第3节 生物技术药物与疫苗

课程标准 举例说明生物工程技术药物和疫苗的生产原理。 课标解读 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。

生物技术药物 1．概念 一般是指利用________技术或其他_________生产的药物。 包括_____工程药物、酶工程药物、发酵工程药物、 _____工程药物等。 DNA重组 生物技术 2．种类 基因 细胞

基因工程药物 (1)生产过程：获得_________―→构建___________―→工程菌大规模培养―→产物_________―→除菌过滤―→半成品检测―→成品加工―→成品检测。 (2)最主要的环节：______________。 (3)特点：_______地生产各种高质量、低成本的药品。 细胞工程药物 (1)植物细胞培养制取药物的生产过程：植物细胞株―→____培养―→________培养―→____细胞―→提取____产物―→药物制剂。 3． 目的基因 基因工程菌 分离纯化 构建基因工程菌 高效率 4． 固体 液体悬浮 收集 纯化

(2)应用：细胞培养生产药用植物如人参、甘草、_______、黄连、银杏、紫草和长春花等。通过动物细胞培养生产如_____疫苗、狂犬病疫苗、___________疫苗等疫苗，以及干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等药物。 基因工程药物的化学成分是什么？ 提示 蛋白质。 红豆杉 乙肝 脊髓灰质炎 [思维激活]

基因工程药物 (1)基因、转基因与基因工程药物 人类的所有疾病几乎都与基因有关，因此，早在“人类基因组”计划还未付诸实现的时候，科学家们就已经在研制基因工程药物了。他们把通过克隆取得的外源目的基因(一般是人的DNA)，整合到动物受精卵的染色体内，使之在动物体内得到表达并能稳定地遗传给后代，这种含有外源基因的动物就叫做转基因动物。一头转基因动物就是一座天然基因药物制造厂。利用转基因动物来生产基因药物是一种全新的生产模式，与传统的制药技术相比具有无可比拟的优越性。 1．

(2)基因工程药物生产的大致过程 获得目的基因―→构建基因工程菌―→工程菌大规模培养―→产物分离纯化―→除菌过滤―→半成品检测―→成品加工―→成品检测。 (3)传统生产技术与基因工程药物生产技术的比较 ①使用传统技术，从动物脏器提取这些物质因含量太低、成本太高，使其应用受到限制；此外，在提取过程中还可能造成药物被病毒感染，制成的药物会对病人产生严重后果；作为非人源蛋白质，长期使用会产生免疫反应等。

②用基因工程可直接使用来源于人的基因生产药物，可以从根本上解决上述问题。其最大的好处是：不仅可以大量生产过去难以获得的来源于人的各种生理活性的蛋白质和多肽药物，为临床应用提供保证，还可以深入研究它们的生理、生化特性和结构，从而扩大这些物质的应用范围，发现和挖掘出更多的生理活性物质。通过基因工程对基因进行改造，可以生产出性能更加优良的药物。 ③基因工程药物生产与传统意义上的药物生产有许多不同，它使用的是活细胞，产品又多是大分子的具有复杂结构和生理功能的蛋白质，因而基因表达、宿主菌生长、产品精制、产品质量和药效等，都可能因为原料、生产工艺、条件，甚至环境等生产过程的每一步的变化而受到影响。因此，严格控制生产过程的每一步和进行严格的检测，确保产品质量和安全有效是基因工程药物生产中必不可少的。

细胞工程药物 主要是利用细胞工程技术来生产的药物。 (1)细胞工程药物解决了传统动植物药物生产与生物资源保护的矛盾。 ①传统动植物药物的特点：高效、低毒、副作用少。 ②传统动植物药物生产的不足：这些药物有许多是来自珍稀濒危动植物，随着这些药物的需求量日益增大，人们对野生生物资源进行大规模猎取、采集和开发，导致了生态环境和物种资源的破坏。 ③细胞工程解决了传统动植物药物生产的不足。 2．

(2)植物细胞培养制取药物 ①制取药物的流程 植物细胞株―→固体培养―→液体悬浮培养―→收集细胞―→提取纯化产物―→药物制剂 ②植物细胞培养的应用 一是许多药用植物(人参、甘草、红豆杉、黄连、银杏、紫草和长春花等)的细胞培养均获得成功；二是利用红豆杉细胞培养生产抗癌药物紫杉醇，利用紫草细胞培养生产紫草素。

下列关于基因工程药物的叙述中，不正确的是 ( )。 A．基因工程药物的优点是质量高、成本低 B．基因工程药物解决了受原料来源的限制 C．基因工程药物的关键环节是构建工程菌 D．基因工程药物毒性高、副作用大 解析 考查基因工程药物的生产及特点。 答案 D 【巩固1】

生物技术疫苗 1．疫苗是一种特殊的_____，它____用于治疗疾病，而是 用于_____疾病。 2．DNA疫苗又称_________，在某些肿瘤艾滋病和肝炎的 _____上可以发挥独特的作用。 药物 不是 预防 核酸疫苗 预防

1． 传统疫苗与新型疫苗 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。 (1)传统疫苗 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而获得的疫苗，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。

(2)新型疫苗 新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。基因工程疫苗包括基因亚单位疫苗、基因工程载体疫苗、基因缺失活疫苗、合成肽疫苗和抗独特型抗体疫苗。核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA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。 新型疫苗的优越性 传统疫苗，不论是灭活疫苗还是减毒疫苗，在生产过程中，必须大量培养病原体，即致病的病菌和病毒。尽管现代的生产技术、设备和管理已经达到相当高的水平，人们依然还是担心病原体的泄漏和对环境的污染，从而引起疾病的发生和传播。减毒的病原体毕竟还是有一定的毒性，还存在恢复突变的问题。如果控制不好，生产的疫苗可能具有一定毒性，会对人产生伤害。而灭活疫苗生产使用的是高毒性的病原体，一旦泄漏，或灭活不彻底，对环境和人会产生很大的伤害。因此，传统疫苗的生产和产品质量都存在一定的风险。 2．

另外，传统疫苗的制剂组成比较复杂，制剂中不仅含有抗原，还可能含有少量的在培养过程中产生的一些物质，以及培养基的组分等，这些物质都可能对人产生一定的影响。为了解决这些问题，就需要通过抗原纯化，制备纯化组分疫苗(如肺炎球菌夹膜的糖疫苗)和亚单位疫苗(如乙型肝炎表面抗原单位疫苗，霍乱毒素B单位疫苗)，去除病原体中的有害成分，使其安全有效。 新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。 利用基因工程将病原体的某个抗原基因或某几个抗原基因转入适当的宿主，进行表达，获得的表达产物作为抗原使用，这称为基因工程疫苗。比如，国际上大多数国家都使用基因工程乙型肝炎疫苗代替血源疫苗，它可以避免血源疫苗的潜在危险。现在人们几乎可以利用基因工程表达任何具有免疫原性的蛋白质或多肽，

用来制备基因工程疫苗。还可以将具有免疫原性的多肽与载体偶联，以便增加其免疫原性。由于多肽疫苗具有有效的特异性免疫应答，避免了可能的危害作用。 核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗，是近年备受人们关注的新型疫苗。它是由编码能够引起保护性免疫反应的病原体抗原的基因片段和载体构建而成，然后导入人体进行表达，产生抗原，引起免疫反应。与其他疫苗相比，它的优点是：①制备的疫苗具有天然抗原形式，没有病原体在体内复制和复制后致病的问题，也不存在恢复突变和毒力返祖问题。②免疫应答全面。可引起细胞免疫和体液免疫，也能诱导细胞毒性T淋巴细胞，从而预防细胞内感染性疾病。③单次接种可诱导长期或终身免疫。④生产迅速简便，成本低。⑤制备的疫苗不需要冷

藏，易于保存和运输。⑥可以将具有不同抗原性的疫苗联合接种，有利于制成联合疫苗。⑦核酸疫苗能够完善婴儿的抗体应答，促进细胞内抗原的清除，防止母体抗体介导的抑制。但是，DNA疫苗也存在许多问题，比如，a.刺激机体免疫反应的能力比较弱；b.目的基因往往表达水平不高；c.在体内抗原蛋白的表达能够持续多久还不清楚；d.导入人体的外源DNA有整合的危险，且整合的位点难以控制，有可能诱发基因突变；还可能引起免疫系统自身紊乱。因此，对核酸疫苗需要进行深入研究，对其安全性和长效性进行观察，全面权衡核酸疫苗的利弊。

下列不属于新型疫苗的是 ( )。 A．DNA疫苗 B．基因工程疫苗 C．亚单位疫苗 D．RNA疫苗 答案 C 【巩固2】

示例一 基因工程药物 以下不是用基因工程方法生产的药物是 ( )。 A．干扰素 B．白细胞介素 C．紫杉醇 D．乙肝疫苗 思维导图： 示例一　基因工程药物 【例1】 以下不是用基因工程方法生产的药物是 ( )。 A．干扰素 B．白细胞介素 C．紫杉醇 D．乙肝疫苗 思维导图：

深度剖析 基因工程药物主要有细胞因子、抗体、疫苗、激素等。如白细胞介素－2、干扰素、乙肝疫苗等，是利用基因工程技术将外源基因导入细菌，使其高效表达得到的。紫杉醇是应用植物细胞培养的方法制取的药物，属于细胞工程药物。 答案 C 方法技巧 基因工程药物就是利用转基因技术将外源基因导入受体细胞并高效表达的产物。而基因表达的产物是蛋白质，故可逐项分析各药物的成分而得以解答。

示例二　生物技术疫苗 疫苗与人类的身体健康关系密切。下列有关疫苗的叙述不正确的是 ( )。 A．疫苗不是用于治疗疾病，而是用于预防疾病 B．疫苗能刺激人体，使人产生相应的抗体 C．疫苗可通过注射或口服进入人体 D．人类通过接种牛痘疫苗消灭了脊髓灰质炎 思维导图： 【例2】

深度剖析 疫苗是经过处理的病原微生物，它可以通过口服或注射进入人体，可以在人体不患病的情况下激活其免疫系统，产生相应的抗体，通过抗体控制和消灭进入人体的某些病原体，从而达到预防疾病的目的，故A、B、C项均正确。人类接种牛痘疫苗，身体内会产生抵抗天花病毒的抗体，要预防脊髓灰质炎，需要使用脊髓灰质炎疫苗，故D项错误。 答案 D 反思感悟 疫苗是经过减毒或灭毒的病原微生物，在免疫学上属于抗原。机体接种某种疫苗，机体内则可产生相应的抗体和记忆细胞等，从而起到预防该种病原微生物的作用。

下列关于生物技术的叙述中，错误的是 ( )。 A．生物技术也称生物工程 B．生物技术包括基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程 C．生物技术就是将活的生物体、生命体系或生命过程进行 产业化的过程 D．生物技术只能应用于生物技术药物的生产 解析 生物技术是一种综合技术，涉及生物化学、分子生物学、微生物学、遗传学及工程技术。其应用范围很广泛，除了应用于生物技术药物生产外，在育种、食品工业、医学领域等许多方面均有广阔的应用前景。 答案 D 1.

2． 下列有关基因工程技术的应用中，对人类不利的是 ( )。 A．制造“工程菌”用于药品生产 B．创造“超级菌”分解石油、DDT C．基因工程药物的使用，使细菌的进化速度加快，产生耐 药性 D．导入外源基因替换缺陷基因 解析 变异是不定向的，且一般是有害的。 答案 C

下列关于基因工程药物的说法，正确的是( )。 A．基因工程药物的生产过程中，最主要的环节是工程菌 大规模培养 B．构建工程菌时需要将人的全部基因导入受体细胞 C．工程菌大规模培养时可以在任意条件下进行 D．将目的基因导入受体细胞后，需要做目的基因的检测 和表达，才能确保最后成功 解析 基因工程药物生产的关键环节是构建工程菌；导入的是目的基因，而不是生物的全部基因。工程菌培养时需要适宜的温度、pH、O2含量。 答案 D 3．

下列关于细胞工程药物的说法，不正确的是 ( )。 A．利用植物细胞培养技术可生产植物药物 B．解决了传统动植物药物的采集、猎取对生态环境和物 种资源的破坏 C．动物细胞比大肠杆菌更适合产生人及高等动物的基因 表达产物 D．动物细胞工程目前只用于药物生产 解析 动物细胞工程能应用于许多方面。 答案 D 4．

(多选)下列属于新型疫苗的是 ( )。 A．灭活疫苗 B．亚单位疫苗 C．抗独特型抗体疫苗 D．DNA疫苗 解析 灭活疫苗、亚单位疫苗为传统疫苗，抗独特型抗体疫苗为基因工程疫苗，DNA疫苗为核酸疫苗。 答案 CD 5．

既是现在世界各国生物技术研究开发方面的重点，又是生物技术中发展最快、最活跃和最为成熟的领域是 ( )。 A．生物技术药物和疫苗的研究和生产 B．基因诊断和基因治疗 C．克隆和胚胎分割 D．设施农业 解析 目前生物技术中发展最快、最活跃、最成熟的领域是生物技术药物和疫苗的研究和生产。 答案 A 6．

利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一个阶段，将人的基因转入细菌细胞；第二个阶段，将人的基因转入小鼠等动物细胞。这两个阶段都是进行细胞培养，提取药物；第三个阶段，将人的基因转入活的动物体，再饲养这些转基因动物，从动物乳汁或尿液中提取药物。 (1)将人的基因转入异种生物的细胞或个体内，能够产生药物蛋白的原理是________________________。 (2)人类基因能和异种生物的细胞或个体中的基因拼接(整合)在一起，是因为它们的DNA分子具有________结构，都是由四种__________构成，基因中的碱基都能够____________。 7．

(3)人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经____________和________两个步骤，第一步的模板是________，原料是________提供的____________，第二步的模板是____________________，原料是________。“搬运工”兼“装配工”是________，在异种生物细胞的______中合成药物蛋白。 (4)利用转基因牛、羊乳汁可以提取药物，甚至可能直接用于治病，因为其乳汁中含有______________。 答案 (1)基因控制蛋白质的合成 (2)双螺旋 脱氧核苷酸 互补配对 (3)转录 翻译 人的一段DNA的一条链 异种生物 核糖核苷酸 特定的一段信使RNA 氨基酸 转运RNA 核糖体 (4)药物蛋白

课堂小结 基因工程药物 细胞工程药物 生物技术药物 生物技术药物与疫苗 基因工程疫苗 核酸疫苗 生物技术疫苗