制藥工程與微生物和細(xì)胞學(xué)的結(jié)合

安云沖

摘 要：人們生活水平的不斷改善使得人們對(duì)于物質(zhì)方面的要求越來(lái)越高，使用藥品這類物質(zhì)的頻率相較以前也有了很大的提高。傳統(tǒng)的藥物生產(chǎn)方法無(wú)法生產(chǎn)出足夠的藥物來(lái)供人使用，為了應(yīng)對(duì)藥物短缺這一現(xiàn)狀，近年來(lái)，“工程菌”制藥方案應(yīng)運(yùn)而生。本文就微生物在制藥工程上制藥與廢水處理的應(yīng)用進(jìn)行淺要分析。

關(guān)鍵詞：制藥工程 微生物 細(xì)胞學(xué) 結(jié)合

一、“工程菌”制藥

以大腸桿菌制造人的胰島素為例介紹“工程菌”制藥的原理及基本步驟。

1.原理

胰島素是保證人體機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一種重要蛋白質(zhì)激素，它的作用主要體現(xiàn)在可以減少人體內(nèi)單位體積中所含血糖的物質(zhì)的量，保持人體血糖量處于一種相對(duì)平衡的狀態(tài)。胰島素作為一種降低血糖的藥物，目前被廣泛用于治療糖尿病。以往科學(xué)家們是從能夠產(chǎn)生胰島素的動(dòng)物體中直接提取，但是這種方法得到的胰島素太少，不能夠滿足當(dāng)前的需求。而以大腸桿菌作為“工程菌”進(jìn)行生產(chǎn)胰島素則能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模地批量生產(chǎn)，大大增加了胰島素的提取量。運(yùn)用大腸桿菌批量生產(chǎn)胰島素的原理是基因工程技術(shù)。也就是采用移植的方式讓大腸桿菌中出現(xiàn)人體本身存在的胰島素基因，給大腸桿菌營(yíng)造一種能夠自身生產(chǎn)胰島素的環(huán)境。運(yùn)用大腸桿菌進(jìn)行生產(chǎn)胰島素之所以能夠?qū)崿F(xiàn)大量生產(chǎn)，是因?yàn)榇竽c桿菌在自然界中分裂迅速，繁殖快，數(shù)目及其龐大，這對(duì)于其大量生產(chǎn)胰島素提供了絕好的優(yōu)勢(shì)。

2.基本步驟

2.1獲取目的基因

科學(xué)家從人體中提取出相應(yīng)的胰島素基因，即為目的基因。

要達(dá)到這樣的目的就必須要用到一種工具酶，即限制酶?？梢杂盟R(shí)別需要被切割基因片段上的回文序列，在確定的位置進(jìn)行切割，使相鄰兩個(gè)核苷酸分離，產(chǎn)生粘性末端或平末端，從而將一個(gè)完整的DNA分子切割成兩個(gè)較短的DNA分子。另外，科學(xué)家還可以先從人體中提取編碼胰島素的mRNA，并以此為模版進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄形成cDNA，即為所需的目的基因。提取過(guò)后，如果想要大量合成人的胰島素基因，則可以通過(guò)PCR技術(shù)進(jìn)行目的基因的大量擴(kuò)增，從而避免了重新提取的的繁瑣過(guò)程。

2.2構(gòu)建基因表達(dá)載體

胰島素基因獲取后，需將其導(dǎo)入大腸桿菌。但是不能夠直接將其導(dǎo)入，原因是生物體自身有著其免疫排斥性能，對(duì)于外來(lái)物體或生物可能會(huì)有排斥反應(yīng)。那么，怎么將目的基因安全的導(dǎo)入大腸桿菌中呢？這就需要一個(gè)載體。這種載體有以下特點(diǎn)：1.能夠在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在—保證了其安全性 2.能夠自我復(fù)制—保證了其在受體細(xì)胞中的增殖 3.具備表達(dá)的能力—保證了目的基因能夠成功編碼蛋白質(zhì)。實(shí)際運(yùn)用上，科學(xué)家常用質(zhì)粒來(lái)當(dāng)做這種載體。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)質(zhì)粒就是一段DNA片段，其形狀呈環(huán)形。構(gòu)建基因表達(dá)載體的步驟主要是這樣的：之前我們提到的限制酶，可以用它對(duì)載體質(zhì)粒進(jìn)行切割，在得到需要的物質(zhì)之后，用另一種酶，也就是DNA連接酶將得到的物質(zhì)重新組合在一起，就得到了重組質(zhì)粒。DNA連接酶大致分為兩種：一是E.coliDNA連接酶，從大腸桿菌中提取得到，既可以用來(lái)產(chǎn)生粘性末端也可以產(chǎn)生平末端。二是T4 DNA連接酶，從T4噬菌體中提取得到，只能用于產(chǎn)生平末端。

2.3將重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞

在完成構(gòu)建基因表達(dá)載體之后，下一步就需要對(duì)重組質(zhì)粒進(jìn)行移植。不同細(xì)胞所針對(duì)的方式不同。要根據(jù)不同細(xì)胞的特性，選取相應(yīng)的導(dǎo)入方法，力求成功導(dǎo)入受體細(xì)胞。

2.4檢測(cè)重組質(zhì)粒是否在受體細(xì)胞中成功表達(dá)

想要檢驗(yàn)該過(guò)程是否成功，則要看受體菌是否能夠表達(dá)相應(yīng)的目的基因。該檢測(cè)共有三部。

A檢測(cè)受體細(xì)胞中是否存在重組質(zhì)粒

運(yùn)用DNA分子雜交技術(shù)，利用已知序列且?guī)в袩晒鈽?biāo)記的單鏈DNA分子，進(jìn)行單鏈分子間的雜交，若能產(chǎn)生雜交帶，則說(shuō)明重組質(zhì)粒成功導(dǎo)入受體細(xì)胞。

B 檢測(cè)重組質(zhì)粒是否轉(zhuǎn)錄

運(yùn)用DNA-RNA分子雜交技術(shù)，利用已知序列且?guī)в袩晒鈽?biāo)記的單鏈DNA分子，進(jìn)行DNA單鏈與RNA單鏈分子間的雜交，若能產(chǎn)生雜交帶，則說(shuō)明受體細(xì)胞中含有目的基因的mRNA。

C 檢測(cè)受體細(xì)胞中是否含有目的蛋白

采用抗原-抗體雜交技術(shù)，觀察是否產(chǎn)生雜交帶，若有，則說(shuō)明目的基因成功表達(dá)；另外，還可以采用抗蟲或抗病接種實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，觀察受體細(xì)胞是否具有相應(yīng)的抗蟲或抗病性狀。

3.大腸桿菌的培養(yǎng)

得到轉(zhuǎn)基因大腸桿菌后，要讓其大量繁殖。培養(yǎng)基是人們配置的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基可置于培養(yǎng)皿中，并且在其上加入所得大腸桿菌，并置于恒溫箱中，設(shè)置適宜的環(huán)境條件，進(jìn)行培養(yǎng)。一段時(shí)間后大腸桿菌數(shù)目較多，便可進(jìn)行胰島素的大規(guī)模生產(chǎn)與提取。

二、 “工程菌”處理制藥廢水

制藥廠屬于工業(yè)制造廠，它在制造生產(chǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物一般都是帶有毒性的，如果處理不當(dāng)，就會(huì)污染環(huán)境，對(duì)周圍生物的生命健康造成危害。制藥廢水濃度大，毒性強(qiáng)而且色澤深，含有較多的重金屬離子，直接進(jìn)行處理具有很大的操作難度。近年來(lái)，“工程菌|處理廢水的方法廣泛被人們所接受，并應(yīng)用于制藥廠的制藥廢水的處理。

本文簡(jiǎn)單的對(duì)“工程菌”處理廢水的原理及基本步驟進(jìn)行分析。

1.原理

部分微生物能夠在自然狀態(tài)下自發(fā)降解有毒物質(zhì)，凈化水資源，進(jìn)而處理制藥廢水。

2.基本步驟

2.1 菌種的分離與純化

從自然界獲取的菌種通常都不是純種菌，需要對(duì)它們進(jìn)行分離純化才能用于更高價(jià)值的用途。一般的處理方式是借助生物培養(yǎng)基對(duì)其進(jìn)行提純，得到人們所需的純種菌種。

2.2制藥廢水的處理

計(jì)算出廢水所需要的菌種數(shù)，將所需菌株按所需量加入制藥廢水中，處理一段時(shí)間，定期記錄廢水中的有毒物質(zhì)含量，直至廢水中的有毒物質(zhì)含量低于標(biāo)準(zhǔn)線，并且繪制相應(yīng)的菌種作用曲線，作為以后的參考數(shù)據(jù)。

2.3制藥廢水處理效果的檢測(cè)

設(shè)置一系列平行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，比較不同濃度的菌株的處理效果，得出處理制藥廢水的所需菌株的最適用量及其比例。

三、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今，“工程菌”制藥以及制藥廢水處理被廣泛接受與使用，制藥企業(yè)要針對(duì)這一新方法進(jìn)行合理的創(chuàng)新與改革，力求“工程菌”在制藥行業(yè)起到充分的作用。

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