이 글은 유전공학의 개념, 유전공학기술을 이용한 약물 개발의 일반적인 과정, 유전공학약품을 소개하고 향후 유전자공학기술을 이용한 약물 개발 연구의 발전 방향을 검토했다.

텍스트:

1 유전 공학 개요

유전자 공학이란 체외에서 핵산 분자를 바이러스, 플라스미드 또는 기타 전달체 분자에 삽입하여 새로운 유전물질 조합을 형성하여 이전에 이런 분자가 없었던 숙주 세포에 첨가하여 지속적으로 안정적으로 번식할 수 있도록 하는 것을 말한다.

유전공학의 첫 번째 중요한 특징은 자연종의 장벽을 넘을 수 있다는 것이다. 즉, 어떤 생물의 유전자도 그것과 무관한 새로운 숙주 생물의 세포에 넣을 수 있다는 것이다. 이것은 사람이 자신의 주관적인 의지에 따라 자연계에 존재하지 않는 새로운 종을 창조할 가능성이 있다는 것을 보여준다. 두 번째 특징은 새로운 숙주 세포에서 작은 DNA 조각을 증폭시켜 크고 순화된 DNA 조각을 준비함으로써 분자생물학 분야를 넓혀 생물제약 분야에 큰 응용을 할 수 있다는 점이다.

1970 년대 초 유전공학이 나온 이래 기초이론 연구든 실제 응용이든 놀라운 성과를 거두었다. 전체 게놈 뉴클레오티드 서열의 측정과 분석은 유전공학 기술이 기초생물학 연구를 촉진하는 훌륭한 예이다. 200 1 2 월 12 일, 6 개국의 과학자와 국제 인간 게놈이 인간 게놈지도와 초보적 분석 결과를 발표해 약 3000 개의 약용 유전자를 제공하여 유전자 제약 산업의 빠른 발전을 촉진할 예정이다. 유전자 복제 기술의 발전으로 유전 공학 기술은 공업 생산, 특히 의약 생산에서 중요한 역할을 하였다. 과거에 사람들은 미생물을 이용하여 페니실린과 스트렙토 마이신이 생산하는 페니실린과 같은 유용한 제품을 생산했다. 하지만 이 생물들로부터 이 약들을 분리하고 정제하는 것은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 기술적으로도 어렵다. 오늘날, 이 약품을 코딩하는 유전자를 복제하고 전송하여 적절한 생물에 효과적으로 표현함으로써 대량의 유용한 약물을 쉽게 추출할 수 있다.

2 유전자 공학 기술을 이용한 약물 개발의 일반적인 과정

유전자 공학을 이용하여 한 가지 약물을 개발하는 것은 일반적으로 다음과 같은 단계를 거쳐야 한다. 1 목적 유전자 조각을 얻는다. 화학 합성을 통해 뉴클레오티드 서열에 알려진 DNA 조각을 합성할 수 있다. 또한 생물 조직과 세포에서 추출하여 분리할 수 있으며, 진핵 생물은 cDNA 문고를 구축해야 한다. ② 얻은 목적 유전자 조각을 증폭시켜 적절한 벡터에 연결한 후 적절한 표현 시스템을 도입한다. ③ 적절한 배양 조건 하에서 목적유전자는 표현시스템에서 목적약을 대량으로 표현할 수 있다. ④ 목표약을 추출, 분리, 순수화한 후 그에 상응하는 제제를 준비한다.

위의 방법은 대부분 미생물이나 조직세포를 표현 시스템으로 하여 미생물 발효나 조직세포 배양을 통해 약물을 생산한다. 최근 몇 년 동안 유전자 변형 동물을 통해 약물을 생산하는' 생물제약공장' 은 유전자 변형 동물 연구에서 가장 활발한 분야이자 유전자 공학 제약의 가장 매력적인 업종이 되었다. 유전자 변형 동물 약물은 생산비용이 낮고, 투자주기가 짧고, 표현량이 높고, 천연물과 정확히 일치하며, 분리순화가 쉽다는 장점이 있다. 특히 사람 헤모글로빈 (Hb), 사람 알부민 (HSA), 단백질 C(Protein C) 와 같은 크고 구조가 복잡한 혈액 인자에 적합합니다. 영국 에든버러 제약회사는 유전자 변형 양을 통해 알파1-항트립신 (α 1- AAT) 을 생산하여 폐기종을 치료하는데 쓰이며, 양젖 1 리터당 16g AAT 를 생산하여 우유 단백질 함량의 30% 를 차지한다. 수유중인 암양 한 마리당 70 그램의 AT 를 생산할 수 있는 것으로 추산된다. 게다가, 유전자 변형 식물약은 유전자 변형 동물약보다 더 안전하다. 후자가 인간의 병원체 오염을 일으킬 수 있기 때문이다. 현재 엔케핀, 인터페론-α, 인간 혈청 단백질, 가장 비싼 두 가지 약인 포도당 뇌지효소와 과립구-대식세포 집락인자와 같은 유전자 변형 식물 약품이 많이 개발되었다.

3 가지 유전 공학 약물

1970 년대 말부터 유전공학 약품이 급속히 발전하였다. 1978 년 처음으로 대장균으로 합성유전자로 표현된 인뇌호르몬과 인인슐린을 생산했다. 1980 년 미국 대법원은 미생물 유전자 공학이 특허를 신청할 수 있다고 판결했다. 1982 년, 유전공학균이 생산한 첫 약물 인슐린은 미국과 영국에서 사용할 수 있도록 승인되었다. 사용이 승인된 이래로 각종 유전공학 약품이 우후죽순처럼 왕성하게 발전하였다. 중국의 의료 기술 연구 개발과 산업화도 장족의 발전을 이루었다.

(1) 항생제의 전통 생산은 주로 화학합성이나 미생물 발효를 통해 얻어진다. 생산 과정에서 균주는 표현 수준이 낮고 생산 비용이 높기 때문에 사용 과정에서 내약 균군을 생산하기 쉽다. 유전공학기술을 이용하여 생산균을 유전적으로 개조하여 표현수준이 높고 제품 목적성이 강한 균주 (예: 대장균이 생산하는 페니실린 프탈아미드효소) 를 얻을 수 있다. 한 독일 연구팀은 유전자 공학을 이용하여 대장균의 페니실린 아미드효소 활성성을 높였다. 대장균 유전자 PBR322 의 플라스미드를 복제함으로써 형성된 균주는 출발균보다 50 배 높아져 6APA 의 생산 능력을 높였다. 우리나라 왕일광은 유전자 재편성 기술을 이용하여 나선마이신 생산균을 전환시켜 나선마이신 생산균에서 병세라미드 전이효소 유전자의 표현을 증강시켜 병세라미드 나선마이신의 생산량을 높였다.

(2) 인체에는 호르몬류와 같은 일련의 활성 펩티드가 있는데, 함량이 낮지만 생리활성이 높아 인체 대사에 중요한 조절 작용을 한다. 이 물질들은 임상적으로 이런 물질의 불균형으로 인한 질병을 치료하는 약으로 사용될 수 있다. 이 약품의 제제는 대부분 각종 동물 기관에서 나온 것으로, 생산 방법이 복잡하고 비용이 많이 든다. 개별 제품은 반드시 동물의 시체에서 추출해야 하며, 대규모 산업화 생산을 진행할 수 없다. 유전자 공학 기술의 출현 이후 유전자 재조합 기술을 통해 미세하게 생동할 수 있는 것은 유전자 공학 기술의 가장 위대한 업적 중 하나이다. 다음은 이 유형의 두 가지 전형적인 약이다.

인슐린: 1978 년, 유전택사는 유전자 재편성 기술을 이용해 Goeddel 등 학자들이 대장균을 이용한 인슐린 생산을 개발했다. 유전공학 기술이 발달하면서 인슐린 생산 공정과 기술이 개선되면서 동물 장기에서 추출한 제품을 임상적으로 완전히 대체했다. 현재 우리나라 신장의 유전자 변형 양은 이미 인인슐린원을 성공적으로 표현할 수 있게 되어 인슐린 생산을 위한 새로운 길을 열었다.

성장소: 인체성장소는 쥐소증과 근영양실조를 임상적으로 치료하는데 쓰인다. 전통적인 제조 방법은 인체 뇌하수체에서 추출하는 것인데, 원료의 출처가 어려워 생산량이 크게 제한되었다. 세계에서 1% 의 왜소증 환자만 치료를 받을 수 있다. 성장소가 매우 비싸서 그램당 5000 달러에 달하기 때문이다. 1979 년, 유전택사는 우선 Goeddel 등 학자들이 대장균을 이용해 생산인 성장소를 개발했다. 최근 몇 년 동안 효모가 성장소를 생산하는데, 생산량은1.4 ×106 ~ 4.7 ×106 분자/세포에 이를 수 있다. 현재 우리나라 유전공학인 성장소는 이미 성공적으로 개발되어 시장에 투입되어 임상에 사용되고 있다.

이 약들 외에도 유전공학 기술로 생산된 신경성장인자 (PDGH), 인간 기저성섬유세포 성장인자, 융모막 성선 호르몬이 있다.

(3) 세포면역조절인자의 유전자공학기술은 이미 임상항종양과 면역조절에 광범위하게 적용되었다. 최근 몇 년 동안 유전자 재조합과 세포 융합의 진전, 고압 액상색보, 아미노산 서열 분해기, 단백질 정제 분석 기술의 향상으로 세포 면역 활성 물질을 조절하는 일부 연구와 개발은 인터페론 (INF), 인터루킨 (IL), 콜로세움 자극인자 (CSF), 종양 악사인자 (TNF) 등 빠르게 발전했다.

인터페론은 연구가 광범위하고 기술이 성숙하며 산업화가 빠른 제품이다. 1 세대 인터페론은 혈액에서 추출된다. 핀란드 K Canted 에 따르면 순도가 65,438+0% 이하인 인터페론은 23,000L 혈액을 처리한 후 65,438+000mg 미만이어서 생산량이 매우 낮다고 합니다. 그리고 혈액원의 질이 보장되지 않아 혈원성 전염병의 전파를 초래할 수 있다. 2 세대 인터페론은 유전공학을 통해 생산된다. 그 생산 수준은 25 만 분자/세포에 달할 수 있으며, 리터당 2 억 5 천만 단위를 포함할 수 있다. 원가가 현저히 낮아져 제품의 순도가 매우 높고 함량이 90% 이상에 달할 수 있다. 현재 상업화된 유전공학 인터페론은 알파, 베타, γ 세 가지가 있으며, 생산 기술도 끊임없이 개선되고 있다. 러시아 과학자들은 가짜 단포균을 전달체로 하는 표현 시스템을 구축하여 유전공학 인터페론을 생산했다. 전통적인 대장균 표현 시스템보다 배양주기가 더 짧고 세포가 쉽게 깨지고 추출된다. 유전자 재조합 기술이 발달하면서 일부 연구자들은 인터페론 유전자를 개조하여 인터페론 유전자와 발현 벡터를 표적으로 삼았다. 하 등은 제한 내체효소를 이용해 각각 B 형 간염 S 항원 단일 사슬 항체 및 인간 인터페론 α를 함유한 플라스미드에서 목적 유전자를 잘라 플라스미드 pET22b 에 연결시켜 단일 체인 항체 표적 인터페론 발현 벡터를 구축하고 대장균에서 성공적으로 표현했다. .....

(4) 백신 전통 백신은 병원 미생물의 감독 또는 불활 물질이지만, 이 백신들은 이상적이지 않아 돌연변이를 회복하고 독성을 회복할 수 있다. 또는 불활 화로 인한 질병의 유행. 유전공학기술로 생산된 신종 백신은 전통적인 백신 가격이 높고 안전성이 떨어지는 단점을 극복하고 에이즈 등 현재 유효한 백신이 없는 일부 특수 질병에 효과적인 치료를 제공할 수 있다.

최초의 상업화된 유전공학 백신은 인간 B 형 간염 바이러스 (HBV) 를 겨냥한 것이다. 중국 인구의 약 65,438+00% 가 HBV 의 공격을 받은 반면, HBV 감염은 보통 특수 간암 (HCC) 과 밀접한 관련이 있으며, 전 세계적으로 매년 약 30 만 명의 환자가 HCC 로 사망한다. HBV 는 숙주 특이성이 높아 인간과 침팬지만 감염될 수 있다. 이는 간염 환자로부터 제한된 수의 바이러스만 백신으로 사용할 수 있고, 환자의 혈액에서 추출한 백신도 에이즈에 감염될 수 있다는 뜻이다. 유전공학기술로 생산된 항HBV 백신은 전통 백신의 단점을 극복하고, 질이 높고, 안전성이 좋으며, 사용량이 매우 적다. 일반 사용량은 10mg 이하이며, 세 번 접종하는 것은 일반 약물 사용량의 천분의 일이다. 1982 년 P. valen zuela 등은 S 유전자 (HBV 표면 항원 유전자) 의 한 조각을 벡터에 복제해 효모에서 HBV 표면 항원 (HbsAg) 입자를 합성해 25 μ g/L 을 생산하고 있다.

약 20 년 전, 체내에 주사된' 노출' DNA 가 면역반응을 유도할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 과학자들은 대량의 연구를 진행하여 새로운 핵산 백신을 개발하였다. 핵산 백신이란 항원 단백질을 코딩하는 외원 유전자 (DNA 또는 RNA) 를 직접 동물에게 전달해 숙주 표현 시스템을 통해 항원 단백질을 합성해 숙주 항원단백질에 면역 반응을 유도하여 질병을 예방하고 치료하는 것을 유도하는 것을 말한다. 독감 핵산 백신, 에이즈 백신, 광견병 백신, 결핵 백신, B 형 간염 백신, E 형 간염 백신 등 다양한 핵산 백신이 개발되었습니다.

(5) 유전자 치료 제품 유전자 치료는 1990 에서 실험을 시작한다. 1993 에서 미국 FDA 는 인간 유전자 치료를' 살아 있는 세포 유전 물질 변화에 기반한 의학 치료' 로 정의했다. 따라서 유전자 치료에는 간접 체내법과 체내법의 두 가지 방법이 있다. 간접 체내법은 주로 체외에서 유전자 전이를 통해 외원 유전자를 표현할 수 있는 세포를 선별해 체내로 옮기는 것이다. 체내법은 체내에서 직접 유전물질을 바꾸고 고치는 것이다. 분자생물학과 유전자 재조합 기술이 발달하면서 목적 유전자를 얻는 방법은 성숙해졌지만, 목적 유전자의 이동과 전달 시스템, 표현 조절, 유효성 및 안전성은 여전히 더 연구하고 확인해야 한다. 현재 유전자 전달 시스템은 두 가지 범주로 나뉜다. 하나는 바이러스 매개 유전자 전달 시스템으로, 주로 레트로바이러스 (Rt), 아데노 바이러스 (Ad), 포진 바이러스 (HSV) 및 아데노 바이러스 관련 바이러스 (AAV) 를 포함한다. Nnldini 등은 숙주 염색체에 통합된 특성을 유지하면서 보조 세포가 없는 다양한 분열되지 않은 세포를 감염시킬 수 있는 HIV 기반 재조합 Rt 벡터를 개발했습니다. 세계 최초의 유전자 치료 전달체는 Rt 전달체로 아데노신산 탈피효소 결함으로 인한 심각한 연합 면역 결함 (ADA-SCID) 을 치료하는 데 쓰인다. 또 다른 종류의 비바이러스 매개 유전자 전송 시스템으로는 지질체, 분자연합체, 유전자총, 알몸 DNA 등이 있다.

또한 안티센스 뉴클레오티드 기술은 유전자 치료, 특히 B 형 간염 바이러스에 대한 유전자 치료 (안티센스 DNA, 안티센스 RNA, 핵효소 RNA 포함) 에도 사용됩니다. 200 1, Robaczewska 등은 처음으로 정맥을 통해 반의DNA 를 주었고, 베이징오리 간에서 HBV 의 복제와 표현을 선택적으로 억제하여 반의DNA 가 동물실험에서 효과가 있다는 것을 증명했다. 미국 Viagene 은' HIV 면역제' 를 개발했다. 마우스 레트로바이러스와 핵심 단백질 코딩 유전자 서열, HIV 표면 항원 RNA 의 결합산물이다. 쥐와 영장류 실험에서 이 약이 강력한 HIV 특이성 살상세포를 유도할 수 있다는 사실이 확인됐다.

4 결론

유전 공학 기술은 약물 개발에 근본적인 변화를 가져왔다. 전통적인 약물 개발 방식은 대량의 화학합성물질과 미생물대사산물 중에서 무작위로 선별하여 신약으로 쓰이는 유효 성분을 얻는 것이다. 유전자 공학 기술을 이용하여 신약을 개발하는 것은 병을 일으키는 메커니즘에 대한 연구를 통해 치료 목적으로 사용할 수 있는 유효 성분과 그 코드화된 유전자를 찾은 다음 유전자 재조합을 통해 적절한 전달체로 옮겨 유효 성분을 대량으로 표현하게 하는 것이다. 동시에, 유전자 공학 기술은 약물 생산 기술에 혁명적인 변화를 가져왔다. 과거에는 호르몬, 효소, 항체 등 생체활성물질과 같이 생산하기 어려운 제품들이 유전공학을 통해 양질의 생산으로 생산될 수 있었고, 생산비용도 크게 낮아져 환자의 약 수준과 삶의 질을 높였다.

유전공학기술은 암, 에이즈, 유전병 등 일부 전통의학이 효과적으로 치료할 수 없는 질병의 진단, 치료, 예방에 효과적인 새로운 수단을 제공하고 중대한 돌파구를 마련했다. 발암 유전자가 발견되면 암의 조기 진단과 치료제 개발이 가능해진다. 분자생물학과 유전자 재조합 기술이 발달하면서, 우리는 가까운 장래에 인간의 생명을 심각하게 위태롭게 하는 이러한 질병들이 효과적으로 예방되고 치료될 것이라고 믿는다.