基因工程技術在生物制藥領域中的應用

摘 要：健康一直是人類關注的核心問題。人類基因組計劃的成功使基因工程成為熱門話題。基因工程技術已經進入醫藥行業并被運用到很多研究中，并且基因工程技術在醫藥行業的應用是成功的。預計隨著科學技術的發展和制藥技術的不斷提高，基因工程將在制藥領域發揮越來越重要的作用。因此，我們要抓住機遇，加強基因工程技術的發展，同時嚴格控制和重視基因工程的安全性，讓基因工程能夠自發地為人類造福。本文就近幾年來基因工程在生物制藥方面的應用和未來發展前景展開了闡述。

關鍵詞：基因工程；生物制藥；治療類；診斷類

一、基因工程技術概述

近年來，伴隨著社會經濟的大力發展，以及現代科學技術質的飛躍，基于基因工程的生物制藥產業的前景一片光明，成為公認的朝陽產業。主要應用在制藥產業新工藝、新技術等方面。基因工程又被稱為基因拼接技術或者DNA重組技術，主要特征就是可以人為地在一種生物的受體細胞中插入另一種生物的基因，并且使這個生物的基因在受體細胞中表達，其目的就是，獲得所需要的活性生物產物。迄今為止，在動、植物和細菌的研究中已成功利用基因工程，作為其發展研究手段。比如眾所周知的用來治療糖尿病的胰島素，就是利用基因工程制成的，其主要原理就是構建工業菌來提取所需胰島素。

基因工程有兩個明顯的優勢：一是打破了物種間的界限，可以實現原核生物與真核生物、動植物之間遺傳信息的傳遞與重組。二是可以進行無性體外擴增，極大地方便了醫學實驗研究，在實際應用中越來越被重視。例如，在人類治療方面，需要高效提取干擾素、疫苗等醫藥產品，這就離不開通過工業化生產結合基因工程技術等進行技術更新。

二、常見的基因工程技術藥物類型分析

（一）診斷類藥物

基因芯片屬于生物芯片，基本技術包括：構建核酸方陣、制備樣本、檢測讀取雜交和雜交模式。一般可分為表達譜芯片、測序芯片和診斷芯片，主要是根據用途的不同進行分類的。其中，表達譜芯片應用最為廣泛，可用于基因功能的分析、探索疾病發病機制、藥物研究與篩選等方面。

（二）治療類藥物

溶瘤病毒產物：其原理是利用這些溶瘤病毒產物特異性識別病變細胞和腫瘤細胞感染引起的免疫激活過程，從而殺死腫瘤細胞。

治療性載體產品：其主要原理是將治療性基因傳遞到患者特定組織的細胞中，這一過程由基因治療載體作為中介導向，所以原則上也被稱為載體藥物。該技術通常用于表達或調節治療性蛋白質。

細胞產品：主要以轉化淋巴細胞、自然殺傷細胞、干細胞等類別為主。利用基因編輯技術或慢病毒對基因蛋白進行改變，放大后注射到患者體內，在腫瘤細胞上產生抗癌藥物。

（三）預防類藥物

隨著分子生物學的快速發展，抗體的結構和功能逐漸被闡明，近年來，隨著DNA重組技術的出現，基因工程重組抗體產品應運而生。1984年，在基因水平上將鼠單克隆抗體的可變區與人IgG的恒定區相連，成功構建了第一個基因工程重組抗體產品——人鼠嵌合抗體。隨后，開發了單鏈抗體、修飾抗體和小分子抗體。

疫苗包括各種感染因子和蛋白質、多糖、核酸。就疫苗研究和技術而言，疫苗可分為傳統疫苗和新型疫苗兩類。傳統疫苗包括滅活抗體、減毒活疫苗和由體內某些類型的細菌制成的亞基抗體；新疫苗則是特指利用基因工程技術研制的疫苗，包括基因重組亞單位疫苗、基因缺失活疫苗、基因工程載體疫苗、核酸疫苗等。

三、基因工程技術在生物制藥領域應用的成功

案例

（一）胰島素

胰島素是微生物基因工程的產物，屬于多肽類蛋白質激素，可調節糖代謝，促進肝臟、骨骼和脂肪組織對葡萄糖的攝取和利用，促進葡萄糖轉變為糖原貯存于肌肉和肝臟內，并抑制糖原異生。糖尿病患者通常分為兩種類型。其中之一是 1型糖尿病，它是由導致身體產生過少胰島素的遺傳因素引起的。這種疾病影響大約5%到10%的人口，而另一種主要由患者自身胰島素抵抗引起的2型糖尿病，影響大約90%到95%的人口。我國糖尿病患者人數每年都在增加，因此對胰島素的需求量越來越大。過去，我國的胰島素主要依賴進口，由于價格昂貴、需求旺盛，近年來，我國經衛健委批準，逐步自主研發并批量生產基因工程重組人胰島素，在救治患者方面發揮著不可替代的作用，為糖尿病患者帶來福音，減輕疾病癥狀，延長患者壽命，提高生存質量。

（二）超氧化物歧化酶

它的化學本質是金屬蛋白酶，是人體抵御自由基的第一道防線。主要功能是清除體內的氧自由基和廢物。當我們的身體吸收氧氣進行新陳代謝時，會產生超氧陰離子自由基，自由基不會消失，會在體內發生反應。自由基是人類衰老和疾病的罪魁禍首。超氧化物歧化酶對于預防輻射損傷，治療紅斑狼瘡和皮肌炎等疾病具有顯著效果，還可以治療氧中毒、提高護膚效果等等。

超氧化物歧化酶也稱為 SOD，它在化妝品中廣為人知，但實際上它是一種存在于人體自身的抗氧化金屬酶，這種酶在機體氧化和抗氧化這個過程中起著重要的動態平衡作用，與許多疾病的起源和發展密不可分。體內超氧化物歧化酶的濃度越高（正常范圍內的峰值），表示身體越趨近健康。

（三）生長激素

生長激素是由垂體前葉分泌的一種肽類激素。它由191個氨基酸組成，它可以促進蛋白的合成，對脂肪有分解作用；可以提高卵子的質量，對精子的密度和活力也有重要的促進作用。作為遺傳學的產物，生長激素在治療中也起著重要而有益的作用。對于侏儒癥等疾病的治療，必須依靠生長激素的功效。過去，生長激素有多種來源，其中大部分是從尸體的垂體中提取的。在科技快速發展和基因工程普遍應用的今天，利用DNA重組技術可以快速促成生長激素的生產，給侏儒癥等疾病患者帶來了福音，減輕了痛苦。

（四）干擾素

干擾素是一種很重要的細胞因子，實際上是一種糖蛋白，正確使用能大大提高人體的免疫力。單核細胞和淋巴細胞可以產生干擾素，干擾素的活性較高，對提高人體的免疫調節能力也能起到很好的作用，目前干擾素廣泛應用于抗病毒和抗腫瘤的治療，也可以用于免疫調節。利用生物基因工程，可以大量生產干擾素，而且培養成本低。干擾素以其諸多優點被廣泛應用于醫學和藥物研究，對醫藥工業的發展有很大的幫助。

（五）抗生素

抗生素是抗菌消炎藥中最大的一類?？股鼐哂幸种坪拖麥缂毦?、真菌、螺旋體、支原體、衣原體等致病性微生物的作用?？股卦卺t學上應用廣泛，在臨床中，許多治療藥物必須與抗生素聯合使用才能達到最佳治療效果。隨著疾病種類的增多和頻發，人們越來越意識到抗生素的重要性。如今，人們越來越多地研究抗生素的更新迭代?？股貜V泛地應用于食品、化妝品、農業等行業中。

（六）mRNA疫苗

mRNA疫苗是指將病毒抗原的mRNA制備成疫苗，它促使機體產生免疫反應的過程是將制備成的疫苗注入宿主體內，mRNA在宿主體內表達病毒的抗原蛋白，因此會產生對該病毒的免疫。對 mRNA體外合成和細胞內遞送的持續研究為 mRNA 疫苗的誕生打下基礎。由于mRNA的不穩定性和昂貴的商業問題，抗mRNA藥物的研發已經觸底。然而，隨著體外合成和遞送技術的不斷發展，mRNA在2015年再次成為研發熱點。此外，隨著全球新型冠狀病毒的爆發，抗mRNA藥物的研發也達到了一個新的前所未有的高度。

目前正在開發兩種主要類型的抗RNA疫苗：非 mRNA 抗體 （NRM） 和自擴增 RNA （SAM） 抗體。通常未復制的 mRNA 編碼感興趣的抗原并具有 5＇- 和 3＇- 非翻譯區 （UTR），而自我擴增的RNA不僅編碼抗原，還編碼病毒復制基因，這使得細胞內RNA得以擴增并高度表達蛋白質，增強機體的免疫力。

四、基因工程技術在制藥領域中的發展現狀

（一）世界范圍基因工程技術制藥發展情況

隨著經濟的快速發展，基因工程藥物越來越被重視。強大的資金支持使基因工程藥物的開發成為可能。隨著世界信息時代的到來，增強了國家間新技術的交流，促進了基因工程生物制藥的發展?；蚬こ讨饾u成為許多國家經濟的新發展方向，基因工程領域成為各國競爭的重要組成部分。當前，我們應該清醒地看到與發達國家的差距，增強創新意識，加大自主研發力度，加大基因工程全方位投入，培養相關專業人才，促進基因工程技術迅速發展。

（二）我國基因工程技術制藥發展情況

目前，我國基因工程生物醫藥產品領域存在諸多問題。一是多家企業生產同一種產品，造成市場惡性競爭，影響醫藥行業健康發展。同一種藥品由多家企業生產，藥品供應量大，但客戶需求相對穩定，供過于求的現象蠶食著各廠家的利潤，廠家之間的激烈競爭導致市場混亂。二是貿易商之間沒有良性的競爭渠道，這也是為什么有些企業長期無法盈利，導致虧損甚至倒閉的原因。

但與此同時，我國在基因藥物的發展上有許多明顯的優勢。一是國家政府的大力支持，不僅改善了基因醫藥產業的研發條件，同時也推進了基因醫藥產業技術，這樣的努力使我們看到了基因醫學發展的美好前景。隨著科學技術的不斷發展，我國的基因醫藥產業也取得了較大的成績，我國政府也開始重視這方面的發展。要推進基因工程的發展，就要改善藥物研發的條件。目前，我國已建立了多個生物技術研發園區，多項世界領先的研發技術有效推動了基因醫學的發展。在生物技術發展過程中，人才和技術儲備非常重要，是基因藥物研發的先決條件。二是我國的很多人才政策都是為了培養我國的基因工程技術人才，讓更多的人才投身于制藥領域。

五、基因工程在生物制藥領域未來的發展趨勢

基因工程醫學將生物學提升到一個新的更高水平，為人類社會的許多方面作出了巨大貢獻?；蜥t學技術具有非常廣闊的研究和發展機會。該技術自出現以來，已應用于醫藥衛生、農業生產、工業生產、環境保護等與人類密切相關的眾多領域，并在這些領域作出了巨大的貢獻，將對未來產生深遠的影響?；蚬こ讨扑幖夹g與我們人類生活的關系越來越密切，在我們的日常生活中發揮著越來越重要的作用。得益于基因工程技術，醫療保健行業得以快速高效發展。人類基因組計劃的成功以及基因組學、蛋白質組學和生物信息學的深入研究，為許多醫療衛生技術的快速發展開啟了新的階段，造福于人類健康的諸多方面。

從目前基因工程在生物醫藥產品領域的應用情況來看，未來基因工程應用的發展有以下研究和發展趨勢：第一，表達載體的開發。就目前情況而言，表達載體僅用于生物制藥生產，可分為細胞和大腸桿菌，用于表達功能蛋白和不需要糖基化的藥物，如胰島素。同時，目的蛋白廣泛表達后容易形成包涵體，不易復性。需要糖基化的功能蛋白主要由哺乳動物細胞表達，也有使用真核原核表達載體。不過，從目前的情況來看，人源化酵母表達系統和植物表達系統也在不斷研發中。第二，基因工程和改進現有重組藥物的開發。利用基因工程技術進行轉化修飾，可以確保提高蛋白質藥物在臨床疾病治療過程中的安全性和良好的治療效果。從目前的情況看，基因工程藥物的研究非常廣泛，這也是為什么可以通過基因工程改造重組藥物的原因。在有效尊重知識產權的前提下，變更和修改可以進一步拓寬新藥的開發路徑。第三，給藥途徑的改變。目前的基因工程技術除了提高注射液和無菌粉劑的穩定性外，還逐步開發了藥物遞送系統，如鼻腔、口腔等方面的給藥。

結束語

綜上所述，作為新興的基因工程技術，其發展勢頭不可阻擋。但眾所周知，科學技術是一把“雙刃劍”，這個論點同樣適用于基因工程技術藥物。為此，國外優秀的基因制藥經驗值得我們學習與借鑒，建立科學合理、既符合我國國情又符合國際標準的基因安全評價和監測體系勢在必行。

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