Tài liệu Công nghệ sinh học dược

Công nghệ sinh học dược PHẦN 1 Đại cương Công nghệ sinh học   Các kỹ thuật sử dụng các hệ thống sống để tạo ra sản phẩm Truyền thống: Có từ rất lâu, Dựa trên kinh nghiệm, vi sinh vật học   Công nghệ lên men Hiện đại: Nửa sau thế kỷ 20, dựa trên sinh học phân tử, sinh học tế bào, hóa sinh, …    Công nghệ gen Công nghệ enzym-protein Công nghệ tế bào Các giai đoạn phát triển    Thế hệ một: sản xuất các sản phẩm thực phẩm và nước uống lên men. Kỹ thuật được sử dụng bao gồm lên men, nuôi trồng và nuôi cấy mô thực vật. Thế hệ hai: sử dụng nuôi cấy tế bào hay nuôi cấy mô để sản xuất. Sản phẩm của thế hệ này gồm kháng sinh, enzym, vitamin, acid amin. Kỹ thuật được sử dụng bao gồm đột biến và chọn lọc chủng vi sinh vật và phương pháp lên men, nuôi cấy để sinh sản phẩm tối ưu. Thế hệ ba chính là CNSH hiện đại. Nó bao gồm các kỹ thuật tái tổ hợp di truyền. Ứng dụng công nghiệp của nó bao gồm dược phẩm, nông nghiệp, hóa chất, y học. Các sản phẩm hiện nay đang là các protein trị liệu, chẩn đoán, vaccin và cải tạo giống nông nghiệp. Sự mở rộng nguồn gen  Công nghệ cổ điển tạo giống hay tính trạng mới dựa vào lai tạo, đột biến-sàng lọc:    Giới hạn trong phạm vi loài và lân cận Mất thời gian, hiệu suất không cao Công nghệ hiện đại thao tác trên gen:     Cải tạo ở mức phân tử, dưới loài Không còn giới hạn loài Nhanh và hiệu quả Nguồn gen vô tận Phạm vi ứng dụng    Công nghệ sinh học xanh (Green Biotechnology): CNSH áp dụng trong nông nghiệp và xử lý môi trường. Công nghệ sinh học trắng (White Biotechnology): Sử dụng xúc tác sinh học và công nghệ lên men để tạo ra các sản phẩm công nghiệp như hóa chất hay enzym. Công nghệ sinh học đỏ (Red Biotechnology): CNSH ứng dụng trong y tế. Chẩn đoán và điều trị bệnh. Sản xuất dược phẩm. Các đặc điểm của CNSH     Đa năng Đòi hỏi mức độ nghiên cứu cao Đa lĩnh vực Có tính hợp tác cao Đặc điểm của CNSHYD     Đòi hỏi mức độ đầu tư cho nghiên cứu cao Qui mô vừa và nhỏ Tỷ lệ đầu tư nghiên cứu cao hơn sản xuất Có tính phối hợp cao Sản phẩm của CNSHYD  Chẩn đoán y học    Dự phòng bệnh    Vaccin Thực phẩm chức năng Điều trị bệnh     Sản xuất sinh phẩm chẩn đoán Kỹ thuật chẩn đoán mới Liệu pháp gen Liệu pháp tế bào Huyết thanh, kháng thể Sản xuất dược phẩm     Dược phẩm tái tổ hợp Thuốc có nguồn gốc sinh vật Sản xuất thuốc bằng xúc tác sinh học Nuôi cấy mô, tế bào Các vấn đề của CNSH trong nước       Thiếu qui hoạch. Qui hoạch sai. Đầu tư thấp. Yếu kém trong phát triển nguồn nhân lực. Bất hợp lý trong quản trị nhân lực. Thiếu sự liên kết giữa cơ sở nghiên cứu và sản xuất. Chưa có cơ sở hạ tầng công nghiệp thích hợp. PHẦN 2 Công nghệ lên men Công nghệ lên men   Định nghĩa: quá trình biến đổi do vi sinh vật thực hiện trong điều kiện yếm khí hay hiếu khí Sản phẩm      Sinh khối vi sinh vật Enzym – protein vi sinh vật Sản phẩm trao đổi chất: sơ cấp + thứ cấp Các biopolymer và biosurfactant Sản phẩm tái tổ hợp gen Chủng vi sinh vật 1: Không gây bệnh cho người, động vật và môi trường (GRAS - Generally Recognized As Safe) 2: Có thể gây khó chịu cho người, động vật và môi trường 3: Gây bệnh, truyền bệnh nhưng có cách chữa trị 4: Gây bệnh, truyền bệnh rất nhanh nhưng chưa có cách chữa trị Thu nhận chủng  Phân lập từ môi trường    “săn lùng” (shotgun) có định hướng (objective) Ngân hàng chủng   Nhanh, ít tốn kém Không có tính cạnh tranh Yêu cầu của chủng công nghệ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Ổn định di truyền Sản xuất hiệu quả sản phẩm mong muốn, và con đường sinh tổng hợp sản phẩm đã được khảo sát kỹ Không cần hay ít cần các bổ sung vitamin và yếu tố tăng trưởng Sử dụng được các cơ chất phổ biến và rẻ tiền Có thể biến đổi di truyền được An toàn, không gây bệnh, và không sản xuất chất độc, trừ khi đó chính là sản phẩm Dễ dàng thu hoạch từ quá trình lên men Dễ dàng phá vỡ tế bào nếu sản phẩm là nội bào Ít tạo ra sản phẩm phụ để thuận tiện cho việc tinh chế sản phẩm Cải tạo chủng   Tái tổ hợp tự nhiên Gây đột biến   Đột biến ngẫu nhiên Đột biến nhân tạo - cảm ứng       Sử dụng base tương đồng Thay đổi về hóa học của các base Chiếu xạ Gây đột biến bằng transposon Lai ghép tế bào trần và biến nạp gen Thao tác di truyền trên vi sinh vật Chiến lược thao tác di truyền      Sàng lọc gen từ tế bào nguồn Cô lập gen quan tâm: tạo dòng Thực hiện các biến đổi cần thiết Đưa gen trở lại tế bào đích Kiểm tra và sàng lọc chủng mới Sàng lọc thể đột biến        Kiểu hình quan sát được Khuyết dưỡng: cấy trên môi trường tối thiểu Tổng hợp gây chết Kháng chất chuyển hóa Khóm vệ tinh Quang ứng động, hóa ứng động Khác biệt tỷ trọng: ly tâm phân đoạn Làm giàu thể khuyết dưỡng bằng penicillin Gây đột biến: UV, HNO2,… Rửa và phân tán ở mật độ 107/ml Nuôi cấy 5 h trong môi trường hoàn chỉnh Thêm 100 U/ml penicillin Ủ 5 h trong môi trường glucose không chứa nitơ Nuôi cấy 2-20 h Loại bỏ penicillin Pha loãng đến 50100 tế bào/hộp Nhân bản Môi trường hoàn chỉnh Môi trường tối thiểu Môi trường hoàn chỉnh Bảo quản giống vi sinh vật  Ngân hàng tế bào       Ngân hàng gốc (master cell bank) Ngân hàng làm việc (working cell bank) Cấy chuyền Làm khô Đông khô Đông lạnh