生物医学论文范文
生物医学论文-合成生物学在医学中的应用
生物医学论文摘要
摘要:合成生物学是在工程理论的指导下，从零开始对自然生物系统进行规划和改造。并计划同时制造新的生物部件、模型和系统。合成生物学是自然学科发展到一定程度而形成的新学科，在医学上取得了显著的成就。本文综合叙述了抗疟疾药物前体青蒿素、抗癌药物前体紫杉二烯以及利用合成生物学学科在项目细胞中生产脂肪醇、酸和高级醇的方法的研究进展。此外，一些关键的合成生物学相关措施大大加速了工程细胞的重组和进化，为建筑制造领域使用的新型效用细胞提供了方便适用的东西。
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关键词:合成生物学；基因模块；医学
介绍
近年来，合成生物学的发展速度有了很大提高，逐渐创建了特色明显的探索本质和应用范畴。其探索和实施的关键包括:(1)新生物元素、组分和系统的规划和构建。(2)重新规划现有的自然生物系统。2009年，在美国医学系的领导下成立了由12名各行各业的学士组成的IDR团队，研究合成生物学的方向和交叉学科的情况。认为合成生物学学科是集计算机、物理、工程、生物于一体的交叉学科，通过重组可以应用于环境、医学、人民健康、资源等部分。
合成生物学学科是在一定程度上由工程科学和生物学学科的进步而形成的。人类基因组的完成和多种形式的生物基因组确定未知序列，以及大量的后基因组工作，把生物数据的积累提升到了天文水平。然而，现有的数据挖掘仍然局限于对生命特征的深度探索，难以探索和分析生命的内部工作方式。合成生物学这门学科就是在这种环境下形成的。自下而上构建生活行为后，从其独特的角度解释生活，为生活的合理规划和创新提供了基础。近年来，在世界范围内建立了基因组测定的未知序列和合成单位，提供了质优价廉的服务。优秀的未知序列的基因组测定和合成措施促进了合成生物学学科中新生命组合的规划和构建功能细胞的简单性。
至关重要的是，人类对健康、资源和条件的巨大需求也促进了合成生物学的快速进步。效用基因模型是基因成分根据项目需要进行有机重组和整合时出现的。再加上利用现有的生物网络，引入新的效用基因模型，说明天然细胞无法合成的东西，在合成部分有了很大的进步。现在让我们分析一下医学领域中使用的合成生物学科目
1青蒿二烯的生物合成
杰伊。科斯林探索在项目细胞中生产抗疟疾的前体青蒿素，真的很经典。在产生了青蒿琥酯合成模式的重要新基因数据后，kosslyn的团队于2003年成功研究了在大肠杆菌中生产青蒿琥酯的另一种方法。这种合成方法分为两种形式。第一种是以乙酰辅酶a为基础，由甲基尿酸生成IPP。这就摆脱了原来大肠杆菌的G3P和乙酰甲酸制造的异戊二烯焦磷酸法，可以使细胞代谢以新的方式形成异戊二烯焦磷酸分子，为下游制造方法提供足够的底物分子。第二种形式，从C5异戊二烯焦磷酸开始，异戊二烯链伸长形成C15的FPP，最后在ADS酶的作用下生成青蒿琥酯，最高生成量达到122mg/l。上游模式和下游模式都来源于真核生物的代谢模式。在原核大肠杆菌中对编码进行了改进和改造，成功制造出所需物品，开辟了制造生物的新途径。
2006年，Keasling团队以酵母为宿主，上调或下调内源性乙酰辅酶a到FPP途径的关键基因，并引入基因优化的外源模块，成功实现了青蒿素产量的稳定增加。内源性基因上调有两种方式，一种是增加基因的拷贝数，如tHMGR酶基因，另一种是通过转录因子上调基因表达，如ERG系列基因。内源基因下调就是基因敲除的方法。通过对参与合成路径的基因进行一系列微调，产量达到153mg？L-1，是过去报道的二烯分子产量的500倍。
在此基础上，研究团队设计合成蛋白质支架，优化大肠杆菌中的上游模块:乙酰辅酶a到甲羟戊酸的合成路线。AtoB、HMGS和tHMGR三种反应性酶通过蛋白质支架以不同的分子比例结合在一起，解决中间代谢产物积累导致的合成效率降低和对宿主产生毒副作用的问题。具体机理是将高等动物细胞中的配体-受体相互作用引入大肠杆菌，将配体分子的基因序列与模块中的反应酶基因融合表达，使受体分子以不同的分子数连成一串，形成柔性支架。由于支架中的受体分子由一定长度的多肽连接，避免了多个配体受体结合时产生的空间位阻。研究团队经过反复实验和调试，发现三种酶分子以1: 2: 2的比例组合效果最强，产量达到初始值的77倍，约5mmol？I-1(740mg？L-1).
随着工业发酵的后期，研究团队还发现来自酵母的外源基因HMGS和tHMGR表达的酶不足以平衡外源代谢流，成为瓶颈反应。在他们替换了金黄色葡萄球菌的相关酶基因后，青蒿琥酯的产量立即翻了一番。通过与工业发酵工艺的优化相结合，青蒿素作为工业产品的最终产量高达27.4g？L-1 .合成生物学已成功应用于重要药物的合成，受到广泛关注。
紫杉二烯的生物合成
Gregory Stephanopoulos的科研组织于2010年在大肠杆菌中成功完成了抗癌药物前体紫杉二烯的合成。这是本课题组长期探索萜类物质代谢方法和大肠杆菌细胞精细调控的结果。科学组织将过氧化二碳酸二异丙酯的内部合成模式定位为上游模式，紫杉二烯的后续合成模式定位为下游模式。聚合的关键操作是如何微调上下游模式。因为如果只关心上游，肯定会导致中间代谢物的消耗，形成中间屏障；但如果下游通量过多，会浪费大量酶分子，增加细胞表达负荷。
研究团队通过改变质粒的拷贝数和启动子的强度来微调上下游通量的比例。通过整合现有文献和我们自己的检测工作，研究团队确定了pSCl01、p15A和pBR322三个质粒的拷贝数分别为510，20，而整合到基因组中的基因拷贝数相当于1。三个启动子Trc、T5和T7的相对强度分别为1、2和5。通过这些质粒和启动子的组合，改变上游和下游模块的通量比，然后检查不同通量比的细胞中的产物产量。在这个过程中，模块中的基因是单顺反还是多顺反也影响产量的变化，即多个基因是在一个启动子之后表达还是在各自的启动子之后表达。经过一系列的微调和组合，性状最好的菌株的目标产物产量高达(1020 &；plusmn80)mg？L-1，实现了碳代谢流的高效利用和协调。同时，利用蛋白质工程手段转化细胞色素P450氧化还原酶，并首次在工程菌中成功表达。
3展望
合成生物学这门学科以工程科学的原理为指导，从无到有地规划和整顿现有的和自然的生物系统，并尽一切努力规划和合成新的生物成分、模型和系统。特别是在使用部分，合成生物学学科建设的人工生物体系，在制作关键生物品种和关爱人体方面，可以有主要的进步空间。目前合成生物学的探索成果主要用在医学上，未来在其他行业也一定会有令人瞩目的成就。总之，合成生物学有普遍的应用前提和强有力的措施支撑。
中国生物医药产业发展研究
生物医学论文摘要
生物医药产业由生物技术产业和医药产业组成。本文分析了国内外生物医药产业的发展现状，剖析了生物医药产业发展中存在的问题，重点考察了生物医药产业发展的基础和不足，寻找对策，实现生物医药产业发展过程中的“四化”，促进生物医药产业快速稳定发展。
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关键词生物医药发展对策
一、国内生物医药产业发展现状
从65438年到0986年，中国正式实施“863计划”，生物技术被列为七大高技术领域之首，包括航空航天和信息技术。政府在生物技术研发和产业化发展过程中给予一定的优惠和支持；国内各大企业在生物技术行业投入了大量资金；中国金融部门也积极参与生物技术产业的发展。许多有实力的公司利用金融市场的融资开发生物技术，从事生物技术研究和产业化。目前，全球正处于生物医药技术大规模产业化的初始阶段，预计2020年后将进入快速发展期，逐步成为世界经济的主导产业之一。
1，产业政策支持，非常重视生物医药产业的发展。
中国政府将生物医药产业作为21世纪优先发展的战略性产业，加大对生物医药产业的政策支持和资金投入。“十五”计划明确提出，“十五”期间医药的发展重点在于生物制药和中药现代化。国家对生物制药产品的研发、生产和销售制定了一系列配套政策，包括对生物制药企业实施各种税收优惠政策，延长产品保护期，提供研发资金支持等。同时，为加强行业管理，国家对生物医药产品的开发生产采取严格的审批程序，并针对重复建设严重的情况，采取措施限制部分生物医药产品的审批项目数量，以保证新药的市场专有权和合理的利润回报，鼓励新药开发。2007年，国家发改委公布了《生物产业发展“十一五”规划》，在组织领导、产业技术创新体系、人才队伍、投资、税收优惠政策、市场环境等方面制定了相关政策措施，确保生物产业快速发展，对生物医药产业发展具有重要意义。
2.生物医药产业化进程明显加快，投资规模和市场规模迅速扩大。
自20世纪80年代中期以来，在国家和地方政府政策的大力支持下，生物医药产业在中国蓬勃发展。根据国家经贸委的相关资料，在1998之前，我国生物医药技术开发总投入约为40亿元。从1999开始，国家明显加大了对生物医药的投入，平均每年达到20亿元左右。在生物医药产业相关优惠政策的影响下，国内一些生物医药企业通过自有资金和银行贷款获得了大量资金，用于新产品的研发。目前，我国从事生物技术产业及相关产品研发的公司、高校和科研院所有600多家，其中注册生物医药公司200多家，具备生产能力的有60多家(其中48家已获得基因工程药物试生产或生产批文)。
3.初步形成了以上海张江、北京中关村为代表的医药产业集群。
在生物技术产业快速发展的带动下，经过多年的发展和市场竞争，加上政府的及时引导，我国生物技术、人才和资金密集的地区逐渐形成了生物医药产业集群，从而形成了较为完整的生物医药产业链和产业集群。如张江药谷产业集群，由罗氏、葛兰素史克、先锋制药等40多家国内外一流药企组成，以基因研究、化合物筛选、新药研发为核心；北京中关村生命科学园，有诺和诺德制药公司和8个生物技术国家863项目；深圳生命科学园专注于生物制药，尤其是基因工程制药。这些产业集群聚集了包括生物公司、研究、技术转移中心、银行、投资、服务等在内的大量机构，初步形成了产业群(药厂)，拥有由研发、孵化创新、教育培训、专业服务、风险投资六大模块组成的良好创新创业环境，为扩大生物医药产业规模、提升产业竞争力做出了重要贡献。
二，国内生物医药产业存在的问题
1，投资模式不利于生物制药行业的发展。
国际制药业的巨大经济效益来自于创新。发达国家的现代生物医药产业都有自己强大的研究机构，每年的投入通常占总销售额的10%-20%，而美国的生物制药研发投入占总投入的60% ~ 70%。每个大型药企都有自己的“拳头产品”，单品年销售额可达十亿到几十亿元。公司拥有这些产品的知识产权，国家给予专利保护。生产和占领可以垄断市场10年或更长时间，一个产品可以赢得巨额利润，然后从利润中投入巨额资金研发具有知识产权的创新新药，形成一次又一次的良性循环。
从美国生物制药的发展模式来看，生物制药产业健康发展的关键是技术实力强的小型专家生物技术公司进行技术开发和创新，大型制药公司通过战略联盟实现生物技术产业化，风险投资为生物技术发展提供资金支持的有机结合。从我国目前的生物制药产业模式来看，生产主要靠购买技术实现，风险投资机制不足，资金太少，技术创新薄弱。所以生物技术行业很难形成气候。
我国医药企业小而散，大部分不具备技术开发和创新能力。生产的产品基本都是仿制产品，重复开发投入的现象也很严重。恶性竞争必然导致效率低下。中国的药品进口在逐年增加，外资企业的产品销售也在逐年增加。国外一份研究报告指出:“如果政府不干预，中国医药市场将在5年内完全被国际制药公司操纵。”
2.低水平重复研究、重复建设严重，市场竞争激烈。
生物技术产品广阔的前景和丰厚的利润吸引了国内许多企业加人开发，但大多是从国外仿制，品种少，厂家多，同级重复建设投资。比如rhug &的开发；mdashCSF有18家公司。据统计，获得卫生部新药批准文号的厂家只有1996-1998，重组人白细胞介素-2(L & mdash；2)有10，重组人促红细胞生成素(EPO)有10以上。这必然会造成资源浪费、价格打压和市场混乱。而且部分企业由于缺乏产品市场调查分析，产品大量堆积，导致投资价格高的成套流水线设备利用率低，有的年利用率不足一个月。价格战反过来造成产品质量下降，假冒伪劣产品充斥市场。消费者对国产生物技术产品信任度低，更倾向于使用昂贵的进口产品。
3.科研与产业脱节现象依然严重。
在国内，科研机构研究的目的是跟进国际先进科技的发展，研究方向过于集中于几个热门品种的上游技术开发，而能产业化的项目很少。在国外，科研成果完成后，落入企业的R&D中心进一步孵化，形成技术流程，然后量产，这在国内是严重脱节的。缺乏具有科学头脑的企业家和具有技术开发能力的企业将研究成果转化为生产，极大地阻碍了产业化的发展。
4.市场开拓能力低。
由于生产技术和管理方式落后，国内市场将面临进口药的冲击。具体表现为:一是开拓国外市场力度不够，很多企业市场定位不准；二是开发市场的投入不足；第三，虽然生物药良好的临床效果得到了医务人员和患者的肯定，但其价格相对较高，消费能力不足。因此，我国需要进一步加大对生物制药产业的投入，深化科研成果产业化的机制改革。在这个过程中，资本市场和风险投资公司应该发挥积极作用。
三、加快发展我国生物医药产业的对策建议
我国生物技术药物的研发起步较晚，直到20世纪70年代初才开始将DNA重组技术应用于医学。但国家非常重视生物技术产业的发展，将其作为265，438+0世纪优先发展的战略性产业，加大了对生物医药产业的政策支持和资金投入。国务院2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》指出，未来15，我国将在生物技术领域部署一批前沿技术，包括靶点发现技术、动植物品种和药物分子设计、基因操纵和蛋白质工程、基于干细胞的人体组织工程和新一代工业生物技术。这一部署无疑为我国生物制药的发展指明了方向。一位参与医药行业“十二五”规划的专家组成员透露，在正在制定的专项规划中，生物医药产业和产业升级将成为未来三年的重点发展方向。《专项规划》将生物医药产业的发展和产业升级作为“十二五”医药产业的重点，要求跟踪生物医药前沿技术，占领生物医药产业制高点。
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