHRVLDEVHEFVE178AKL-LQTPIDMSLKPNDAESEKEVIDTILALVKDAKNPVILADACCSRHDVKAETKKLID177APG-PASALFNDEASDEASLNAAVEETLKFIANRDKVAVLVGSKLRAAGAEEAAVKFAD239KSGLPTFVAPMGKGAVDETHKNYGGVYAGTGSNPGVREQVESSDLILSIGAIKSDFNTTG237LTQFPAFVTPMGKGSIDEQHPRYGGVYVGTLSKPEVKEAVESADLILSVGALLSDFNTGS235ALGGAVATMAAAKSFFPEENPHY

20、IGTSWGEVSYPGVEKTMKEADAVIALAPVFNDYSTTG2021/9/1337人类基因组计划人类基因组计划lHGP草图绘制完成草图绘制完成lHGP提出的背景提出的背景lHGP的实施的实施 lHGP研究内容研究内容 lHGP医药方面的意义医药方面的意义l人类的财产，双刃剑人类的财产，双刃剑l展望展望 2021/9/1338HGP草图绘制完成草图绘制完成l2000年6月26日，是人类历史上最值得纪念的一天，英国和美国几乎同时向全世界宣布他们已经完成了具有划时代意义的人类基因草图。依靠基因技术，人类既可能攻克癌症、糖尿病、痴呆等重病，又可以解决诸如“减肥”这一类的小毛病。2021/

21、9/1339HGP提出的背景提出的背景lDNA测序方法越来越先进l电子计算的应用大大加快了测序过程l人类许多疾病是源于遗传的原因，使人们迫切要求了解人类基因的序列。l1986年，诺贝尔奖获得者雷杜尔贝柯石在美国科学杂志上发表文章，正式提出测定人类基因组计划，引起了整个美国科技界的震动。2021/9/1340HGP的实施的实施l1990年10月被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划首先在美国启动l英国、日本、法国、德国和中国科学家先后加盟l我国承担的1%人类基因组测序工作，从而在这一科学丰碑上自豪地刻下了中国人的名字。2021/9/1341HGP研究内容研究内容l结构基因组学：遗传图、物理图、测序等研究；l功能基因组学：包括以转录图为基础的功能制图(基因组表达图)l比较基因组学：对不同进化阶段生物基因组的比较研究2021/9/1342HGP医药方面的意义医药方面的意义基因治疗基因治疗基因制药基因制药l肿瘤治疗方面肿瘤治疗方面l神经退化性疾病治疗神经退化性疾病治疗 l自身免疫性疾病治疗自身免疫性疾病治疗 基因芯片基因芯片