pharmaceutical biotechnology - xidianweb.xidian.edu.cn/yqxia/files/20140222_213050.pdfwhat is...

By Yuqiong Xia2014

Introduction

Pharmaceutical Biotechnology

What is pharmaceutical biotechnology

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Biotechnology use microorganisms, plants, and animals or parts to

produce useful compounds

Pharmaceutical biotechnology biotechnological manufacturing of pharmaceutical

products

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What are biopharmaceuticals

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Protein and peptides Anti-sense Oligonucleotides DNA

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Biopharmaceuticals in market

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Epoetin-α（红细胞生成素）(Epogen®, Eprex®, Procrit®)

Abciximab （阿昔单抗）(ReoPro®) Interferons-α(Intron®A, Roferon®A), interferons -β

(Avonex®, Rebif®, Betaseron®) Anti-TNF-α agents (Enbrel®, Remicade®, Humira®) Trastuzumab （曲妥单抗）(Herceptin®)

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What we will learn

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Part I Basics Molecular biotechnology Protein analysis Protein production and purification Formulation Pharmacokinetics and pharmacodynamics Protein immunogenicity Genomics

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What we will learn

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Part II Biopharmaceutical drugs Gene therapy Oligonucleotides Hematopoietic Growth Factors Interferons and Interleukins Insulin and Growth Hormones Monoclonal Antibodies

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Reference

http://web.xidian.edu.cn/yqxia/teach.html

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How to get your score

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60% final exam 20% literature report 10% homework 10% attendance

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Molecular Biotechnology

Pharmaceutical Biotechnology 生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学

Outline

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Basics Cell Gene expression

Techniques Recombinant DNA technology Special DNA technology Cell cultures

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The Prokaryotic Cell生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学

G+ cell and G- cell

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G+ cell G- cell

PG of multilayer PG of Mono or double layer

Without LPS Containing toxic LPSOM: Outer Membrane IM: Inner MembranePG: peptidoglycan LPS: lipopolysaccharide

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Plasmids

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Plasmid_replication_(english).svg

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The Eukaryotic Cell生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学

Outline

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Basics Cell Gene expression

Techniques Recombinant DNA technology Special DNA technology Cell cultures

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DNA replication

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Transcription生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学

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RNA splicing生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学

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Translation生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学

Outline

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Basics Cell Gene expression

Techniques Recombinant DNA technology Special DNA technology Cell cultures

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Recombinant DNA technology/DNA cloning生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学

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DNA transfer by electroporation

http://www.btxonline.com/product_images/uploaded_images/electroporation-cartoon.png

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DNA transfer by phage生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学

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DNA transfer by conjugative plasmid

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Conjugation.svg

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DNA transfer by virusvirus infection

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DNA transfer into nucleus

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Only for animal and plant cells

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DNA transfer by special conjugation

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Infected plant cells develop crown gall 冠瘿病 Modified Agrobacterium can transfer DNA biological kingdom barriers are crossed in a natural fashion

根癌土壤杆菌

Ti:�tumor�inducing

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DNA sources

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Synthetic DNA organic DNA synthesis approach only for small proteins

cDNA (the copy DNA) From mRNA

DNA libraries

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Production by recombinant DNA technology

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Human insulin

Human growth hormone (hGH)

http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTyGER40Hz8bzW81RxVH-GeTdy4fUbZY9LiNi6K7VYSVNABmkwDhttp://gene-vinate.com/doc_images/hegf_image1.jpg

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Production of insulin by recombinant DNA tech

β-gal: β-半乳糖苷酶，乳糖启动子的产物

Cyanogen bromide：溴化氰，水解含有Met(甲硫氨酸)的多肽

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Production of hGH by recombinant DNA tech

http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lectures/recomb01.jpg

Add a part of missing DNA

Add a leading DNA

Protein between IM and OM

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Basics Cell Gene expression

Techniques Recombinant DNA technology Special DNA technology Cell cultures

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Special DNA techniques

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Gene sequencing DNA hybridization PCR technology

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Gene sequencing by Sanger method

34 http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lectures/ddNTP.jpg

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Gene sequencing by Sanger method

35http://www.scq.ubc.ca/genome-projects-uncovering-the-blueprints-of-biology/

C G A T

Primer Fragment to be sequenced

Fix reaction mixtures,each contains a ddNTP

Gel electrophoresis

TemplatePrimerDNA polymerasedA(T,C,G)TPddCTP

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DNA hybridization to detect mutant

Modified from http://classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio225/chap10/ss3.htm

DNA from white blood cells or amnion fluid (羊水)

Boil DNA to make it single-stranded

Hybridize with probes probe

Hybridized DNA

NonhybridizedDNA

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PCR technology

https://www.boundless.com/image/the-process-of-pcr-in-dna-amplification--2/

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Application of PCR technology

https://encrypted-tbn2.gstatic.comhttp://static.ddmcdn.com/gif/blood-cells.jpghttp://www.collegecrunch.org/wp-content/uploads/2009/09/forensic-science-350x350.jpg

Detect microbial pathogens in food

Detect bacterial and viral pathogens in clinical material

Determine the origin of DNAin forensic science

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Outline

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Basics Cell Gene expression

Techniques Recombinant DNA technology Special DNA technology Cell cultures

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Cultivation of microbesMicrobesGrowth medium: nutrients

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Anthrax_culture.jpg

Harvest bioproducts

Bacteria growth curve

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Animal Cell Cultures

http://www.zet.or.at/spool/gfx/1201165054-SerumfreeDB.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/Cell_culture

Need all nutrients, special growth factors and hormones

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Plant Cell Cultures

http://www.ime.fraunhofer.de/en/businessareasMB/integrated_production_platforms/plant_cell_culture.html

can not be kept in the differentiated state, but the target protein only exists in some tissues

Add precursor in plant cells

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Summary

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Basics The difference between Gram+ and Gram- bacteria The properties of plasmid

Technologies Recombinant DNA technology: DNA transfer DNA hybridization

Cell culture Bacteria growth curve

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Summary of keywords

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Prokaryotic cell, eukaryotic cell Bacteria, microbe, virus, plasmids Cytoplasm, cell envelop Transcription, translation, “central dogma” Recombinant DNA technology

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