第2章生物制药技术的新方法

生物制药技术第二章生物制药技术的新方法你知道这些英文吗？•Leadingcompounds•Highthroughputscreening•Virtualscreening•Combinatorialchemistry•Combinatorialbiosynthesis•Geneblocks•Unnaturalnaturalproducts•Surfacedisplaytechnology•Biochips•Improvedchemicalentities•Rationaldrugdesign2019/8/1722019/8/1732019/8/174生物制药技术的新方法•一、高通量筛选与虚拟筛选•二、从微生物、海洋中开拓药物新来源•三、组合生物合成与表面展示技术•四、生物芯片技术•五、微生物基因组研究•六、生物转化与手性合成•七、合理药物设计2019/8/175高通量筛选筛选新药的一般过程寻找先导化合物构效关系研究分子修饰临床前研究2019/8/176传统药物筛选模型整体细胞水平病原微生物肿瘤细胞株模型实验动物2019/8/177HighThroughputScreening细胞水平分子水平酶受体通道信号转导因子特殊细胞特殊微生物2019/8/178HighThroughputScreening技术基础•人类基因组测序•微生物基因组测序•蛋白质组学•生物信息学•分子药理学•细胞药理学•微电子技术特点•快速（自动化）•高效•经济（微型化）•高特异性2019/8/179高通量筛选分析方法•1）受体结合分析法•2）酶活性测定法•3）细胞因子测定法•4）细胞活性测定法•5）代谢物质测定法•6）基因产物测定法2019/8/1710VirtualScreening•利用各种计算方法，以某一设定的靶酶或靶受体活性部位的三维结构主要参数为依据，对生物分子或化合物进行“定向”筛选，确定潜在有效的先导生物分子或化合物。•计算机辅助药物设计•生物信息学•结构生物学2019/8/1711新颖的新药筛选技术药物靶标开发技术使用技术的公司反义寡核苷酸技术EliLilly，Abbott，Merck，Amgen，Roche锌脂蛋白技术Zeneca,Baxter,Pfier,Bayer,Dupont,Merck核酶技术Pfier,Vertex,Norvatis核糖核酸干扰技术寡核苷酸芯片技术生物信息技术2019/8/1712FMAT8100HTS荧光高通量筛选系统（美国AB公司）•FMAT8100系统是全世界第一台全自动Macro-Confocal共聚焦式高通量荧光筛选系统，由Appliedbiosystems公司和BectonDickinson(BD公司)共同合作研制。具有样品量大（最多60块96孔或384孔/板）、筛选速度快（75000样品/天）、操作简便、无需进行放射性标记等特点。待测样品与荧光分析试剂自动混合后直接分析荧光强度，不必洗脱，并可自动机械传送样品板，对每一样品孔进行准确的定量检测。2019/8/1713生物制药技术的新方法•一、高通量筛选与虚拟筛选•二、从微生物、海洋中开拓药物新来源•三、组合生物合成与表面展示技术•四、生物芯片技术•五、微生物基因组研究•六、生物转化与手性合成•七、合理药物设计2019/8/1714从微生物、海洋中开拓药物新来源•人类分离且认识的微生物种类未超过天然总量的5%•在已报道的微生物药物中，超过总数60%的产生菌属于放线菌科•分离稀有放线菌和超级稀有放线菌•极端环境微生物•土壤微生物的总DNA克隆•植物内生菌（Plantendophyte）•海洋生物占全球生物物种的2/3以上•海洋环境千差万别（生物和化学多样性）2019/8/1715NovelBioactiveCompound-ProducingMicroorganisms,1939-1996TaxonNumberofnovelantibiotic-producingmicroorganismsActinomycetes4,528(70.1%)(Streptomyces/Rareactinomycetes)(3,739/789)Fungi1,243(19.2%)Bacteria688(10.7%)Total6,459(100％）2019/8/1716微生物（真菌、放线菌和细菌）土壤样品植物样品海洋样品动物样品分离培养提取物发酵生物活性分析生物活性提取物活性化合物单体化合物结构与活性大规模发酵、提取、纯化MS/IR/UV/NMR图谱微生物分类培养优化、放大2019/8/1717生物制药技术的新方法•一、高通量筛选与虚拟筛选•二、从微生物、海洋中开拓药物新来源•三、组合生物合成与表面展示技术•四、生物芯片技术•五、微生物基因组研究•六、生物转化与手性合成•七、合理药物设计2019/8/1718组合化学：采用化学、生物学或生物合成方法，把诸如核苷酸、氨基酸、单糖以及各种小分子，系统地装配成不同的组合，高效自动化合成结构多样性，具有多种特征的大量分子，建立可供筛选的化学物质库。组合化学是一项新型化学技术，利用一系列合成、测试技术，在短时间内合成数目庞大的有机化合物，经过高效生物活性筛选，从中发现一批具有活性的药物前体。组合化学是应生物学家建立起来的高通量筛选技术的需要而产生的。组合化学2019/8/17192019/8/1720五肽的合成用20种天然氨基酸合成的五肽，组合起来有以下数量：二聚体202=400三聚体203=8000四聚体204=160,000五聚体205=3200,0002019/8/1721组合生物合成•在体外对微生物的生物合成、调节等基因进行删除、添加、取代及重组，再导入到适当的微生物宿主中进行定向合成，获得所需的生物活性物质。•生物合成基因块（Geneblock）•人工设计非天然的天然化合物（Unnaturalnaturalproducts）•聚酮生物合成途径（Polyketidebiosynthesispathway）2019/8/17222019/8/1723表面展示技术•将cDNA按组合方式合成的寡核苷酸或基因组中的某基因片段，克隆在特定的表达载体中，使外源肽（或蛋白质的结构域）以融合表达方式展现在噬菌体、微生物细胞或核糖体表面。•用于：构建抗体库、开发亚单位疫苗、筛选先导化合物多肽•特点：便捷、费用小、建库容量大2019/8/1724生物制药技术的新方法•一、高通量筛选与虚拟筛选•二、从微生物、海洋中开拓药物新来源•三、组合生物合成与表面展示技术•四、生物芯片技术•五、微生物基因组研究•六、生物转化与手性合成•七、合理药物设计2019/8/1725生物芯片技术•种类：DNA芯片、RNA芯片、蛋白质芯片、抗体芯片、细胞芯片、药物传输芯片、PCR扩增芯片、集成芯片•用于：基因序列测定、分析基因组突变、测定基因表达水平、比较同源基因的表达差异、发现新基因、疫苗及药物设计研发、疾病诊断2019/8/1726生物制药技术的新方法•一、高通量筛选与虚拟筛选•二、从微生物、海洋中开拓药物新来源•三、组合生物合成与表面展示技术•四、生物芯片技术•五、微生物基因组研究•六、生物转化与手性合成•七、合理药物设计2019/8/1727微生物基因组研究•对人的致病菌：如幽门螺旋杆菌、肺炎链球菌•美国科学家测定了一种感染性肺炎链球菌的基因组序列，发现该菌株有2236个基因，比一般的链球菌多10%的基因，这些多出的基因可能参与了感染过程。2019/8/1728生物制药技术的新方法•一、高通量筛选与虚拟筛选•二、从微生物、海洋中开拓药物新来源•三、组合生物合成与表面展示技术•四、生物芯片技术•五、微生物基因组研究•六、生物转化与手性合成•七、合理药物设计2019/8/1729生物转化•Microbialtransformation•Microbialconversion•Biotransformation•Bioconversion•Biocatalysis•Enzymation•…2019/8/1730生物转化•微生物转化•植物细胞转化•酶转化/酶催化2019/8/1731生物手性合成•药物的异构体具有不同的生物活性•用生物合成技术制备手性化合物•酶促反应/微生物转化•消旋药物的二次开发/改良的化学实体（Improvedchemicalentities）•例：减肥药右旋芬氟拉明、非甾体抗炎药(S)-酮基布洛芬、抗抑郁药物(S)-氟西汀2019/8/1732一些药物异构体的不同特性药名构型生物效应Thalidomide（沙利度胺）R催眠镇静S强致畸作用Chlonamphenicol（氯霉素）R，R抗菌S，S无活性Propanolol（心得安，萘氧丙醇胺）R无活性SΒ－阻滞剂Sotalol（索他洛尔）DⅢ型抗心率失常LΒ－阻滞剂Ethambutol（已胺丁醇）R，R致盲S，R抗结核Tamoxifen（他莫昔芬）E雌激素Z抗雌激素活性，治疗乳腺癌Naproxen(萘普生）R肝脏毒性S抗炎Ketoprofen（酮洛芬）R解热镇痛S镇痛抗炎Amlodipine（氨氯地平）S（-）抗心绞痛、高血压、充血性心力衰竭R（+）治疗和预防动脉粥样硬化2019/8/1733生物制药技术的新方法•一、高通量筛选与虚拟筛选•二、从微生物、海洋中开拓药物新来源•三、组合生物合成与表面展示技术•四、生物芯片技术•五、微生物基因组研究•六、生物转化与手性合成•七、合理药物设计2019/8/1734合理药物设计（RationalDrugDesign）•以某一疾病发生的分子机制为基础，进一步确定药物作用的靶物质，阐明靶分子的结构与功能，再以靶分子为对象设计药物分子，使其能专一结合于靶分子的活性部分，从而能改变靶分子的活性以发挥药物分子的治疗作用。•靶物质：酶、受体、离子通道、核酸•直接设计/间接设计•计算机模拟与图形设计2019/8/17352019/8/1736思考题•你还知道其它生物制药新技术吗？2019/8/1737