制藥工程與微生物和細胞學的結合

安云沖

摘 要：人們生活水平的不斷改善使得人們對于物質(zhì)方面的要求越來越高，使用藥品這類物質(zhì)的頻率相較以前也有了很大的提高。傳統(tǒng)的藥物生產(chǎn)方法無法生產(chǎn)出足夠的藥物來供人使用，為了應對藥物短缺這一現(xiàn)狀，近年來，“工程菌”制藥方案應運而生。本文就微生物在制藥工程上制藥與廢水處理的應用進行淺要分析。

關鍵詞：制藥工程 微生物 細胞學 結合

一、“工程菌”制藥

以大腸桿菌制造人的胰島素為例介紹“工程菌”制藥的原理及基本步驟。

1.原理

胰島素是保證人體機能正常運轉(zhuǎn)的一種重要蛋白質(zhì)激素，它的作用主要體現(xiàn)在可以減少人體內(nèi)單位體積中所含血糖的物質(zhì)的量，保持人體血糖量處于一種相對平衡的狀態(tài)。胰島素作為一種降低血糖的藥物，目前被廣泛用于治療糖尿病。以往科學家們是從能夠產(chǎn)生胰島素的動物體中直接提取，但是這種方法得到的胰島素太少，不能夠滿足當前的需求。而以大腸桿菌作為“工程菌”進行生產(chǎn)胰島素則能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模地批量生產(chǎn)，大大增加了胰島素的提取量。運用大腸桿菌批量生產(chǎn)胰島素的原理是基因工程技術。也就是采用移植的方式讓大腸桿菌中出現(xiàn)人體本身存在的胰島素基因，給大腸桿菌營造一種能夠自身生產(chǎn)胰島素的環(huán)境。運用大腸桿菌進行生產(chǎn)胰島素之所以能夠?qū)崿F(xiàn)大量生產(chǎn)，是因為大腸桿菌在自然界中分裂迅速，繁殖快，數(shù)目及其龐大，這對于其大量生產(chǎn)胰島素提供了絕好的優(yōu)勢。

2.基本步驟

2.1獲取目的基因

科學家從人體中提取出相應的胰島素基因，即為目的基因。

要達到這樣的目的就必須要用到一種工具酶，即限制酶。可以用它識別需要被切割基因片段上的回文序列，在確定的位置進行切割，使相鄰兩個核苷酸分離，產(chǎn)生粘性末端或平末端，從而將一個完整的DNA分子切割成兩個較短的DNA分子。另外，科學家還可以先從人體中提取編碼胰島素的mRNA，并以此為模版進行逆轉(zhuǎn)錄形成cDNA，即為所需的目的基因。提取過后，如果想要大量合成人的胰島素基因，則可以通過PCR技術進行目的基因的大量擴增，從而避免了重新提取的的繁瑣過程。

2.2構建基因表達載體

胰島素基因獲取后，需將其導入大腸桿菌。但是不能夠直接將其導入，原因是生物體自身有著其免疫排斥性能，對于外來物體或生物可能會有排斥反應。那么，怎么將目的基因安全的導入大腸桿菌中呢？這就需要一個載體。這種載體有以下特點：1.能夠在受體細胞中穩(wěn)定存在—保證了其安全性 2.能夠自我復制—保證了其在受體細胞中的增殖 3.具備表達的能力—保證了目的基因能夠成功編碼蛋白質(zhì)。實際運用上，科學家常用質(zhì)粒來當做這種載體。從本質(zhì)上來說質(zhì)粒就是一段DNA片段，其形狀呈環(huán)形。構建基因表達載體的步驟主要是這樣的：之前我們提到的限制酶，可以用它對載體質(zhì)粒進行切割，在得到需要的物質(zhì)之后，用另一種酶，也就是DNA連接酶將得到的物質(zhì)重新組合在一起，就得到了重組質(zhì)粒。DNA連接酶大致分為兩種：一是E.coliDNA連接酶，從大腸桿菌中提取得到，既可以用來產(chǎn)生粘性末端也可以產(chǎn)生平末端。二是T4 DNA連接酶，從T4噬菌體中提取得到，只能用于產(chǎn)生平末端。

2.3將重組質(zhì)粒導入受體細胞

在完成構建基因表達載體之后，下一步就需要對重組質(zhì)粒進行移植。不同細胞所針對的方式不同。要根據(jù)不同細胞的特性，選取相應的導入方法，力求成功導入受體細胞。

2.4檢測重組質(zhì)粒是否在受體細胞中成功表達

想要檢驗該過程是否成功，則要看受體菌是否能夠表達相應的目的基因。該檢測共有三部。

A檢測受體細胞中是否存在重組質(zhì)粒

運用DNA分子雜交技術，利用已知序列且?guī)в袩晒鈽擞浀膯捂淒NA分子，進行單鏈分子間的雜交，若能產(chǎn)生雜交帶，則說明重組質(zhì)粒成功導入受體細胞。

B 檢測重組質(zhì)粒是否轉(zhuǎn)錄

運用DNA-RNA分子雜交技術，利用已知序列且?guī)в袩晒鈽擞浀膯捂淒NA分子，進行DNA單鏈與RNA單鏈分子間的雜交，若能產(chǎn)生雜交帶，則說明受體細胞中含有目的基因的mRNA。

C 檢測受體細胞中是否含有目的蛋白

采用抗原-抗體雜交技術，觀察是否產(chǎn)生雜交帶，若有，則說明目的基因成功表達；另外，還可以采用抗蟲或抗病接種實驗進行檢測，觀察受體細胞是否具有相應的抗蟲或抗病性狀。

3.大腸桿菌的培養(yǎng)

得到轉(zhuǎn)基因大腸桿菌后，要讓其大量繁殖。培養(yǎng)基是人們配置的營養(yǎng)物質(zhì)。培養(yǎng)基可置于培養(yǎng)皿中，并且在其上加入所得大腸桿菌，并置于恒溫箱中，設置適宜的環(huán)境條件，進行培養(yǎng)。一段時間后大腸桿菌數(shù)目較多，便可進行胰島素的大規(guī)模生產(chǎn)與提取。

二、 “工程菌”處理制藥廢水

制藥廠屬于工業(yè)制造廠，它在制造生產(chǎn)的過程中產(chǎn)生的廢棄物一般都是帶有毒性的，如果處理不當，就會污染環(huán)境，對周圍生物的生命健康造成危害。制藥廢水濃度大，毒性強而且色澤深，含有較多的重金屬離子，直接進行處理具有很大的操作難度。近年來，“工程菌|處理廢水的方法廣泛被人們所接受，并應用于制藥廠的制藥廢水的處理。

本文簡單的對“工程菌”處理廢水的原理及基本步驟進行分析。

1.原理

部分微生物能夠在自然狀態(tài)下自發(fā)降解有毒物質(zhì)，凈化水資源，進而處理制藥廢水。

2.基本步驟

2.1 菌種的分離與純化

從自然界獲取的菌種通常都不是純種菌，需要對它們進行分離純化才能用于更高價值的用途。一般的處理方式是借助生物培養(yǎng)基對其進行提純，得到人們所需的純種菌種。

2.2制藥廢水的處理

計算出廢水所需要的菌種數(shù)，將所需菌株按所需量加入制藥廢水中，處理一段時間，定期記錄廢水中的有毒物質(zhì)含量，直至廢水中的有毒物質(zhì)含量低于標準線，并且繪制相應的菌種作用曲線，作為以后的參考數(shù)據(jù)。

2.3制藥廢水處理效果的檢測

設置一系列平行對照實驗，比較不同濃度的菌株的處理效果，得出處理制藥廢水的所需菌株的最適用量及其比例。

三、結束語

現(xiàn)如今，“工程菌”制藥以及制藥廢水處理被廣泛接受與使用，制藥企業(yè)要針對這一新方法進行合理的創(chuàng)新與改革，力求“工程菌”在制藥行業(yè)起到充分的作用。

參考文獻

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