《基因工程下游技术》ppt课件

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1、第八章基因工程下游技术2011-10-301基因工程下游技术一、概述生物技术是利用生物的某些功能或潜能进行有效益的生产的工程技术。利用大肠杆菌、酵母等生产哺乳动物的蛋白及重要药物等都是应用生物技术的例子。目前，世界上用生物技术生产的药物及生物制品逾数千种，年产值达数百亿美元。生物技术产品中如抗生素、人生长激素、人干扰素、乙型肝炎疫苗等在我国均已投产。生物技术通常分成发酵工程、细胞工程、酶工程、基因工程和蛋白质工程等。生物技术以生命科学为基础，以基因工程为核心，将多种基础科学联合并使之产业化。2011-10-302基因工程下游技术基因

2、工程（geneticengineering），也叫基因操作、遗传工程，或重组体DNA技术。它利用人工方法从某一种生物中取得特定的DNA片段，称目的基因。将目的基因通过基因载体运送到受体宿主活性细胞中，并使之无性繁殖（称之为“克隆”）和行使正常功能（称之为“表达”），从而创造生物新品种或新物种的遗传学技术。一般说来，基因工程是专指用生物化学的方法，在体外将各种来源的遗传物质（同源的或异源的、原核的或真核的、天然的或人工合成的DNA片段）与载体系统（病毒、细菌质粒或噬菌体）的DNA结合成一个复制子。这样形成的杂合分子可以在复制子所在的宿

3、主生物或细胞中复制，继而通过转化或转染宿主细胞、生长和筛选转化子，无性繁殖使之成为克隆。然后直接利用转化子，或者将克隆的分子自转化子分离后再导入适当的表达体系，使重组基因在细胞内表达，产生特定的基因产物。2011-10-303基因工程下游技术生物技术工业经过多年努力，创造了35种重要治疗药物，年销售额已超过70亿美元。全球已有生物技术制药公司2000多家，其中美国有1300家，欧洲有700家。1997年美国的生物技术研究与开发费用为76亿美元、欧洲为18亿美元。目前主要生物技术公司多分布在美国，如Amgen、Geneticsinst

4、itute、Genzyme、Genentech和Chiron，还有Biogen也发展较快。经上市的生物技术药物主要含3大类，即重组治疗蛋白质、重组疫苗和诊断或治疗用的单克隆抗体。2011-10-304基因工程下游技术我国基因工程药物产业化的品种从无到有，已发展有10多种，它们是rHUIFNαlb、rHUIFNα2a、rHUIFNα2b、rHUIFNγ、重组乙肝疫苗等。二、基因工程产品的生产过程原始材料上游过程发酵或生物转化下游过程产品应用2011-10-305基因工程下游技术原始材料菌种、载体、工具酶、培养基等上游过程对菌种加以改造

5、，提高生产能力或者导入外源基因等以获得工程菌，基因工程是方法之一。发酵或生物转化通过优化发酵条件如温度、营养、供气量等进行发酵或大规模培养，利用工程菌的生物合成、加工和修饰等获得目的产物。储备菌种→种子罐培养作为发酵的菌种→发酵（涉及发酵罐、培养基优化、发酵条件优化等）。动植物的细胞培养：悬浮培养、固体培养；自动化控制。2011-10-306基因工程下游技术利用基因重组技术构建的基因工程菌的发酵工艺不同于传统的发酵工艺。就其选用的生物材料而言,前者含有带外源基因的重组载体;而后者是单一的微生物细胞;从发酵工艺考虑,生物工程菌的发酵生

6、产目的是希望能获得大量的外源基因产物,尽可能减少宿主细胞本身蛋白的表达。外源基因的高水平表达,不仅涉及宿主,载体和克隆基因三者之间的相互关系,而且与其所处的环境条件息息相关,因此仅按传统的发酵工艺生产生物制品是远远不够的,需要对影响外源基因表达的因素进行分析,探索出一套适于外源基因高效表达的发酵工艺。2011-10-307基因工程下游技术工程菌高密度发酵实现高密度培养是近几年来发酵工业的重要目标与方向之一,是工程菌能否以尽可能低的成本实现规模生产的关键因素之一。高细胞密度培养可以提高目标产物的浓度,利于提取与纯化,在同样的生产量下可

7、缩小反应器的体积。1宿主菌的选择1.1重组菌的稳定性1.2启动子的选择与诱导2培养条件的选择营养物质、溶氧、温度、pH3培养方式分批、连续和补料分批培养2011-10-308基因工程下游技术下游过程指从发酵液中分离和纯化产品的技术过程，包括固液分离技术（离心、过滤、沉淀等）、细胞破壁技术（超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等）、蛋白质纯化技术（沉淀法、色谱分离法和超滤法等），最后还有产品的包装处理技术（真空干燥、冰冻干燥等），是运用生物化学、物理学方法分离、纯化产品，最终将产品推向市场并获得社会或经济效益的过程。三、下游过程

8、2011-10-309基因工程下游技术基因工程产业化除上游构建工程菌之外,下游必须建立生产规模的发酵工艺、离心、细胞破碎、目的产物的分离、纯化、恢复表达产物的天然结构使之具有生物活性、表达产物的修饰加工等。就基因工程产业化而言,下游技