第2章基因工程制藥9,10,11,12,13節(jié)

1、第九節(jié)第九節(jié) 高密度發(fā)酵高密度發(fā)酵一、概一、概 述述v高密度發(fā)酵：高密度發(fā)酵：培養(yǎng)液中工程菌的菌體濃度在培養(yǎng)液中工程菌的菌體濃度在50g DCW/L（細(xì)胞干重（細(xì)胞干重/L）以上，最高）以上，最高200g DCW/Lv外源基因表達(dá)產(chǎn)量與單位體積產(chǎn)量正相關(guān)；外源基因表達(dá)產(chǎn)量與單位體積產(chǎn)量正相關(guān)；v單位體積產(chǎn)量與細(xì)胞濃度和單個細(xì)胞平均表達(dá)產(chǎn)量正相關(guān)。單位體積產(chǎn)量與細(xì)胞濃度和單個細(xì)胞平均表達(dá)產(chǎn)量正相關(guān)。v高密度發(fā)酵是在單個細(xì)胞平均表達(dá)產(chǎn)量不變的前提下，通過高密度發(fā)酵是在單個細(xì)胞平均表達(dá)產(chǎn)量不變的前提下，通過單位體積的菌體數(shù)量的倍增，實現(xiàn)總表達(dá)量的提高。單位體積的菌體數(shù)量的倍增，實現(xiàn)總表達(dá)量的提高。高

2、密度發(fā)酵特點高密度發(fā)酵特點v菌體高密度，總表達(dá)量高菌體高密度，總表達(dá)量高v生物反應(yīng)器體積小生物反應(yīng)器體積小v單位體積生產(chǎn)能力高單位體積生產(chǎn)能力高v生產(chǎn)周期短，分離成本小生產(chǎn)周期短，分離成本小一、影響高密度發(fā)酵的因素一、影響高密度發(fā)酵的因素v1.培養(yǎng)基：培養(yǎng)基：C源、源、N源種類和含量；源種類和含量；C:N含量比值；微量元素；含量比值；微量元素；無機(jī)鹽（磷影響表達(dá)質(zhì)粒的復(fù)制速率）無機(jī)鹽（磷影響表達(dá)質(zhì)粒的復(fù)制速率）v2.溶氧濃度：溶氧濃度：空氣分離系統(tǒng)提高氧分壓；透明顫菌血紅蛋白基空氣分離系統(tǒng)提高氧分壓；透明顫菌血紅蛋白基因克隆到菌體中，提高氧傳質(zhì)能力；菌體與小球藻混合培養(yǎng)，藻因克隆到菌體中，提高

3、氧傳質(zhì)能力；菌體與小球藻混合培養(yǎng)，藻細(xì)胞光合作用產(chǎn)氧供菌體呼吸。細(xì)胞光合作用產(chǎn)氧供菌體呼吸。v3.pH值：值：大腸桿菌產(chǎn)酸、大腸桿菌產(chǎn)酸、CO2必須加堿調(diào)節(jié)必須加堿調(diào)節(jié)pH值值v4.溫度：溫度：控制菌體生長，溫控誘導(dǎo)表達(dá)（誘導(dǎo)時機(jī)和持續(xù)時間，控制菌體生長，溫控誘導(dǎo)表達(dá)（誘導(dǎo)時機(jī)和持續(xù)時間，對數(shù)生長期，對數(shù)生長期，2min）v5.代謝副產(chǎn)物：代謝副產(chǎn)物： C源物質(zhì)供應(yīng)超過三羧酸循環(huán)或電子傳遞鏈能源物質(zhì)供應(yīng)超過三羧酸循環(huán)或電子傳遞鏈能力，產(chǎn)生乙酸，抑制菌體生長和蛋白表達(dá)。采取流加補(bǔ)料法，或力，產(chǎn)生乙酸，抑制菌體生長和蛋白表達(dá)。采取流加補(bǔ)料法，或加入甘氨酸、甲硫氨酸抑制乙酸生成。加入甘氨酸、甲硫氨酸

4、抑制乙酸生成。二、實現(xiàn)高密度發(fā)酵的方法二、實現(xiàn)高密度發(fā)酵的方法v1.發(fā)酵條件的改進(jìn)發(fā)酵條件的改進(jìn)v（1）培養(yǎng)基的選擇：）培養(yǎng)基的選擇：6g/L的甘油作碳源（縮短工程菌的利用時間），的甘油作碳源（縮短工程菌的利用時間），各組分濃度較普通提高各組分濃度較普通提高23倍。倍。v（2）建立流加式培養(yǎng)方式：）建立流加式培養(yǎng)方式：營養(yǎng)液（補(bǔ)料）分批維持菌體高生長營養(yǎng)液（補(bǔ)料）分批維持菌體高生長速率時添加。補(bǔ)料分批發(fā)酵包括：反饋補(bǔ)料（恒速補(bǔ)料、變速補(bǔ)料、速率時添加。補(bǔ)料分批發(fā)酵包括：反饋補(bǔ)料（恒速補(bǔ)料、變速補(bǔ)料、指指數(shù)補(bǔ)料數(shù)補(bǔ)料）；非反饋補(bǔ)料（恒溶氧法、）；非反饋補(bǔ)料（恒溶氧法、pH法、菌體濃度反饋法）。法

5、、菌體濃度反饋法）。v（3）提高供氧能力：）提高供氧能力：加壓、純氧、加壓、純氧、H2O2、提高氧傳質(zhì)能力等。、提高氧傳質(zhì)能力等。v2.構(gòu)建產(chǎn)乙酸能力低的工程化宿主菌構(gòu)建產(chǎn)乙酸能力低的工程化宿主菌v（1）阻斷乙酸生產(chǎn)的主要途徑：）阻斷乙酸生產(chǎn)的主要途徑：用基因敲除技術(shù)或基因突變技術(shù)使大用基因敲除技術(shù)或基因突變技術(shù)使大腸桿菌的磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶（腸桿菌的磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶（PTA）基因）基因pta1和乙酸激酶和乙酸激酶(ACK)基因基因acka失活，失活，使丙酮酸到乙酸的合成途徑被中斷。使丙酮酸到乙酸的合成途徑被中斷。v（2）對碳代謝流進(jìn)行分流：）對碳代謝流進(jìn)行分流：丙酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶丙酮酸脫羧酶和乙

6、醇脫氫酶可將丙酮酸可將丙酮酸轉(zhuǎn)成乙醇，毒性小于乙酸。轉(zhuǎn)成乙醇，毒性小于乙酸。v（3）限制進(jìn)入糖酵解途徑的碳代謝流：）限制進(jìn)入糖酵解途徑的碳代謝流：用基因敲除技術(shù)將磷酸轉(zhuǎn)移酶用基因敲除技術(shù)將磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)（系統(tǒng)（PST）酶）酶的的ptsG基因破壞，降低葡萄糖的攝取速率?；蚱茐模档推咸烟堑臄z取速率。v（4）引入血紅蛋白基因：透明顫菌血紅蛋白基因）引入血紅蛋白基因：透明顫菌血紅蛋白基因vgb導(dǎo)入大腸桿菌，導(dǎo)入大腸桿菌，提高氧傳質(zhì)能力，耐缺氧環(huán)境。提高氧傳質(zhì)能力，耐缺氧環(huán)境。v3.構(gòu)建蛋白水解酶活力低的工程化宿主菌構(gòu)建蛋白水解酶活力低的工程化宿主菌vrpoH基因編碼大腸桿菌基因編碼大腸桿菌RNA聚

7、合酶的聚合酶的r32亞基，亞基， r32亞基亞基對多種蛋白水解酶的活力正調(diào)控。對多種蛋白水解酶的活力正調(diào)控。v構(gòu)建構(gòu)建rpoH基因缺陷的突變株，降低蛋白水解酶的活力?；蛉毕莸耐蛔冎辏档偷鞍姿饷傅幕盍?。p基因工程藥物都是多肽或蛋白質(zhì)，其特點為：基因工程藥物都是多肽或蛋白質(zhì)，其特點為： 表達(dá)產(chǎn)物在初始物料中含量較低；表達(dá)產(chǎn)物在初始物料中含量較低； 含有大量細(xì)胞及代謝產(chǎn)物、殘留培養(yǎng)基、無機(jī)鹽；含有大量細(xì)胞及代謝產(chǎn)物、殘留培養(yǎng)基、無機(jī)鹽； 表達(dá)產(chǎn)物穩(wěn)定性差，易失活、變性；表達(dá)產(chǎn)物穩(wěn)定性差，易失活、變性； 表達(dá)產(chǎn)物的種類繁多、結(jié)構(gòu)不一、活性各異；表達(dá)產(chǎn)物的種類繁多、結(jié)構(gòu)不一、活性各異； 應(yīng)用廣，對

8、其質(zhì)量純度要求高、無菌、無熱源。應(yīng)用廣，對其質(zhì)量純度要求高、無菌、無熱源。一、建立分離純化工藝的根據(jù)（各種因素）一、建立分離純化工藝的根據(jù)（各種因素） 含目的產(chǎn)物的起始物料的特點（含目的產(chǎn)物的起始物料的特點（上游過程的各種因素對分離、純化上游過程的各種因素對分離、純化工藝的影響）包括：工藝的影響）包括： 菌種的類型及其代謝特性、產(chǎn)物、副產(chǎn)物。菌種的類型及其代謝特性、產(chǎn)物、副產(chǎn)物。原材料和培養(yǎng)基的原材料和培養(yǎng)基的來源及其質(zhì)量是否穩(wěn)定。來源及其質(zhì)量是否穩(wěn)定。生產(chǎn)工藝和條件。生產(chǎn)工藝和條件。 初始物料的理化性初始物料的理化性質(zhì)、生物學(xué)性質(zhì)。質(zhì)、生物學(xué)性質(zhì)。 物料中雜質(zhì)的種類和性質(zhì)。物料中雜質(zhì)的種類和

9、性質(zhì)。目的產(chǎn)物特性。目的產(chǎn)物特性。產(chǎn)品質(zhì)量的要求產(chǎn)品質(zhì)量的要求二二 、分離純化的基本過程、分離純化的基本過程 發(fā)酵液發(fā)酵液 細(xì)胞分離細(xì)胞分離胞內(nèi)產(chǎn)物胞內(nèi)產(chǎn)物 胞外產(chǎn)物胞外產(chǎn)物 細(xì)胞破碎細(xì)胞破碎 固液分離固液分離 濃縮濃縮 初步分離初步分離 高度純化高度純化 制劑制劑 產(chǎn)品產(chǎn)品包含體包含體 細(xì)胞碎片分離細(xì)胞碎片分離 變性變性 復(fù)性復(fù)性三三. .細(xì)胞破碎細(xì)胞破碎1.1.物理破碎法物理破碎法 （1 1）高壓勻漿法）高壓勻漿法 （2 2）高速珠磨法）高速珠磨法 （3 3）超聲破碎法）超聲破碎法 （4 4）高壓擠壓法）高壓擠壓法2.2.化學(xué)破碎法化學(xué)破碎法 （1 1）滲透沖擊）滲透沖擊 （2 2）增溶法

10、）增溶法 （3 3）脂溶法）脂溶法3.3.生物破碎法：生物破碎法：酶溶法酶溶法四四. .固液分離固液分離1.1.離心沉淀法離心沉淀法2.2.膜過濾法膜過濾法3.3.雙水相萃取雙水相萃取五、重組蛋白的分離純化技術(shù)五、重組蛋白的分離純化技術(shù)技術(shù)條件溫和能保持產(chǎn)物生物活性。技術(shù)條件溫和能保持產(chǎn)物生物活性。選擇性好，能從復(fù)雜的混合物中有效的將目的產(chǎn)物分離，選擇性好，能從復(fù)雜的混合物中有效的將目的產(chǎn)物分離，達(dá)到較高的純化倍數(shù)。達(dá)到較高的純化倍數(shù)。收率要高。收率要高。兩個技術(shù)間能直接銜接，不需要對物料加以處理。兩個技術(shù)間能直接銜接，不需要對物料加以處理。純化過程要快，滿足高生產(chǎn)率的要求。純化過程要快，滿足

11、高生產(chǎn)率的要求。 目的產(chǎn)物的分離純化目的產(chǎn)物的分離純化 蛋白質(zhì)分離純化方法的設(shè)計根據(jù)其分子的理化性質(zhì)和蛋白質(zhì)分離純化方法的設(shè)計根據(jù)其分子的理化性質(zhì)和生物學(xué)特性來決定。生物學(xué)特性來決定。 產(chǎn)產(chǎn) 物物 特特 性性 作作 用用 等電點等電點 決定離子交換種類及條件決定離子交換種類及條件相對分子量相對分子量 選擇不同孔徑的介質(zhì)選擇不同孔徑的介質(zhì)疏水性疏水性 與疏水、反相介質(zhì)結(jié)合的程度與疏水、反相介質(zhì)結(jié)合的程度生物特異性生物特異性 決定親和配基決定親和配基溶解性溶解性 決定分離體系及蛋白濃度決定分離體系及蛋白濃度穩(wěn)定性穩(wěn)定性 決定工藝采用溫度及流程時間決定工藝采用溫度及流程時間 產(chǎn)物的特性在分離純化中的

12、作用產(chǎn)物的特性在分離純化中的作用分離純化的方法：色譜分離方法分離純化的方法：色譜分離方法 離子交換層析離子交換層析（ ion exchange chromatography ，IEC）p離子交換層析的基本原理是通過帶電的溶質(zhì)分子與離子交離子交換層析的基本原理是通過帶電的溶質(zhì)分子與離子交換劑中可交換的離子進(jìn)行交換，從而達(dá)到分離的目的。換劑中可交換的離子進(jìn)行交換，從而達(dá)到分離的目的。p它具有分辨率高容量大操作容易，該法已成為多肽蛋白質(zhì)它具有分辨率高容量大操作容易，該法已成為多肽蛋白質(zhì)核酸分離純化的重要方法。核酸分離純化的重要方法。 反相色譜（反相色譜（reversed phase chromato

13、graphy，RPC）和）和 疏水色譜（疏水色譜（hydrophobic interaction chromatography，HIC）p反相色譜和疏水色譜是根據(jù)蛋白質(zhì)疏水性的差異來分離純化反相色譜和疏水色譜是根據(jù)蛋白質(zhì)疏水性的差異來分離純化的。的。p反相色譜反相色譜是利用溶質(zhì)分子中非極性基團(tuán)與是利用溶質(zhì)分子中非極性基團(tuán)與非極性固定相非極性固定相之間之間相互作用力的大小以及溶質(zhì)分子中極性基團(tuán)與相互作用力的大小以及溶質(zhì)分子中極性基團(tuán)與流動相中極性流動相中極性分子之間在相反方向作用力的大小差異進(jìn)行分離的。分子之間在相反方向作用力的大小差異進(jìn)行分離的。p常用固定相為硅膠烷基鍵合相。常用固定相為硅膠烷

14、基鍵合相。p流動相為低離子強(qiáng)度的酸性水溶液，加入能與水互流動相為低離子強(qiáng)度的酸性水溶液，加入能與水互溶的乙腈、甲醇、異丙醇等有機(jī)溶劑。溶的乙腈、甲醇、異丙醇等有機(jī)溶劑。p由于固定相骨架疏水性強(qiáng)，吸附的蛋白質(zhì)需用有機(jī)由于固定相骨架疏水性強(qiáng)，吸附的蛋白質(zhì)需用有機(jī)溶劑才能洗脫下來。溶劑才能洗脫下來。p疏水層析的原理疏水層析的原理與反相色譜的原理相似，主要是利用蛋白與反相色譜的原理相似，主要是利用蛋白質(zhì)分子表面上的疏水區(qū)域和介質(zhì)中的疏水基團(tuán)之間的相互質(zhì)分子表面上的疏水區(qū)域和介質(zhì)中的疏水基團(tuán)之間的相互作用，無機(jī)鹽的存在能使相互作用力增強(qiáng)。作用，無機(jī)鹽的存在能使相互作用力增強(qiáng)。p固定相介質(zhì)表面的疏水性比反

15、相色譜介質(zhì)表面的疏水性弱。固定相介質(zhì)表面的疏水性比反相色譜介質(zhì)表面的疏水性弱。為有機(jī)聚合物鍵合相或大孔硅膠鍵合相。為有機(jī)聚合物鍵合相或大孔硅膠鍵合相。p流動相為流動相為pH68鹽水溶液。鹽水溶液。p高鹽濃度時，蛋白質(zhì)分子中疏水性部分與介質(zhì)的疏水基團(tuán)高鹽濃度時，蛋白質(zhì)分子中疏水性部分與介質(zhì)的疏水基團(tuán)產(chǎn)生疏水性作用而被吸附；產(chǎn)生疏水性作用而被吸附；p鹽濃度降低時，蛋白質(zhì)疏水性作用減弱，目的蛋白質(zhì)被逐鹽濃度降低時，蛋白質(zhì)疏水性作用減弱，目的蛋白質(zhì)被逐步洗脫下來，蛋白質(zhì)疏水性越強(qiáng)，洗脫時間越長。步洗脫下來，蛋白質(zhì)疏水性越強(qiáng)，洗脫時間越長。p與反相色譜相比，疏水層析回收率較高，蛋白質(zhì)變性可能與反相色譜相

16、比，疏水層析回收率較高，蛋白質(zhì)變性可能性小。性小。親和層析（親和層析（affinity chromatography，AC）p親和層析是利用固定化配基與目的蛋白質(zhì)之間特異的生物親和力進(jìn)親和層析是利用固定化配基與目的蛋白質(zhì)之間特異的生物親和力進(jìn)行吸附，如抗體與抗原、受體與激素、酶與底物之間的作用。行吸附，如抗體與抗原、受體與激素、酶與底物之間的作用。p配基：在親和層析中起可逆性結(jié)合的特異性物質(zhì)。配基：在親和層析中起可逆性結(jié)合的特異性物質(zhì)。p載體：與配基結(jié)合的支撐物。載體：與配基結(jié)合的支撐物。p親和層析可分三步親和層析可分三步： 配基固定化配基固定化 吸附目的物吸附目的物 樣品解吸樣品解吸凝膠過濾

17、層析凝膠過濾層析p 凝膠過濾是以具有大小一定的多孔性凝膠作為分離介質(zhì)，小分子能凝膠過濾是以具有大小一定的多孔性凝膠作為分離介質(zhì)，小分子能進(jìn)入孔內(nèi)，在柱中緩慢移動，而大分子不能進(jìn)入孔內(nèi)，快速移動，進(jìn)入孔內(nèi)，在柱中緩慢移動，而大分子不能進(jìn)入孔內(nèi)，快速移動，利用這種移動差別可使大分子與小分子分開。利用這種移動差別可使大分子與小分子分開。p根據(jù)蛋白質(zhì)的相對分子量和蛋白質(zhì)分子的動力學(xué)體積的大小差異，根據(jù)蛋白質(zhì)的相對分子量和蛋白質(zhì)分子的動力學(xué)體積的大小差異，可以利用凝膠過濾來分離純化目的蛋白?？梢岳媚z過濾來分離純化目的蛋白。p主要應(yīng)用兩個方面：主要應(yīng)用兩個方面： 脫鹽和更換緩沖液脫鹽和更換緩沖液 蛋白

18、質(zhì)分子的分級分離。蛋白質(zhì)分子的分級分離。在產(chǎn)品的形成階段前用于除去產(chǎn)物的多聚體及降解產(chǎn)物。在產(chǎn)品的形成階段前用于除去產(chǎn)物的多聚體及降解產(chǎn)物。六、非蛋白質(zhì)類雜質(zhì)的去除六、非蛋白質(zhì)類雜質(zhì)的去除p DNA的去除：的去除：DNA在在pH4.0以上呈陰離子，蛋白質(zhì)的以上呈陰離子，蛋白質(zhì)的pI在在6.0以上以上,可用陰離子交換劑吸附除去。如蛋白質(zhì)為強(qiáng)酸性，可用陰離子交換劑吸附除去。如蛋白質(zhì)為強(qiáng)酸性，可選擇條件使其吸附在陽離子交換劑上，而可選擇條件使其吸附在陽離子交換劑上，而DNA不吸附。不吸附。p親和層析和疏水層析也有效。親和層析和疏水層析也有效。熱原質(zhì)的去除：熱原質(zhì)的去除：熱原質(zhì)是腸桿菌科產(chǎn)生的細(xì)菌內(nèi)毒

19、素（脂熱原質(zhì)是腸桿菌科產(chǎn)生的細(xì)菌內(nèi)毒素（脂多糖多糖G菌細(xì)胞壁成分）去除困難。分子量小的多肽或蛋白質(zhì)菌細(xì)胞壁成分）去除困難。分子量小的多肽或蛋白質(zhì)中的熱原可用超濾或反滲透，脂多糖是陰離子可用陰離子交中的熱原可用超濾或反滲透，脂多糖是陰離子可用陰離子交換層析除去，脂多糖是疏水性可用疏水層析法。換層析除去，脂多糖是疏水性可用疏水層析法。病毒的去除：病毒的去除：層析或過濾可將病毒去除層析或過濾可將病毒去除,紫外線照射使病毒紫外線照射使病毒失活。失活。 七、選擇分離純化方法的依據(jù)七、選擇分離純化方法的依據(jù) 根據(jù)產(chǎn)物表達(dá)形式來選擇根據(jù)產(chǎn)物表達(dá)形式來選擇p分泌型表達(dá)產(chǎn)物分泌型表達(dá)產(chǎn)物的發(fā)酵液體積很大但濃度較

20、低，純化的發(fā)酵液體積很大但濃度較低，純化前必須濃縮，可用沉淀和超濾法。前必須濃縮，可用沉淀和超濾法。p可溶性表達(dá)產(chǎn)物可溶性表達(dá)產(chǎn)物破菌后的細(xì)胞上清，首選親和分離方破菌后的細(xì)胞上清，首選親和分離方法，或離子交換層析。法，或離子交換層析。p 產(chǎn)物在周質(zhì)表達(dá)產(chǎn)物在周質(zhì)表達(dá)是介于細(xì)胞內(nèi)可溶性表達(dá)和分泌表達(dá)的是介于細(xì)胞內(nèi)可溶性表達(dá)和分泌表達(dá)的一種形式一種形式,它可以避開可溶性表達(dá)蛋白和培養(yǎng)基中蛋白類它可以避開可溶性表達(dá)蛋白和培養(yǎng)基中蛋白類雜質(zhì)雜質(zhì),在一定程度上有利于在一定程度上有利于分離純化。分離純化。p為了獲得周質(zhì)蛋白，經(jīng)低濃度溶菌酶處理后為了獲得周質(zhì)蛋白，經(jīng)低濃度溶菌酶處理后, ,可采用滲可采用滲透

21、壓休克的方法來獲得。透壓休克的方法來獲得。 根據(jù)分離單元之間的銜接選擇根據(jù)分離單元之間的銜接選擇p應(yīng)選擇不同機(jī)制的分離單元組成一套分離工藝，盡早采用應(yīng)選擇不同機(jī)制的分離單元組成一套分離工藝，盡早采用高效的分離手段。高效的分離手段。p先將最多的雜質(zhì)去除，將費(fèi)用最高、最費(fèi)時的分離單元放先將最多的雜質(zhì)去除，將費(fèi)用最高、最費(fèi)時的分離單元放在最后階段。在最后階段。p即通常先運(yùn)用非特異、低分辨的操作單元即通常先運(yùn)用非特異、低分辨的操作單元（如沉淀超濾和（如沉淀超濾和吸附等），以盡快縮小樣品體積，提高產(chǎn)物濃度，去除最吸附等），以盡快縮小樣品體積，提高產(chǎn)物濃度，去除最主要雜質(zhì)（包括非蛋白類雜質(zhì)）。主要雜質(zhì)（包

22、括非蛋白類雜質(zhì)）。p隨后采用高分辨率的操作單元隨后采用高分辨率的操作單元（離子交換層析和親和層析）（離子交換層析和親和層析）凝膠過濾放在最后，這樣可以提高分離效果。凝膠過濾放在最后，這樣可以提高分離效果。p層析分離次序?qū)游龇蛛x次序的選擇同樣重要，合理的組合能提高分辨效的選擇同樣重要，合理的組合能提高分辨效率，并有利于各步驟間的過渡。如離子交換層析、親和層率，并有利于各步驟間的過渡。如離子交換層析、親和層析、凝膠過濾色譜。析、凝膠過濾色譜。根據(jù)分離純化工藝的要求來選擇根據(jù)分離純化工藝的要求來選擇分離純化工藝應(yīng)遵循以下原則：分離純化工藝應(yīng)遵循以下原則：具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)

23、性盡可能減少組成工藝的步驟盡可能減少組成工藝的步驟各技術(shù)步驟間要相互適應(yīng)和協(xié)調(diào)各技術(shù)步驟間要相互適應(yīng)和協(xié)調(diào)工藝過程中盡可能少用試劑工藝過程中盡可能少用試劑工藝所用時間要短工藝所用時間要短工藝和技術(shù)必須收率高、易操作、能耗低工藝和技術(shù)必須收率高、易操作、能耗低具有較高的安全性具有較高的安全性第十一節(jié)第十一節(jié) 變性蛋白的復(fù)性變性蛋白的復(fù)性v一、包含體形成的原因：一、包含體形成的原因：v在高水平表達(dá)時，新生肽鏈的聚集速率超過蛋白正確折疊在高水平表達(dá)時，新生肽鏈的聚集速率超過蛋白正確折疊的速率就形成包含體；重組蛋白在大腸桿菌中表達(dá)時，缺的速率就形成包含體；重組蛋白在大腸桿菌中表達(dá)時，缺乏一些折疊酶和分

24、子伴侶形成包含體。乏一些折疊酶和分子伴侶形成包含體。二、包含體的分離和溶解二、包含體的分離和溶解v1.包含體的分離：重組菌破碎、洗滌，蔗糖密度梯度離包含體的分離：重組菌破碎、洗滌，蔗糖密度梯度離心法純化心法純化v2.包含體的溶解：用強(qiáng)變性劑（鹽酸胍、脲）或去垢劑包含體的溶解：用強(qiáng)變性劑（鹽酸胍、脲）或去垢劑（SDS）三、包含體蛋白復(fù)性方法三、包含體蛋白復(fù)性方法v1.稀釋、透析復(fù)性法稀釋、透析復(fù)性法v2.含二硫鍵的蛋白的復(fù)性含二硫鍵的蛋白的復(fù)性v3.封閉蛋白的疏水簇促進(jìn)復(fù)性封閉蛋白的疏水簇促進(jìn)復(fù)性v4.凝膠過濾層析復(fù)性凝膠過濾層析復(fù)性v5.小分子添加劑促進(jìn)的復(fù)性小分子添加劑促進(jìn)的復(fù)性v6.折疊酶

25、或分子伴侶促進(jìn)的復(fù)性折疊酶或分子伴侶促進(jìn)的復(fù)性v7.人工分子伴侶促進(jìn)的復(fù)性人工分子伴侶促進(jìn)的復(fù)性第十二節(jié)第十二節(jié) 基因工程藥物的質(zhì)量控制基因工程藥物的質(zhì)量控制一、醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量保證的一般要點一、醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品質(zhì)量保證的一般要點v1.1.產(chǎn)品安全性評價產(chǎn)品安全性評價v2.2.產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)v3.3.嚴(yán)格控制條件嚴(yán)格控制條件二、二、 原材料的質(zhì)量控制原材料的質(zhì)量控制p確保編碼藥品的確保編碼藥品的DNA序列的正確性序列的正確性p重組微生物來自單一克隆重組微生物來自單一克隆p所用質(zhì)粒純而穩(wěn)定所用質(zhì)粒純而穩(wěn)定p保證產(chǎn)品質(zhì)量的安全性和一致性。保證產(chǎn)品質(zhì)量的安全性和一致性。 根據(jù)質(zhì)量控

26、制要求應(yīng)了解以下特性：根據(jù)質(zhì)量控制要求應(yīng)了解以下特性：目的基因目的基因的來源、克隆經(jīng)過，并以限制性內(nèi)切酶酶切圖的來源、克隆經(jīng)過，并以限制性內(nèi)切酶酶切圖譜和核苷酸序列予以確證；譜和核苷酸序列予以確證；表達(dá)載體表達(dá)載體的名稱、結(jié)構(gòu)、遺傳特性及各組成部分（如復(fù)的名稱、結(jié)構(gòu)、遺傳特性及各組成部分（如復(fù)制子、啟動子）的來源與功能，構(gòu)建中所用位點的酶切圖制子、啟動子）的來源與功能，構(gòu)建中所用位點的酶切圖譜，抗生素抗性標(biāo)記物；譜，抗生素抗性標(biāo)記物； 宿主細(xì)胞宿主細(xì)胞的名稱、來源、傳代歷史、檢定結(jié)果及其生物學(xué)特性；的名稱、來源、傳代歷史、檢定結(jié)果及其生物學(xué)特性； 須闡明載體引入宿主細(xì)胞的方法及載體在宿主細(xì)胞與

27、載體結(jié)合須闡明載體引入宿主細(xì)胞的方法及載體在宿主細(xì)胞與載體結(jié)合后的遺傳穩(wěn)定性；后的遺傳穩(wěn)定性； 提供插入基因與表達(dá)載體兩側(cè)端控制區(qū)內(nèi)的核苷酸序列，詳細(xì)提供插入基因與表達(dá)載體兩側(cè)端控制區(qū)內(nèi)的核苷酸序列，詳細(xì)敘述在生產(chǎn)過程中啟動與控制克隆基因在宿主細(xì)胞中表達(dá)的方法敘述在生產(chǎn)過程中啟動與控制克隆基因在宿主細(xì)胞中表達(dá)的方法及水平。及水平。三、培養(yǎng)過程的質(zhì)量控制三、培養(yǎng)過程的質(zhì)量控制p在工程菌的貯存中，要求種子克隆純而穩(wěn)定；在工程菌的貯存中，要求種子克隆純而穩(wěn)定；p在培養(yǎng)過程中，要求工程菌所含的質(zhì)粒穩(wěn)定，始終無在培養(yǎng)過程中，要求工程菌所含的質(zhì)粒穩(wěn)定，始終無突變；突變；p在重復(fù)生產(chǎn)發(fā)酵中，工程菌表達(dá)穩(wěn)定；

28、在重復(fù)生產(chǎn)發(fā)酵中，工程菌表達(dá)穩(wěn)定；p始終能排除外源微生物污染。始終能排除外源微生物污染。p生產(chǎn)基因工程產(chǎn)品應(yīng)有種子批系統(tǒng)，并證明種子批不含有致癌因生產(chǎn)基因工程產(chǎn)品應(yīng)有種子批系統(tǒng)，并證明種子批不含有致癌因子，無細(xì)菌、病毒、真菌和支原體等污染，并由原始種子批建立子，無細(xì)菌、病毒、真菌和支原體等污染，并由原始種子批建立生產(chǎn)用工作細(xì)胞庫。生產(chǎn)用工作細(xì)胞庫。p原始種子批須確證克隆基因原始種子批須確證克隆基因DNADNA序列，詳細(xì)敘述種子批來源、方式、序列，詳細(xì)敘述種子批來源、方式、保存及預(yù)計使用期，保存與復(fù)蘇時宿主載體表達(dá)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。保存及預(yù)計使用期，保存與復(fù)蘇時宿主載體表達(dá)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。p培養(yǎng)周期結(jié)

29、束時，應(yīng)監(jiān)測宿主細(xì)胞培養(yǎng)周期結(jié)束時，應(yīng)監(jiān)測宿主細(xì)胞- -載體系統(tǒng)的特性，載體系統(tǒng)的特性，例如：質(zhì)粒拷貝數(shù)、宿主細(xì)胞中表達(dá)載體存留程度，例如：質(zhì)粒拷貝數(shù)、宿主細(xì)胞中表達(dá)載體存留程度，含插入基因載體的酶切圖譜等。含插入基因載體的酶切圖譜等。 四、純化工藝過程的質(zhì)量控制四、純化工藝過程的質(zhì)量控制p產(chǎn)品要有足夠的生理和生物學(xué)試驗數(shù)據(jù)，確證提純物分產(chǎn)品要有足夠的生理和生物學(xué)試驗數(shù)據(jù)，確證提純物分子批間保持一致性；子批間保持一致性；p外源蛋白質(zhì)、外源蛋白質(zhì)、DNA與熱源物質(zhì)控制在規(guī)定限度以下。與熱源物質(zhì)控制在規(guī)定限度以下。p在精制過程中能清除宿主細(xì)胞蛋白質(zhì)、核酸、糖類、病在精制過程中能清除宿主細(xì)胞蛋白質(zhì)、

30、核酸、糖類、病毒、培養(yǎng)基成分及精制工序本身引入的化學(xué)物質(zhì)，并有毒、培養(yǎng)基成分及精制工序本身引入的化學(xué)物質(zhì)，并有檢測方法。檢測方法。五、目標(biāo)產(chǎn)品的質(zhì)量控制五、目標(biāo)產(chǎn)品的質(zhì)量控制p基因工程藥物的質(zhì)量控制主要包括以下幾項要求基因工程藥物的質(zhì)量控制主要包括以下幾項要求: 產(chǎn)品的鑒定、純度、活性、安全性、穩(wěn)定性和一致性。產(chǎn)品的鑒定、純度、活性、安全性、穩(wěn)定性和一致性。 需要用生物化學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和分需要用生物化學(xué)、免疫學(xué)、微生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)等多學(xué)科的理論與技術(shù)建立鑒定方法。子生物學(xué)等多學(xué)科的理論與技術(shù)建立鑒定方法。1.1.生物學(xué)活性測定生物學(xué)活性測定p需通過動物體內(nèi)試驗和

31、體外細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)行效價測定。需通過動物體內(nèi)試驗和體外細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)行效價測定。p國際單位國際單位p蛋白質(zhì)的比活性：效價蛋白質(zhì)的比活性：效價/,不僅是含量指標(biāo)也是純度不僅是含量指標(biāo)也是純度指標(biāo)。指標(biāo)。2. 產(chǎn)品的理化性質(zhì)鑒定產(chǎn)品的理化性質(zhì)鑒定 常用的鑒定方法常用的鑒定方法:電泳方法電泳方法: SDS-PAGE、等電聚焦、免疫電泳、等電聚焦、免疫電泳免疫學(xué)方法免疫學(xué)方法: 放射免疫放射免疫(RIA)、酶聯(lián)免疫、酶聯(lián)免疫(ELISA) 受體結(jié)合試驗受體結(jié)合試驗高效液相色譜高效液相色譜(HPLC)、肽圖分析法、末端序列分、肽圖分析法、末端序列分 析、析、圓二色譜、核磁共振圓二色譜、核磁共振v（1

32、）非特異性鑒別v（2）特異性鑒別v（3）重組蛋白質(zhì)濃度測定和相對分子量的測定：重組蛋白質(zhì)濃度測定和相對分子量的測定： 蛋白質(zhì)濃度測定方法有蛋白質(zhì)濃度測定方法有: :福林福林- -酚法、雙縮脲法酚法、雙縮脲法 蛋白相對分子量的測定蛋白相對分子量的測定: :凝膠過濾法、凝膠過濾法、SDS-PAGESDS-PAGE法法v（4）等電點測定（5）肽圖分析）肽圖分析p肽圖分析是用酶法或化學(xué)法降解目的蛋白質(zhì)，對生成的肽肽圖分析是用酶法或化學(xué)法降解目的蛋白質(zhì)，對生成的肽段進(jìn)行分離分析。段進(jìn)行分離分析。p它是檢測蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)最有效的方法，該技術(shù)靈敏、高它是檢測蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)最有效的方法，該技術(shù)靈敏、高效是對基

33、因工程藥物的分子結(jié)構(gòu)和遺傳穩(wěn)定性進(jìn)行評價和效是對基因工程藥物的分子結(jié)構(gòu)和遺傳穩(wěn)定性進(jìn)行評價和驗證的首選方法。驗證的首選方法。p常用常用HPLC、毛細(xì)管電泳。、毛細(xì)管電泳。（6）氨基酸成分分析：）氨基酸成分分析：50個氨基酸較理想個氨基酸較理想（7）部分氨基酸序列分析：）部分氨基酸序列分析：N端端15個氨基酸可作為重組蛋個氨基酸可作為重組蛋白質(zhì)和多肽的重要鑒定指標(biāo)。白質(zhì)和多肽的重要鑒定指標(biāo)。（8） 蛋白質(zhì)二硫鍵分析：蛋白質(zhì)二硫鍵分析：對氯汞苯甲酸法對氯汞苯甲酸法(PMCB)、5，5-二硫基雙二硫基雙-2-硝基苯甲酸法（硝基苯甲酸法（DTNB）等）等3. 3. 蛋白質(zhì)純度分析蛋白質(zhì)純度分析 蛋白質(zhì)

34、含量測定蛋白質(zhì)含量測定( (純度分析純度分析) ) SDS-PAGE SDS-PAGE、等電聚焦、等電聚焦(IEF)(IEF)、各種、各種HPLCHPLC、毛細(xì)管電泳（、毛細(xì)管電泳（CECE）4. 4. 蛋白質(zhì)含量測定蛋白質(zhì)含量測定 Folin-Folin-酚試劑法、染色法（酚試劑法、染色法（BradfordBradford法）、雙縮脲法、凱法）、雙縮脲法、凱氏定氮法、紫外吸收法、氏定氮法、紫外吸收法、HPLCHPLC法法5. 雜質(zhì)檢測雜質(zhì)檢測 蛋白類雜質(zhì)：殘留宿主細(xì)胞蛋白蛋白類雜質(zhì)：殘留宿主細(xì)胞蛋白 采用免疫分析的方法采用免疫分析的方法 非蛋白類雜質(zhì)：病毒、細(xì)菌等微生物、熱原、內(nèi)毒素、致非蛋

35、白類雜質(zhì)：病毒、細(xì)菌等微生物、熱原、內(nèi)毒素、致敏源及敏源及DNA?；蚬こ坍a(chǎn)物常見雜質(zhì)和污染物及其基因工程產(chǎn)物常見雜質(zhì)和污染物及其檢測方法檢測方法雜質(zhì)和污染物雜質(zhì)和污染物 檢檢 測測 方方 法法內(nèi)毒素內(nèi)毒素 鱟試劑、家兔熱原法鱟試劑、家兔熱原法宿主細(xì)胞蛋白宿主細(xì)胞蛋白 免疫分析、免疫分析、SDS-PAGESDS-PAGE、CECE其它蛋白雜質(zhì)其它蛋白雜質(zhì) 免疫分析、免疫分析、SDS-PAGESDS-PAGE、HPLCHPLC、CECE殘余殘余DNA DNADNA DNA雜交、紫外光譜、蛋白結(jié)合雜交、紫外光譜、蛋白結(jié)合蛋白變異蛋白變異 肽譜、肽譜、HPLCHPLC、 IEFIEF、 CECE甲酰

36、蛋氨酸甲酰蛋氨酸 肽譜、肽譜、HPLCHPLC、 IEFIEF、 CECE蛋氨酸氧化蛋氨酸氧化 肽譜、肽譜、HPLCHPLC、 質(zhì)譜、氨基酸分析質(zhì)譜、氨基酸分析產(chǎn)物變性或聚和脫氨基產(chǎn)物變性或聚和脫氨基 SDS-PAGESDS-PAGE、IEFIEF、HPLCHPLC、CECE、質(zhì)譜、凝膠過濾、質(zhì)譜、凝膠過濾雜質(zhì)和污染物雜質(zhì)和污染物 檢檢 測測 方方 法法單克隆抗體單克隆抗體 SDS-PAGESDS-PAGE、免疫分析、免疫分析氨基酸取代氨基酸取代 氨基酸分析、肽譜、質(zhì)氨基酸分析、肽譜、質(zhì) 譜、譜、CECE污染物微生物微生物 微生物學(xué)檢查微生物學(xué)檢查支原體支原體 微生物學(xué)檢查微生物學(xué)檢查病毒病毒

37、 微生物學(xué)檢查微生物學(xué)檢查基因工程產(chǎn)物常見雜質(zhì)和污染物及其檢測方法基因工程產(chǎn)物常見雜質(zhì)和污染物及其檢測方法6.6.穩(wěn)定性考查穩(wěn)定性考查 是藥品貯藏條件和使用期限的主要依據(jù)。是藥品貯藏條件和使用期限的主要依據(jù)。7.7.產(chǎn)品一致性的保證產(chǎn)品一致性的保證六、產(chǎn)品的保存六、產(chǎn)品的保存液態(tài)保存液態(tài)保存低溫保存低溫保存在穩(wěn)定在穩(wěn)定pH條件下保存條件下保存高濃度保存高濃度保存加保護(hù)劑保存加保護(hù)劑保存固態(tài)保存：固態(tài)保存：冷凍干燥冷凍干燥（預(yù)凍、升華、解吸干燥去除吸附水）（預(yù)凍、升華、解吸干燥去除吸附水）第十三節(jié)基因工程藥物制造實例第十三節(jié)基因工程藥物制造實例p干擾素（干擾素（interferoninterferon，IFNIFN）是人體細(xì)胞分泌的一種活性）是人體細(xì)胞分泌的一種活性蛋白質(zhì)，具有廣泛的抗病毒抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)活性，是人蛋白質(zhì)，具有廣泛的抗病毒抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)活性，是人體防御系統(tǒng)的重要組成