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生物工程是人类健康的守护神_生物工程的发展

时间:2020-02-09百科知识
生物工程是人类健康的守护神_生物工程的发展

第一节 生物工程是人类健康的守护神

制药工业应该说是生物工程研究开发中最活跃、进展最快的一个产业部门了。用生物工程技术不仅可以生产出大量廉价的防治人类重大疾病的新药物,而且已引起制药工业的重大变革。

抗生素

抗生素是我们比较熟悉的一大类常用药物:如青霉素、链霉素、头孢霉素、氯霉素等。

抗生素用量大,如1980年几个主要发达资本主义国家临床用的抗生素产量为二万吨,我国1981年抗生素产量有九千多吨,产量相当高,只是大部分都是国外受控制的或已经淘汰的链霉素、四环素和氯霉素等。

在抗生素的生产中,有80%左右为半合成抗生素。而一种名为β—内酰胺类抗生素又居首位。这种β—内酰胺抗生素是针对受到耐药菌感染的病人用尽了所有的抗生素病情依然不见好转的情况而使用的,而耐药菌则是以往由于长时间大量使用抗生素而产生的。人们在研究这种耐药菌时发现,原来这类菌产生了一些水解青霉素的酶,即β—内酰胺酶,这类酶导致了青霉素的失效。于是日本和美国的一些科学家们经过潜心研究,相继研制出了第二代、第三代甚至第四代抗生素。这也是人们成功运用酶工程的一个典型例子。

如今,国外大力生产的广谱β—内酰胺类半合成抗生素(青霉素、头孢霉素等),对一些革兰氏阴性菌和临床难以控制的病菌,如肺炎球菌、绿脓杆菌、脆性拟杆菌等引起的感染,有较好的疗效,而且是各类抗生素中毒性最低的。

品种的更新换代是目前各国抗生素生产的迫切任务,我国的抗生素工业存在的问题更急需解决。据上海市聋哑学校调查,约有50%的聋哑学生是链霉素和卡那霉素的受害者,这是多么可悲的事情啊!为了防止类似的事情再继续发生,我们就要尽快采取行动,提供给人们以无毒害作用的抗生素。国外基因工程技术的运用已在半合成抗生素的工业中发挥了重要作用,并正在为人类提供更多疗效高、毒性低的抗生素新品种做出贡献。

生化药物的生产

生化药物是制药工业中的一个重要品种。

生化药物由于来源于生物体,所以传统的生产方法是从生物体的器官、组织、细胞或血液、尿液中提取的。但是由于生物数量毕竟有限,所以价格昂贵、产量少,根本不能满足需要。现在我们有了基因工程技术,就可以用工程菌生产这些药物了。我们常用的工程菌有大肠杆菌、酵母菌、链霉菌等。这些工程菌不仅来源广,而且繁殖能力极强,如大肠杆菌繁殖一代只需要20—30分钟。所以用它们来生产药物,价格便宜,而且产量很大。另外,这种方法生产出来的产品非常纯净,与人工提取的相同,安全、无副作用。

1982年,美国一家制药公司宣布用2000升发酵液生产出100克精制胰岛素。可是,如果用传统工艺生产的话,这个量得从1600磅的猪、牛的胰腺中提取获得,而且,它的成本也只是传统工艺生产成本的30%。如今,已有千千万万的糖尿病患者受惠于这种用基因工程重组的微生物生产出的胰岛素。

著名的生物工程公司美国遗传技术公司,从两加仑大肠杆菌工程菌发酵液中,获得了五毫克人的抑长素(生长素释放抑制因素)。这个量相当于从50万头羊脑组织中的提取量;1979年他们实现了生长激素基因在大肠杆菌中的表达,每升发酵液生产两毫克人的生长激素。而生长激素作为人脑垂体合成的一种蛋白质,不仅具有促进人体生长的作用,还对骨折、皮肤灼伤、溃疡出血等疾病疗效显著。过去人们只能从人的尸体中提取它,600个尸体脑垂体的提取量才可以治疗一个侏儒症病人。

干扰素也是一类蛋白质,是人或动物的细胞受到病毒感染后释放出来的,它可以保护其他细胞免受侵染。多年来,人们证实干扰素对防治多种病毒性疾病如狂犬病、乙型肝炎、水泡性口膜炎、呼吸道发炎、脑炎、红眼病等有良好疗效,另外对细菌引起的疾病和某些肿瘤疗效也较好。以前国外是用病毒感染人的白细胞来产生人的α—干扰素的,但白细胞来源少,干扰素产量低,浓度不到1%,且价格昂贵,难以推广应用。20世纪80年代初,欧洲生物工程和美国遗传技术两家基因工程公司运用基因工程技术,在大肠杆菌和酵母细胞中生产出了三种不同类型的干扰素(α、β、γ),每升菌液获得的干扰素是每升人血的1200—120000倍。据当时美国有关调查公司调查,干扰素上市五年后,仅在美国一年销售额即达30亿美元。(www.anred.net.cn)

乙型肝炎疫苗最近几年已经推广使用,它对乙型肝炎的防治起到了很大的作用。它的价值是难以用金钱来计算的。

乙肝疫苗最早是由爱丁堡大学和欧洲生物工程公司在1979年研制出来的,不久法国巴斯德研究所等机构也相继有成果问世。将乙型肝炎病毒表面抗原基因克隆(无性繁殖),使它在大肠杆菌、酵母和哺乳动物细胞中表达,制成疫苗。这种方法消除了以往用带病毒者的血清制取疫苗的局限性和危险性。

单克隆抗体的应用

自从1975年英国科学家米尔斯坦和科勒利用杂交瘤技术生产单克隆抗体获得成功以来,在短短数年内,这一技术便迅速发展起来,举世瞩目。它被广泛应用于免疫学、肿瘤学、病毒学、寄生虫学、药理学、流行病以及临床各学科中,在诊断方面所起的作用尤其突出,甚至被誉为免疫学上的一场革命。

前面我们讲过,单克隆抗体继承了双亲的优点,既能不断繁殖,又能像长了眼睛的炮弹那样只产生一种抗体。不仅如此,这一技术的优点还有:因为任何抗原都可以获得相应的单克隆抗体(单抗),所以人们可以在试管、瓶罐里或者动物体内,根据需要产生出任何类型的单抗;就是使用不纯的抗原,也能产生出纯净的抗体;它的特异性高、纯度高,不仅可以取代血清诊断,更有希望用于治疗;来源充足,优质的杂交瘤株苗一旦成功,就可以源源不断地提供大量的单抗;效益高、投资少,每毫升单抗诊断试剂售价100—500美元。诸多优点使单克隆抗体成为“时代宠儿”,单克隆抗体的新产业迅速发展。单克隆抗体在1990年的产值约达5亿美元。

现在,绝大多数的杂交肿瘤细胞取自小鼠,如果用人体杂交肿瘤细胞治疗人体疾病,无疑会更合适。利用抗体和抗原专一结合的特性,作为治疗或载运有效药物的“生物导弹”,将成为肿瘤等严重疾病的克星。

对癌症和遗传病的治疗

癌症困扰人类已多年,很长一段时间里,人们谈“癌”色变,但随着生物技术的迅速发展和完善,这种情形已开始改变了。DNA重组技术把癌的病因学和发病机理的研究推向了一个崭新的阶段。

从1981年开始,科学家们已经分离鉴定出20种致癌基因,如我们经常听到的膀胱癌、乳腺癌、肠癌、肺癌、淋巴癌、白血病和肿瘤等。而且令我们吃惊的是,这些癌基因原来竟普遍存在于正常细胞中,只是一般情况下它处于静止状态而不表达,即不发生癌变,而当有外界致癌因素的作用时,它被激活,就使细胞发生癌变了。1982年,又有两位科学家几乎同时地发现,膀胱癌基因与正常基因的差别,仅仅是在6500个基因的序列中发生了一个核甘酸的错位,从而产生了一种异常的蛋白。这种蛋白位于细胞内膜,结果就成了细胞异常生长的启动信号。

以往由于对癌症病因不明,使人类长期处于和癌症在迷魂阵中打外围战的境地。今天我们对癌本质的认识,已彻底改变了这一情况。用基因治疗癌症的设想已提出几年。现在我们通过动物实验,已经能对几种靶器官(人们试图治疗的器官)应用基因转移和细胞移植技术,纠正因基因异常导致的某些恶性肿瘤。遗传病与癌症的病因相似,是基因序列异常导致的,它又被称为分子病。因为它们大多数都是在DNA分子的水平上发生的,随着生物技术的发展,每年新发现的分子病近百种,现在已达到12000种以上。我国遗传病患者有二千多万人,给社会和家庭造成长期的沉重负担。因此,如何减少甚至消灭遗传病的发生,也是目前生物工程技术所面临的重大课题。国外采用的方法一般是产前诊断技术结合中期流产,把患儿消除于出生前。

从1978年开始,DNA分析技术开始应用于产前诊断,1981年后又发展到基因工程技术,使诊断速度和准确性得到了很大提高,已经可以直接阅读基因诊断遗传病了。更先进的是,用单克隆细胞表面特异抗体,可以直接从母亲血液中通过细胞收集器采得胎儿细胞,这样就可以直接发现最早期的基因突变了。

去年,美国科学家在人类第14条染色体上发现了老年性痴呆症的新基因,为人类揭开老年性痴呆症的病因开辟了新途径;而英国科学家用生物技术制成的混合药物在临床应用中使艾滋病毒携带者及患病者的死亡率降低了38%,被誉为近10年来艾滋病研究领域的最大成果;另外,科学家们还在小鼠身上发现了一种肥胖基因,并证明在小鼠身上注入一种蛋白后不节食也能减肥,这一成果极有可能为人类减肥药物的研制带来突破。

用基因途径治疗遗传疾病和癌症虽然还处在探索阶段,但它无疑是一种理想的途径,或者说是唯一的理想途径。我们都知道白痴是一种严重的遗传病,以往几乎是无法治疗的,但现在科学家们通过噬菌体把这种病人缺少的半乳糖苷酶转入病人体内的成纤维细胞中,结果几天后这种基因出现了!人体细胞代谢的这种缺陷得到了纠正。可见,基因治疗的确给人们以光明的前景,尽管它仍存在许多技术问题,但那只是时间问题,我们对它的前途是毫不怀疑的。

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