高二生物(新人教版)选修二课件33《生物工程药物与疫苗》

新课标人教版课件系列《高中生物》选修２第３章《生物科学与工业》第３节《生物工程药物与疫苗》教学目标•知识与能力方面：•1.简述生物技术药物的概念。2.举例说明基因工程药物、细胞工程药物的生产原理和意义。3.举例说明生物技术疫苗的生产原理和意义。4.进一步体验科学技术是一个不断发展的过程及理解科学、技术、社会三者间的关系。•过程与方法方面：•本节课主要采取学生通过小组合作探究的方法，并通过浏览网站资料来了解当前在生物技术药物和疫苗技术的科学进展。能够说书生物技术药物的各个种类及生产过程，在小组合作探究中理解科学、技术、社会三者的关系。培养学生的合作探究精神，和自我学习、搜集信息和处理信息的能力。•【教学重点】•1.基因工程药物、细胞工程药物的生产原理和意义。•2.生物技术疫苗的生产原理和意义。•【教学难点】•细胞工程药物的生产原理。•【教学方法】•讲授法和学生合作学习相结合•【教学课时】•2课时。2003年的“非典”一定给大家留下了很深的印象吧。大家知不知道“非典型肺炎”元凶是什么呢？从社会中来在SARS病毒全基因组的测序中发现，SARS病毒由一种相对稳定的RNA病毒特有蛋白质和另外五种蛋白质组成。它在人体外一般存活数小时，但在人类排泄物中存活长达4天，在零摄氏度时甚至可以无限期存活。冠状病毒2、SARS疫苗用于人体临床研究还要经过有关伦理委员会的批准，这是为什么？这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性。请同学们阅读课本“从生活中来”，并思考以下问题：1、我国在这项研究中处于领先地位，国家的高度重视、科学家的献身精神无疑是重要的因素。还有其他原因吗？这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性。受试者的权益、安全和健康必须高于对科学和社会利益的考虑。SARS疫苗用于临床，要经过伦理委员会批准和与受试者签定知情同意书，是保障受试者权益的主要措施。我国是SARS疫情的主要发生地，对于疫苗的研制具有别国所没有的迫切性；同时在取得毒株、抗血清等方面拥有一定的便利条件；我国在研制灭活疫苗方面拥有较强的科研和生产能力。曾有专家预言，芯片技术、医药和生物工程这三个领域将是21世纪头30-40年发展最快的领域，是世界经济发展的火车头。生物技术药物•基因工程药物•酶工程药物•发酵工程药物•细胞工程药物生物技术药物一般是指利用DNA重组技术或其他生物技术生产的药物。现实中的问题请同学们阅读P84“现实中的问题”及P85“基因工程药物”，并简述基因工程技术生产药物的过程。基因工程药物生产的基本过程•定义：基因工程技术是指将重组对象的目的基因插入载体，拼接后转入新的宿主细胞，构建成工程菌（或细胞），实现遗传物质的重新组合，并使目的基因再工程菌内进行复制和表达。•基因工程药物制造的一般流程：•（1）获得目的基因；（2）组建重组质粒；（3）构建基因工程菌；（4）培养工程菌；（5）产物分离纯化；（6）除菌过滤；（7）半成品检定；（8）包装基因工程药物•干扰素的生产：什么是干扰素？传统方法：从人血液中的白细胞内提取每300L血液才能提取1mg基因工程：将干扰素基因转移到大肠杆菌中每千克培养液可提取20-40mg干扰素口服无效，须注射给药，最初的主要作用是抗病毒，后来发现其有很重要的免疫调节作用。干扰素口服无效，须注射给药，最初的主要作用是抗病毒，后来发现其有很重要的免疫调节作用。基因工程药物干扰素生产车间细胞工程药物•传统动植物药物具有高效、低毒、副作用少的特点。植物细胞（组织）培养动物细胞培养植物细胞（组织）培养细胞培养的人参愈伤组织植物细胞（组织）培养悬浮细胞培养药物制剂脱分化：离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度分化的呈无定形状态的薄壁细胞。提取纯化产物动物细胞（组织）培养动物细胞（组织）培养培养基：状态液体培养液（动物细胞生活的液体环境）成分葡萄糖（满足能量需求、作为细胞碳源）氨基酸（合成蛋白质）无机盐（重要的细胞组成物质）维生素、动物血清等（生长调节作用）条件恒温（动物细胞生长温度）无菌条件（防止微生物污染）动物细胞（组织）培养生长特点：（1）贴壁生长：培养瓶中的悬浮液细胞，紧贴培养瓶内壁才能生长（2）接触抑制：当培养瓶中内壁生长细胞彼此紧密接触时，细胞不再分裂动物细胞（组织）培养应用：（1）生产有重要价值的蛋白质产品分泌性的蛋白质产品（2）培养皮肤细胞用于移植形成组织（3）检测有毒物质致癌致畸引起染色体数目和结构改变（4）理论研究培养正常或异常细胞用于生理、病理、药理研究动物细胞（组织）培养几个概念：原代培养：将动物组织用胰蛋白酶处理成单个细胞，配制成一定浓度的悬浮液，放入培养瓶中在培养箱中培养的过程传代培养：培养瓶中的细胞越来越多，用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成悬浮液，分瓶培养的过程细胞株：原代培养细胞传至10代左右就不容易传下去，细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞能存活传到40~50代，这部分细胞称为细胞株细胞系：细胞株传到50左右不能再继续传代，部分细胞遗传物质改变，具有癌变细胞的特点，可以在培养条件下无限制的传代下去，这部分细胞称为细胞系动物细胞融合回忆植物细胞融合过程中用了什么方法来促使原生质融合？物理法：电刺激，振荡化学法：PEG（聚乙二醇）动物细胞融合动物细胞的融合还常常用到灭活的病毒作为诱导剂动物细胞融合现在人们所说的生物药物，是泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物及生物体的某一组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。例如，从动、植物中提取生化药物，利用微生物发酵或动植物细胞组织培养，转化生产的药物。而生物技术药物，一般是指利用DNA重组技术，或其他生物技术生产的药物，包括基因工程药物、酶工程药物、动植物细胞工程药物等。其品种主要包括用于预防疾病的疫苗、疫情检测和临床诊断的试剂、治疗疾病的药物等。当然，生物技术药物也属于生物药物。生物技术制药与传统的生物制药有内在联系，同时又有明显区别。传统的生化制药，采用普通技术，从动物或植物中提取药物不属于生物技术制药，如传统中药和从动物组织、器官或血液中提取生化药物。但是，利用生物技术也可以生产传统生物制药的产品。动物细胞融合动物细胞培养植物细胞培养原理细胞的增殖细胞的全能性细胞来源胚胎或幼龄动物组织或器官离体植物器官、组织或细胞培养基状态液体固体成分天然培养基合成培养基组成葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素、有机添加物器皿培养瓶锥形瓶过程原代生长，传代生长更换培养基，细胞增值分化生长特点贴壁生长，细胞增值不分化诱导形成愈伤组织，细胞增值分化细胞进行异养需氧代谢培养条件恒温、无菌、无需光照常温、无菌、光照条件培养结果细胞株→细胞系愈伤组织→植株生物技术疫苗请阅读P86-87.疫苗的英文名称vaccine，最初是因牛痘得名。现在将一切通过注射或通过黏膜途径接种，可以诱导机体产生针对特定致病原的特异性抗体或细胞免疫，从而使机体获得保护或消灭该致病原能力的生物制品统称为疫苗。我国早在宋朝真宗时期(998～1023年)就开始从症状轻微的天花病人身上取得疱浆，人工接染到健康儿童，使之产生轻微症状的感染，从而获得免疫力，避免引起严重天花和造成死亡。后来这一方法经阿拉伯人传到欧洲，1721年传入英国。英国医生詹纳注意到感染牛痘的人不会感染天花。经过多次实验，詹纳于1796年，从一挤奶女工感染牛痘的豆疱中取出疱浆，给一个8岁的男孩接种在手臂上。后来再给男孩接种天花疱浆，这个男孩并没有染上天花，证明该男孩对天花确实具有免疫力。这个牛痘疱浆就是天花疫苗，它能够有效地预防天花。经过一百多年的努力，1979年4月，世界卫生组织宣布全球消灭了天花。疫苗的基本成分包括抗原、佐剂、防腐剂及其他活性成分。抗原是疫苗最主要的成分，决定疫苗的免疫性能。抗原必须是机体以外的物质，进入机体后能够有效激发机体的免疫反应。作为抗原的生物活性物质有：灭活的细菌或病毒，通过多次传代得到的减毒细菌或病毒，病毒或细菌的提纯物，有效的蛋白成分，类病毒，细菌多糖，合成多肽，以及近年来发展的DNA疫苗等。佐剂是能够增强抗原的特异性免疫应答的物质，它应该无毒、安全，并且稳定，比如油制佐剂。防腐剂是保证疫苗在储存期不会被微生物污染，防止造成严重问题的物质，大多数是化学防腐剂。稳定剂是为保证作为抗原的病毒或其他微生物能够存活和维持其免疫活性稳定的物质，往往都是糖类，如乳糖、山梨醇等。另外，疫苗在制备时还需要加入适当的缓冲剂、盐类等无活性的成分。构成疫苗的所有成分和含量必须不影响疫苗的效力、纯度和安全性，因此都有严格的质量标准。传统疫苗的种类有哪些？用于预防疾病的疫苗有细菌性疫苗、病毒性疫苗和类毒素疫苗。从疫苗的生产技术来说，疫苗分为传统疫苗和新型疫苗两大类。传统疫苗包括灭活疫苗、减毒疫苗和亚单位疫苗。灭活疫苗是用致病的微生物或其代谢产物，接种到动物、鸡胚、组织或细胞培养物中，经生长繁殖后，用化学（丙酮、甲醛、酚等）或物理（加热、紫外线照射）等方法将病原体杀死的疫苗，因此，又称为“死”疫苗。减毒疫苗是通过适当方法，以降低毒性或无毒的全病原体为抗原的疫苗。而用天然微生物的某些成分的亚单位作为疫苗的，称为亚单位疫苗。新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。基因工程疫苗还包括基因亚单位疫苗、基因工程载体疫苗、核酸疫苗、基因缺失活疫苗、合成肽疫苗和抗独特型抗体疫苗。根据它们的基本特征，也可分为活疫苗和灭活疫苗两大类。利用基因工程技术制成的疫苗称为基因工程亚单位疫苗，可归为灭活疫苗。例如，乙型肝炎抗体疫苗，就是将乙肝抗原基因转入酵母或动物细胞，通过细胞培养大量生产乙肝抗原，该抗原作为基因工程疫苗用于乙型肝炎预防。人们甚至将乙肝抗原基因转到西红柿中，经栽培，获得转乙肝抗原基因西红柿，食用后可预防乙肝。乙肝疫苗第一代乙肝疫苗，属血源疫苗，由无症状乙型肝炎表面抗原阳性者的血浆制备而得。因提取工艺不同，疫苗所含成分也有一定的差别，但均含有22nm小颗粒乙型肝炎表面抗原。血源疫苗曾对防止乙肝流行发挥了重要作用，但是，疫苗的成本高、生产周期长(65周)，还存在传播艾滋病和肝炎的潜在危险。第二代乙肝疫苗，将编码乙型肝炎表面抗原的基因在哺乳动物细胞或酵母菌中高效表达，得到乙肝基因工程疫苗，接种者中约有10%不产生应答反应；另有5%～15%接种者属低应答者，低应答者不能获得完全保护作用。第三代乙肝疫苗，乙肝病毒包膜的抗原性主要由S抗原和前S1、前S2抗原组成组成，美国Medeva制药公司利用基因重组技术，在哺乳动物细胞成功地表达了包含S抗原和前S1、前S2抗原的第三代重组疫苗，1998年用于临床，能诱导更高的血清阳转率和抗体应答反应。新生婴儿，特别是母亲为乙型肝炎表面抗原阳性的新生婴儿，产后应立即给婴儿接种乙肝疫苗，学龄前和学龄儿童亦应接种。一般人群(包括新生婴儿)正常接种：上臂三角肌肌肉注射，全程注射三次，每次注射10μg，第一次注射后隔三个月和六个月注射第二次和第三次。世界生物技术专利分布地区或国家生物技术专利/%药物专利/%人DNA序列专利/%美国(USA)595140欧洲(Europe)193324日本(Japan)171233其它(Other)543总计(Total)10010010016种生物技术药物销售情况生物药品名称适应性年销售额(亿美元)抗CD3MAb移植排斥0.80DNase囊性纤维变性1.11EPO贫血16.50因子Ⅷ血友病2.50G-CSF嗜中性白细胞减少症9.36葡萄糖脑苷酯酶Gaucher氏病2.15GM-CSF骨髓移植0.41GPⅡb/ⅢaMAb血管造形术中血凝块1.30B型肝炎疫苗B型肝炎10.00人生长激素生长不良，肾功能不全4.50人胰岛素糖尿糖7.00人白细胞介素-2肾癌0.40α-干扰素癌症，肝炎7.00β-干扰素多发性硬化2.55γ-干扰素肉芽肿病0.04tPA心力衰竭/栓塞/中风3.00总计68.62下一个10年的热门药物生物技术技术新颖性技