工业生物技术 上游 第2卷 表达系统与工艺开发PDF电子书下载

第一卷 表达系统与工艺开发 1

第一部分 介绍 1

介绍 1

第二部分 工业细胞生长和基因表达系统 7

第1章 动物细胞，悬浮培养 7

1.1介绍 7

1.2悬浮培养大规模生产所用类型 7

1.3悬浮培养反应器 8

1.4反应器的操作模式 9

1.5工艺监测与控制 10

1.6悬浮培养用培养基 12

1.7结论 12

第2章 杆状病毒表达载体系统 15

2.1引言 15

2.2杆状病毒的结构和复制 15

2.3重组杆状病毒的制备 16

2.4杆状病毒转移载体 17

2.5修饰杆状病毒基因组以提高蛋白质产量 21

2.6昆虫细胞培养 21

2.7杆状病毒在哺乳动物细胞中表达外源基因 22

2.8结论 23

第3章 杆状病毒动力学，昆虫细胞培养 25

3.1历史与挑战 25

3.2杆状病毒 26

3.3细胞产量概念 26

3.4病毒感染动力学模型：同步感染 27

3.5病毒感染动力学模型：异步感染 32

第4章 细胞培养，无菌操作技术 37

4.1简介 37

4.2无菌技术：一般注意事项 38

4.3无菌技术：基本规程 39

4.4高效空气（HEPA）过滤器 41

4.5采用高效过滤的通风橱和安全柜 43

4.6单向气流柜和微生物安全柜的使用 45

4.7 Ⅰ级和Ⅱ级微生物安全柜的测试 47

4.8细胞培养用洁净室 49

第5章 细胞周期在生物工艺中的应用 53

5.1引言 53

5.2细胞周期 53

5.3细胞周期参数的描述方法 57

5.4细胞周期在生物技术中的重要性 59

第6章 细胞生长及蛋白质表达动力学 64

6.1简介 64

6.2分批培养动力学 64

6.3连续培养动力学 66

6.4补料分批培养及灌流培养 69

6.5结论 69

第7章 细胞活力测定 72

7.1简介 72

7.2通透性分析 72

7.3功能分析 73

7.4流式细胞术 74

7.5物理方法 75

第8章 动物细胞培养过程中的污染物检测 79

8.1简介 79

8.2历史回顾 79

8.3监管问题 80

8.4制造和安全检测标准 81

8.5病毒污染物举例 81

8.6细胞系中病毒污染物的检测 82

8.7测试原材料 88

8.8支原体检测 90

8.9细菌和真菌 92

8.10氧摄取率 92

8.11内毒素检测 92

8.12统计分析 92

8.13朊病毒检测 94

8.14结论 95

第9章 培养物保存和生物资源中心 98

9.1简介 98

9.2培养物保藏资金 100

9.3运营 100

9.4质量管理 105

9.5服务 106

9.6小结 111

第10章 菌种保存 114

10.1引言 114

10.2细菌菌株的培养和保存 114

10.3真菌与酵母菌株的培养与保存 118

10.4细胞培养物的培养和保存 119

第11章 芽孢杆菌及其他革兰氏阳性菌异源蛋白的表达与分泌 122

11.1引言 122

11.2主要工业用菌株 123

11.3巨大芽孢杆菌 124

11.4巨大芽孢杆菌实验方案 132

第12章 基因在人细胞的表达 137

12.1背景 137

12.2用人细胞系表达基因的安全和监管方面 139

12.3基因在人细胞系中的表达 140

12.4人细胞系培养的放大 144

12.5结束语 144

第13章 基因在毕赤酵母和其他甲醇酵母中的表达 147

13.1引言 147

13.2背景 147

13.3蛋白质表达和优化的策略 148

13.4发酵工艺 152

13.5结论和未来展望 155

13.6培养基组成 156

13.7毕赤酵母菌株术语 157

第14章 重组动物细胞和转基因动物中的基因表达 161

14.1引言 161

14.2综述 161

14.3动物细胞的质粒表达载体 163

14.4其他直接转移载体 165

14.5直接DNA转移 168

14.6转染方法 174

14.7病毒表达载体 177

14.8表达参数和优化：载体和插入序列 189

14.9表达参数优化——转基因整合的结果 195

14.10基于重组的方法学及基因抑制策略 201

14.11转基因哺乳动物细胞产品 208

14.12转基因动物应用 210

14.13核移植技术 212

第15章 动物细胞系接种物扩培方法 221

15.1引言 221

15.2接种物扩培的过程 221

15.3细胞库对接种物扩培的影响 225

15.4接种物扩培的发展趋势 226

15.5技术转移 228

15.6结论 228

15.7产品网站 229

第16章 昆虫细胞培养 231

16.1引言 231

16.2昆虫细胞系 231

16.3病毒 232

16.4杆状病毒基因表达 233

16.5重组杆状病毒构建 234

16.6翻译后加工 235

16.7应用 237

16.8大规模工艺：细胞培养或者幼虫生产 237

16.9结论 244

第17章 微生物生长动力学 247

17.1引言 247

17.2生长化学计量学 247

17.3化学和酶促反应动力学 253

17.4微生物和细胞生长的简单模型 259

17.5结构化模型 264

17.6种群动力学（突变、自选择、质粒转移） 270

17.7在各种培养系统中微生物的生长 271

第18章 微藻类大规模培养方法 277

18.1引言 277

18.2微藻类大规模培养生物反应器 277

18.3微藻类产量决定因素 282

18.4管式光生物反应器设计 289

18.5微藻类大规模培养中的光合效率 292

18.6操作注意事项 293

18.7结束语 293

第19章 微生物生长测量 297

19.1简介 297

19.2微粒直接计数 299

19.3菌落计数等同于活菌计数 301

19.4生物量直接测量法 302

19.5光散射检测生物量 303

19.6取样 305

第20章 微生物培养基的组成 307

20.1引言 307

20.2基本的营养需求 307

20.3物理参数 314

20.4培养基设计与组成 315

20.5培养基灭菌 321

20.6培养基保存 322

第21章 细胞的显微鉴定 325

21.1引言与展望 325

21.2显微镜的发展与里程碑 325

21.3光学显微术 326

21.4激光镊子和剪刀 338

21.5扫描探针近场显微镜 338

21.6视频显微术和图像处理 339

21.7电子显微镜 341

21.8结论 344

21.9网站 344

第22章 细胞培养中的支原体污染 348

22.1支原体的生物学地位及系统命名法 348

22.2细胞培养中的支原体污染 350

22.3支原体污染检测 353

22.4支原体污染的消除 358

22.5检测、去除及防止支原体污染的工作方案 361

第23章 蛋白质糖基化：分析、鉴定和工程 365

23.1引言 365

23.2蛋白质糖基化概述 365

23.3蛋白质糖基化的作用 368

23.4分析糖蛋白、糖肽及其附属的糖的技术 369

23.5重组蛋白药物的糖基化作用 378

23.6结论 394

第24章 革兰氏阳性菌异源蛋白表达 409

24.1革兰氏阳性菌通过一般输出途径的蛋白表达 409

24.2 乳酸乳球菌异源蛋白的分泌 410

24.3表达体系 411

24.4乳酸乳球菌蛋白分泌 413

24.5结论 415

第25章 细菌中可溶性蛋白的表达 419

25.1引言 419

25.2改变生长条件增加可溶性表达 420

25.3改变宿主菌株和载体指导可溶性表达 422

25.4改变蛋白质序列增加可溶性 425

25.5影响可溶性蛋白得率的生长条件和可变因素 427

25.6结论和展望 429

第三部分 培养基、细胞系和过程开发 439

第26章 动物细胞培养基 439

26.1引言 439

26.2细胞培养基中的营养物质 440

26.3基础培养基的发展 441

26.4补料培养基的开发 444

26.5产品质量 445

26.6适当小规模模型和高通量系统的应用 446

26.7基础培养基和补料培养基优化及实施的工业化考虑 447

26.8结束语 448

第27章 动物细胞培养，渗透压与温度的效应 452

27.1细胞微环境渗透压的影响 452

27.2生物工程系统中温度扰动对细胞生理机能与性能的影响 456

27.3结论 460

第28章 动物细胞的稳定性 466

28.1影响内源性基因遗传稳定性的因素 466

28.2重组细胞系的基因型和表型稳定性 469

28.3遗传不稳定性对重组蛋白质量的影响 471

28.4基因型鉴定和遗传稳定性验证 474

第29章 动物细胞分型，杂交瘤 479

29.1引言 479

29.2利用体外动物细胞生产单克隆抗体 480

29.3人抗体生产新方法（体外免疫，人工淋巴结系统） 483

29.4人用抗体的替代品 483

29.5展望 484

第30章 重组人抗体的生产 486

30.1简介 486

30.2为什么会选择重组抗体并进行生产 487

30.3使杂交瘤衍生的抗体更人源化 488

30.4重组人抗体的获得 489

30.5重组抗体的生产 493

30.6重组抗体变体 493

30.7重组抗体的应用 496

30.8展望 497

第31章 消泡剂与普郎尼克多元醇，细胞保护 498

31.1引言 498

31.2普郎尼克多元醇的性能 498

31.3普郎尼克多元醇的保护作用 499

31.4应用 500

第32章 生物反应器的小型化 502

32.1引言 502

32.2生物反应器的监控工具 502

32.3生物反应器静态系统 503

32.4微加工生物反应器 503

32.5生物反应器震荡系统 504

32.6生物反应器搅拌系统 512

32.7生物反应器 515

32.8对流混合的其他方法 521

32.9结论 521

第33章 接种物的制备 524

33.1简介 524

33.2培养基储备 524

33.3菌种保藏 525

33.4菌种评估 526

33.5接种物扩大培养 527

33.6接种/种子转移标准 529

33.7接种物制备方法的研究 529

33.8接种发展概要 530

第34章 微载体培养 532

34.1历史和发展 532

34.2细胞培养 533

34.3微载体在疫苗生产上的应用 541

34.4微载体在重组蛋白生产上的应用 542

34.5微载体培养的发展前景 545

34.6结论 545

第35章 单克隆抗体生产，细胞系 548

35.1引言 548

35.2细胞系的作用 548

35.3大部分常用哺乳动物细胞系和载体系统的特征 551

35.4其他宿主平台 554

35.5结束语 556

第36章 植物细胞培养及实验技术 559

36.1引言 559

36.2实验设备 559

36.3植物细胞培养基 560

36.4细胞培养体系 564

36.5小结 566

第37章 生物技术工艺的放大 568

37.1引言 568

37.2量纲分析 568

37.3 PI定理 570

37.4矩阵算法证明PI数列 570

37.5模拟和放大理论的基本原理 572

37.6建立相关列表的进一步程序 572

37.7量纲分析和放大要素的小结 577

37.8通过量纲分析处理可变物理性质 578

37.9热传递过程的量纲分析 582

37.10传质过程的量纲分析 584

第二卷 设备、工艺设计、传感、控制与cGMP实施 589

第四部分 生物反应器设计、工程、传感和控制过程 589

第38章 动物细胞生物反应器的通气、混合与流体动力学 589

38.1引言 589

38.2通气 589

38.3混合 595

38.4动物细胞与水动力的关系 599

38.5概述 607

第39章 生物催化膜反应器 613

39.1引言 613

39.2基本原理 614

39.3膜反应器结构 616

39.4应用 620

39.5其他膜生物反应器的应用 627

39.6结论 628

第40章 生物反应器按比例缩小 630

40.1按比例缩小的方法 631

40.2模式分析 632

40.3模拟 633

40.4优化和建模 633

40.5应用 634

40.6微生物发酵中的按比例缩小研究 635

40.7按比例缩小研究的试验装置 636

40.8底物或pH梯度模拟 638

40.9同步环境梯度模拟 638

第41章 生物反应器线性放大 641

41.1引言 641

41.2高径比、均质性和梯度 642

41.3加热和冷却 649

第42章 生物反应器：气升式反应器 659

42.1引言 659

42.2流体动力学 661

42.3传质 678

42.4传热 682

42.5多相气升式反应器 683

42.6选择和设计 685

42.7模型 696

42.8生物工艺 699

42.9总结 702

第43章 生物反应器，连续培养，植物细胞 713

43.1引言 713

43.2连续培养理论的假设和缺陷 714

43.3连续培养的实际方案 714

43.4连续培养的数学描述 715

43.5连续培养在植物细胞中的应用 716

第44章 生物反应器，流化床 719

44.1历史介绍 719

44.2工厂设计和运行 721

44.3放大的考量 727

44.4建模与模拟 727

44.5实例 728

第45章 生物反应器，气体处理 731

45.1引言 731

45.2微生物与应用 731

45.3生物反应器的类型 732

45.4生物反应器的设计 734

第46章 生物反应器，灌流 743

46.1引言 743

46.2基于过滤法的细胞截留 744

46.3基于沉淀法的细胞截留 748

46.4结论 753

第47章 旋转式生物反应器 755

47.1引言 755

47.2背景 755

47.3结论和展望 766

第48章 植物细胞培养生物反应器，搅拌罐 768

48.1悬浮植物细胞培养的产物 768

48.2悬浮植物细胞培养的性质：生物反应器工程的含义 768

48.3搅拌式悬浮植物细胞培养生物反应器的适用性 769

48.4搅拌罐的设备和操作特点 770

48.5生物反应器中的植物细胞培养：实验结果 784

48.6搅拌型生物反应器中的植物细胞培养：理论分析 791

48.7结论 792

第49章 细胞固定化，工程展望 797

49.1引言 797

49.2内部传质 797

49.3外部传质 810

49.4反应和扩散 811

第50章 发酵罐/生物反应器设计 823

50.1引言 823

50.2安全性和法规适用性 823

50.3设计基础和其他一般注意事项 825

50.4工艺要求：基础 826

50.5机械设计 836

50.6结论 846

第51章 生物反应罐持气率 848

51.1基本定义 848

51.2生物技术相关性 848

51.3决定持气率的因素 850

51.4物理化学影响 851

51.5测量技术 852

第52章 蛋白质与酶的固定化，介孔载体 854

52.1引言 854

52.2介孔硅和碳上的蛋白质固定化 854

52.3结论及展望 872

第53章 固定化细胞 877

53.1引言 877

53.2细胞固定化：载体和技术 877

53.3细胞微胶囊 879

53.4细胞固定化要求 880

53.5用于细胞固定化的生物材料 881

53.6细胞固定化技术 883

53.7固定化对细胞的影响 886

53.8反应器的设计 887

53.9结论 888

第54章 固定化酶 892

54.1引言 892

54.2固定化酶作为工业化学过程的催化剂 892

54.3目前固定化酶的工业化应用 893

54.4固定化方案 894

54.5工业酶吸附于离子交换介质上 894

54.6脂肪酶在疏水性基质上的选择性吸附 894

54.7生物亲和固定化 895

54.8共价固定 896

54.9无载体固定化酶 898

54.10通过固定化技术进行酶性质的改良 899

54.11通过不同的固定化方法进行脂肪酶的选择性调节 901

54.12展望：固定化酶作用于不溶性底物 901

54.13结论 902

第55章 叶轮选择，动物细胞培养 905

55.1引言 905

55.2影响叶轮选择的最重要因素 905

55.3氧传递因素 906

55.4“剪切敏感性”对叶轮产生的流体动力学压力 906

55.5其他取决于搅拌和生物反应器结构的参数：对叶轮选择的启示 910

55.6与叶轮选择无关的重要参数 912

55.7叶轮选择/几何、规模放大和操作策略 912

第56章 哺乳动物细胞生物反应器 915

56.1引言 915

56.2反应器基本操作和动力学 916

56.3搅拌罐的细胞载体 917

56.4细胞培养反应器 918

56.5结束语 922

第57章 哺乳动物细胞生物反应器，放大 923

57.1引言 923

57.2背景 924

57.3贴壁依赖性细胞生物反应器 926

57.4悬浮细胞生物反应器 928

57.5高细胞密度生物反应器 930

57.6对比、总结及展望 931

第58章 传质 935

58.1引言 935

58.2扩散系数或扩散率 935

58.3气-液传质 936

58.4液-液传质 939

58.5固-液传质 940

58.6传质行为 940

第59章 传氧速率的测定方法 966

59.1引言 966

59.2 kLa的实验测定 968

59.3由不同方法获得的kLa值的比较 974

59.4kLa值之间的相关性 975

59.5预测OTR的一般方法 978

59.6微型生物反应器（小型和微型设备）中的OTR 979

59.7结论 980

第60章 光生物反应器 984

60.1引言 984

60.2光生物反应器类别 986

60.3大型商业化光生物反应器 993

60.4结语与展望 995

60.5结论 996

第61章 发酵液的流变学行为 1000

61.1引言 1000

61.2流变学模型 1000

61.3流变仪 1000

61.4胞外生物聚合物发酵 1002

61.5菌丝体发酵 1003

61.6混合 1007

61.7结论 1007

第62章 丝状微生物流变学，深层培养 1009

62.1引言 1009

62.2丝状微生物发酵液的流变测量 1010

62.3流变学模型 1011

62.4黏度作为丝状微生物发酵的一个工程问题 1012

62.5黏度系数作为悬浮特征的函数 1014

62.6丝状微生物发酵流变性的控制 1017

62.7非牛顿流体发酵液流变性测量设备 1019

62.8总结 1019

第63章 过程控制中的取样和样品处理 1023

63.1取样 1023

63.2化学法 1024

63.3物理法 1024

63.4化学法 1025

63.5从气相中取样 1025

63.6代表性样品 1025

63.7取样的重现性 1025

63.8样品处理 1026

63.9无损检测方法 1027

63.10集成过程 1028

63.11商业系统 1028

63.12总结 1029

第64章 固态发酵，动力学 1030

64.1引言 1030

64.2本章目标 1030

64.3研究内容和研究范围 1031

64.4固态发酵关键特性描述 1031

64.5微生物现象的建模 1034

64.6局部传递现象的建模 1037

64.7大规模传递现象的建模 1038

64.8参数估计 1045

64.9总结与展望 1046

第65章 自动化固态发酵 1049

65.1引言 1049

65.2关键操作变量的测量和控制 1049

65.3商业规模的SSF生物反应器的自动控制策略 1052

65.4案例研究：试验型定期混合的填充层生物反应器的自动化 1053

第66章 不锈钢 1059

66.1不锈钢的本质 1059

66.2不锈钢的类型 1059

66.3腐蚀机制 1059

66.4不锈钢的腐蚀敏感性 1060

66.5局部腐蚀的形式 1060

66.6造成局部腐蚀的因素 1062

66.7预防局部腐蚀 1062

66.8补救措施 1063

66.9标准操作程序 1064

第67章 静态混合，发酵工艺 1065

67.1引言 1065

67.2结构类型和构造 1065

67.3对动量传递的影响 1067

67.4存在于静态混合器中的传质 1072

67.5静态混合器与传热 1074

67.6放大设计 1075

67.7结束语 1075

第68章 多相系统中的传递现象 1077

68.1引言 1077

68.2改进的Rushton涡轮搅拌器的描述 1077

68.3多相系统流体力学 1078

68.4物质传递 1085

68.5抗生素生物合成中的改良搅拌器性能 1087

第五部分 过程分析技术（PAT） 1093

第69章 生物过程和发酵监测 1093

69.1引言 1093

69.2传感器和监测的各个方面 1093

69.3监控方法 1095

69.4传感器、装置和技术 1095

69.5结论 1107

第70章 流动注射分析在工业生物技术中的应用 1109

70.1引言 1109

70.2流动注射分析基本原理 1110

70.3利用FI进行选择性生物分析应用 1111

70.4 FI在分析或检测过程中的用途 1113

70.5顺序注射分析基础 1113

70.6微流体装置：阀上实验室 1114

70.7所选的生物分析应用开发SI-LOV 1115

70.8结论和前景 1118

第71章 用于生物过程监测的荧光技术 1121

71.1引言 1121

71.2用于生物过程监测的在线荧光传感器的原理 1121

71.3在线二维荧光光谱的应用 1128

71.4总结 1129

第72章 动物细胞培养过程中的离线分析 1130

72.1引言 1130

72.2细胞密度的分析 1131

72.3培养基成分的分析 1132

72.4代谢终产物的分析 1138

72.5其他物质和参数的分析 1140

72.6蛋白质的分析 1141

72.7临床分析器的分析 1141

72.8服务信息 1142

第73章 过程分析技术：对于生物药剂学的策略 1144

73.1引言 1144

73.2 PAT应用于上游操作 1147

73.3 PAT应用于收获操作 1149

73.4 PAT应用于下游操作 1150

73.5 PAT应用于药品生产操作 1152

73.6 PAT和快速的微生物学方法 1154

73.7 PAT在化学计量学中的应用 1154

73.8关于PAT实现的案例研究 1155

73.9结论和展望 1156

第74章 废气分析 1160

74.1概述 1160

74.2废气分析的方法 1160

74.3安装与操作 1165

74.4参数计算 1168

第六部分 上游cGMP实施 1175

第75章 抗体制备，一次性系统 1175

75.1引言 1175

75.2抗体产业中一次性设备的应用：综述 1175

75.3单抗生产过程中一次性反应器的应用 1177

75.4讨论及显而易见的趋势 1179

第76章 生物反应器操作 1182

76.1准备 1182

76.2灭菌 1197

76.3装料 1202

76.4培养初始阶段 1207

76.5收获 1208

第77章 生物反应器，细胞培养，商品化产品 1211

77.1引言 1211

77.2生物反应器的设计 1217

77.3程序操作 1220

77.4产品生产规模扩大化 1227

77.5结论 1228

第78章 生物转化，工艺优化 1234

78.1引言 1234

78.2全细胞还是纯化酶？ 1234

78.3反应器分类 1235

78.4逐步工艺开发步骤 1236

78.5例子 1237

第79章 生物反应器中的泡沫生成与控制 1244

79.1泡沫产生原理概述 1244

79.2微观水平下描述泡沫：界面的分子机制 1244

79.3宏观水平上对泡沫的描述：反应器中气-液分散 1245

79.4溶液发泡性能的评价方法 1246

79.5生物过程中泡沫的检测与控制 1247

79.6用于预防泡沫的化学方法 1247

79.7物理法预防或减少反应器中泡沫生成 1249

79.8泡沫的生成与预防的影响 1251

79.9生物反应过程中的泡沫：现有回顾与未来展望 1252

第80章 中试车间的设计和运营 1254

80.1引言 1254

80.2运营理念和工艺需求 1254

80.3设计 1255

80.4运营 1264

第81章 剪切敏感性 1272

81.1引言 1272

81.2生物反应器中的剪切力 1272

81.3剪切效应 1278

81.4结束语 1297

第82章 生物加工过程中设备的灭菌和消毒 1303

82.1引言 1303

82.2加热灭菌 1303

82.3过滤除菌 1306

82.4熏蒸 1308

82.5 γ辐射 1309

82.6紫外线 1309

82.7液体消毒剂 1309

82.8病毒检测与生物制品的消毒 1310

82.9朊病毒 1313

82.10监管和安全问题 1314

索引 1317