淺議蛋白質工程技術的應用

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摘要:進入21世紀以來，生物工程技術突飛猛進，蛋白質工程技術是生物工程技術的一個重要組成方面。目前，人們已經可以利用蛋白質工程技術在基因水平上對DNA進行設計、重組，通過轉錄、翻譯等過程合成自然界中不存在的蛋白質。這一技術目前被廣泛地應用于生物藥物的研發當中，本文將簡要對生物藥物研發中的蛋白質工程技術進行額分析。

關鍵詞:生物藥物研發;蛋白質工程;技術應用

生物工程技術自從上世紀70年代興起以來，已經發展了將近50年的時間。到了21世紀，生物工程技術特別是其中的蛋白質工程技術的迅猛發展，正推動這生命科學的不斷進步。利用蛋白質工程技術，我們可以對分子進行設計，對DNA進行重組，以生產我們需要的但自然界中不存在的蛋白質。蛋白質工程技術已經成為生物藥物生產中不可或缺的一個重要的組成部分。

一、生物藥物

生物藥物是綜合了生物學、生物化學以及醫學的極高融合度的產物，生物藥物的生產主要是在生物體內，利用生物體的組織細胞和體液等進行。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、預防藥物和診斷疫苗。由于生物藥物大多產自于生物體內，因此生物藥物具有普通藥物不具備的優越的藥理學性質，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性更高，毒副作用小，會減少藥物對于體內正常細胞的損傷。除了應用于醫療行業，生物藥物還被廣泛應用于保健品行業和化妝品領域，具有較為廣泛的應用領域。根據上述的分析，生物藥物具有十分廣泛的應用，在國內國外也擁有著廣闊的市場。但是由于我國的生物藥物行業起步較晚，生物藥物的制造生產相對歐美等發達國家較為落后，但由于市場的刺激，我國的生物藥物行業發展十分迅速，生物藥物的制造技術和水平得到了大幅度的提高。

二、蛋白質工程技術在生物藥物研發中的優勢

近年來蛋白質工程技術的發展，對于生物藥物生產起了極大的推動作用，蛋白質工程技術能夠極大地減輕藥物研究從業者的工作量和工作難度。在實際應用的過程中，蛋白質工程技術能夠在基因尺度上對DNA進行設計重組，這樣就可以通過轉錄翻譯等生理過程制造出自然界不存在，但具有優越藥理性能的蛋白質。還可以利用定點突變、體外定向等等技術實現對于氨基酸的改造，使藥物呈現出更加優越的藥理作用。總之，蛋白質工程技術在新型藥物的研發領域和生產方面具有巨大的優勢，而且隨著蛋白質工程技術的不斷精進和技術的不斷革新，這樣的優勢將會不斷擴大。

三、蛋白質工程技術在生物藥物研發中的應用

(一)定點突變技術。定點突變技術是指根據生物醫藥所學的結構或功能對基因進行特殊的改造，在特定的DN段或特定的核苷酸序列進行刪除或者添加，從而實現對于合成蛋白質的氨基酸序列的改變，進而改變藥品的藥性。在生物學上，這種對于特定DN段或特定核苷酸的刪除或添加屬于基因突變，這樣的定點突變技術對于生物藥物的編碼序列和一級結構具有很好的修飾作用。相比于傳統使用的利用自然因素或化學藥物進行的誘導突變而言，定點突變技術所產生的突變的特異性和可重復性更強。通過自然因素或化學藥物進行的誘導突變所產生的突變基因片段具有極大的不確定性，其往往是不可重復的。通過對于DN段或者核苷酸的刪除、添加所產生的蛋白質藥物的活性更高。以納豆激酶為例，納豆激酶是納豆枯草桿菌所產生的蛋白酶，其具有很強的溶解纖維蛋白的一種酶，被廣泛的應用于質量心腦血管疾病當中。但是根據研究表明，傳統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，進而導致整個酶失去活性，嚴重影響藥物的藥效。而通過定點突變技術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，經過定點突變技術改造得到的納豆激酶經過抗氧化活性測試的結果表明:經過定點突變技術改造的納豆激酶的抗氧化性明顯優于油油的野生納豆激酶，具有是非優良的抗氧化性。(二)體外定向進化技術。體外定向進化技術與定點突變技術有一定的相似之處，二者同樣都是對DN段或核苷酸進行改變，以產生具有醫藥價值的藥物。但是兩者也存在著巨大的不同。首先，定點突變技術主要應用于一些自然界中已經存在的蛋白質的個別位點進行刪除或添加，蛋白質自身更高級的結構并沒有改變，只是對于自然界中已經存在的蛋白質進行進一步的優化。而體外定向進化技術是在生物體外，利用PCR擴增技術或體外DNA對大量的位點進行處理，對于藥物的某一特征進行持續高通量的篩選。通過這樣的方式來獲得自然界中不存在的具有高價值的藥物。體外定向進化技術相比于定點突變技術也存在一定的弊端，在利用PCR技術進行高通量的體外擴增時，會產生堿基對錯配的情況，這一點與生物體相類似且無法避免。因此在利用PCR技術擴增之后，還應進行篩選。篩選的過程較為復雜，需要通過多輪次的重復篩選，最后才能獲取有益的突變基因。這種經過體外定性進化技術獲取的有益突變基因雖過程復雜，但人類已經基本掌握該項技術，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化技術通過不斷地定向篩選而得到的具有更強的氧化還原活性的氧化還原酶。

四、結語

科學技術不斷進步推動著人們醫療水平的不斷提高，當前蛋白質工程技術在生物藥物研發工作中已經起到了極大的推動作用，提高了生物藥物研發的效率，減輕了藥物研發人員的負擔。通過蛋白質工程技術對特定的DN段或特定的核苷酸片段進行添加或刪除，已經生產出許多具有新結構、新功能的藥物，造福人類。

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［4］張新國，陳文潔，曾艷龍，王強林，李坤．蛋白質工程技術及其在生物藥物研發中的應用［J］．藥學進展，2011(12):529-536．

作者:陳鑠 單位:湖北大學知行學院