基因工程在生物制药领域的应用探讨

匡光永

摘 要： 随着经济社会的发展，生物制药领域开始引入基因工程技术，使用基因工程技术对自身进行改造和发展。本文从生物制药领域中的基因操作技术分析概念入手，进行以基因工程为基础的其中几类药物类型的分析，从而了解基因工程生物制药所面临的机遇以及需要解决的问题，从而使其得到更好的发展。

关键词：基因工程;生物制药;前景

一、生物制药领域中的基因操作技术分析

（一）基因大分子分离技术

DNA大分子的分离技术，最常用的是DNA电泳。在电泳之前，首先要提取基因所在的位置，以细菌的质粒DNA为例，现阶段使用的提取方法是碱裂解法，具体是将含有质粒的大肠杆菌用NaOH和SDS混合的变性液进行处理，再用高速离心机离心处理，从而将质粒DNA分离出来。进一步地，如果想要分离出目的DNA片段，就需要用到DNA电泳技术，常用的电泳是琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳。凝胶电泳的原理其实很简单，DNA是一种多聚阴离子，将其放置在电场中，DNA分子就会迁移到正电极的方向，DNA分子的长度越长，携带的净电荷越多，向正电极方向迁移的速率就越快，因此，在电场强度一定的条件下，DNA分子的迁移速率取决于DNA片段的大小和构型。电泳的步骤为：配胶-制胶板-样品的处理-点样-电泳-检测。

（二）PCR技术

PCR技术，即聚合酶链式反应，是一种体外快速扩增特定DNA片段的技术，可以实现短时间内少量甚至微量DNA分子的大量扩增。PCR技术是分子克隆技术的基石，是基因工程中必不可少的技术。PCR技术的原理来源于DNA的半保留复制，在生物体内，DNA的复制过程分为三个阶段：复制的起始、延伸和终止，PCR也分为三个阶段：高温变性、复性和延伸，这三个阶段不断的循环往复，从而得到大量的目的基因。PCR技术已广泛应用于基因的克隆，分子探针的制备和基因定位等实验中，在生物制药领域中也常用于诊断试剂的开发。

（三）外源基因导入技术

外源基因导入技术，是将外源重组的DNA分子导入到受体细胞中的一种技术。方法有很多，主要有物理方法和化学方法。化学方法包括氯化钙法、磷酸钙法和纳米粒子法。物理方法有电穿孔法、显微注射法、病毒转化法和细菌转化法。在以上所有的方法中，外源基因导入最常用的是电穿孔法，用高强度电场短暂的冲击受体细胞，在细胞膜上产生小孔，外源DNA如质粒DNA就可以通过该孔进入受体细胞。外源基因导入技术是基因工程的核心技术，在生物制药领域的用处很大，新型基因进入宿主细胞之后，可以通过该基因在起细胞内部的表达经由宿主产生出相关的蛋白质药物，还用于抗药性基因的筛选。

（四）基因芯片技术

基因芯片技术是一种通过微阵列把高密度的DNA片段通过原位合成等方式使其附着在玻璃片等固相表面，再借助荧光或同位素标记的DNA探针进行杂交进行基因表达以及检测等研究的技术。基因芯片技术的原理是杂交测序法，利用已知序列的核酸探针进行杂交从而进行核酸序列测定的方法。基因芯片技术类型较多，一般可以分为：寡核苷酸芯片cDNA芯片、原位合成芯片、微矩阵芯片和电定位芯片等。基因芯片可用于疾病诊断和治疗，药物筛选，司法鉴定，食品卫生监督和环境测试中的基因表达检测，突变检测，基因组多态性分析，基因库作图和杂交测序等。不仅在生物制药领域有很多应用，在国防，航空航天，农作物育种与优化等许多领域也都可以发挥巨大作用。相信不久的将来，基因芯片技术将会使基因诊断、药物筛选、给药个性化等方面取得重大突破。

二、以基因工程为基础的药物类型分析

（一）活性多肽药物

活性多肽药物，顾名思义，是将活性多肽作为药物来治疗相关疾病。是一种可用于疾病的预防、治疗和诊断的多肽类生物制药。主要的制备方法有基因工程法、化学多肽合成法和分离纯化法，下面介绍一下与本文相关的基因工程法。基因工程法制备多肽类药物，是将合成活性多肽的基因分离纯化以后与合适的表达载体进行基因重组，再将其导入到受体细胞中稳定遗传和表达。基因工程法生产多肽药物的具体步骤包括：基因工程细胞的构建-细胞培养-分离纯化-检验及制剂。例如，可以将胰岛基因与质粒相连接导入大肠杆菌中，使胰岛素基因随大肠杆菌细胞的生长和繁殖一起进行复制和表达，这样就形成了可以生产胰岛素的大肠杆菌，在制药工程中就可以大量的生产胰岛素制剂。此前，活性多肽物质大多产生于各类动物的肝脏，来源单一，提取成本较高，生产工序复杂，其来源也存在不安全的风险因素，没有办法进行大批量大规模的生产。基因工程技术制备活性多肽药物的方法弥补了以往传统制药领域的不足，给人们的健康带来了巨大的帮助。活性多肽药物的研究是当下药物研发的热点方向之一，目前已经在肿瘤，肝炎，糖尿病等疾病方面广泛应用，具有非常广阔的开发前景。

（二）抗生素类

抗生素指的就是一些由微生物或者高级动植物在生产过程之中所產生的具有抗击病原体的代谢物质。传统的抗生素药物主要是通过对微生物进行培养发酵或者化学合成手段获得的。过程复杂，生产效率低，成本比较高等原因，致使该类药物不能大规模生产。随着基因工程的发展，基因工程也应用于抗生素的制备中，主要是用于菌种的选育阶段。利用基因工程技术可以提高抗生素药物的产量，原理是在克隆菌中，增加与产物产量相关的基因剂量，将抗生素产生菌基因克隆到原株筛选高产菌株。在引入基因技术之后，对抗生素类药物的基因进行了改造，相应菌种的活性得到提升，抗生素类药物的产量得到了增加，解决了一定程度上抗生素类药物短缺的困境。我国王以光利用基因重组技术改造螺旋霉素产生菌，提高了丙酰基转移酶基因在螺旋霉素产生菌中的表达量，从而提高了螺旋霉素的产量。

三、基因工程在生物制药领域中面临的机遇及需要解决的问题

（一）基因工程生物制药发展机遇

基因工程药物早在20世纪70年代，随着DNA重组技术的成熟，走向了我们的视野。基因工程技术以其高产能、高效率的特点为医学产业带来了一场革命，推动了整个药学产业的发展，使得药物产业进入了新的时期。我国对于基因药物技术一直十分重视，曾将现代生物技术列为“863计划”最优先发展项目，以及国家“七五”“八五”“九五”攻关项目。我国国家政策的相应实施，为现代生物技术在我国的发展提供了良好的政治基础。

随着经济水平飞速发展，基因工程药物方面也被不断注入新的活力，强大的经济支持，使得基因工程药物制药发展更加迅速，全球化信息时代的到来，使得各国之间新技术的交流更加便捷，这些都促进了基因工程生物制药的发展。基因工程逐渐成为各国经济新的增长点，因此基因工程药物领域越来越成为各国竞争的焦点。我们目前应该清醒地认识到我们与发达国家之间的差距，增强创新意识，多进行自主研发，增加对基因工程领域的投入，培养相应的专业人才，促进基因工程领域的整体发展。

（二）基因工程生物制药需解决的问题

目前我国在基因工程生物制药领域存在多方面的问题。首先来说，同种产品的生产厂家过多，造成市场上的恶意竞争，影响了药物产业的健康发展。同一种药物由多个厂家进行生产，在大量药物供给的同时，顾客的需求是相对平稳的，供过于求的现象会使得各个生产厂家的利润下降，生产厂家之间的恶性竞争导致市场混乱。商家之间不存在良性竞争渠道，使有些企业长时间无法获益，会导致其亏损，甚至破产。

其次，我国整个医药市场竞争无序，行业不正之风盛行。在整个药物销售的过程的各个环节，利润分配并不合理，大部分进口的基因工程药品在我国的售价高于在原产国的售价，国内许多生产厂家为了眼前利益，对药物进行仿制，仿制药物的出现更是对药物行业的长远发展不利。

我国基因工程药物领域还存在企业管理相对滞后，技术兼经营型人才缺乏的情况，大多数制药厂商缺乏专业的高素质人才，无法在人力方面改变企业经营困难的现状。而且我国的基因工程领域起步较晚，管理经营理念较为落后，企业重复投资，缺乏创新，中试和工程开发能力也相对而言比较落后，同时还面临融资困难，资金不足等问题。并没有做到现代企业的特点：所有权和经营权相分离。这种所有权和经营权模糊不清的状况，不利于企业的长远发展，也不利于专门的经营者的产生。

四、未来基因工程药物研发发展趋势

从当前基因工程在生物制药领域中的应用状况看来，在未来的发展中，基因工程应用会出现如下几个研发趋势：第一。表达载体的发展。就目前的情况来看，在生物制药过程中主要用于生产的表达载体可以分为哺乳动物的细胞和大肠杆菌两类，因为大肠杆菌属于原核表达系统，并不具备糖基化功能，只能够用于功能蛋白的表达，且不需要糖基化的重组药物中，比如胰岛素一类的药物。同时，在目的蛋白大量表达之后很容易形成包涵体，有着较强的不易复性。功能蛋白需要糖基化的主要是借助哺乳动物细胞进行表达，真核化的原核表达载体同样得到了应用。但从目前的状况来看，人源化的酵母表达体系和植物的表达体系也在不断发展。第二，现有重组药物的基因工程改造和修饰发展。借助基因工程技术进行改造和修饰，可以确保蛋白药物在临床疾病治疗的过程中，安全性和治疗效果得到显著提高。比如G-CSF、EPO一类的突变体类型药物的改造应用，从目前的情况来看，有关天然基因工程药物品种的研究相对较为广泛，为此可以通过基因工程技术对现有的重组药物进行改造和修饰，能够在有效避免侵犯知识产权问题发生的前提下，进一步拓展新药开发的路径。第三，给药途径的变革。现有的基因工程技术，除了能够对注射用的溶液和无菌粉末的稳定性进行改进之外，也逐渐发展出了化学修饰等给药系统，并且鼻腔、口服等给药方面也已经取得了一定的研究进展。

五、总结

基因工程技术在生物制药工程中的应用十分广泛，利用基因工程技术开发生物制剂（如活性多肽、抗体、疫苗和抗生素等）已经成为当前发展最为迅猛，前景最为广阔的领域。目前来说，我国基因工程生物制药领域有着良好的发展前景，但实际问题也非常多，基于此，相关企业要提升创新意识，不断发展自身，大力加强基因工程创新药物的研发以及生产实践，促进基因生物制药领域更好发展。

参考文献：

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