Tesis de Ingeniería en Biotecnología
Productos farmacéuticos de ingeniería genética------Una breve discusión
Resumen: Introduce principalmente el concepto de ingeniería genética, el proceso general de desarrollo de medicamentos a través de tecnología de ingeniería genética y medicamentos de ingeniería genética. y también analiza la dirección de desarrollo futuro del uso de tecnología de ingeniería genética para el desarrollo y la investigación de fármacos.
Texto:
1 Descripción general de la ingeniería genética
La llamada ingeniería genética se refiere a la inserción de moléculas de ácido nucleico en virus, plásmidos u otras moléculas vectoriales in vitro. para constituir material genético Se puede incorporar una nueva combinación de moléculas en células huésped que originalmente no tenían tales moléculas, de modo que puedan reproducirse de forma continua y estable.
La primera característica importante de la ingeniería genética es la capacidad de cruzar la barrera de las especies naturales, es decir, la capacidad de colocar genes de cualquier organismo en las células de un nuevo organismo huésped que no está relacionado con él. Esto demuestra que es posible que las personas creen nuevas especies que no existen en la naturaleza según sus deseos subjetivos. La segunda característica es que enfatiza el hecho de que un pequeño fragmento de ADN se amplifica en la nueva célula huésped. Sólo así se pueden preparar grandes fragmentos de ADN purificado, ampliando así el campo de la biología molecular y haciéndola tener enormes aplicaciones en el campo de la biofarmacéutica.
Desde la aparición de la ingeniería genética a principios de los años 1970, tanto en el campo de la investigación teórica básica como en las aplicaciones prácticas de producción. Todos han logrado resultados sorprendentes. La determinación y análisis de la secuencia completa de nucleótidos del genoma es un excelente ejemplo de tecnología de ingeniería genética que promueve la investigación biológica básica. El 12 de febrero de 2001, el Grupo Internacional del Genoma Humano, en el que participaron científicos de seis países, anunció el mapa del genoma humano y los resultados del análisis preliminar. Los resultados proporcionaron a las personas más de 3.000 genes que pueden usarse para productos farmacéuticos y promoverán su desarrollo. de productos farmacéuticos genéticos. El rápido desarrollo de la industria. Debido al desarrollo de la tecnología de clonación de genes, la tecnología de ingeniería genética ha desempeñado un papel importante en la producción industrial, especialmente en la producción farmacéutica. En el pasado, la gente utilizaba los propios microorganismos para producir productos útiles, como el uso de Penicillium para producir penicilina y Streptomyces para producir estreptomicina. Pero aislar y purificar estos fármacos a partir de estos organismos no sólo es caro, sino también técnicamente difícil. Hoy en día, al clonar los genes que codifican estos fármacos y transferirlos a organismos adecuados para una expresión eficaz, se puede extraer fácilmente una gran cantidad de fármacos útiles.
2 El proceso general de desarrollo de fármacos con tecnología de ingeniería genética
El uso de tecnología de ingeniería genética para desarrollar un fármaco generalmente pasa por los siguientes pasos: ① Obtención del fragmento del gen diana: puede ser sintetizado mediante síntesis química Los métodos se utilizan para sintetizar fragmentos de ADN con secuencias de nucleótidos conocidas; también se pueden extraer y aislar de células de tejidos biológicos. Para organismos eucariotas, es necesario establecer una biblioteca de ADNc. ② Amplifique el fragmento del gen objetivo obtenido y conéctelo a un vector apropiado, y luego introdúzcalo en un sistema de expresión apropiado. ③ En condiciones de cultivo adecuadas, el gen diana puede expresar el fármaco diana en grandes cantidades en el sistema de expresión. ④ Extraer, separar y purificar el fármaco objetivo y luego realizar la preparación correspondiente.
La mayoría de los métodos anteriores utilizan microorganismos o células de tejido como sistemas de expresión. La producción de fármacos se produce mediante fermentación microbiana o cultivo de células tisulares. En los últimos años, las "fábricas biofarmacéuticas" que utilizan animales genéticamente modificados para producir medicamentos se han convertido en el campo más activo de investigación con animales genéticamente modificados y la industria más atractiva en productos farmacéuticos de ingeniería genética. Los productos farmacéuticos animales genéticamente modificados tienen las ventajas de un bajo costo de producción, un ciclo de inversión corto, un alto nivel de expresión, completamente consistente con los productos naturales y fácil de separar y purificar. Es especialmente adecuado para algunos factores sanguíneos con grandes dosis y estructura compleja, como. hemoglobina humana (Hb), albúmina sanguínea humana (HSA), proteína C (Proteína C), etc. La Edinburgh Pharmaceutical Company del Reino Unido utiliza ovejas genéticamente modificadas para producir α1-antitripsina (α1-AAT) para el tratamiento del enfisema. Cada litro de leche de cabra produce 16 g de AAT, lo que se estima que representa el 30% del contenido de proteína de la leche. que cada oveja lactante puede producir 70 g de AAT. Además, los productos farmacéuticos vegetales modificados genéticamente son más seguros que los productos farmacéuticos animales modificados genéticamente, que tienen el potencial de contaminar patógenos humanos.
En la actualidad, se han desarrollado muchos fármacos vegetales modificados genéticamente, como la encefalina, el interferón alfa y la proteína sérica humana, así como los dos fármacos más caros, la glucocerebrosidasa y el factor de colonias de granulocitos y macrófagos.
3 Medicamentos modificados genéticamente
Los medicamentos modificados genéticamente se han desarrollado rápidamente desde finales de los años 1970. En 1978, las hormonas cerebrales humanas y la insulina humana expresadas por genes sintetizados artificialmente se produjeron por primera vez a través de Escherichia coli. En 1980, la Corte Suprema Federal de Estados Unidos dictaminó que la ingeniería genética microbiana puede patentarse. En 1982, se lanzó el primer fármaco producido por bacterias genéticamente modificadas: la insulina. Desde que se aprobó su uso en Estados Unidos y el Reino Unido, varios fármacos de ingeniería genética han proliferado y se han desarrollado vigorosamente. La investigación, el desarrollo y la industrialización de la tecnología médica de mi país también han logrado grandes avances.
(1) Antibióticos La producción tradicional de antibióticos se obtiene principalmente mediante síntesis química o fermentación microbiana. El nivel de expresión de cepas bacterianas durante el proceso de producción es relativamente bajo, el costo de producción es relativamente alto y es fácil de obtener. Uso durante el uso. Generar bacterias resistentes a los medicamentos. La tecnología de ingeniería genética se puede utilizar para modificar genéticamente las cepas de producción para obtener cepas con altos niveles de expresión y un fuerte propósito del producto, como Escherichia coli que produce penicilina ftalidasa. Un equipo de investigación científica alemán estudió el material 6APA para la producción de penicilina semisintética. Ingeniería genética para mejorar la actividad de la penicilina amidasa de Escherichia coli. La actividad enzimática de la cepa formada mediante la clonación del plásmido del gen PBR322 de E. coli es 50 veces mayor que la de la cepa original. Mejorando así la capacidad de producción de 6APA. Wang Yiguang de nuestro país utilizó tecnología de recombinación de genes para transformar las bacterias productoras de espiramicina, mejorar la expresión del gen propioniltransferasa en las bacterias productoras de espiramicina y aumentar la producción de propionilspiramicina.
(2) Los péptidos activos existen en el cuerpo humano como una serie de péptidos activos con bajo contenido pero alta actividad fisiológica, y desempeñan un papel regulador importante en el proceso del metabolismo humano, como pueden ser las hormonas. utilizarse clínicamente como fármacos para tratar las enfermedades correspondientes causadas por el desequilibrio de dichas sustancias. Los preparados de estos medicamentos se obtienen en su mayoría de órganos de diversos animales. Los métodos de producción son complejos y costosos. Algunos productos deben extraerse de cadáveres de animales, lo que hace imposible la producción industrial a gran escala. Tiene tecnología recombinante que se puede producir a partir de microorganismos. Este es uno de los mayores logros de la tecnología de ingeniería genética. Los siguientes son dos fármacos típicos de este tipo.
Insulina: En 1978, la empresa Genentech, Goeddel y otros estudiosos aplicaron la tecnología de recombinación genética para desarrollar la producción de insulina humana utilizando Escherichia coli. Con el desarrollo continuo de la tecnología de ingeniería genética, el proceso y la tecnología de producción de insulina también se han mejorado continuamente y han reemplazado por completo los productos extraídos de órganos animales en la práctica clínica. En la actualidad, las ovejas transgénicas en Xinjiang, mi país, han podido expresar con éxito la proinsulina humana, desarrollando una nueva forma de producir insulina.
Hormona del crecimiento: La hormona del crecimiento humano se utiliza clínicamente para tratar el enanismo y la distrofia muscular. El método de fabricación tradicional consiste en extraer y refinar la glándula pituitaria humana. La fuente de materias primas es difícil y la producción es muy limitada. Sólo 1 de cada 10 pacientes con enanismo en el mundo puede recibir tratamiento porque la hormona del crecimiento es extremadamente cara, alcanzando los 5.000 dólares el gramo. En 1979, Goeddel y otros académicos de Genentech Company desarrollaron por primera vez el uso de E. coli para producir la hormona del crecimiento humano utilizando tecnología de recombinación genética. En los últimos años, también se ha desarrollado levadura para producir auxina, y su producción puede alcanzar 1,4×106~4,7×106 moléculas/célula. En la actualidad, la hormona del crecimiento humano genéticamente modificada de mi país se ha desarrollado con éxito, comercializado y utilizado clínicamente.
Además de los fármacos mencionados anteriormente, los fármacos producidos mediante tecnología de ingeniería genética incluyen el factor de crecimiento nervioso (PDGH), el factor de crecimiento de fibroblastos basales humanos, la gonadotropina coriónica, etc.
(3) Factores reguladores inmunológicos celulares La tecnología de ingeniería genética se ha utilizado en muchos productos para factores reguladores inmunológicos celulares, que se utilizan ampliamente en la regulación inmunológica y antitumoral clínica.
En los últimos años, debido al avance de las tecnologías de recombinación de genes y fusión celular, así como a la mejora de la tecnología de cromatografía líquida de alta presión, los equipos de separación de secuencias de aminoácidos y la tecnología de análisis y purificación de proteínas, la investigación y el desarrollo de algunas sustancias que Los medicamentos que regulan la actividad inmune celular se han vuelto cada vez más importantes, como el interferón (INF), la interleucina (IL), el factor estimulante de colonias (CSF) y el factor de necrosis tumoral (TNF).
El interferón es uno de los productos con mayor investigación, tecnología relativamente madura y industrialización más temprana. Los interferones de primera generación se extraen de la sangre. Según un informe de K Canted de Finlandia, después de procesar 23.000 litros de sangre, se obtuvieron menos de 100 mg de interferón con una pureza inferior a 1. Entonces el rendimiento es muy bajo. Y como no se puede garantizar la calidad de la fuente de sangre, puede provocar la propagación de enfermedades infecciosas transmitidas por la sangre. El interferón de segunda generación se produce mediante tecnología de ingeniería genética. Su nivel de producción puede alcanzar 250.000 moléculas/célula y puede contener 250 millones de unidades por litro. El costo se ha reducido significativamente. La pureza del producto es muy alta y el contenido puede alcanzar más. del 90%. Actualmente se comercializan tres tipos de interferones genéticamente modificados: α, β y γ, y la tecnología de producción también mejora constantemente. Los científicos rusos construyeron un sistema de expresión utilizando Pseudomonas como vector para producir interferones genéticamente modificados. En comparación con el sistema de expresión tradicional de E. coli, el ciclo de cultivo es corto y las células son fáciles de romper y extraer. Con el desarrollo continuo de la tecnología de recombinación de genes, algunos investigadores han modificado genes de interferón y construido genes de interferón y vectores de expresión específicos. Xia Xiaobing et al. utilizaron endonucleasas de restricción para cortar el gen diana del anticuerpo monocatenario humano y del plásmido de interferón α humano que contenía el antígeno antihepatitis B S (HbSAg), respectivamente, y lo conectaron al plásmido pET22b para construir un monocatenario. objetivo del anticuerpo. El vector de expresión de interferón se expresó con éxito en E. coli.
(4) Vacunas Las vacunas tradicionales son sustancias atenuadas o inactivadas de microorganismos patógenos. Sin embargo, estas vacunas no son ideales. Pueden sufrir mutaciones inversas y restaurar la virulencia o pueden causar epidemias debido a una inactivación inadecuada. . Las nuevas vacunas producidas utilizando tecnología de ingeniería genética pueden superar las deficiencias de las vacunas tradicionales, como su alto precio y su deficiente seguridad, y pueden proporcionar tratamientos eficaces para ciertas enfermedades especiales, como el SIDA, para las que actualmente no existen vacunas eficaces.
La primera vacuna genéticamente modificada comercializada fue una vacuna contra el virus de la hepatitis B humana (VHB). Aproximadamente el 10% de la población de mi país está afectada por el VHB. La infección por VHB suele estar estrechamente relacionada con un tipo especial de cáncer de hígado (CHC). Cada año, alrededor de 300.000 pacientes mueren a causa del CHC en todo el mundo. El VHB tiene un alto grado de especificidad de huésped y sólo puede infectar a humanos y chimpancés, lo que significa que sólo se puede obtener una cantidad limitada del virus de pacientes con hepatitis para su uso en vacunas, y las vacunas preparadas a partir de la sangre de los pacientes también pueden infectar. SIDA. La vacuna anti-VHB producida mediante tecnología de ingeniería genética supera las deficiencias de las vacunas tradicionales, con alta calidad y seguridad, y una dosis muy pequeña. La dosis general es inferior a 10 mg y se inocula tres veces, es decir, una milésima parte. la dosis de los medicamentos comunes. En 1982, P Valenzuela y otros clonaron un fragmento del gen S (gen del antígeno de superficie del VHB) en un vector. Como resultado, se sintetizaron partículas del antígeno de superficie del VHB (HbsAg) en levadura, con un rendimiento de 25 μg/L. sistema de expresión Ahora es posible producir en masa vacunas recombinantes contra la hepatitis para uso humano.
Hace unos 20 años, se descubrió que el ADN "desnudo" inyectado en el cuerpo podía inducir una respuesta inmune. Los científicos llevaron a cabo muchas investigaciones y desarrollaron un nuevo tipo de vacuna de ácido nucleico. La llamada vacuna de ácido nucleico se refiere a la transferencia directa del gen extraño (ADN o ARN) que codifica una determinada proteína antigénica al cuerpo del animal, sintetizando la proteína antigénica a través del sistema de expresión del huésped e induciendo al huésped a producir una respuesta inmune a la proteína antigénica para lograr la prevención y el tratamiento de la enfermedad. Se han desarrollado una variedad de vacunas de ácido nucleico, como la vacuna de ácido nucleico contra la influenza, la vacuna contra el SIDA, la vacuna contra la rabia, la vacuna contra la tuberculosis, la vacuna contra la hepatitis B y la vacuna contra la hepatitis E.
(5) Productos de terapia génica La terapia génica comenzó a probarse en 1990. En 1993, la FDA estadounidense definió la terapia génica humana como: "Tratamiento médico basado en cambios en el material genético de las células activas. Este cambio Puede realizarse in vitro y luego aplicarse a humanos, o directamente en humanos". Por lo tanto, existen dos métodos de terapia génica, a saber, el método ex vivo y el método in vivo. El método indirecto in vivo implica principalmente la transferencia de genes in vitro, la detección de células que pueden expresar genes extraños y luego transferirlas al cuerpo. El método in vivo consiste en cambiar y reparar directamente el material genético en el cuerpo; Con el desarrollo de la biología molecular y la tecnología de recombinación de genes, los métodos para obtener genes diana han madurado. Sin embargo, es necesario estudiar más a fondo el sistema de transferencia del gen diana, la regulación de la expresión del gen diana y la eficacia y seguridad. y confirmado. En la actualidad, existen dos tipos principales de sistemas de transferencia de genes: uno son los sistemas de transferencia de genes mediados por virus, que incluyen principalmente portadores de retrovirus (Rt), adenovirus (Ad), virus del herpes (HSV) y virus asociados a adenovirus (AAV), etc. Nnldini et al. desarrollaron un vector Rt recombinante basado en VIH que no requiere células auxiliares y puede infectar ampliamente una variedad de células que no se dividen manteniendo la capacidad de integrarse en el cromosoma del huésped. El vector utilizado en la primera terapia génica del mundo fue el vector Rt, que se utilizó para tratar el trastorno de inmunodeficiencia combinada grave (ADA-SCID) causado por la deficiencia de adenilato descarboxilasa. El otro tipo son los sistemas de transferencia de genes no mediados por virus, incluidos liposomas, vectores de acoplamiento molecular, pistolas de genes y ADN desnudo.
Además, la tecnología de nucleótidos antisentido también se utiliza en terapia génica, especialmente en la terapia génica contra el virus de la hepatitis B, incluyendo ADN antisentido, ARN antisentido y ARN ribozima. En 2001, Robaczewska et al. administraron ADN antisentido por vía intravenosa por primera vez para inhibir selectivamente la replicación y expresión del VHB del pato Pekín en hígado de pato, demostrando la eficacia del ADN antisentido en experimentos con animales. La empresa estadounidense Viagene ha desarrollado un fármaco llamado "preparación inmune contra el VIH". El fármaco es un producto combinado de un retrovirus murino con una secuencia genética que codifica la proteína central y el ARN del antígeno de superficie del VIH. para inducir células asesinas fuertes específicas del VIH.
4 Conclusión
La tecnología de ingeniería genética ha provocado un cambio fundamental en el desarrollo de fármacos. El método tradicional de desarrollo de fármacos consiste en examinar aleatoriamente una gran cantidad de sustancias sintetizadas químicamente y metabolitos microbianos para obtener los ingredientes activos como nuevos fármacos. El uso de la tecnología de ingeniería genética para desarrollar nuevos medicamentos consiste en estudiar el mecanismo patogénico para encontrar aquellos ingredientes activos y sus genes codificantes que puedan usarse con fines terapéuticos. Después de la recombinación genética, se transfieren a vectores apropiados y una gran cantidad de su activo. Los ingredientes se expresan como fármacos terapéuticos. Al mismo tiempo, la tecnología de ingeniería genética ha traído cambios revolucionarios a la tecnología de producción de medicamentos. Algunos productos que antes eran difíciles de producir, como hormonas, enzimas, anticuerpos y otras sustancias biológicamente activas, pueden producirse con alta calidad y alto rendimiento mediante métodos de ingeniería genética. Al mismo tiempo, el costo de producción también ha aumentado considerablemente. reducido, mejorando el nivel de medicación y la calidad de vida del paciente.
La tecnología de la ingeniería genética ha proporcionado nuevos medios eficaces en el diagnóstico, tratamiento y prevención de algunas enfermedades que la medicina tradicional no puede tratar eficazmente, como el cáncer, el SIDA, las enfermedades genéticas, etc., y ha hecho que algunos grandes avances. Si se descubren oncogenes, será posible el diagnóstico precoz del cáncer y el desarrollo de fármacos terapéuticos. Con el desarrollo de la biología molecular y la tecnología de recombinación genética, creemos que estas enfermedades que ponen en grave peligro la vida humana se podrán prevenir y tratar eficazmente en un futuro próximo.