医薬品製造におけるバイオテクノロジー

バイオテクノロジーとは、生物を利用して有用な製品を開発することです。バイオテクノロジーは、医薬品の製造でよく使用されます。注目すべき例としては、細菌を利用してインスリンやヒト成長ホルモンなどを生成することが挙げられます。その他の例としては、遺伝子組み換え豚を利用してヒト用のヘモグロビンを生成することが挙げられます。

ヒトインスリン

医薬品製造におけるバイオテクノロジーの最も初期の使用法の^{1 つは、}組換え DNA技術を使用して大腸菌を改変し、ヒトインスリンを生成することです。これは、 1978 年にジェネンテックで実施されました。 [1]この技術が開発される前は、インスリンは牛、豚、その他の家畜の膵臓から抽出されていました。動物由来のインスリンは一般に糖尿病の治療に有効ですが、ヒトインスリンと区別がつかないため、アレルギー反応を引き起こす可能性があります。^[2]ジェネンテックの研究者は、インスリン分子を構成する 2 つのタンパク質鎖のそれぞれについて人工遺伝子を作成しました。人工遺伝子は、「その後、ラクトースによって活性化される遺伝子群の間に...プラスミドに挿入されました」^[1]。したがって、インスリン生成遺伝子もラクトースによって活性化されました。組み換えプラスミドは大腸菌に挿入され、「A鎖またはB鎖のヒトインスリン分子を10万個生成するように誘導された」^[1]。その後、2つのタンパク質鎖が組み合わされてインスリン分子が生成された。

ヒト成長ホルモン

細菌を組み換えてヒト成長ホルモンを生産する組み換え DNA 技術が使用される前は、動物成長ホルモンは人間には治療効果がないとして、ホルモンは死体の下垂体から抽出して製造されていました。ヒト成長ホルモンの 1 年間の供給量を製造するには、最大 50 個の下垂体が必要であり、^[3]ホルモンの大幅な不足を引き起こしました。^{[4] 1979 年、ジェネンテックの科学者は、}大腸菌に移植されたプラスミドにヒト成長ホルモンをコードする DNA を挿入して、ヒト成長ホルモンを生産しました。プラスミドに挿入された遺伝子は、下垂体にある mRNA を相補 DNA に逆転写して作成されました。制限酵素の一種である HaeIII は、「3' 非コード領域」の制限部位^{[5]とヒト成長ホルモンの}相補 DNAの23 番目のコドンで作用し、「HGH のアミノ酸 24 ～ 191 のコード配列を含む 551 塩基対の DNA フラグメント」を生成するために使用されました。^[5]次に、「ATG開始コドンを含む化学的に合成されたDNA「アダプター」断片」^{[5]が、ヒト成長ホルモンの1番目から23番目の}アミノ酸のコドンを使用して生成されました。「2つのDNA断片は、合成天然「ハイブリッド」遺伝子を形成するために組み合わされました。」^[5]ヒト成長ホルモンのアミノ酸配列が非常に長いため、大腸菌でヒト成長ホルモンに翻訳される遺伝子を生成するために完全に合成的なDNA生成方法を使用することは、非常に骨の折れる作業だったでしょう。しかし、ヒト成長ホルモンのmRNAから逆転写されたcDNAが、大腸菌に挿入されたプラスミドに直接挿入された場合、細菌はヒトでは翻訳されない遺伝子の領域を翻訳し、その結果、「余分な26個のアミノ酸を含むプレホルモン」^[5]が生成され、これを除去するのは困難かもしれません。

ヒト血液凝固因子

組み換え DNA 技術を使用してヒト血液凝固因子を生産する方法が開発され、FDA の承認を得る以前は、ヒト血液凝固因子はHIV検査が不十分な献血から生産されていました。そのため、ヒト血液凝固因子を投与された血友病患者にとって HIV 感染は重大な危険をもたらしました。

ほとんどの報告によると、1979年から1984年の間に第VIII因子濃縮物に曝露した血友病患者の60～80%がウェスタンブロット法でHIV血清陽性であった。1988年5月時点で、659人以上の血友病患者がエイズに罹患していた... ^[6]

組み換えDNA技術を用いて大量に生産された最初のヒト血液凝固因子は、 1986年にトランスジェニックチャイニーズハムスター卵巣細胞を用いて生産された第IX因子であった。 ^[7]ヒトゲノムの地図がなかったため、研究者らは第IX因子のアミノ酸を調べることで、第IX因子のRNAの既知の配列を得た。

高度に精製された[第IX因子]のマイクロシークエンシングにより、オリゴヌクレオチドプローブを構築するのに十分なアミノ酸配列が得られました。^[8]

血液凝固因子はヒトの肝臓で生成されることが知られていたため、既知の因子IX RNA配列は、ヒトの肝臓で見つかったDNAのライブラリーで因子IXをコードする遺伝子を検索するために使用されました。^[8]

因子IX mRNAに相同なユニークなオリゴヌクレオチドが合成され、標識されました。得られたプローブを使用して、ヒト肝臓二本鎖cDNAライブラリーをスクリーニングしました。... [関連] cDNAの完全な二本鎖DNA配列には、11番目のコドンのCOOH末端のコード配列のすべて（11）と3'非翻訳配列全体が含まれていました。^[7]

この cDNA 配列は、X 染色体内の DNA を検索して、因子 IX 遺伝子を構成する残りの DNA 配列を見つけるために使用されました。

ヒト XXXX 染色体からゲノムライブラリが準備され、第 IX 因子 cDNA プローブでスクリーニングされました。ハイブリダイズする組み換えファージが分離され、プラーク精製され、DNA が分離されました。制限マッピング、サザン分析、DNA 配列決定により、共通配列で重複している場合、35kb の第 IX 因子遺伝子全体をコードしている 5 つの組み換えファージを含む挿入断片が特定されました。^[9]

因子IX遺伝子を含むプラスミドと、メトトレキサート耐性をコードする遺伝子を含むプラスミドが、トランスフェクションによってチャイニーズハムスター卵巣細胞に挿入された。トランスフェクションとは、真核細胞へのDNAの挿入である。細菌における形質転換の類似プロセスとは異なり、トランスフェクションされたDNAは通常、細胞のゲノムに組み込まれず、したがって細胞分裂によって次の世代に受け継がれることはない。したがって、「安定した」トランスフェクションを得るには、生存に有意な利点をもたらす遺伝子もトランスフェクションする必要があり、トランスフェクションされたDNAをゲノムに組み込んだ少数の細胞は、DNAを組み込まなかった細胞が排除されるにつれて、その数を増やすことになる。この研究の場合、「メトトレキサートの濃度が上昇するにつれて増殖」^[10]は、安定的にトランスフェクションされた細胞の生存を促進し、他の細胞の生存を減少させた。

安定的にトランスフェクトされたチャイニーズハムスター卵巣細胞は、ヒトの血液から生成される第 IX 因子よりも程度は低いものの、かなりの量の第 IX 因子を生成しました。

組み換え型第IX因子の比活性は、凝固活性の直接測定に基づいて測定された。組み換え型第IX因子の比活性は75単位/mgであった。血漿由来の第IX因子で測定された比活性は150単位/mgであった。^[11]

1992年、FDAは遺伝子組み換えチャイニーズハムスター卵巣細胞を使用して製造された第VIII因子を承認しました。これは、組み換えDNA技術を使用して製造された最初の血液凝固因子でした。^[12]

遺伝子組み換え農場動物

組み換えDNA技術は、人間用の医薬品を生産できる遺伝子組み換え家畜の創造にも利用されている。例えば、人間のヘモグロビンを生産する豚が作られた。このような豚の血液はそのまま人間への輸血には使えないが、ヘモグロビンを精製して血液代替物の製造に利用できる。^[13]

パクリタキセル（タキソール）

ブリストル・マイヤーズスクイブは、ペニシリウム・ライストリッキと植物細胞発酵（PCF）を利用してパクリタキセルを製造しています。 ^{[引用が必要]}

アルテミシニン

遺伝子組み換え酵母はアルテミシニンや数多くのインスリン類似体の生産に使用されている。^[14]

参照

参考文献

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