浅议蛋白质工程技术的应用

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摘要:进入21世纪以来，生物工程技术突飞猛进，蛋白质工程技术是生物工程技术的一个重要组成方面。目前，人们已经可以利用蛋白质工程技术在基因水平上对DNA进行设计、重组，通过转录、翻译等过程合成自然界中不存在的蛋白质。这一技术目前被广泛地应用于生物药物的研发当中，本文将简要对生物药物研发中的蛋白质工程技术进行额分析。

关键词:生物药物研发;蛋白质工程;技术应用

生物工程技术自从上世纪70年代兴起以来，已经发展了将近50年的时间。到了21世纪，生物工程技术特别是其中的蛋白质工程技术的迅猛发展，正推动这生命科学的不断进步。利用蛋白质工程技术，我们可以对分子进行设计，对DNA进行重组，以生产我们需要的但自然界中不存在的蛋白质。蛋白质工程技术已经成为生物药物生产中不可或缺的一个重要的组成部分。

一、生物药物

生物药物是综合了生物学、生物化学以及医学的极高融合度的产物，生物药物的生产主要是在生物体内，利用生物体的组织细胞和体液等进行。生物药物的种类繁多，按照药物的功能大致可分为治疗药物、预防药物和诊断疫苗。由于生物药物大多产自于生物体内，因此生物药物具有普通药物不具备的优越的药理学性质，生物药物的药理活性比普通药物更高;治疗肿瘤、艾滋病等的治疗药物其比普通药物的针对性更高，毒副作用小，会减少药物对于体内正常细胞的损伤。除了应用于医疗行业，生物药物还被广泛应用于保健品行业和化妆品领域，具有较为广泛的应用领域。根据上述的分析，生物药物具有十分广泛的应用，在国内国外也拥有着广阔的市场。但是由于我国的生物药物行业起步较晚，生物药物的制造生产相对欧美等发达国家较为落后，但由于市场的刺激，我国的生物药物行业发展十分迅速，生物药物的制造技术和水平得到了大幅度的提高。

二、蛋白质工程技术在生物药物研发中的优势

近年来蛋白质工程技术的发展，对于生物药物生产起了极大的推动作用，蛋白质工程技术能够极大地减轻药物研究从业者的工作量和工作难度。在实际应用的过程中，蛋白质工程技术能够在基因尺度上对DNA进行设计重组，这样就可以通过转录翻译等生理过程制造出自然界不存在，但具有优越药理性能的蛋白质。还可以利用定点突变、体外定向等等技术实现对于氨基酸的改造，使药物呈现出更加优越的药理作用。总之，蛋白质工程技术在新型药物的研发领域和生产方面具有巨大的优势，而且随着蛋白质工程技术的不断精进和技术的不断革新，这样的优势将会不断扩大。

三、蛋白质工程技术在生物药物研发中的应用

(一)定点突变技术。定点突变技术是指根据生物医药所学的结构或功能对基因进行特殊的改造，在特定的DN段或特定的核苷酸序列进行删除或者添加，从而实现对于合成蛋白质的氨基酸序列的改变，进而改变药品的药性。在生物学上，这种对于特定DN段或特定核苷酸的删除或添加属于基因突变，这样的定点突变技术对于生物药物的编码序列和一级结构具有很好的修饰作用。相比于传统使用的利用自然因素或化学药物进行的诱导突变而言，定点突变技术所产生的突变的特异性和可重复性更强。通过自然因素或化学药物进行的诱导突变所产生的突变基因片段具有极大的不确定性，其往往是不可重复的。通过对于DN段或者核苷酸的删除、添加所产生的蛋白质药物的活性更高。以纳豆激酶为例，纳豆激酶是纳豆枯草杆菌所产生的蛋白酶，其具有很强的溶解纤维蛋白的一种酶，被广泛的应用于质量心脑血管疾病当中。但是根据研究表明，传统的由纳豆谷草杆菌所分泌纳豆激酶其第222位的蛋氨酸非常容易被过氧化氢所氧化，进而导致整个酶失去活性，严重影响药物的药效。而通过定点突变技术将丝氨酸和丙氨醛替换到原有的第220位苏氨酸和第222位的蛋氨酸，经过定点突变技术改造得到的纳豆激酶经过抗氧化活性测试的结果表明:经过定点突变技术改造的纳豆激酶的抗氧化性明显优于油油的野生纳豆激酶，具有是非优良的抗氧化性。(二)体外定向进化技术。体外定向进化技术与定点突变技术有一定的相似之处，二者同样都是对DN段或核苷酸进行改变，以产生具有医药价值的药物。但是两者也存在着巨大的不同。首先，定点突变技术主要应用于一些自然界中已经存在的蛋白质的个别位点进行删除或添加，蛋白质自身更高级的结构并没有改变，只是对于自然界中已经存在的蛋白质进行进一步的优化。而体外定向进化技术是在生物体外，利用PCR扩增技术或体外DNA对大量的位点进行处理，对于药物的某一特征进行持续高通量的筛选。通过这样的方式来获得自然界中不存在的具有高价值的药物。体外定向进化技术相比于定点突变技术也存在一定的弊端，在利用PCR技术进行高通量的体外扩增时，会产生碱基对错配的情况，这一点与生物体相类似且无法避免。因此在利用PCR技术扩增之后，还应进行筛选。筛选的过程较为复杂，需要通过多轮次的重复筛选，最后才能获取有益的突变基因。这种经过体外定性进化技术获取的有益突变基因虽过程复杂，但人类已经基本掌握该项技术，并且取得了一定的成果。例如，1，3-丙二醇就是通过体外定向进化技术通过不断地定向筛选而得到的具有更强的氧化还原活性的氧化还原酶。

四、结语

科学技术不断进步推动着人们医疗水平的不断提高，当前蛋白质工程技术在生物药物研发工作中已经起到了极大的推动作用，提高了生物药物研发的效率，减轻了药物研发人员的负担。通过蛋白质工程技术对特定的DN段或特定的核苷酸片段进行添加或删除，已经生产出许多具有新结构、新功能的药物，造福人类。

参考文献:

［1］张新国，陈文洁，曾艳龙，etal．蛋白质工程技术及其在生物药物研发中的应用［J］．药学进展，2011，35(12):529-536．

［2］茹炳根．蛋白质工程及其在生物制药中的应用前景［C］．全国生化药物及药用动植物资源开发研究会议，2007(03):24-25．

［3］宋鹏辉．生物药物研发应用蛋白质工程技术探讨［J］．科学中国人，2016(24):19+21．

［4］张新国，陈文洁，曾艳龙，王强林，李坤．蛋白质工程技术及其在生物药物研发中的应用［J］．药学进展，2011(12):529-536．

作者:陈铄 单位:湖北大学知行学院