第一章绪论生物技术(biotechnology)以生命科学为基础,利用生物体(或生物组织、细胞及其组分)的特性和功能,设计构建具有预期性状的新物种或新品系,并与工程相结合,利用这样的新物种(或品系)进行加工生产,为社会提供商品和服务的一个综合性的技术体系.*第一代生物技术基因工程细胞工程酶工程发酵工程生化工程*第二代生物技术蛋白质工程糖链工程*第三代生物技术海洋生物技术传统生物技术酿造技术微生物活酵母乙醇发酵死酵母糖发酵成乙醇酶揭示发酵现象的奥秘近代生物技术微生物发酵技术青霉素医用氨基酸酶制剂链霉素食用氨基酸金霉素红霉素抗生素工业氨基酸酶制剂工业发酵工业*现代生物技术生物技术制药采用现代生物技术，可以人为地创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物生产所需的医药品，称为生物技术制药。
生物技术药物一般来说，采用DNA重组技术或其他生物新技术研制的蛋白质或核酸类药物，称为生物技术药物。
生物技术药物的特性1分子结构复杂2有种属特异性3治疗针对性强，疗效高4稳定性差5基因稳定性6免疫原性7体内半衰期短8受体效应9多效性和网络性效应10检验的特殊性生物技术制药的特征高技术高投入长周期8～10年高风险高收益*伯格美国生物化学家“重组DNA技术之父”于1980年获诺贝尔化奖*桑格（英国化学家）最早测定胰岛素的氨基酸顺序获得1958年诺贝尔化学奖第三章动物细胞工程制药细胞工程概念应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质，以获得新型生物或特殊细胞产品的一门综合性科学技术。
*细胞的基本共性1细胞表面都有细胞膜（磷脂双分子层与蛋白质）2细胞都含有两种核酸（DNA与RNA）3细胞蛋白质合成的机器─核糖体4细胞增殖都以一分为二的方式进行分裂贴附依赖型（anchorage-dependent）概念细胞的生长必须有给予贴附的支持物表面，细胞依赖自身分泌的或培养基中提供的贴附因子才能在该表面上生长。
形态成纤维细胞型细胞特点：细胞生长时胞体呈棱形或不规则的三角形，中央有圆形核，胞质向外伸出2～3个突起。
细胞群常借该突起连接成网，生长时呈放射状、漩涡状或火焰状走行。
来源：中胚层组织来源的细胞，如成纤维细胞、心肌细胞、平滑肌细胞和成骨细胞等。
上皮型细胞特点：细胞贴附后呈三角形及不规则扁平的多角形，中央有扁圆形核，生长是彼此紧密连接成单层细胞。
因为相互拥挤而呈现“铺路石状”，局部可以形成单层的上皮状“膜片组织”。
来源：外胚层和内胚层来源的细胞，如皮肤的表皮细胞、消化管与呼吸道的上皮细胞、肺泡上皮细胞、消化腺上皮细胞、血管内皮细胞等。
游走型细胞特点：在支持物上分散生长，一般不连接成片、形成群落；胞质常伸出伪足和突起；生长位置不固定，呈活跃的游走和变形运动，外形不规则且不断变化，当细胞密度增大、连接成片时，形状类似于成纤维细胞型或上皮细胞型。
来源：主要是具有吞噬作用的单核巨噬细胞系统的细胞，如白细胞、淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞、肿瘤细胞等。
多形型细胞特点：形态不规则，一般分胞体和胞突两部分，其中胞突为细长形，类似丝状伪足；胞体虽然也略呈现多角形，但没有成纤维细胞那样不规则。
来源：最常见的是神经元和神经胶质细胞。
非贴附依赖型（anchorage-independent）悬浮型细胞概念：细胞的生长不依赖支持物表面，可在培养液中呈悬浮状态生长。
形态：始终为球形（圆形）。
来源：白血病细胞、淋巴组织细胞、某些肿瘤细胞、杂交瘤细胞、转化细胞系等。
兼性贴附型 CHO 中国地鼠卵巢细胞L929 小鼠肺纤维瘤细胞概念：有些细胞并不严格地依赖支持物，既可以贴附于支持物表面生长，但在一定条件下还可以在培养基中呈悬浮状态良好的生长。
动物细胞的生理特点1细胞的分裂周期长2细胞生长需贴附于基质，并有接触抑制现象3正常二倍体细胞的生长寿命是有限的4动物细胞对周围的环境十分敏感5动物细胞对培养基的要求高6动物细胞的合成途经和修饰功能与细菌不同*接触抑制现象正常细胞在基质上分裂增殖，逐渐汇合成片时，由于细胞的相互接触而抑制细胞运动的特点，即接触抑制现象( contact inhibition）。
*密度抑制细胞接触汇合成片后，虽发生接触抑制，只要营养充分，细胞仍然能够进行增殖分裂，因此细胞数量仍在增多。
但当细胞密度进一步增大，培养液中营养成分减少，代谢产物增多时，细胞因营养的枯竭和代谢物的影响，则发生密度抑制（density inhibition），导致细胞分裂停止。
*Hayflick极限正常动物细胞无论在体内生长或在体外培养，其分裂次数总存在一个极值【最大分裂次数】称Hayflick极限细胞传代细胞增殖达到一定密度后，需要分离出部分细胞，更换营养液，否则将影响细胞的继续生存，这一过程称细胞传代培养细胞的生命期原代培养期概念也称初代培养，即直接取自动物组织、器官，经过粉碎、消化，接种培养到第一次传代阶段，一般持续1～4周。
特点1原代培养细胞呈活跃的移动，细胞分裂不旺盛，并多呈二倍体核型2由于原代培养细胞与体内细胞在形态结构和功能活动上相似性大，故是检测药物很好的实验对象3细胞群是异质的，即各细胞的遗传性状互不相同，细胞相互依存性强来源鸡胚细胞肾小管上皮细胞淋巴细胞*细胞系原代培养细胞经过传代，筛选，克隆，从而从多种细胞成分的组织中排选并纯化出某种具有一定特征的细胞株。
传代期概念原代培养细胞经过传代、筛选、克隆，从而从多种细胞成分的组织中挑选并纯化出某种具有一定特征的细胞株称做细胞系（cell line）。
在全生命期中此期的持续时间最长。
特点1在培养条件较好情况下，细胞增殖旺盛，并能维持二倍体（2n）核型，呈二倍体核型的细胞称二倍体细胞系（diploid cell line）2具有明显的贴壁依赖和接触抑制的特性3由于细胞增殖能力有限，一般可连续传代培养50代，故一般均从动物的胚胎组织中获取4无致瘤性来源WI-38 MRC-5衰退期细胞仍然生存，但增殖很慢或不增殖细胞形态轮廓增强，最后衰退凋亡转化（transformation）细胞系特点1核型大多变成异倍体2失去正常细胞贴壁依赖和接触抑制的特性3细胞倍增时间较短，获得了无限增殖的能力（永生性）或恶性性质4对培养条件和生长因子等要求较低，故更适于大规模工业化生产的需要来源自发转化：啮齿动物人工转化：采用某些病毒如SV40或某些化学试剂，如甲基胆蒽等直接从动物的肿瘤组织中建立的细胞系体外培养细胞一代生存期细胞传代数（passage number）从细胞接种到分离再培养时的次数细胞倍增代数（generation number）表示细胞分裂的次数细胞转代经历的阶段游离期（悬浮期）特点贴壁期潜伏期对数生长期停滞期（平顶期）动物细胞体外无菌培养的6个条件1器材的清晰和消毒2水质3PH4渗透压5温度6空气动物细胞大规模培养的方法例子悬浮培养（suspension culture）适用细胞类型：悬浮细胞、兼性贴壁细胞优点：操作简便，培养条件比较均一，传质和传氧较好，产量高缺点：细胞密度较低设备：通气搅拌罐式生物反应器气升式生物反应器贴壁培养（anchorage-dependent culture）适用细胞类型：贴壁细胞、兼性贴壁细胞优点：适用的细胞种类广，较容易采用灌流培养的方式使细胞达到高密度。
缺点：操作比较麻烦，需要合适的贴附材料和足够的面积，培养条件不易均一，传质和传氧较差。
贴壁—悬浮培养，或称假悬浮培养微载体培养（microcarrier culture）*理想的微载体特征1生物相容性2材料无毒性3材料惰性4良好的机械稳定性5粒径分布均一6良好的光学透明性7保护细胞免受机械损伤8高压灭菌9反复利用，易于清洗10原料充分，制作简便，价廉多孔微载体培养（porous microcarrier）*多孔微载体培养优点1细胞在网状结构的小孔内部生长，可降低血清用量2过程简单，增加细胞固定化稳定性3大的比表面积保证细胞充分的生长空间4细胞生长在载体内部，能使细胞免受机械损5提高搅拌强度和通气量，强化传质微囊化培养*微囊化培养优点1微囊内的细胞可获得保护，避免了剪切力的损害2可以获得较高的细胞密度3当控制微囊膜的孔径后，可使产品浓缩在微囊内，从而有利于下游产物的纯化4可采用多种生物反应器进行大规模培养，如搅拌罐式生物反应器、气升式反应器等动物细胞培养的操作方式分批式操作（batch）1操作简单2直观的反应细胞生长代谢的过程3可直接放大流加式操作（fed-batch）半连续式操作（semi-continuous）1培养物的体积逐步增加2可进行多次收获3细胞可持续指数生长，并可保持产物和细胞在较高的浓度水平，培养过程可延续到很长时间连续式操作（continuous）灌流式操作（perfusion）1细胞罐流系统可使细胞或酶保留在反应器内，维持较高的细胞密度，一般可达107～109/ml，从而较大的提高了产品的产量2连续灌流系统，使细胞稳定的处在较好的的营养环境中，有害代谢废物浓度积累较低3反应速率容易控制，培养周期较长，可提高生产率，目标产品回收率高4产品在罐内停留时间短，可及时回收到低温下保存，有利于保持产品的活性生物工程上的生物反应器，指在体外模拟生物体的功能设计出来用于生产或检测各种化学品的反应装置，或者说生物反应器是利用酶或是生物体所具备的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种生物功能模拟机理想的动物细胞生物反应器具备的基本条件1制造生物反应器所采用的一切材料无毒性2生物反应器的结构具有良好的传质、传热和混合的性能3密封性能良好，可避免一切外来微生物的污染4对培养环境中多种物理化学参数能自动检测和调节控制，控制的精确度高，而且能保持环境质量的均一5可长期连续运转6容器加工制造时要求内面光滑，无死角，以减少细胞或微生物的沉积7拆装、连接和清洁方便，能耐高压蒸汽消毒，便于操作维修8设备成本尽可能低第六章植物细胞工程：以植物细胞为基本单位，应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术，在离体条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良品种、制造新品种、加速繁育植物个体或获得有用物质的一门科学或技术。
植物组织和器官培养：在无菌和人工控制条件下（培养基、光照、温度等)，研究植物的细胞、组织和器官以及控制其生长发育的技术。
植物细胞培养：利用单个植物细胞进行液体或固体培养，诱导其增殖及分化的技术。
外植体（explant）：用于植物组织（细胞）培养的器官或组织（的切段），植物的各部位如根、茎、叶、花、果、穗、胚珠、胚乳、花药和花粉等均可作为外植体进行组织培养。
愈伤组织(callus）：由外植体组织增生的细胞产生的一团无定型的疏松排列的薄壁细胞。