浅议生物药物研发中对于蛋白质工程技术的应用

郑昆，杨红

（1.吉林化工学院，吉林吉林 132012；2.吉林工贸学校，吉林吉林 132012）

随着人们在生命科学方面的研究越来越深化，所获得的研究成果越来越多、越来越成熟，在新药研究中，生物制药所占的比例在不断增加。新药的研发人员也逐渐将关注点与研究方向转移到生物药物研究方面，开始为其研发投入更多的时间与精力[1]。通过大量的实验表明，在生物药物研究方面，蛋白质工程技术所能够起到的作用越来越大，并且其发展前景也非常广阔。

1 生物药物未来的发展

与其他化学制药相同，生物药物的功能也是为患者预防、诊断以及治疗疾病。但相对于其他制药模式而言，生物药物研发技术方面更为复杂，需要应用到化学、物理、生物以及药学等诸多方面的知识与原理，此外还需要应用到多个学科的研究成果。在此基础上，还需要针对生物的部分成分来制药，例如选择生物的细胞、组织、体液来进行制药[2]。具体生物药物研究中除了要准备上述工作之外，还需要涉及多个方面的知识与理论，并在前人的基础上深入创新与完善，才能够形成多种渠道的生物制药生产渠道，研究出适用于各方面的生物药物，促进生物药物特性的深入研究发展，保障人们身体健康。

正常生物体自身可以保持健康状态，主要是因为生物在自身内部可以持续不断地产生蛋白质、酶、抗体及核苷酸等各种调控物质来促进新陈代谢，通过应用这些物质，能够有效保障生物体的正常生理机能。所以结合这一特点，生物制药的研发人员可以从中提取这些特殊的调控物质，将其作为生物药物制造的原料。相对于化学药物而言，以生物形式获得药物具有更高的药理活性，且毒副作用更小，同时还具有更高的治疗针对性。与此同时，因为不同物种之间存在一定的差异，所以也会同其他药物一样，生物药物也会造成过敏或者免疫反应等副作用，这些情况都是无法避免的。

随着科研人员在生物药物方面的研究不断的深入，所研发出的生物药物的种类越来越多。当前以生物工程特点和使用情况可以划分为如下四类。

1.1 用于治疗

治疗方面的生物药物应用较为特殊，一般情况下，艾滋病或肿瘤类疾病会应用此类药物来解决问题。

1.2 用于预防

一般而言，疫苗、菌苗以及各种霉素等都属于预防类生物药物的应用范围，其所针对的大部分是具有传染性的疾病。

1.3 用于诊断疫苗

在诊断疫苗方面，生物药物的应用相对于其他类药物而言优势更为明显，除了起效快之外，疗程也较短，当前较为常见的诊断疫苗类生物药物大致分为酶诊断、免疫诊断以及基因诊断等多种形式。

1.4 用于其他方面

生物药物的种类非常多，并且功能强大，除了在药物领域正在应用之外，还广泛应用于生物保健、生物化妆品以及生物食品等方面，整体具有很好的前景。

随着生物药物所表现出的优势与效果，人们对于生物药物的认识也不断加深，对于生物药物的需求量也在快速增长，所以无论是国内市场还是国际市场，生物药物的生产规模都是在快速上涨。尽管当前我国在生物药物研制方面已经投入近万亿元，但与起步较早的国际市场的差距仍非常显著，因此我国生物药物的研发空间潜力巨大，市场前景广阔。

2 蛋白质工程技术在生物药物研发中的具体应用

2.1 定点突变工程技术

定点突变是按照生物医药的结构与功能开展针对性的改造，涵盖了活性基因、DNA序列和特定核苷酸序列的特定插入和删除，从而对生物大分子的氨基酸序列进行改变，进而改变药性，其在生物药物编码序列和一级结构中有着很好的修饰作用。相对于自然因素和化学因素所诱导的突变而言，定点突变具有更强的特异性，而且具有更强的可重复性。通过对相应的能够改变生物药物功能与性质的核苷酸进行改变，可以获得活性更高的改良生物药物。以纳豆激酶为例，其本身是由纳豆枯草杆菌产生的具有溶解纤维蛋白活性的酶，在心血管药物开发中应用价值较高。但是实际应用中，纳豆激酶很容易被氧化，稳定性较差，而利用定点突变技术，将丝氨酸和丙氨醛加入其核苷酸序列中，并且对其催化残基和附近的苏氨酸位点进行改变，使得其能够在大肠杆菌中高表达，并且显著提升了自身的抗氧化能力。而且还可以借助催化抗体的形式调节免疫球蛋白的活性，应用突变技术提高相应的催化酶活性，进而加速酶解反应。此外，应用PCR法开展定点突变也可以改变核苷酸序列，辅助以包涵体对蛋白进行特异性变性与复性处理，可以实现对蛋白的纯化，同时还可以提升其生物活性。

2.2 体外定向进化技术

定点突变技术比较适合应用于天然蛋白的少数位点突变，并且蛋白质本身的高级结构没有较为明显的变化，而且蛋白质自身功能只是出现部分变化。但由于人们对于蛋白质工程的认识已经不再局限于少部分改变蛋白质的结构和功能，所以体外分子定向转化技术在改造蛋白质结构与工程方面应用价值得以体现。蛋白质工程技术中，体外定向转化又称为分子进化，其具体是借助体外DNA或PCR技术以高通量筛选的模式对蛋白质工程涉及药物进行处理，并且继续筛选其中活性较高的药物，通过此方式来获得自然界中不存在的高品质药物。相对于定点突变而言，体外定向进化技术无需获得药物结构和工程方面的信息，所以该技术也被称作是非理性设计。在易出错的PCR开展体外扩增时，通过应用适当的条件，导致碱基出现错误配对的情况，这种突变属于随机突变，具有简单和快速的特点，所以需要术后借助其他技术来进行筛选[3]。一般而言，只采用一轮定向筛选与选择无法达到预期的目标，需要连续重复的筛选。通过多次在错误中的筛选，最终获得所需要的有益突变基因，从随机诱变最终获得有益的积累突变。例如，1,3-丙二醇在医学领域应用较为广泛，其能够被用作为聚酯、聚醚和聚氨酯的合成单体，在1,3-丙二醇合成过程中，同工酶活性要远高于1,3-丙二醇氧化还原酶，而同工酶就是借助突变筛选来获得突变的氧化还原酶，同工酶也被应用于其他醛类反应中，能够起到很好的催化作用。此外，结合抗原决定簇的化学基团与环氧化物中间体都能够调节药物结构，进而使得其生物活性得到显著提升。

DNA改组，具体是打碎部分同源，但互相存在部分差异的基因序列，并且将其小片段随机重组，此过程汇总借助重叠碱基促进其随机配对，最终形成重组的全长核苷酸序列，模拟自然界重组筛选DNA。在改良优化酶与蛋白药物中，DNA重组技术的应用比较广泛，其能够很好地筛选酶的活性、稳定性与特异性。

2.3 蛋白质工程技术中的转运RNA技术

在蛋白质工程中，转运RNA技术可以把非天然的氨基酸特异性插入到蛋白质中，所以此方式又被称作非天然氨基酸的替代法。此方法能够选择性地改造蛋白质功能，首先借助化学氨酰化抑制转运RNA，并且使得其出现错酰化的情况，与此同时，使其携带非天然氨基酸，把错酰化的转运RNA反密码子靶向转移到目的蛋白中，最终获得所需要的蛋白质。

3 结语

当前世界多个领域都已经开始发展应用生物工程技术，生物药物的研发速度也在快速提升，将蛋白质工程技术充分应用到生物药物的研发中去，能够显著提升生物药物的研发速度和效率。通过合理应用蛋白质工程技术，生物药物研究人员可以更加轻松和随意的设计与裁切蛋白质分子，进而可以从中获得更多具有新结构、新功能的生物药物，以更多效果更好、副作用更小的药物，更好地挽救人们的生命，提升人们的生活质量。