淺議生物藥物研發(fā)中對(duì)于蛋白質(zhì)工程技術(shù)的應(yīng)用

陳鑠

摘 要： 進(jìn)入21世紀(jì)以來，生物工程技術(shù)突飛猛進(jìn)，蛋白質(zhì)工程技術(shù)是生物工程技術(shù)的一個(gè)重要組成方面。目前，人們已經(jīng)可以利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)在基因水平上對(duì)DNA進(jìn)行設(shè)計(jì)、重組，通過轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程合成自然界中不存在的蛋白質(zhì)。這一技術(shù)目前被廣泛地應(yīng)用于生物藥物的研發(fā)當(dāng)中，本文將簡(jiǎn)要對(duì)生物藥物研發(fā)中的蛋白質(zhì)工程技術(shù)進(jìn)行額分析。

關(guān)鍵詞： 生物藥物研發(fā);蛋白質(zhì)工程;技術(shù)應(yīng)用

生物工程技術(shù)自從上世紀(jì)70年代興起以來，已經(jīng)發(fā)展了將近50年的時(shí)間。到了21世紀(jì)，生物工程技術(shù)特別是其中的蛋白質(zhì)工程技術(shù)的迅猛發(fā)展，正推動(dòng)這生命科學(xué)的不斷進(jìn)步。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)，我們可以對(duì)分子進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)DNA進(jìn)行重組，以生產(chǎn)我們需要的但自然界中不存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程技術(shù)已經(jīng)成為生物藥物生產(chǎn)中不可或缺的一個(gè)重要的組成部分。

一、生物藥物

生物藥物是綜合了生物學(xué)、生物化學(xué)以及醫(yī)學(xué)的極高融合度的產(chǎn)物，生物藥物的生產(chǎn)主要是在生物體內(nèi)，利用生物體的組織細(xì)胞和體液等進(jìn)行。生物藥物的種類繁多，按照藥物的功能大致可分為治療藥物、預(yù)防藥物和診斷疫苗。由于生物藥物大多產(chǎn)自于生物體內(nèi)，因此生物藥物具有普通藥物不具備的優(yōu)越的藥理學(xué)性質(zhì)，生物藥物的藥理活性比普通藥物更高;治療腫瘤、艾滋病等的治療藥物其比普通藥物的針對(duì)性更高，毒副作用小，會(huì)減少藥物對(duì)于體內(nèi)正常細(xì)胞的損傷。除了應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，生物藥物還被廣泛應(yīng)用于保健品行業(yè)和化妝品領(lǐng)域，具有較為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

根據(jù)上述的分析，生物藥物具有十分廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)國(guó)外也擁有著廣闊的市場(chǎng)。但是由于我國(guó)的生物藥物行業(yè)起步較晚，生物藥物的制造生產(chǎn)相對(duì)歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家較為落后，但由于市場(chǎng)的刺激，我國(guó)的生物藥物行業(yè)發(fā)展十分迅速，生物藥物的制造技術(shù)和水平得到了大幅度的提高。

二、蛋白質(zhì)工程技術(shù)在生物藥物研發(fā)中的優(yōu)勢(shì)

近年來蛋白質(zhì)工程技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于生物藥物生產(chǎn)起了極大的推動(dòng)作用，蛋白質(zhì)工程技術(shù)能夠極大地減輕藥物研究從業(yè)者的工作量和工作難度。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，蛋白質(zhì)工程技術(shù)能夠在基因尺度上對(duì)DNA進(jìn)行設(shè)計(jì)重組，這樣就可以通過轉(zhuǎn)錄翻譯等生理過程制造出自然界不存在，但具有優(yōu)越藥理性能的蛋白質(zhì)。還可以利用定點(diǎn)突變、體外定向等等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于氨基酸的改造，使藥物呈現(xiàn)出更加優(yōu)越的藥理作用。總之，蛋白質(zhì)工程技術(shù)在新型藥物的研發(fā)領(lǐng)域和生產(chǎn)方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)，而且隨著蛋白質(zhì)工程技術(shù)的不斷精進(jìn)和技術(shù)的不斷革新，這樣的優(yōu)勢(shì)將會(huì)不斷擴(kuò)大。

三、蛋白質(zhì)工程技術(shù)在生物藥物研發(fā)中的應(yīng)用

（一）定點(diǎn)突變技術(shù)

定點(diǎn)突變技術(shù)是指根據(jù)生物醫(yī)藥所學(xué)的結(jié)構(gòu)或功能對(duì)基因進(jìn)行特殊的改造，在特定的DNA片段或特定的核苷酸序列進(jìn)行刪除或者添加，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于合成蛋白質(zhì)的氨基酸序列的改變，進(jìn)而改變藥品的藥性。在生物學(xué)上，這種對(duì)于特定DNA片段或特定核苷酸的刪除或添加屬于基因突變，這樣的定點(diǎn)突變技術(shù)對(duì)于生物藥物的編碼序列和一級(jí)結(jié)構(gòu)具有很好的修飾作用。相比于傳統(tǒng)使用的利用自然因素或化學(xué)藥物進(jìn)行的誘導(dǎo)突變而言，定點(diǎn)突變技術(shù)所產(chǎn)生的突變的特異性和可重復(fù)性更強(qiáng)。通過自然因素或化學(xué)藥物進(jìn)行的誘導(dǎo)突變所產(chǎn)生的突變基因片段具有極大的不確定性，其往往是不可重復(fù)的。

通過對(duì)于DNA片段或者核苷酸的刪除、添加所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)藥物的活性更高。以納豆激酶為例，納豆激酶是納豆枯草桿菌所產(chǎn)生的蛋白酶，其具有很強(qiáng)的溶解纖維蛋白的一種酶，被廣泛的應(yīng)用于質(zhì)量心腦血管疾病當(dāng)中。但是根據(jù)研究表明，傳統(tǒng)的由納豆谷草桿菌所分泌納豆激酶其第222位的蛋氨酸非常容易被過氧化氫所氧化，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)酶失去活性，嚴(yán)重影響藥物的藥效。而通過定點(diǎn)突變技術(shù)將絲氨酸和丙氨醛替換到原有的第220位蘇氨酸和第222位的蛋氨酸，經(jīng)過定點(diǎn)突變技術(shù)改造得到的納豆激酶經(jīng)過抗氧化活性測(cè)試的結(jié)果表明：經(jīng)過定點(diǎn)突變技術(shù)改造的納豆激酶的抗氧化性明顯優(yōu)于油油的野生納豆激酶，具有是非優(yōu)良的抗氧化性。

（二）體外定向進(jìn)化技術(shù)

體外定向進(jìn)化技術(shù)與定點(diǎn)突變技術(shù)有一定的相似之處，二者同樣都是對(duì)DNA片段或核苷酸進(jìn)行改變，以產(chǎn)生具有醫(yī)藥價(jià)值的藥物。但是兩者也存在著巨大的不同。首先，定點(diǎn)突變技術(shù)主要應(yīng)用于一些自然界中已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)的個(gè)別位點(diǎn)進(jìn)行刪除或添加，蛋白質(zhì)自身更高級(jí)的結(jié)構(gòu)并沒有改變，只是對(duì)于自然界中已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。而體外定向進(jìn)化技術(shù)是在生物體外，利用PCR擴(kuò)增技術(shù)或體外DNA對(duì)大量的位點(diǎn)進(jìn)行處理，對(duì)于藥物的某一特征進(jìn)行持續(xù)高通量的篩選。通過這樣的方式來獲得自然界中不存在的具有高價(jià)值的藥物。

體外定向進(jìn)化技術(shù)相比于定點(diǎn)突變技術(shù)也存在一定的弊端，在利用PCR技術(shù)進(jìn)行高通量的體外擴(kuò)增時(shí)，會(huì)產(chǎn)生堿基對(duì)錯(cuò)配的情況，這一點(diǎn)與生物體相類似且無法避免。因此在利用PCR技術(shù)擴(kuò)增之后，還應(yīng)進(jìn)行篩選。篩選的過程較為復(fù)雜，需要通過多輪次的重復(fù)篩選，最后才能獲取有益的突變基因。這種經(jīng)過體外定性進(jìn)化技術(shù)獲取的有益突變基因雖過程復(fù)雜，但人類已經(jīng)基本掌握該項(xiàng)技術(shù)，并且取得了一定的成果。例如，1，3-丙二醇就是通過體外定向進(jìn)化技術(shù)通過不斷地定向篩選而得到的具有更強(qiáng)的氧化還原活性的氧化還原酶。

四、結(jié)語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步推動(dòng)著人們醫(yī)療水平的不斷提高，當(dāng)前蛋白質(zhì)工程技術(shù)在生物藥物研發(fā)工作中已經(jīng)起到了極大的推動(dòng)作用，提高了生物藥物研發(fā)的效率，減輕了藥物研發(fā)人員的負(fù)擔(dān)。通過蛋白質(zhì)工程技術(shù)對(duì)特定的DNA片段或特定的核苷酸片段進(jìn)行添加或刪除，已經(jīng)生產(chǎn)出許多具有新結(jié)構(gòu)、新功能的藥物，造福人類。

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