Muestra de ensayo biomédico
Tesis biomédica - Aplicación de la biología sintética en la medicina
Resumen de tesis biomédica
Resumen: La biología sintética se guía por la teoría de la ingeniería de planificación y modificación de sistemas biológicos naturales. desde cero. y planea crear simultáneamente nuevos componentes, modelos y sistemas biológicos. La biología sintética es una nueva disciplina formada hasta cierto punto por el desarrollo de disciplinas naturales y ha logrado logros notables en la medicina. Este artículo describe exhaustivamente el progreso de la investigación sobre el precursor de la droga contra la malaria, la artemisinina, el precursor de la droga contra el cáncer, el taxadieno, y los métodos para producir alcoholes grasos, ácidos y alcoholes superiores en células del proyecto utilizando la disciplina de la biología sintética. Además, algunas medidas clave relacionadas con la biología sintética han acelerado enormemente la recombinación y evolución de las células diseñadas, proporcionando cosas convenientes y aplicables para nuevas células de servicios públicos utilizadas en el campo de la fabricación de la construcción.
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Palabras clave: biología sintética; módulo genético; medicina
Introducción
En los últimos años, la biología sintética se ha acelerado. Se ha mejorado enormemente y se ha creado gradualmente una naturaleza de exploración y un alcance de aplicación distintivos. Las claves para su exploración e implementación incluyen: (1) Planificación y construcción de nuevos elementos, componentes y sistemas biológicos. (2) Replanificar los sistemas biológicos naturales existentes. En 2009, bajo el liderazgo del Departamento de Medicina de Estados Unidos, se creó un equipo IDR compuesto por 12 licenciados de diversos ámbitos de la vida para estudiar la dirección de la biología sintética y la situación interdisciplinaria. Se cree que la asignatura de biología sintética es una asignatura interdisciplinaria que integra informática, física, ingeniería y biología, mediante reorganización, se puede aplicar al medio ambiente, la medicina, la salud de las personas, los recursos, etc.
La disciplina de la biología sintética se formó, en parte, por los avances en la ciencia de la ingeniería y la biología. La finalización del genoma humano y la identificación de secuencias desconocidas en muchas formas de genomas biológicos, así como un extenso trabajo posgenómico, han elevado la acumulación de datos biológicos a niveles astronómicos. Sin embargo, la minería de datos existente todavía se limita a la exploración en profundidad de las características de la vida, lo que dificulta la exploración y el análisis del funcionamiento interno de la vida. En este entorno se formó la disciplina de la biología sintética. Después de construir el comportamiento de vida desde abajo hacia arriba, explica la vida desde su perspectiva única, proporcionando una base para una planificación e innovación razonables de la vida. En los últimos años se han establecido en todo el mundo unidades desconocidas de secuenciación y síntesis para la determinación del genoma, que brindan servicios de alta calidad y bajo costo. La excelente determinación genómica y la síntesis de secuencias desconocidas facilita la planificación de nuevas combinaciones de vida y la simplicidad de construir células funcionales en la disciplina de la biología sintética.
De manera crucial, las enormes demandas de salud, recursos y condiciones de la humanidad también han impulsado el rápido progreso de la biología sintética. Los modelos genéticos de utilidad surgen cuando los componentes genéticos se reorganizan e integran orgánicamente de acuerdo con las necesidades del proyecto. Además, la red biológica existente se utiliza para introducir nuevos modelos de genes de utilidad para ilustrar que las cosas que las células naturales no pueden sintetizar han logrado grandes avances en la parte de síntesis. Analicemos ahora los temas de biología sintética utilizados en el campo médico
1 Biosíntesis de artemisinona
Jay. La exploración de Koslin sobre la producción del precursor antipalúdico artemisinina en las células del proyecto es verdaderamente clásica. Después de generar nuevos datos genéticos importantes sobre el modo de síntesis del artesunato, el equipo de Kosslyn investigó con éxito un método alternativo para producir artesunato en E. coli en 2003. Este método de síntesis se presenta en dos formas. El primero se basa en acetil coenzima A y genera IPP a partir de ácido metilúrico. Esto elimina el método original de pirofosfato de isopreno para fabricar G3P y acetoformiato de E. coli, y permite que el metabolismo celular forme moléculas de pirofosfato de isopreno de una nueva manera, proporcionando suficientes moléculas de sustrato para los métodos de fabricación posteriores. En la segunda forma, a partir del pirofosfato de isopreno C5, la cadena de isopreno se alarga para formar FPP C15 y, finalmente, se genera artesunato bajo la acción de la enzima ADS, alcanzando la mayor cantidad de producción 122 mg/l. Tanto el modelo ascendente como el modelo descendente se derivan del modelo metabólico de los eucariotas.
La codificación se mejoró y se transformó en E. coli procariótica y se produjeron con éxito los elementos necesarios, lo que abrió una nueva forma de crear organismos.
En 2006, el equipo de Keasling utilizó levadura como huésped para regular hacia arriba o hacia abajo genes clave en la vía endógena de acetil-CoA a FPP e introdujo módulos exógenos genéticamente optimizados para aumentar con éxito la producción de artemisinina. aumentar. Hay dos formas de regular positivamente los genes endógenos. Una es aumentar el número de copias de genes, como los genes de la enzima tHMGR, y la otra es regular positivamente la expresión genética a través de factores de transcripción, como los genes de la serie ERG. La regulación negativa de genes endógenos es el método de eliminación de genes. A través de una serie de ajustes de los genes implicados en la vía de síntesis, el rendimiento alcanzó los 153 mg. L-1, que es 500 veces el rendimiento de moléculas de dieno reportado en el pasado.
Sobre esta base, el equipo de investigación diseñó un andamio de proteínas sintéticas para optimizar el módulo aguas arriba en E. coli: la ruta de síntesis de acetil-CoA a mevalonato. Las tres enzimas reactivas AtoB, HMGS y tHMGR se combinan en diferentes proporciones moleculares a través de estructuras proteicas para resolver el problema de la eficiencia de síntesis reducida y los efectos secundarios tóxicos en el huésped causados por la acumulación de metabolitos intermedios. El mecanismo específico consiste en introducir la interacción ligando-receptor en células animales superiores en E. coli, y fusionar y expresar la secuencia genética de la molécula del ligando con el gen de la enzima de reacción en el módulo, de modo que las moléculas del receptor estén conectadas en una cadena. con diferente número de moléculas forman un andamio flexible. Dado que las moléculas receptoras en la estructura están conectadas por polipéptidos de cierta longitud, se evita el impedimento estérico causado por la unión de múltiples receptores de ligandos. Después de repetidos experimentos y depuraciones, el equipo de investigación descubrió que la combinación de tres moléculas de enzima en una proporción de 1:2:2 tiene el efecto más fuerte, con una producción que alcanza 77 veces el valor inicial, aproximadamente 5 mmol. I-1 (740 mg? L-1).
Con las últimas etapas de la fermentación industrial, el equipo de investigación también descubrió que las enzimas expresadas por los genes exógenos HMGS y tHMGR de la levadura no eran suficientes para equilibrar la flujo metabólico exógeno, convirtiéndose en reacción cuello de botella. Cuando reemplazaron el gen de la enzima relevante en Staphylococcus aureus, la producción de artesunato se duplicó inmediatamente. Al combinarlo con la optimización del proceso de fermentación industrial, el rendimiento final de artemisinina como producto industrial llega a 27,4 g. L-1. La biología sintética se ha aplicado con éxito a la síntesis de fármacos importantes y ha recibido una amplia atención.
Biosíntesis de taxadieno
La organización de investigación científica de Gregory Stephanopoulos completó con éxito la síntesis del taxadieno, precursor de un medicamento contra el cáncer, en E. coli en 2010. Este es el resultado de la exploración a largo plazo de nuestro grupo de investigación sobre los métodos de metabolismo de los terpenoides y la regulación fina de las células de E. coli. La organización científica posiciona el modo de síntesis interna del peroxidicarbonato de diisopropilo como el modo ascendente y el modo de síntesis posterior del taxadieno como el modo descendente. La operación clave de la agregación es cómo ajustar los patrones ascendentes y descendentes. Porque si solo se preocupa por el flujo ascendente, definitivamente conducirá al consumo de metabolitos intermedios y formará una barrera intermedia, pero si hay demasiado flujo descendente, se desperdiciará una gran cantidad de moléculas de enzima y la carga de expresión celular será; aumentó.
El equipo de investigación ajustó la proporción de flujos ascendentes y descendentes cambiando el número de copias del plásmido y la fuerza del promotor. Al integrar la literatura existente y nuestro propio trabajo de prueba, el equipo de investigación determinó que el número de copias de los tres plásmidos pSCl01, p15A y pBR322 son 510 y 20 respectivamente, y el número de copias del gen integrado en el genoma es equivalente a 1. Las fuerzas relativas de los tres promotores Trc, T5 y T7 son 1, 2 y 5 respectivamente. Combinando estos plásmidos y promotores, se variaron las relaciones de flujo de los módulos ascendentes y descendentes, y luego se examinaron los rendimientos del producto en células con diferentes relaciones de flujo. En este proceso, si los genes en el módulo son monocistrans o policistrans también afecta los cambios en el rendimiento, es decir, si se expresan múltiples genes detrás de un promotor o detrás de sus propios promotores. Después de una serie de ajustes y combinaciones, la cepa con las mejores propiedades tiene un rendimiento del producto objetivo tan alto como (1020; plusmn80) mg? L-1, logra una utilización eficiente y coordinación del flujo metabólico de carbono. Al mismo tiempo, se utilizaron métodos de ingeniería de proteínas para transformar la citocromo P450 oxidorreductasa, y por primera vez se expresó con éxito en bacterias genéticamente modificadas.
3 Perspectivas
La disciplina de la biología sintética se guía por los principios de la ciencia de la ingeniería, planificando y rectificando sistemas biológicos naturales y existentes desde cero, y haciendo todos los esfuerzos posibles para planificar y sintetizar nuevos componentes, modelos y sistemas biológicos. Especialmente en la parte de aplicación, el sistema biológico artificial construido por la disciplina de la biología sintética puede tener un gran margen de mejora en la producción de especies biológicas clave y el cuidado del cuerpo humano. Los resultados de exploración actuales de la biología sintética se utilizan principalmente en medicina y definitivamente habrá logros llamativos en otras industrias en el futuro. En definitiva, la biología sintética tiene premisas de aplicación universal y fuertes medidas de apoyo.
Investigación sobre el desarrollo de la industria biomédica de China
Resúmenes de artículos biomédicos
La industria biomédica está formada por la industria biotecnológica y la industria farmacéutica. Este artículo analiza el estado de desarrollo de la industria biomédica en el país y en el extranjero, analiza los problemas existentes en el desarrollo de la industria biomédica, se centra en examinar los fundamentos y las deficiencias del desarrollo de la industria biomédica y busca contramedidas para realizar los "cuatro modernizaciones" en el proceso de desarrollo de la industria biomédica, para promover el desarrollo rápido y estable de la industria biofarmacéutica.
Lista de tesis biomédicas
Palabras clave estrategias de desarrollo biomédico
1. Estado actual del desarrollo de la industria biomédica nacional
Desde 65438 hasta 0986, China implementó oficialmente el "Plan 863" y la biotecnología fue catalogada como el primero de siete campos de alta tecnología, incluida la tecnología aeroespacial y de la información. El gobierno proporciona cierto trato preferencial y apoyo en el proceso de investigación y desarrollo de la biotecnología y el desarrollo de la industrialización; las principales empresas nacionales han invertido una gran cantidad de dinero en la industria de la biotecnología y el sector financiero de China también participa activamente en el desarrollo de la industria de la biotecnología. Muchas empresas poderosas utilizan la financiación del mercado financiero para desarrollar la biotecnología y dedicarse a la investigación y la industrialización de la biotecnología. Actualmente, el mundo se encuentra en la etapa inicial de industrialización a gran escala de la tecnología biomédica. Se espera que después de 2020 entre en un período de rápido desarrollo y se convierta gradualmente en una de las industrias líderes de la economía mundial.
1. Apoyo a la política industrial, otorgando gran importancia al desarrollo de la industria biomédica.
El gobierno chino considera la industria biofarmacéutica como una industria estratégica con desarrollo prioritario en el siglo XXI y aumenta el apoyo político y la inversión de capital en la industria biofarmacéutica. El "Décimo Plan Quinquenal" establece claramente que el foco del desarrollo farmacéutico durante el período del "Décimo Plan Quinquenal" está en los productos biofarmacéuticos y la modernización de la medicina tradicional china. El Estado ha formulado una serie de políticas de apoyo para la I+D, la producción y las ventas de productos biofarmacéuticos, incluida la implementación de varias políticas fiscales preferenciales para las empresas biofarmacéuticas, la ampliación de los períodos de protección de los productos y la prestación de apoyo financiero a la I+D. Al mismo tiempo, para fortalecer la gestión de la industria, el estado adopta estrictos procedimientos de aprobación para el desarrollo y producción de productos biomédicos y, en respuesta a la grave duplicación de la construcción, se toman medidas para limitar el número de proyectos de aprobación para algunos productos biomédicos. para garantizar la exclusividad en el mercado y la exclusividad en el mercado de nuevos medicamentos. Los retornos de ganancias razonables alientan el desarrollo de nuevos medicamentos. En 2007, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma anunció el "Undécimo Plan Quinquenal para el Desarrollo de la Bioindustria" y formuló políticas y medidas relevantes en términos de liderazgo organizacional, sistema de innovación de tecnología industrial, equipo de talentos, inversión, políticas fiscales preferenciales, entorno de mercado, etc. para garantizar que la bioindustria El rápido desarrollo es de gran importancia para el desarrollo de la industria biomédica.
2. El proceso de industrialización de la biomedicina se ha acelerado significativamente y la escala de inversión y el tamaño del mercado se han expandido rápidamente.
Desde mediados de la década de 1980, con el fuerte apoyo de las políticas gubernamentales nacionales y locales, la industria biofarmacéutica ha florecido en China. Según información pertinente de la Comisión Estatal de Economía y Comercio, antes de 1998, la inversión total de mi país en el desarrollo de tecnología biomédica era de aproximadamente 4 mil millones de yuanes. Desde 1999, el país ha aumentado significativamente su inversión en biomedicina, alcanzando un promedio de alrededor de 2 mil millones de yuanes por año. Bajo la influencia de políticas preferenciales relacionadas con la industria biofarmacéutica, algunas empresas biofarmacéuticas nacionales han obtenido una gran cantidad de fondos a través de sus propios fondos y préstamos bancarios para la investigación y el desarrollo de nuevos productos. En la actualidad, hay más de 600 empresas, universidades e institutos de investigación científica dedicados a la investigación y el desarrollo de la industria biotecnológica y productos relacionados en mi país, incluidas más de 200 empresas biofarmacéuticas registradas y más de 60 con capacidad de producción (48 de las cuales tienen obtenido ensayos de medicamentos de ingeniería genética o aprobación de producción).
3. Inicialmente se ha formado el grupo de la industria farmacéutica representado por Zhangjiang en Shanghai y Zhongguancun en Beijing.
Impulsados por el rápido desarrollo de la industria biotecnológica, después de años de desarrollo y competencia en el mercado, así como de la orientación oportuna del gobierno, los grupos de la industria biofarmacéutica se han ido formando gradualmente en áreas donde la biotecnología, el talento y el capital son intensivos. en mi país, lo que ha resultado en la formación de una cadena industrial y un grupo industrial biofarmacéutico relativamente completo. Por ejemplo, el Clúster Industrial del Valle Farmacéutico de Zhangjiang está compuesto por más de 40 empresas farmacéuticas nacionales y extranjeras de primera clase, como Roche, GlaxoSmithKline y Pioneer Pharmaceuticals. Se centra en la investigación genética, la detección de compuestos y la investigación y el desarrollo de nuevos fármacos en Beijing; El Parque de Ciencias de la Vida de Zhongguancun cuenta con nuevas empresas farmacéuticas alemanas y 863 proyectos nacionales de biotecnología. El Parque de Ciencias de la Vida de Shenzhen se centra en productos biofarmacéuticos, especialmente productos farmacéuticos de ingeniería genética. Estos clusters industriales han reunido un gran número de instituciones incluyendo empresas biológicas, investigación, centros de transferencia de tecnología, bancos, inversiones, servicios, etc., y han formado inicialmente un cluster industrial (fábrica farmacéutica) con I+D, incubación e innovación, educación y formación. , servicios profesionales, el buen entorno de innovación y emprendimiento compuesto por los seis módulos de capital de riesgo ha hecho contribuciones importantes a la expansión de la escala de la industria biofarmacéutica y la mejora de la competitividad industrial.
2. Problemas en la industria biofarmacéutica nacional
1. El modelo de inversión no favorece el desarrollo de la industria biofarmacéutica.
Los enormes beneficios económicos de la industria farmacéutica internacional provienen de la innovación. La industria biofarmacéutica moderna de los países desarrollados tiene sus propias instituciones de investigación sólidas, y su inversión anual suele representar entre el 10% y el 20% de las ventas totales, mientras que la inversión en I+D biofarmacéutica en los Estados Unidos representa entre el 60% y el 70% de la inversión total. Cada gran compañía farmacéutica tiene su propio "producto de éxito", con ventas anuales de un solo producto que oscilan entre mil millones y varios miles de millones de yuanes. La empresa posee los derechos de propiedad intelectual de estos productos y el estado proporciona protección de patentes. La producción y la ocupación pueden monopolizar el mercado durante 10 años o más. Un producto puede generar enormes ganancias y luego invertir enormes cantidades de dinero de las ganancias para desarrollar nuevos medicamentos innovadores con derechos de propiedad intelectual, formando un círculo virtuoso una y otra vez.
Desde la perspectiva del modelo de desarrollo de productos biofarmacéuticos en los Estados Unidos, la clave para el desarrollo saludable de la industria biofarmacéutica es el desarrollo tecnológico y la innovación por parte de pequeñas empresas biotecnológicas expertas con fuertes capacidades técnicas. la industria de la biotecnología a través de alianzas estratégicas, una combinación orgánica de capital de riesgo que proporciona apoyo financiero para el desarrollo de la biotecnología. A juzgar por el modelo actual de la industria biofarmacéutica de mi país, la producción se logra principalmente mediante la compra de tecnología, el mecanismo de capital de riesgo es insuficiente, hay muy poco capital y la innovación tecnológica es débil. Por tanto, es difícil para la industria biotecnológica crear un clima.
Las empresas farmacéuticas de mi país son pequeñas y están dispersas, y la mayoría de ellas no tienen la capacidad de desarrollar tecnología e innovar. Los productos producidos son básicamente productos de imitación y el fenómeno de la inversión repetida en desarrollo también es muy grave. La competencia despiadada conducirá inevitablemente a una baja eficiencia. Las importaciones farmacéuticas de China aumentan año tras año, y las ventas de productos de empresas con financiación extranjera también aumentan año tras año. Un informe de investigación extranjero señaló: "Si el gobierno no interviene, el mercado farmacéutico chino estará completamente controlado por compañías farmacéuticas internacionales dentro de cinco años".
2. La construcción es seria y la competencia en el mercado es feroz.
Las amplias perspectivas y enormes ganancias de los productos biotecnológicos han atraído a muchas empresas nacionales a unirse al desarrollo, pero la mayoría de ellas son imitaciones del extranjero, con pocas variedades, muchos fabricantes e inversiones repetidas en la construcción a nivel nacional. mismo nivel. Por ejemplo, el desarrollo de rhug hay 18 empresas en mdashCSF. Según las estadísticas, sólo entre 1996 y 1998 los fabricantes han obtenido números de aprobación de nuevos medicamentos por parte del Ministerio de Salud, 10 para la interleucina-2 (L-2) humana recombinante y más de 10 para la eritropoyetina humana recombinante (EPO). Esto conducirá inevitablemente al desperdicio de recursos, la contención de los precios y el caos en el mercado. Además, debido a la falta de investigación y análisis del mercado de productos, algunas empresas han acumulado una gran cantidad de productos, lo que ha resultado en bajas tasas de utilización de juegos completos de equipos de línea de ensamblaje con altos precios de inversión, y algunas tasas de utilización anual son inferiores a un mes. . La guerra de precios, a su vez, provoca una disminución de la calidad de los productos y productos falsificados y de mala calidad inundan el mercado. Los consumidores tienen poca confianza en los productos biotecnológicos nacionales y están más inclinados a utilizar productos importados caros.
3. La desconexión entre la investigación científica y la industria sigue siendo grave.
En China, el propósito de las instituciones de investigación científica es seguir el desarrollo de la ciencia y la tecnología avanzadas internacionales. La dirección de la investigación está demasiado concentrada en el desarrollo tecnológico inicial de unas pocas variedades populares, y hay muy pocas. Proyectos que se pueden industrializar.
En el extranjero, una vez completados los resultados de la investigación científica, se incuban en el centro de investigación y desarrollo de la empresa, forman un proceso técnico y luego se producen en masa. Esto está seriamente fuera de alcance en China. La falta de empresarios con mentalidad científica y de empresas con capacidad de desarrollo tecnológico para transformar los resultados de la investigación en producción ha obstaculizado en gran medida el desarrollo de la industrialización.
4. Baja capacidad de desarrollo de mercado.
Debido a la tecnología de producción y los métodos de gestión atrasados, el mercado interno enfrentará el impacto de los medicamentos importados. Las manifestaciones específicas son: primero, hay esfuerzos insuficientes para desarrollar los mercados extranjeros y muchas empresas tienen un posicionamiento de mercado inexacto; segundo, hay inversión insuficiente en los mercados en desarrollo; tercero, aunque el personal médico ha reconocido los buenos efectos clínicos de los medicamentos biológicos; y los pacientes, sus precios son relativamente más altos, la capacidad de consumo es insuficiente. Por lo tanto, nuestro país necesita aumentar aún más la inversión en la industria biofarmacéutica y profundizar la reforma del mecanismo para la industrialización de los resultados de la investigación científica. En este proceso, los mercados de capitales y las empresas de capital riesgo deberían desempeñar un papel activo.
3. Contramedidas y sugerencias para acelerar el desarrollo de la industria biofarmacéutica de mi país.
La investigación y el desarrollo de medicamentos biotecnológicos en mi país comenzaron relativamente tarde, y no fue hasta principios de la década de 1970. que la tecnología del ADN recombinante comenzó a aplicarse en medicina. Sin embargo, el país concede gran importancia al desarrollo de la industria biotecnológica, tratándola como una industria estratégica con desarrollo prioritario en el siglo XIX, y ha aumentado el apoyo político y la inversión de capital en la industria biomédica. El "Plan Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico de Mediano y Largo Plazo (2006-2020)" emitido por el Consejo de Estado en 2006 señaló que en los próximos 15 años nuestro país desplegará una serie de tecnologías de punta en el campo de la biotecnología, incluida la tecnología de descubrimiento de objetivos, variedades animales y vegetales, y fármacos, diseño molecular, manipulación genética e ingeniería de proteínas, ingeniería de tejidos humanos basada en células madre y biotecnología industrial de nueva generación. Este despliegue sin duda señala la dirección para el desarrollo de productos biofarmacéuticos en mi país. Un miembro del grupo de expertos que participa en el "Duodécimo Plan Quinquenal" para la industria farmacéutica reveló que en el plan especial que se está formulando, la industria biomédica y la modernización industrial se convertirán en la dirección clave del desarrollo en los próximos tres años. El "Plan Especial" considera el desarrollo y la modernización industrial de la industria biomédica como el foco de la industria farmacéutica durante el "Duodécimo Plan Quinquenal", que requiere el seguimiento de tecnologías biomédicas de vanguardia y ocupa las alturas dominantes de la industria biomédica.
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