Медицинский Университет 2006

Т. П. Прищеп

В. С. Чучалин

К. Л. Зайков

Л. К. Михалева

Л. С. Белова

ОСНОВЫ

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ

БИОТЕХНОЛОГИИ

Учебное пособие

Рекомендуется Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию

вузов России в качестве учебного пособия

для студентов, обучающихся по специальности

060108 (040500) — Фармация

Ростов-на-Дону

Феникс

Томск

Издательство НТЛ

Сибирский Государственный

Медицинский Университет 2006

УДК 615.1:574(075)

ББК 52.82+28.087я73 КТК 311 0-753

Рецензенты:

Турецкова В.Ф., профессор, доктор фармацевтических наук, зав. кафедрой фармацевтической технологии Алтайского государственного

медицинского университета;

Бекетов Б.Н., профессор, доктор фармацевтических наук, зав. кафедрой фармацевтической технологии Тюменской государственной

медицинской академии;

Сампиев А.М., профессор, доктор фармацевтических наук, зав. кафедрой фармации Кубанской государственной медицинской академии

Прищеп Т.П., Чучалин В.С., Зайков К.Л.,Михалева Л.К., Белова Л.С.

0—753Основы фармацевтической биотехнологии: Учебное пособие / Т.П. Прищеп, В.С, Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалёва, Л.С. Бе­лова. — Ростов н/Д.: Феникс; Томск: Издательство НТЛ, 2006. — 256 с. — (Высшее образование).

ISВN 5-222-08883-9 (Феникс)

ISВN 5-89503-246-Х (Издательство НТЛ)

По определению ученых всего мира XXI век будет веком био­технологий.

В сфере производства лекарственных средств биотехнология вы­тесняет традиционные технологии, открывает принципиально но­вые возможности. Биотехнологическим способом производят генно-инженерные белки (интерфероны, интерлейкины, инсулин, вакци­ны против гепатита и т.п.), ферменты, диагностические средства (тест-системы на наркотитки, лекарственные вещества, гормоны и т.п.), витамины-, антибиотики, биодеградируемые пластмассы, био­совместимые материалы.

В учебном пособии приведены принципы создания и технологи­ческие схемы производства фармацевтических продуктов. Пред­назначено для студентов фармацевтических факультетов медицин­ских вузов.

ISВN 5-222-08883-9 (Феникс) УДК 615.1:574(075)

ISВN 5-89503-246-Х (Издательство НТЛ) ББК 52.82+28.087я73

© Прищеп Т.П., Чучалин В.С., Зайков К.Л., Михалева Л.К.,

Белова Л.С, 2006

© Сибирский Государственный Медицинский Университет, 2006 © Оформление: изд-во «Феникс», 2006 © Оформление: Издательство НТЛ, 2006

Содержание

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................5

Глава 1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БИОТЕХНОЛОГИИ............ 8

Г л а в а 2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ,

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В БИОТЕХНОЛОГИИ..............................................14

Г л а в а 3. ДНК, РНК И СИНТЕЗ БЕЛКА................................................20

Г л а в а 4. ТЕХНОЛОГИЯ РЕКОМБИНАНТНЫХ ДНК,

ИЛИ ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.................................!..................................33

Глава 5. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.............................................. 43

5.1. Состав питательной среды..................................................... 44

5.2. Приготовление посевного материала..,......,.......................... 47

5.3. Культивирование..................................................................... 48

5.4. Аппаратурное оформление биотехнологического процесса. Биореакторы............................................................54

5.5. Повышение эффективности ферментации............................ 61

5.6. Методы контроля биомассы и количества клеток при культивировании. Апоптоз и некроз клеток........................ 63

5.7. Выделение продуктов биосинтеза......................................... 65

5.8. Получение готовой продукции.............................................. 68

Глава 6. ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА, ПОЛУЧЕННЫЕ

НА ОСНОВЕ РЕКОМБИНАНТНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ............. 76

6.1. Моноклональные антитела как лекарственные средства.... 76

6.2. Тромболитики и антикоагулянты.......................................... 78

6.3. Аминокислоты..........__......................................................... 87

6.4. Синтез L-аскорбиновой кислоты........................................... 89

6.5. Гормональные препараты....................................................... 93

6.6. Вакцины..................,.............................................................. 103

6.7. Цитокины................,.............................................................. 106

Глава 7.Антибиотики.......................................................................... 117

7.1. Классификация антибиотиков.............................................. 122

7.2. Производство антибиотиков................................................ 124

7.3. Частная технология антибиотиков...................................... 128

Глава 8. ФЕРМЕНТЫ. ИММОБИЛИЗОВАННЫЕ ФЕРМЕНТЫ.... 148

8.1. Промышленное производство ферментов, получаемых биотехнологическими методами......................................... 149

8.2. Иммобилизация как путь повышения эффективности

и стабильности................................................„.................... 156

Глава 9.ПРЕПАРАТЫНОРМОФЛОРЫ..................................'.......... 170

9.1. Характеристика нормофлоры человека............................... 170

9.2. Дисбактериоз. Причины возникновения, профилактика

и лечение................................................................................ 175

9.3. Производство препаратов нормофлоры.............................. 177

9.4. Номенклатура препаратов нормофлоры.............................. 182

Глава 10. БИОПРЕПАРАТЫ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ................................................................................. 187

10.1. Культура изолированных клеток, тканей и органов

растений.............................................................................. 187

10.2. Особенности культивирования изолированных клеток

и тканей растений.............................„................................ 188

10.3.Методы культивирования изолированных клеток и

тканей................................................................................... 190

10.4. Культура растительных клеток как источник лекарственных веществ...........,.......................................... 197

Глава 11. БИОДЕГРАДАЦИЯ ТОКСИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

И УТИЛИЗАЦИЯ БИОМАССЫ............................................................. 203

11.1. Метаболические пути биодеградации ксенобиотиков, созданных методом генной инженерии.............................204

11.2. Утилизация крахмала и Сахаров......................................... 207

11.3. Основные санитарные и экологические требования

к производству биопрепаратов..........................................210

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ...........;.... 213

КРАТКИЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ, используемых

в биотехнологии (за основу взят список по Б. Глику,

Дж. Пастернаку).......................'................................................... 228

Ответы на тестовые задания к итоговой аттестации..............................249

Список использованной литературы.......................................................250

ВВЕДЕНИЕ

Биотехнология (БТ) входит в круг интересов представителей многих специальностей, имеющих разное базовое образование. Как научная дисциплина и область практической деятельности БТ сформировалась со времени появления антибиотиков. В 50-е годы XX века были разра­ботаны и освоены в производстве питательные среды, в 60-е - вакцины, В 70-е - сконструированы и внедрены новые виды типовых технологи­ческих процессов и оборудования для их реализации. По определению большинства ученых, XXI век будет веком БТ. Этому способствуют бурное развитие молекулярной биологии и генетики, острая потреб­ность в новых технологиях, призванных улучшить здравоохранение, охрану окружающей среды, ликвидировать нехватку продовольствия,. ' минеральных ресурсов.

БТ - это технологические процессы с использованием биотехноло­гических систем — живых организмов и компонентов живой клетки. Системы могут быть разными - от микробов и бактерий до ферментов и генов. БТ - это производство, основанное на достижениях современной науки: генетической инженерии, физико-химии ферментов, молекуляр­ной диагностики и молекулярной биологии, селекционной генетики, микробиологии, биохимии, химии антибиотиков.

В сфере производства лекарственных средств БТ вытесняет тради­ционные технологии, открывает принципиально новые возможности. Биотехнологическим способом производят генно-инженерные белки - (интерфероны, интерлейкины, инсулин, вакцины против гепатита и т.п.), ферменты, диагностические средства (тест-системы на наркотит-. ки, лекарственные вещества, гормоны и т.п.), витамины, антибиотики, . биодеградируемые пластмассы, биосовместимые материалы.

Особая роль отводится сельскохозяйственной БТ: Это создание и культивирование трансгенных растений, микробиологический синтез средств защиты растений, производство кормов, в том числе с исполь­зованием ферментов. Для России актуальны такие направления, как ре­сурсная БТ (использование биосистем для извлечения полезных иско­паемых) и биотехнологическая (с использованием бактериальных штаммов) утилизация промышленных и бытовых отходов, очистка сточных вод, обеззараживание воздуха. Клонирование живых организ­мов может скоро перейти из раздела научных разработок в разрад прак­тической БТ.

БТ является одной и самых наукоемких, перспективных и в эконо­мическом плане высокорентабельных отраслей производства. Большая часть коммерческих разработок в области БТ приходится на США, где действуют более 1500 биотехнологических компаний (во всем мире свыше 3000). В современной биологии и БТ превосходство США оче­видно, в области фундаментальных биологических исследований дос­тижения американской науки составляют около 80% общемировых. Значительный вклад в развитие биотехнологии внесли крупнейшие хи­мические и фармацевтические концерны (Monsanto, Du Pont, Аmerican Суanamid, Еli Lilly, Мегck, Novartis, Ноffman-La-Roche, Genentech и др.). В других странах, где инвестиционный климат не столь благоприятен и бизнес менее активен, главную роль в создании биотехнологических предприятий играют крупные корпорации и государство. Так, прави­тельство Японии объявило БТ национальным приоритетом. Неуклонно развивается европейская биотехнологическая индустрия (свыше 600 биотехнологических компаний).

В России развитию биологии и генетики долгое время препятство­вали на государственном уровне, но несмотря на это к концу 80-х годов прошлого века все-таки был создан значительный научный и техноло­гический потенциал. К середине 90-х годов в связи с внедрением ры­ночных механизмов в экономику микробиологические и ферментные производства были практически свернуты как нерентабельные, значи­тельная часть научных разработок осталась без внедрения. Негативную роль сыграл также отток научных кадров за рубеж. «По уровню разви­тия БТ мы не входим в число не только развитых, но и развивающихся стран. Ситуация не изменится пока мы не поставим во главу фундамен­тальную науку. БТ высокотехнологична, поэтому можно смело сказать - нет в стране фундаментальной науки, нет и не будет БТ. Всему виной отсутствие финансирования» (А.С. Спирин, академик РАН).

Несмотря на известные трудности в стране еще имеются биотехно­логические разработки мирового уровня, внедрение которых незамед­лительно принесло бы ощутимую пользу всему обществу. Так, средняя отдача нефтяных месторождений в России не превышает 50%. Новая уникальная микробиологическая технология регулирования микрофло­ры пластов, разработанная в Институте микробиологии РАН уже по­зволила компании «Татнефть» получить дополнительно около полумиллиона тонн «черного золота». Извлечение металлов из руды с по­мощью микробного окисления и последующего электролиза дает воз­можность не только использовать «бедное» сырье, но и позволяет огра­ничить выброс в атмосферу вредных серосодержащих газов, образую­щихся в процессе обжига руды при традиционной технологии. По но­вой технологии Института микробиологии РАН с 2001 г. в Краснояр­ском крае на золотодобывающем комбинате работают 8 ферментеров.

Закончена работа над новым способом снижения концентрации ме­тана в шахтах с использованием метанотрофных бактерий. Разработаны и производятся флокулянты для фильтрации воды в очистных сооруже­ниях, созданы оригинальные технологии производства ферментов для стиральных порошков (Гос. НИИ генетики РАН).

В России имеются около тридцати молекулярно-биологических ла­бораторий мирового уровня. Но без государственной поддержки фун­даментальных исследований и соотвествующих научных школ, без реа­лизации комплексной инновационной программы в области БТ Россия не сможет стать в XXI веке полноправным участником мирового био­технологического рынка.

Бесусловно, благодаря уникальным возможностям БТ ей отводится важнейшая роль в решении актуальных медицинских проблем и, в ча­стности, в создании лекарственных препаратов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: