生物技术

本书专为希望在该领域的各个方面寻找参考的学生和专业人士而设计，旨在帮助新学生或新员工快速上手。

一场不到 20 年的历史科学革命，已经改变了我们的食物和对环境的反应。

将自然中最优秀的展现出来。

什么是生物技术？

农民和面包师是生物技术的先驱。还记得奶奶新鲜出炉的面包吗？爷爷如何保存那些特别大的辣椒或西红柿的种子？你的祖父母在实践生物技术。也许你现在还在做同样的事情，这就是生物技术的根本。

定义“生物技术”

工程学原理在生命科学领域的应用，以及技术的应用——生物工程。

1. 利用生物体制造产品。
2. 对生物过程的研究、应用和控制。
3. 以上任何一项或其衍生物的应用，用于制造或修改产品或工艺以用于特定用途。

利用微生物（如细菌或酵母）或生物物质（如酶）来执行特定的工业或制造过程。应用包括生产某些药物、合成激素和大量食品，以及有机废物的生物转化和石油泄漏的清理。

克隆、基因操作、细胞融合和突变。

对生物体的遗传物质进行直接修改，并且精度不断提高，这使得能够在极其不同的生物体之间转移基因，这些基因组合在非技术手段下不可能发生，从而可以获得更快、更具体的成果。

从本质上讲，就是“做得更多、更快”，在数百年来的已知和已做的事情的基础上，并超越它们。

生命——定义为

运动

（虽然一些生物体可能保持非运动状态，或者一些生物体即使在活着的时候也可能表现出其位置上的微不足道的运动）

生长

（在多细胞生物体的情况下，在达到生长峰值之前，其质量、体积和/或细胞数量方面的增加）

进食

（虽然自养生物可以制造自己的食物，例如大多数植物（除了食肉植物）能够通过光合作用在光照下在叶绿体中制造自己的食物）

繁殖

对刺激的反应

存在代谢

（能够进行对生存至关重要的代谢生化反应，例如糖酵解）

存在遗传物质

（例如真核生物中的 DNA）

与环境的非生物和生物成分相互作用

稳态

产品

产品

传统

1. 啤酒/葡萄酒（参见发酵）
2. 酵母
3. 乙醇
4. 奶酪
5. 印度煎饼

蛋白质治疗

1. 赫赛汀
2. 粒细胞集落刺激因子
3. 胰岛素 - 1982 年，美国制药公司礼来公司第一个将基因工程人胰岛素推向市场
4. 生长抑素
5. 生长激素

农业

1. 苏云金芽孢杆菌（Bt）作物Bt 作物
2. 除草剂耐受性
3. 抗病性
4. 抗虫性

工业/环境

1. 危险废物
2. 废水处理
3. 生物修复

其他

1. 塑料
2. 生物制浆
3. 转基因生物（GMO）

21 CFR 58

非临床实验室研究的良好实验室规范

http://www.access.gpo.gov/nara/cfr/waisidx_02/21cfr58_02.html

21 CFR 11

联邦法规第 21 章（21 CFR 第 11 部分）电子记录；电子签名

http://www.fda.gov/ora/compliance_ref/part11/

联邦法规第 21 章第 210 和 211 部分

第 210 部分 - 药物的生产、加工、包装或持有方面的现行良好操作规范；总则

第 211 部分 - 成品药物的现行良好操作规范

http://www.fda.gov/cder/dmpq/cgmpregs.htm

SOP

SOP（标准操作程序）

1. 经管理层批准
2. 不要在 SOP 中放入数据
3. 以六年级水平的文字编写
4. 清晰、最新、完整
5. 简单、简洁、准确
6. 存档位置？

笔记本

笔记本

1. 没有写下来的东西，就等于没有做。
2. 页面签名
3. 你能读懂它吗？
4. 黑色或蓝色墨水
5. 页面编号
6. 在前面留一些页面用于目录
7. GLP/GMP 规定要求
8. 由证人签署
9. 可追溯性

完整性和可追溯性的文件

1. 你做了什么
2. 你为什么要做
3. 结果
4. 是否引用了早期工作？
5. 也用于质量

生物技术产品成功的关键

生物技术产品成功的关键

• 确定未满足的临床需求
• 探索和评估商业价值
• 评估可行性和努力
  

1. 劳动力可用性
2. 熟练劳动力
3. 电力
4. 附近有好的大学
   1. 用于再培训
   2. 用于新想法

1. 国内外劳动力库
2. 原材料
3. 市场营销
   1. 明确的趋势和需求

1. FDA 批准

记录保存

1. 库存控制日志
2. 工艺步骤
3. SOP
4. 等等
5. 如果没有写下来，就等于没有做
   1. 热爱它
   2. 实践它
6. 临床试验
   1. GMP 适用于
      1. 生产
      2. 加工
      3. 包装
      4. 储存
   2. 每个流程的验证
   3. PAT（过程分析技术）
7. 质量应在设计中和通过设计构建

1. 环境问题
   1. 能源的使用
   2. 水的使用
   3. 环境法
   4. 废物流

1. 我们拥有这项技术吗？

要求

1. 安全
2. 身份和强度
3. 质量和纯度
4. 工厂
5. 我们能测量吗
   1. pH 值
   2. 曝气
   3. 挡板
   4. 叶轮
   5. 培养基
   6. 种子培养
6. 我们比竞争对手更优秀吗？
   1. 为什么？

流程

开发/上游/下游流程

开发

1. 需求/市场分析
2. 选择解决方案
3. 工艺开发
4. 了解生长需求
5. 计算生物量的产量
6. 进行小规模测试

• 发酵

化学

酵母

1. 高生物量产量
2. 将分泌蛋白质

• 毕赤酵母
• 真菌
• 哺乳动物细胞

上游

1. 培养基制备

发酵？

找到最佳条件

昂贵、劳动密集、开放式、耗时

限制条件

原材料、批次间差异、运输成本、储存

1. 种子制备

寻找细胞系

组成、生长动力学、产量、种子库

母种库MSB

原始储存细胞

工作种库WSB

用于实际发酵

下游

1. 浆料处理
2. 分泌产物
3. 污染
4. 产品纯化
5. 分离/纯化/灭菌

如何？

1. 板框式
2. 大容量过滤
3. 螺旋绕式

       Plugs up easily
       Usually not used for bulk filtration

1. 储存

技术人员：所需技能

生物技术技术人员必须具备解决问题和满足客户需求的技能，以便能够清晰地传达可能的转化。他们必须维护一个可以被其他人阅读的笔记本。以清晰的方式展示结果，并与他人合作以实现目标。

实验室技能

技术人员必须使用该行业的工具，这与任何其他行业没有什么不同，我们是农民，但我们的畜群是微小的野生动物。为了照顾好我们的畜群，我们必须测量其环境的某些方面。

溶质、溶剂和溶液

溶质 = 干物质

溶剂 = 你用来混合的东西

溶液 = 溶质 + 溶剂

pH 值

测量

1. 探头和仪表

最准确，更昂贵的设备，储存在缓冲液中，检查是否堵塞

1. 石蕊试纸

pH 值的非常粗略的测量

1. 现场套件

pH 两个字母代表“氢的强度”

宇宙中最丰富的元素是氢，它约占所有物质的 3/4！

强酸释放更多质子，H+（氢离子）；强碱释放更多 OH-（氢氧根离子）。中性物质的 H+ 和 OH- 含量相等，例如纯净水（蒸馏水）。

>7 碱性 -- 7 中性 -- <7 酸性

根据您的定义，酸是氢离子或质子供体，碱是氢离子受体、氢氧根离子供体或电子受体。

酸在水溶液中产生 H+ 离子，而碱在水溶液中产生 OH- 离子。

pH 电极与电池的比较

储存在缓冲液中，而不是 H2O 中。

汞管 适用于金属和生物制品，最高可达 80 摄氏度。

大多数组合式 pH 电极使用的常见银-氯化银参比电极具有饱和氯化银的氯化钾盐桥。

在大多数样品中效果良好，但在含有蛋白质或相关物质的生物样品中则不然。

校准

跨度误差 完美 pH 电极与实际 pH 电极在 25 摄氏度下的差异，每 pH 单位产生 59.12 毫伏。

偏移误差

实际读数与完美读数的差异是偏移误差。

pH 7.0、25 摄氏度下的信号为 0 毫伏。

三点校准

pH 值为 4、7 和 10。

在您将要使用的范围内进行校准。

缓冲液和试剂制备

化学家使用缓冲液来调节反应的 pH 值。缓冲液将溶液稳定在特定 pH 值。当添加少量酸或碱时，缓冲液会抵抗 pH 值变化。

KPO4

KPO4 缓冲液强烈推荐用于大多数 P450 测定（微粒体或重组酶），但 CYP 2C9 和 2A6 除外，在这种情况下，Tris 缓冲液系统更合适。

TRIS 缓冲液

生物化学家使用 TRIS 缓冲液来控制生理范围（约 7 至 8 pH）内的 pH 值，因为磷酸盐会与测试样品中的生物物质发生不良的副反应。

“Good” 缓冲液

这些缓冲液受到研究界的好评，因为“Good” 缓冲液无毒、易于纯化，并且其 pKa 通常在 6.0 到 8.0 之间，这是大多数生物反应发生范围。

“Good” 缓冲液还具有以下特点：膜穿透性最小，在 240-700 纳米范围内吸收最小，并且盐、浓度或温度的影响最小。

pKa = 解离常数

在化学和生物化学中，解离常数或电离常数是一种特定类型的平衡常数，用于解离（电离）反应。化学和生物化学中的解离是复合物、分子或盐分离或分裂成较小分子、离子或自由基的通用过程，通常以可逆方式进行。解离与缔合和重组相反。

问题

1. 离子强度
2. 温度
3. 反离子

菌落琼脂平板培养

什么是琼脂？

从某些海洋藻类中提取的一种胶状物质。

1. 生长培养基
2. 碳源
3. 碳水化合物
4. 蛋白质
5. 氮源

两种类型

简单

复杂

制备最小琼脂所需的成分

1. 矿物质
2. H2O
3. 维生素
4. 前体
5. 可能导致您的产品 - 诱导剂的化合物
6. 添加以诱导基因表达的化合物

LB（Luria-Bertani）培养基

琼脂平板

血液

含有来自动物（例如绵羊）的血液细胞。大多数细菌都可以在这种培养基上生长。

巧克力

它含有裂解的血液细胞，用于培养苛求的（挑剔的）呼吸道细菌。

甘露醇盐

目的 甘露醇盐琼脂是一种选择性和鉴别性生长培养基。

亮绿

抑制革兰氏阳性菌 麦氏培养基

这种类型的琼脂被使用，因为它是最耐受的培养基之一 - 很难以污染，并且大肠杆菌通常以红色菌落的形式生长。

（几乎所有形成孢子的细菌都是革兰氏阳性菌，但它们不能在麦氏培养基上生长，因为培养基中含有去污剂（胆盐），很少有革兰氏阴性菌能够耐受平板的初始干燥或制作麦氏培养基所需的沸腾温度。此外，虽然真菌孢子能够耐受干燥，但它们不能耐受沸腾。）

这是一种仅允许革兰氏阴性菌生长的琼脂。

淀粉

琼脂平板是一个无菌的培养皿，其中含有琼脂和营养物质，用于培养细菌或真菌。

新霉素琼脂

含有抗生素新霉素。

沙氏培养基

用于真菌。它含有庆大霉素，并且具有低 pH 值，可以杀死大多数细菌。

LB

+ 复杂 + pH 7.2

紫外/可见光光谱法

常见的紫外/可见光分光光度计 以下是常用的分光光度计列表：GeneSys 20 HP8452A 二极管阵列 Spectronic 20

紫外-可见光光谱法或紫外-可见光分光光度法（UV/VIS）涉及光子的光谱学（分光光度法）。它使用可见光以及邻近的近紫外 (UV) 和近红外 (NIR) 范围的光。在这个能量空间区域，分子会发生电子跃迁。

A=elc

1. A=吸光度
2. e=摩尔吸光系数
3. l=光程（厘米）
4. c=浓度（M）

实验室计算

1. + - 制备无菌固体和液体培养基

灭菌方法

灭菌技术有很多种。其中一些是 1. 物理灭菌 2. 化学灭菌

在物理灭菌下，a) 热 b) 过滤 c) 电离辐射等，在热灭菌中，i. 温度高于 100 摄氏度 ii. 温度为 100 摄氏度 iii. 温度低于 100 摄氏度。

i. 温度高于 100 摄氏度 其中涉及两种方法 a. 湿热灭菌 b. 干热灭菌

移液

1. 对重复性劳损 (RSI) 的日益关注
2. 采用正确的移液技术对于分析的准确性和您的健康至关重要。
3. 污染预防
4. 护理

测量/混合

使用天平 校准/记录

紫外/可见光光谱法

   * http://www.scienceofspectroscopy.info/
   * Use correct Reagent
   * Use correct Wavelength

凝胶电泳

凝胶电泳是一种根据大小、电荷和其他物理特性分离大分子（核酸或蛋白质）的方法。研究人员通常可以控制凝胶顶部和底部的电荷。DNA带负电荷，因此要将其通过凝胶，顶部必须设置为-，底部设置为+。

材料

两种基本类型

琼脂糖和聚丙烯酰胺

琼脂糖

琼脂糖是一种从海藻中提取的天然胶体，非常脆弱，容易在操作过程中被破坏。琼脂糖凝胶具有非常大的“孔”尺寸，主要用于分离分子量大于 200 kDaltons 的非常大的分子。琼脂糖凝胶的处理速度比聚丙烯酰胺凝胶快，但分辨率较差。

琼脂糖是一种线性多糖（平均分子量约为 12,000），由基本重复单元琼脂糖二糖组成，琼脂糖二糖包含交替的半乳糖和 3,6-脱水半乳糖。琼脂糖通常以 1% 到 3% 的浓度使用。琼脂糖是由糖分子链组成的，从海藻中提取。

您可能已经看到 TBE 或 TAE 这些术语。

它们是电泳中两种常用缓冲液的名称。

"T" 代表 Tris，一种有助于维持溶液稳定 pH 值的化学物质。

"E" 代表 EDTA，它本身是另一个缩写词。EDTA螯合（吞噬）二价阳离子，如镁。这很重要，因为大多数核酸酶需要二价阳离子才能发挥活性，您当然不希望任何游离的核酸酶在您的样本通过凝胶时降解您的样本，对吧？

最后，"B" 或 "A" 代表硼酸或醋酸，它们为缓冲液提供适当的离子浓度。

聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺凝胶电泳 (PAGE) 技术由 Raymond 和 Weintraub (1959) 引入。

聚丙烯酰胺是用于皮肤电极和软性隐形眼镜的相同材料。

提供各种电泳条件

通过控制百分比（从 3% 到 30%），可以获得精确的孔径，通常从 5 到 2,000 kdal。聚丙烯酰胺凝胶可以以单一百分比或具有不同梯度的方式浇铸。与琼脂糖凝胶相比，聚丙烯酰胺凝胶具有更大的灵活性，并且条带更清晰。

分光光度计

吸光度

透射率

比色

400 到 700 纳米

指根据溶液对光的吸收或透射率，或根据液体中颜色的强度来测量溶液浓度。

离心

• 速度
• 距离旋转中心
• RCF= 相对离心力

因素

         o Higher RCF the faster the sedimentation
         o viscosity
         o size of particle
         o difference b/w particle and medium

应用

         o Separation
         o + - Safety
               + Never exceed Max speed of rotor
               + Never use a cracked tube or bottle
         o + - Maintenance
               + Clean with mild detergent
               + air dry rotor
               + Check rotor O-rings

类型

+ - 低速

               + rpm<10k
               + g<8000

+ - 高速

               + rpm<30k
               + g<100k
               + refrigeration used

+ - 超速离心机

               + rpm<120k
               + g<700k
               + refrigeration used
               + vacuum

+ - 微型离心机

               + tabletop
               + rpm<15k
               + g<21k
               + 1-2ml volumes

零件

               + + - rotors
                     # horizontal
                     # + - fixed angle
                           * b/w 15 & 40 degrees
                     # vertical

试管/瓶

                     # glass
                     # stainless steel
                     # polycarbonate
                     # + - Teflon
                           * expensive
                     # + - polypropylene
                           * What most people use

无菌技术

无菌技术是指防止不需要的微生物污染纯培养的方法。

在微生物实验室中，应该只处理单一物种的生物体，用于转移、生长和实验微生物的所有材料都必须灭菌。培养基和玻璃器皿通常使用高压灭菌器进行灭菌。

在工作之前和之后，实验室台面需要用消毒剂清洁。

进入和离开实验室时，应该洗手。

接种工具和试管顶部需要在火焰上灭菌

接种环 - 像铅笔一样握住

员工特点

电脑技能

1. 流行的操作系统和文件管理
2. Excel
3. PowerPoint
4. Word
5. Linux

人际交往能力

精力和兴趣

我能为您做些什么？

您的资格

持续学习的愿望

脑力

在当今世界，它是“敏锐或死亡”。

因为我们是现状的生物。我们喜欢事物保持现状，谢谢。变化让我们不安。如果它有效（或者实际上看起来有效），不要修复它。

基础微生物学

基础微生物学

细胞识别

肠道管

细胞生长

对数期

细胞维护和储存

冷冻保存

http://nalgenelab.nalgenunc.com/techdata/technical/manual.asp

在冷冻和冷冻干燥（冻干）过程中保护生物分子是一个非常重要的实际问题，特别是在制药行业。

   wide variety of compounds as cryoprotectants

糖类经常用于此目的

它们被发现可以保护蛋白质在冷冻和干燥压力下。

它们还被证明可以防止细胞在冷冻和干燥过程中受损。

基础分子生物学

基础分子生物学

基因工程

"遗传学家和科学作家史蒂夫·琼斯认为，人类不拥有，也永远不会拥有跨人类主义者所寻求的技术。他曾经开玩笑说，遗传密码的字母A、C、G和T应该被替换为H、Y、P和E。琼斯声称，像基因工程这样的技术永远不会像人们普遍认为的那样强大。"

-http://en.wikipedia.org/wiki/Transhumanism

大肠杆菌 分子生物学中的主力军

西奥多·埃舍里希从结肠中分离出一种微生物，后来为了纪念他，将其命名为埃舍里希大肠杆菌。

1. 大肠杆菌
   1. HB101
      1. 相当安全
      2. 需要
      3. 37 摄氏度
      4. 食物
      5. H2O
      6. 维生素

大肠杆菌是粪便大肠菌群的一种亚群，存在于温血动物的肠道和粪便中。

它被用作潜在病原体存在的指标。大肠杆菌有许多不同的菌株，被分类为超过 170 个血清群。

尽管大多数大肠杆菌菌株是无害的，并生活在健康人类和动物的肠道中，但大肠杆菌 O157:H7 菌株会产生强效毒素，并可能导致严重疾病。

它在地下水中的存在是粪便污染的常见指标。

（"肠道"是描述生活在肠道中的生物体的形容词。 "粪便"是描述生活在粪便中的生物体的形容词，因此它通常是"肠道"的同义词。）这个名字来自它的发现者西奥多·埃舍里希。

蛋白质基本分离

蛋白质基本分离

1. 蛋白质分离
2. 蛋白质分析

组织培养基本知识

组织培养基本知识

1. 培养
2. 细胞系
3. 培养方法
4. 动物处理

色谱基本知识

色谱基本知识

1. 高效液相色谱系统

高效液相色谱（HPLC）

HPLC 是一种流行的分析方法，因为它易于学习和使用，不受样品化合物挥发性或稳定性的限制

现代 HPLC 具有许多应用，包括分离、鉴定、纯化和定量各种化合物

高效液相色谱（HPLC）教科书 http://hplc.chem.shu.edu/NEW/HPLC_Book/

气相色谱-质谱联用仪

美国生物技术热点地区

1. RTP - 研究三角园区，成立于 1959 年，位于北卡罗来纳州达勒姆杜克大学、罗利州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校之间。
2. 波士顿
3. 奥尔巴尼
4. 南旧金山

缩略语/定义

缩略语/定义

GLP

GLP 良好实验室规范

GMP

良好生产规范 http://www.fda.gov/cder/dmpq/cgmpregs.htm

生物杀菌剂

   Kills cells
   Disinfectant

生物统计学

   Chemical that stops cell growth - does not kill.

上清液

从罐中去除的液体，一旦固体沉淀下来。通常是材料（如细胞）沉淀或离心后留下的澄清液体。

悬浮液离心后沉淀物上方剩余的物质。

本维基教科书的作者

• 汤姆·马约利 tmaioli