制药工程与微生物和细胞学的结合

2017-07-29安云冲

魅力中国 2016年48期

安云冲

摘要：人们生活水平的不断改善使得人们对于物质方面的要求越来越高，使用药品这类物质的频率相较以前也有了很大的提高。传统的药物生产方法无法生产出足够的药物来供人使用，为了应对药物短缺这一现状，近年来，“工程菌”制药方案应运而生。本文就微生物在制药工程上制药与废水处理的应用进行浅要分析。

关键词：制药工程微生物细胞学结合

一、“工程菌”制药

以大肠杆菌制造人的胰岛素为例介绍“工程菌”制药的原理及基本步骤。

1.原理

胰岛素是保证人体机能正常运转的一种重要蛋白质激素，它的作用主要体现在可以减少人体内单位体积中所含血糖的物质的量，保持人体血糖量处于一种相对平衡的状态。胰岛素作为一种降低血糖的药物，目前被广泛用于治疗糖尿病。以往科学家们是从能够产生胰岛素的动物体中直接提取，但是这种方法得到的胰岛素太少，不能够满足当前的需求。而以大肠杆菌作为“工程菌”进行生产胰岛素则能够实现大规模地批量生产，大大增加了胰岛素的提取量。运用大肠杆菌批量生产胰岛素的原理是基因工程技术。也就是采用移植的方式让大肠杆菌中出现人体本身存在的胰岛素基因，给大肠杆菌营造一种能够自身生产胰岛素的环境。运用大肠杆菌进行生产胰岛素之所以能够实现大量生产，是因为大肠杆菌在自然界中分裂迅速，繁殖快，数目及其庞大，这对于其大量生产胰岛素提供了绝好的优势。

2.基本步骤

2.1获取目的基因

科学家从人体中提取出相应的胰岛素基因，即为目的基因。

要达到这样的目的就必须要用到一种工具酶，即限制酶。可以用它识别需要被切割基因片段上的回文序列，在确定的位置进行切割，使相邻两个核苷酸分离，产生粘性末端或平末端，从而将一个完整的DNA分子切割成两个较短的DNA分子。另外，科学家还可以先从人体中提取编码胰岛素的mRNA，并以此为模版进行逆转录形成cDNA，即為所需的目的基因。提取过后，如果想要大量合成人的胰岛素基因，则可以通过PCR技术进行目的基因的大量扩增，从而避免了重新提取的的繁琐过程。

2.2构建基因表达载体

胰岛素基因获取后，需将其导入大肠杆菌。但是不能够直接将其导入，原因是生物体自身有着其免疫排斥性能，对于外来物体或生物可能会有排斥反应。那么，怎么将目的基因安全的导入大肠杆菌中呢？这就需要一个载体。这种载体有以下特点：1.能够在受体细胞中稳定存在—保证了其安全性 2.能够自我复制—保证了其在受体细胞中的增殖 3.具备表达的能力—保证了目的基因能够成功编码蛋白质。实际运用上，科学家常用质粒来当做这种载体。从本质上来说质粒就是一段DNA片段，其形状呈环形。构建基因表达载体的步骤主要是这样的：之前我们提到的限制酶，可以用它对载体质粒进行切割，在得到需要的物质之后，用另一种酶，也就是DNA连接酶将得到的物质重新组合在一起，就得到了重组质粒。DNA连接酶大致分为两种：一是E.coliDNA连接酶，从大肠杆菌中提取得到，既可以用来产生粘性末端也可以产生平末端。二是T4 DNA连接酶，从T4噬菌体中提取得到，只能用于产生平末端。

2.3将重组质粒导入受体细胞

在完成构建基因表达载体之后，下一步就需要对重组质粒进行移植。不同细胞所针对的方式不同。要根据不同细胞的特性，选取相应的导入方法，力求成功导入受体细胞。

2.4检测重组质粒是否在受体细胞中成功表达

想要检验该过程是否成功，则要看受体菌是否能够表达相应的目的基因。该检测共有三部。

A检测受体细胞中是否存在重组质粒

运用DNA分子杂交技术，利用已知序列且带有荧光标记的单链DNA分子，进行单链分子间的杂交，若能产生杂交带，则说明重组质粒成功导入受体细胞。

B 检测重组质粒是否转录

运用DNA-RNA分子杂交技术，利用已知序列且带有荧光标记的单链DNA分子，进行DNA单链与RNA单链分子间的杂交，若能产生杂交带，则说明受体细胞中含有目的基因的mRNA。

C 检测受体细胞中是否含有目的蛋白

采用抗原-抗体杂交技术，观察是否产生杂交带，若有，则说明目的基因成功表达；另外，还可以采用抗虫或抗病接种实验进行检测，观察受体细胞是否具有相应的抗虫或抗病性状。

3.大肠杆菌的培养

得到转基因大肠杆菌后，要让其大量繁殖。培养基是人们配置的营养物质。培养基可置于培养皿中，并且在其上加入所得大肠杆菌，并置于恒温箱中，设置适宜的环境条件，进行培养。一段时间后大肠杆菌数目较多，便可进行胰岛素的大规模生产与提取。

二、 “工程菌”处理制药废水

制药厂属于工业制造厂，它在制造生产的过程中产生的废弃物一般都是带有毒性的，如果处理不当，就会污染环境，对周围生物的生命健康造成危害。制药废水浓度大，毒性强而且色泽深，含有较多的重金属离子，直接进行处理具有很大的操作难度。近年来，“工程菌|处理废水的方法广泛被人们所接受，并应用于制药厂的制药废水的处理。

本文简单的对“工程菌”处理废水的原理及基本步骤进行分析。

1.原理

部分微生物能够在自然状态下自发降解有毒物质，净化水资源，进而处理制药废水。

2.基本步骤

2.1 菌种的分离与纯化

从自然界获取的菌种通常都不是纯种菌，需要对它们进行分离纯化才能用于更高价值的用途。一般的处理方式是借助生物培养基对其进行提纯，得到人们所需的纯种菌种。

2.2制药废水的处理

计算出废水所需要的菌种数，将所需菌株按所需量加入制药废水中，处理一段时间，定期记录废水中的有毒物质含量，直至废水中的有毒物质含量低于标准线，并且绘制相应的菌种作用曲线，作为以后的参考数据。

2.3制药废水处理效果的检测

设置一系列平行对照实验，比较不同浓度的菌株的处理效果，得出处理制药废水的所需菌株的最适用量及其比例。

三、结束语

现如今，“工程菌”制药以及制药废水处理被广泛接受与使用，制药企业要针对这一新方法进行合理的创新与改革，力求“工程菌”在制药行业起到充分的作用。