基因工程在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用探討

匡光永

摘 要： 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，生物制藥領(lǐng)域開始引入基因工程技術(shù)，使用基因工程技術(shù)對(duì)自身進(jìn)行改造和發(fā)展。本文從生物制藥領(lǐng)域中的基因操作技術(shù)分析概念入手，進(jìn)行以基因工程為基礎(chǔ)的其中幾類藥物類型的分析，從而了解基因工程生物制藥所面臨的機(jī)遇以及需要解決的問題，從而使其得到更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：基因工程;生物制藥;前景

一、生物制藥領(lǐng)域中的基因操作技術(shù)分析

（一）基因大分子分離技術(shù)

DNA大分子的分離技術(shù)，最常用的是DNA電泳。在電泳之前，首先要提取基因所在的位置，以細(xì)菌的質(zhì)粒DNA為例，現(xiàn)階段使用的提取方法是堿裂解法，具體是將含有質(zhì)粒的大腸桿菌用NaOH和SDS混合的變性液進(jìn)行處理，再用高速離心機(jī)離心處理，從而將質(zhì)粒DNA分離出來(lái)。進(jìn)一步地，如果想要分離出目的DNA片段，就需要用到DNA電泳技術(shù)，常用的電泳是瓊脂糖凝膠電泳和聚丙烯酰胺凝膠電泳。凝膠電泳的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，DNA是一種多聚陰離子，將其放置在電場(chǎng)中，DNA分子就會(huì)遷移到正電極的方向，DNA分子的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，攜帶的凈電荷越多，向正電極方向遷移的速率就越快，因此，在電場(chǎng)強(qiáng)度一定的條件下，DNA分子的遷移速率取決于DNA片段的大小和構(gòu)型。電泳的步驟為：配膠-制膠板-樣品的處理-點(diǎn)樣-電泳-檢測(cè)。

（二）PCR技術(shù)

PCR技術(shù)，即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是一種體外快速擴(kuò)增特定DNA片段的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)少量甚至微量DNA分子的大量擴(kuò)增。PCR技術(shù)是分子克隆技術(shù)的基石，是基因工程中必不可少的技術(shù)。PCR技術(shù)的原理來(lái)源于DNA的半保留復(fù)制，在生物體內(nèi)，DNA的復(fù)制過程分為三個(gè)階段：復(fù)制的起始、延伸和終止，PCR也分為三個(gè)階段：高溫變性、復(fù)性和延伸，這三個(gè)階段不斷的循環(huán)往復(fù)，從而得到大量的目的基因。PCR技術(shù)已廣泛應(yīng)用于基因的克隆，分子探針的制備和基因定位等實(shí)驗(yàn)中，在生物制藥領(lǐng)域中也常用于診斷試劑的開發(fā)。

（三）外源基因?qū)爰夹g(shù)

外源基因?qū)爰夹g(shù)，是將外源重組的DNA分子導(dǎo)入到受體細(xì)胞中的一種技術(shù)。方法有很多，主要有物理方法和化學(xué)方法?；瘜W(xué)方法包括氯化鈣法、磷酸鈣法和納米粒子法。物理方法有電穿孔法、顯微注射法、病毒轉(zhuǎn)化法和細(xì)菌轉(zhuǎn)化法。在以上所有的方法中，外源基因?qū)胱畛Ｓ玫氖请姶┛追?，用高?qiáng)度電場(chǎng)短暫的沖擊受體細(xì)胞，在細(xì)胞膜上產(chǎn)生小孔，外源DNA如質(zhì)粒DNA就可以通過該孔進(jìn)入受體細(xì)胞。外源基因?qū)爰夹g(shù)是基因工程的核心技術(shù)，在生物制藥領(lǐng)域的用處很大，新型基因進(jìn)入宿主細(xì)胞之后，可以通過該基因在起細(xì)胞內(nèi)部的表達(dá)經(jīng)由宿主產(chǎn)生出相關(guān)的蛋白質(zhì)藥物，還用于抗藥性基因的篩選。

（四）基因芯片技術(shù)

基因芯片技術(shù)是一種通過微陣列把高密度的DNA片段通過原位合成等方式使其附著在玻璃片等固相表面，再借助熒光或同位素標(biāo)記的DNA探針進(jìn)行雜交進(jìn)行基因表達(dá)以及檢測(cè)等研究的技術(shù)。基因芯片技術(shù)的原理是雜交測(cè)序法，利用已知序列的核酸探針進(jìn)行雜交從而進(jìn)行核酸序列測(cè)定的方法?；蛐酒夹g(shù)類型較多，一般可以分為：寡核苷酸芯片cDNA芯片、原位合成芯片、微矩陣芯片和電定位芯片等?；蛐酒捎糜诩膊≡\斷和治療，藥物篩選，司法鑒定，食品衛(wèi)生監(jiān)督和環(huán)境測(cè)試中的基因表達(dá)檢測(cè)，突變檢測(cè)，基因組多態(tài)性分析，基因庫(kù)作圖和雜交測(cè)序等。不僅在生物制藥領(lǐng)域有很多應(yīng)用，在國(guó)防，航空航天，農(nóng)作物育種與優(yōu)化等許多領(lǐng)域也都可以發(fā)揮巨大作用。相信不久的將來(lái)，基因芯片技術(shù)將會(huì)使基因診斷、藥物篩選、給藥個(gè)性化等方面取得重大突破。

二、以基因工程為基礎(chǔ)的藥物類型分析

（一）活性多肽藥物

活性多肽藥物，顧名思義，是將活性多肽作為藥物來(lái)治療相關(guān)疾病。是一種可用于疾病的預(yù)防、治療和診斷的多肽類生物制藥。主要的制備方法有基因工程法、化學(xué)多肽合成法和分離純化法，下面介紹一下與本文相關(guān)的基因工程法?；蚬こ谭ㄖ苽涠嚯念愃幬?，是將合成活性多肽的基因分離純化以后與合適的表達(dá)載體進(jìn)行基因重組，再將其導(dǎo)入到受體細(xì)胞中穩(wěn)定遺傳和表達(dá)?；蚬こ谭ㄉa(chǎn)多肽藥物的具體步驟包括：基因工程細(xì)胞的構(gòu)建-細(xì)胞培養(yǎng)-分離純化-檢驗(yàn)及制劑。例如，可以將胰島基因與質(zhì)粒相連接導(dǎo)入大腸桿菌中，使胰島素基因隨大腸桿菌細(xì)胞的生長(zhǎng)和繁殖一起進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)，這樣就形成了可以生產(chǎn)胰島素的大腸桿菌，在制藥工程中就可以大量的生產(chǎn)胰島素制劑。此前，活性多肽物質(zhì)大多產(chǎn)生于各類動(dòng)物的肝臟，來(lái)源單一，提取成本較高，生產(chǎn)工序復(fù)雜，其來(lái)源也存在不安全的風(fēng)險(xiǎn)因素，沒有辦法進(jìn)行大批量大規(guī)模的生產(chǎn)?；蚬こ碳夹g(shù)制備活性多肽藥物的方法彌補(bǔ)了以往傳統(tǒng)制藥領(lǐng)域的不足，給人們的健康帶來(lái)了巨大的幫助?；钚远嚯乃幬锏难芯渴钱?dāng)下藥物研發(fā)的熱點(diǎn)方向之一，目前已經(jīng)在腫瘤，肝炎，糖尿病等疾病方面廣泛應(yīng)用，具有非常廣闊的開發(fā)前景。

（二）抗生素類

抗生素指的就是一些由微生物或者高級(jí)動(dòng)植物在生產(chǎn)過程之中所產(chǎn)生的具有抗擊病原體的代謝物質(zhì)。傳統(tǒng)的抗生素藥物主要是通過對(duì)微生物進(jìn)行培養(yǎng)發(fā)酵或者化學(xué)合成手段獲得的。過程復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，成本比較高等原因，致使該類藥物不能大規(guī)模生產(chǎn)。隨著基因工程的發(fā)展，基因工程也應(yīng)用于抗生素的制備中，主要是用于菌種的選育階段。利用基因工程技術(shù)可以提高抗生素藥物的產(chǎn)量，原理是在克隆菌中，增加與產(chǎn)物產(chǎn)量相關(guān)的基因劑量，將抗生素產(chǎn)生菌基因克隆到原株篩選高產(chǎn)菌株。在引入基因技術(shù)之后，對(duì)抗生素類藥物的基因進(jìn)行了改造，相應(yīng)菌種的活性得到提升，抗生素類藥物的產(chǎn)量得到了增加，解決了一定程度上抗生素類藥物短缺的困境。我國(guó)王以光利用基因重組技術(shù)改造螺旋霉素產(chǎn)生菌，提高了丙酰基轉(zhuǎn)移酶基因在螺旋霉素產(chǎn)生菌中的表達(dá)量，從而提高了螺旋霉素的產(chǎn)量。

三、基因工程在生物制藥領(lǐng)域中面臨的機(jī)遇及需要解決的問題

（一）基因工程生物制藥發(fā)展機(jī)遇

基因工程藥物早在20世紀(jì)70年代，隨著DNA重組技術(shù)的成熟，走向了我們的視野?；蚬こ碳夹g(shù)以其高產(chǎn)能、高效率的特點(diǎn)為醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了一場(chǎng)革命，推動(dòng)了整個(gè)藥學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得藥物產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了新的時(shí)期。我國(guó)對(duì)于基因藥物技術(shù)一直十分重視，曾將現(xiàn)代生物技術(shù)列為“863計(jì)劃”最優(yōu)先發(fā)展項(xiàng)目，以及國(guó)家“七五”“八五”“九五”攻關(guān)項(xiàng)目。我國(guó)國(guó)家政策的相應(yīng)實(shí)施，為現(xiàn)代生物技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展提供了良好的政治基礎(chǔ)。

隨著經(jīng)濟(jì)水平飛速發(fā)展，基因工程藥物方面也被不斷注入新的活力，強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)支持，使得基因工程藥物制藥發(fā)展更加迅速，全球化信息時(shí)代的到來(lái)，使得各國(guó)之間新技術(shù)的交流更加便捷，這些都促進(jìn)了基因工程生物制藥的發(fā)展?；蚬こ讨饾u成為各國(guó)經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，因此基因工程藥物領(lǐng)域越來(lái)越成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。我們目前應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到我們與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，多進(jìn)行自主研發(fā)，增加對(duì)基因工程領(lǐng)域的投入，培養(yǎng)相應(yīng)的專業(yè)人才，促進(jìn)基因工程領(lǐng)域的整體發(fā)展。

（二）基因工程生物制藥需解決的問題

目前我國(guó)在基因工程生物制藥領(lǐng)域存在多方面的問題。首先來(lái)說，同種產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家過多，造成市場(chǎng)上的惡意競(jìng)爭(zhēng)，影響了藥物產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。同一種藥物由多個(gè)廠家進(jìn)行生產(chǎn)，在大量藥物供給的同時(shí)，顧客的需求是相對(duì)平穩(wěn)的，供過于求的現(xiàn)象會(huì)使得各個(gè)生產(chǎn)廠家的利潤(rùn)下降，生產(chǎn)廠家之間的惡性競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致市場(chǎng)混亂。商家之間不存在良性競(jìng)爭(zhēng)渠道，使有些企業(yè)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法獲益，會(huì)導(dǎo)致其虧損，甚至破產(chǎn)。

其次，我國(guó)整個(gè)醫(yī)藥市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)無(wú)序，行業(yè)不正之風(fēng)盛行。在整個(gè)藥物銷售的過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，利潤(rùn)分配并不合理，大部分進(jìn)口的基因工程藥品在我國(guó)的售價(jià)高于在原產(chǎn)國(guó)的售價(jià)，國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)廠家為了眼前利益，對(duì)藥物進(jìn)行仿制，仿制藥物的出現(xiàn)更是對(duì)藥物行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展不利。

我國(guó)基因工程藥物領(lǐng)域還存在企業(yè)管理相對(duì)滯后，技術(shù)兼經(jīng)營(yíng)型人才缺乏的情況，大多數(shù)制藥廠商缺乏專業(yè)的高素質(zhì)人才，無(wú)法在人力方面改變企業(yè)經(jīng)營(yíng)困難的現(xiàn)狀。而且我國(guó)的基因工程領(lǐng)域起步較晚，管理經(jīng)營(yíng)理念較為落后，企業(yè)重復(fù)投資，缺乏創(chuàng)新，中試和工程開發(fā)能力也相對(duì)而言比較落后，同時(shí)還面臨融資困難，資金不足等問題。并沒有做到現(xiàn)代企業(yè)的特點(diǎn)：所有權(quán)和經(jīng)營(yíng)權(quán)相分離。這種所有權(quán)和經(jīng)營(yíng)權(quán)模糊不清的狀況，不利于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，也不利于專門的經(jīng)營(yíng)者的產(chǎn)生。

四、未來(lái)基因工程藥物研發(fā)發(fā)展趨勢(shì)

從當(dāng)前基因工程在生物制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況看來(lái)，在未來(lái)的發(fā)展中，基因工程應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)如下幾個(gè)研發(fā)趨勢(shì)：第一。表達(dá)載體的發(fā)展。就目前的情況來(lái)看，在生物制藥過程中主要用于生產(chǎn)的表達(dá)載體可以分為哺乳動(dòng)物的細(xì)胞和大腸桿菌兩類，因?yàn)榇竽c桿菌屬于原核表達(dá)系統(tǒng)，并不具備糖基化功能，只能夠用于功能蛋白的表達(dá)，且不需要糖基化的重組藥物中，比如胰島素一類的藥物。同時(shí)，在目的蛋白大量表達(dá)之后很容易形成包涵體，有著較強(qiáng)的不易復(fù)性。功能蛋白需要糖基化的主要是借助哺乳動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行表達(dá)，真核化的原核表達(dá)載體同樣得到了應(yīng)用。但從目前的狀況來(lái)看，人源化的酵母表達(dá)體系和植物的表達(dá)體系也在不斷發(fā)展。第二，現(xiàn)有重組藥物的基因工程改造和修飾發(fā)展。借助基因工程技術(shù)進(jìn)行改造和修飾，可以確保蛋白藥物在臨床疾病治療的過程中，安全性和治療效果得到顯著提高。比如G-CSF、EPO一類的突變體類型藥物的改造應(yīng)用，從目前的情況來(lái)看，有關(guān)天然基因工程藥物品種的研究相對(duì)較為廣泛，為此可以通過基因工程技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的重組藥物進(jìn)行改造和修飾，能夠在有效避免侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題發(fā)生的前提下，進(jìn)一步拓展新藥開發(fā)的路徑。第三，給藥途徑的變革。現(xiàn)有的基因工程技術(shù)，除了能夠?qū)ψ⑸溆玫娜芤汉蜔o(wú)菌粉末的穩(wěn)定性進(jìn)行改進(jìn)之外，也逐漸發(fā)展出了化學(xué)修飾等給藥系統(tǒng)，并且鼻腔、口服等給藥方面也已經(jīng)取得了一定的研究進(jìn)展。

五、總結(jié)

基因工程技術(shù)在生物制藥工程中的應(yīng)用十分廣泛，利用基因工程技術(shù)開發(fā)生物制劑（如活性多肽、抗體、疫苗和抗生素等）已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)展最為迅猛，前景最為廣闊的領(lǐng)域。目前來(lái)說，我國(guó)基因工程生物制藥領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景，但實(shí)際問題也非常多，基于此，相關(guān)企業(yè)要提升創(chuàng)新意識(shí)，不斷發(fā)展自身，大力加強(qiáng)基因工程創(chuàng)新藥物的研發(fā)以及生產(chǎn)實(shí)踐，促進(jìn)基因生物制藥領(lǐng)域更好發(fā)展。

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