匡光永

摘 要： 隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，生物制藥領域開始引入基因工程技術，使用基因工程技術對自身進行改造和發(fā)展。本文從生物制藥領域中的基因操作技術分析概念入手，進行以基因工程為基礎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遇以及需要解決的問題，從而使其得到更好的發(fā)展。

關鍵詞：基因工程;生物制藥;前景

一、生物制藥領域中的基因操作技術分析

（一）基因大分子分離技術

DNA大分子的分離技術，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混合的變性液進行處理，再用高速離心機離心處理，從而將質(zhì)粒DNA分離出來。進一步地，如果想要分離出目的DNA片段，就需要用到DNA電泳技術，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很簡單，DNA是一種多聚陰離子，將其放置在電場中，DNA分子就會遷移到正電極的方向，DNA分子的長度越長，攜帶的凈電荷越多，向正電極方向遷移的速率就越快，因此，在電場強度一定的條件下，DNA分子的遷移速率取決于DNA片段的大小和構型。電泳的步驟為：配膠-制膠板-樣品的處理-點樣-電泳-檢測。

（二）PCR技術

PCR技術，即聚合酶鏈式反應，是一種體外快速擴增特定DNA片段的技術，可以實現(xiàn)短時間內(nèi)少量甚至微量DNA分子的大量擴增。PCR技術是分子克隆技術的基石，是基因工程中必不可少的技術。PCR技術的原理來源于DNA的半保留復制，在生物體內(nèi)，DNA的復制過程分為三個階段：復制的起始、延伸和終止，PCR也分為三個階段：高溫變性、復性和延伸，這三個階段不斷的循環(huán)往復，從而得到大量的目的基因。PCR技術已廣泛應用于基因的克隆，分子探針的制備和基因定位等實驗中，在生物制藥領域中也常用于診斷試劑的開發(fā)。

（三）外源基因?qū)爰夹g

外源基因?qū)爰夹g，是將外源重組的DNA分子導入到受體細胞中的一種技術。方法有很多，主要有物理方法和化學方法?；瘜W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、病毒轉化法和細菌轉化法。在以上所有的方法中，外源基因?qū)胱畛Ｓ玫氖请姶┛追?，用高強度電場短暫的沖擊受體細胞，在細胞膜上產(chǎn)生小孔，外源DNA如質(zhì)粒DNA就可以通過該孔進入受體細胞。外源基因?qū)爰夹g是基因工程的核心技術，在生物制藥領域的用處很大，新型基因進入宿主細胞之后，可以通過該基因在起細胞內(nèi)部的表達經(jīng)由宿主產(chǎn)生出相關的蛋白質(zhì)藥物，還用于抗藥性基因的篩選。

（四）基因芯片技術

基因芯片技術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記的DNA探針進行雜交進行基因表達以及檢測等研究的技術?；蛐酒夹g的原理是雜交測序法，利用已知序列的核酸探針進行雜交從而進行核酸序列測定的方法。基因芯片技術類型較多，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。基因芯片可用于疾病診斷和治療，藥物篩選，司法鑒定，食品衛(wèi)生監(jiān)督和環(huán)境測試中的基因表達檢測，突變檢測，基因組多態(tài)性分析，基因庫作圖和雜交測序等。不僅在生物制藥領域有很多應用，在國防，航空航天，農(nóng)作物育種與優(yōu)化等許多領域也都可以發(fā)揮巨大作用。相信不久的將來，基因芯片技術將會使基因診斷、藥物篩選、給藥個性化等方面取得重大突破。

二、以基因工程為基礎的藥物類型分析

（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治療相關疾病。是一種可用于疾病的預防、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、化學多肽合成法和分離純化法，下面介紹一下與本文相關的基因工程法。基因工程法制備多肽類藥物，是將合成活性多肽的基因分離純化以后與合適的表達載體進行基因重組，再將其導入到受體細胞中穩(wěn)定遺傳和表達?；蚬こ谭ㄉa(chǎn)多肽藥物的具體步驟包括：基因工程細胞的構建-細胞培養(yǎng)-分離純化-檢驗及制劑。例如，可以將胰島基因與質(zhì)粒相連接導入大腸桿菌中，使胰島素基因隨大腸桿菌細胞的生長和繁殖一起進行復制和表達，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)生于各類動物的肝臟，來源單一，提取成本較高，生產(chǎn)工序復雜，其來源也存在不安全的風險因素，沒有辦法進行大批量大規(guī)模的生產(chǎn)。基因工程技術制備活性多肽藥物的方法彌補了以往傳統(tǒng)制藥領域的不足，給人們的健康帶來了巨大的幫助?；钚远嚯乃幬锏难芯渴钱斚滤幬镅邪l(fā)的熱點方向之一，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動植物在生產(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微生物進行培養(yǎng)發(fā)酵或者化學合成手段獲得的。過程復雜，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。在引入基因技術之后，對抗生素類藥物的基因進行了改造，相應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。我國王以光利用基因重組技術改造螺旋霉素產(chǎn)生菌，提高了丙酰基轉移酶基因在螺旋霉素產(chǎn)生菌中的表達量，從而提高了螺旋霉素的產(chǎn)量。

三、基因工程在生物制藥領域中面臨的機遇及需要解決的問題

（一）基因工程生物制藥發(fā)展機遇

基因工程藥物早在20世紀70年代，隨著DNA重組技術的成熟，走向了我們的視野?；蚬こ碳夹g以其高產(chǎn)能、高效率的特點為醫(yī)學產(chǎn)業(yè)帶來了一場革命，推動了整個藥學產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得藥物產(chǎn)業(yè)進入了新的時期。我國對于基因藥物技術一直十分重視，曾將現(xiàn)代生物技術列為“863計劃”最優(yōu)先發(fā)展項目，以及國家“七五”“八五”“九五”攻關項目。我國國家政策的相應實施，為現(xiàn)代生物技術在我國的發(fā)展提供了良好的政治基礎。

隨著經(jīng)濟水平飛速發(fā)展，基因工程藥物方面也被不斷注入新的活力，強大的經(jīng)濟支持，使得基因工程藥物制藥發(fā)展更加迅速，全球化信息時代的到來，使得各國之間新技術的交流更加便捷，這些都促進了基因工程生物制藥的發(fā)展。基因工程逐漸成為各國經(jīng)濟新的增長點，因此基因工程藥物領域越來越成為各國競爭的焦點。我們目前應該清醒地認識到我們與發(fā)達國家之間的差距，增強創(chuàng)新意識，多進行自主研發(fā)，增加對基因工程領域的投入，培養(yǎng)相應的專業(yè)人才，促進基因工程領域的整體發(fā)展。

（二）基因工程生物制藥需解決的問題

目前我國在基因工程生物制藥領域存在多方面的問題。首先來說，同種產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家過多，造成市場上的惡意競爭，影響了藥物產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。同一種藥物由多個廠家進行生產(chǎn)，在大量藥物供給的同時，顧客的需求是相對平穩(wěn)的，供過于求的現(xiàn)象會使得各個生產(chǎn)廠家的利潤下降，生產(chǎn)廠家之間的惡性競爭導致市場混亂。商家之間不存在良性競爭渠道，使有些企業(yè)長時間無法獲益，會導致其虧損，甚至破產(chǎn)。

其次，我國整個醫(yī)藥市場競爭無序，行業(yè)不正之風盛行。在整個藥物銷售的過程的各個環(huán)節(jié)，利潤分配并不合理，大部分進口的基因工程藥品在我國的售價高于在原產(chǎn)國的售價，國內(nèi)許多生產(chǎn)廠家為了眼前利益，對藥物進行仿制，仿制藥物的出現(xiàn)更是對藥物行業(yè)的長遠發(fā)展不利。

我國基因工程藥物領域還存在企業(yè)管理相對滯后，技術兼經(jīng)營型人才缺乏的情況，大多數(shù)制藥廠商缺乏專業(yè)的高素質(zhì)人才，無法在人力方面改變企業(yè)經(jīng)營困難的現(xiàn)狀。而且我國的基因工程領域起步較晚，管理經(jīng)營理念較為落后，企業(yè)重復投資，缺乏創(chuàng)新，中試和工程開發(fā)能力也相對而言比較落后，同時還面臨融資困難，資金不足等問題。并沒有做到現(xiàn)代企業(yè)的特點：所有權和經(jīng)營權相分離。這種所有權和經(jīng)營權模糊不清的狀況，不利于企業(yè)的長遠發(fā)展，也不利于專門的經(jīng)營者的產(chǎn)生。

四、未來基因工程藥物研發(fā)發(fā)展趨勢

從當前基因工程在生物制藥領域中的應用狀況看來，在未來的發(fā)展中，基因工程應用會出現(xiàn)如下幾個研發(fā)趨勢：第一。表達載體的發(fā)展。就目前的情況來看，在生物制藥過程中主要用于生產(chǎn)的表達載體可以分為哺乳動物的細胞和大腸桿菌兩類，因為大腸桿菌屬于原核表達系統(tǒng)，并不具備糖基化功能，只能夠用于功能蛋白的表達，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，在目的蛋白大量表達之后很容易形成包涵體，有著較強的不易復性。功能蛋白需要糖基化的主要是借助哺乳動物細胞進行表達，真核化的原核表達載體同樣得到了應用。但從目前的狀況來看，人源化的酵母表達體系和植物的表達體系也在不斷發(fā)展。第二，現(xiàn)有重組藥物的基因工程改造和修飾發(fā)展。借助基因工程技術進行改造和修飾，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用，從目前的情況來看，有關天然基因工程藥物品種的研究相對較為廣泛，為此可以通過基因工程技術對現(xiàn)有的重組藥物進行改造和修飾，能夠在有效避免侵犯知識產(chǎn)權問題發(fā)生的前提下，進一步拓展新藥開發(fā)的路徑。第三，給藥途徑的變革?，F(xiàn)有的基因工程技術，除了能夠?qū)ψ⑸溆玫娜芤汉蜔o菌粉末的穩(wěn)定性進行改進之外，也逐漸發(fā)展出了化學修飾等給藥系統(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展。

五、總結

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

參考文獻：

[1]李浩海.生物制藥領域的發(fā)展前景[J].健康之路，2018，17（12）：32-33.

[2]鐘晴虹.基因工程在生物制藥領域的應用探討[J].科技與創(chuàng)新，2015（02）：150.

[3]趙立希，孫晶晶，蔣永平.基因工程技術在生物制藥領域的應用和發(fā)展[J].基礎醫(yī)學與臨床，2009，29（09）：996-998.