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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
生物制药工程 夏玉琼 西安电子科技大学
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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