植物生物反应器的研究进展及发展方向
生物反应器
3种酵母表达系统
• 甲醇营养型酵母表达系统：巴斯德毕赤酵 母(Pichia pastoris)表达系统最为常用；
• 巴斯德毕赤酵母具有翻译后修饰功能，如 信号肽加工、蛋白质折叠、二硫键形成和 糖基化作用等，其糖基化位点其他哺乳动 物细胞相同，适合于生产医药用重组蛋白 质。
3种酵母表达系统
• 裂殖酵母不同于其他酵母菌株，它具有许 多与高等真核细胞相似的特性，它所表达 的外源基因产物具有相应天然蛋白质的构 象和活性。遗憾的是，目前对它的研究较 少。
动物细胞生物反应器
• 昆虫细胞； • 哺乳动物细胞； • 鱼类细胞。
昆虫细胞生物反应器
• 昆虫杆状病毒表达系统( BEVS)： 病毒载体、昆虫细胞、宿主培养基； 与细菌 、酵母、 哺乳动物细胞表达系统相比，
具有易于操作和筛选， 较好的转录后加工 修饰以及安全等优点； 缺点：昆虫细胞的蛋白质加工过程并非同高 等的真核生物完全一致， 最终会影响到表 达产物的生物学活性。
家蚕丝腺生物反应器
• 家蚕是人工养殖的经济昆虫， 蚕的丝腺作 为生物反应器来表达重组的外源蛋白具有 极高的商业价值与应用前景。
家蚕丝腺生物反应器
• 存在的问题： 丝腺中主要以丝蛋白分泌为主，给目的蛋白
的下游分类纯化带来了困难； 与杆状病毒表达系统一样存在蛋白质转录后
修饰的问题； 如何将外源基因稳定的转入家蚕体内，同时
• 真核单细胞、结构简单、 因序列已经完全测 得, 序列结构比较清楚, 利于遗传操作;
• 培养条件简单, 可以大规模培养, 易于工业化 生产; 核转化与叶绿体转化方法成熟;
• 衣藻作为真核生物, 可以对真核蛋白质进行准 确的翻译后加工修饰( 如: 正确的折叠等) ;
• 衣藻本身不带有对人体有害的生物, 如病毒、 细菌等, 这就使得其表达的产物不会含有毒素 等有害物物质, 从而减少纯化步骤, 大大降低成 本。
生物反应器
生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。
生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率（转化率）和能耗有密切关系。
生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容，也是生物化学工程的重要组成部分。
分类从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。
另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。
发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分，可有：嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。
其中嫌气发酵罐最为简单，生产中不必导入空气，仅为立式或卧式的筒形容器，可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。
若以操作方式区分，有分批操作和连续操作两种。
前者一般用釜式反应器，后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。
好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分，可有：①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍，称为通用式发酵罐。
所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器，它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。
若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮，搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。
②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出，通过外循环管返入罐内。
在循环管顶端再接上液体喷嘴，使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。
③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌，同时进行通气的气升发酵罐。
目前，世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐，它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m，高为60m，总容量为 2300m□，自上至下有5000～8000个喷嘴进料。
目前，还有些发酵产品，如固体曲等，使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。
生产甲烷（沼气）用的是嫌气发酵罐，也称消化器或沼气发生器，这种发酵罐装有搅拌器，顶部有的有浮顶。
课程思政案例-生物工程设备-生物反应器及其生产现状
《生物工程设备》生物反应器及其生产现状生物反应器是生化工艺过程的核心设备，本案例主要介绍生物反应器的作用、分类、发展历史和研究现状。
并对目前国内生物反应器的突出问题，如检测pH、溶氧传感器性能不稳定需要长期进口等问题展开讨论，通过教师列举日常实例，引出对于核心技术及自主研发能力的思考，学生查找和总结专业产品的相关资料，从专业领域角度引导学生关注我国制造业的发展，并对其进行爱国主义教育，鼓励学生从自身做起，为我国的民族产业出一份力。
一、教学目标（一）课程教学目标该章节的主题是生物反应器概述，主要讲生物反应器的作用、地位、分类、发展历史和研究现状。
课程的教学目标包括：1.掌握生物反应器的作用、地位和分类；2.了解生物反应器的发展历史和研究现状。
（二）思政育人目标1.设计思路本课程绪论部分内容介绍国内外生物反应器产业发展概况，其中主导生物工程产业的生物反应器大多为国外（如美国、德国、日本等）研发生产。
近些年，我国虽然能够研发一些生物反应器，但仍然存在很多问题。
比如生物反应器的核心部件，如检测pH、溶氧传感器性能不稳定需要长期进口。
核心部件的依赖必定导致整个产业的对外依赖，不利于今后提高我国生物产业的整体竞争力。
因此在讲述这部分内容时，应从爱国主义和建设中国特色社会主义强国出发，鼓励学生学好专业知识，为以后掌握核心技术，强大我国民族制造业打下基础。
2.思政育人目标使学生认识到掌握核心技术对于提高我国综合国力的重要性，从提高我国制造业市场竞争力角度培养学生学习专业课程的积极性。
3.育人主题创新，发展民族产业等爱国主义教育。
二、教学实施过程1.教学理念：制造业是国民经济的主体，打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。
然而，与世界先进水平相比，我国制造业仍然大而不强，在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。
植物合成生物学的优缺点
植物合成生物学的优缺点1.引言1.1 概述概述植物合成生物学是一门新兴的交叉学科，将植物学、合成生物学和生物工程学相结合，旨在通过对植物基因组的分析和改造，实现对植物的精准设计和功能增强。
植物作为地球上最重要的生物资源之一，不仅能提供人类所需的食物、能源和药物，还承担着维护生态平衡和环境保护的重要角色。
植物合成生物学的出现，为我们深入理解植物基因组的复杂网络和调控机制，开辟了新的途径。
随着研究的深入，植物合成生物学已经取得了许多令人瞩目的成就。
通过对植物基因的编辑和改造，可以增加农作物的产量和抗逆性，提高食物品质和可持续性；还可以利用植物的天然代谢途径，生产出各种天然产物和高附加值的化合物，如药物、化妆品和生物材料等。
此外，植物合成生物学在生物能源开发、环境修复和生态保护等方面的应用潜力也越来越受到关注。
然而，植物合成生物学也存在一些挑战和限制。
首先，植物基因组的复杂性和多样性使得对其进行精准改造变得困难，需要更加精细和高效的基因组编辑技术。
其次，植物的生长和发育过程受到多种内外部因素的调控，因此在进行基因编辑和调控时需要考虑到它们的影响。
此外，植物合成生物学的研究需要大量的时间和资源，包括对植物进行大规模的基因组测序、功能验证和产物分析等。
在未来，植物合成生物学有望取得更大的突破和应用。
随着技术的进步和方法的改进，我们将能够更好地理解植物的基因调控网络和代谢途径，实现对植物的更精准改造和设计。
同时，通过加强植物合成生物学与其他学科的交叉和合作，可以拓展其在农业、医药和环境领域的应用。
例如，结合植物合成生物学和基因编辑技术，可以培育出更适应气候变化和病虫害的作物品种；利用植物的天然代谢途径，可以开发出更安全有效的药物和生物材料。
总之，植物合成生物学作为一门新兴的学科，具有巨大的潜力和发展前景。
通过深入研究植物的基因组和调控机制，我们将能够更好地利用植物的天然资源和功能，促进可持续发展和生态平衡的实现。
植物次生代谢初步相关研究进展
植物次生代谢初步相关研究进展摘要：植物次生代谢与植物的生长发育及其对环境的适应密切相关，由初生代谢派生参与植物防御反应相关的萜类、生物碱类、苯丙烷类为植物次生代谢物的主要类型，其代谢途径多以代谢频道形式存在种属、生长发育期等特异性。
重点介绍这三类具有防御作用的次生代谢产物的生物合成途径、参与介导植物防御反应的相关信号分子及其转录调控机制，为正确认识植物次生代谢防御反应提供理论依据。
关键词：次生代谢；调控机制；限速酶Preliminary research progress of plant secondarymetabolitesAbstract：Plant secondary metabolism is closely related to the growth and development of plants and their adaptation to the environment, participate in related terpene derived from the primary metabolism of plant defense responses, alkaloids, phenylpropanes main types of plant secondary metabolites, metabolic multi-channel metabolic pathways exist species, such as specific growth period. Focuses on the biosynthetic pathway of these three defensive role of secondary metabolites involved in plant defense responses mediated signaling molecules and transcription regulation related mechanisms to provide a theoretical basis for a correct understanding of plant secondary metabolites defense response.Keywords：Secondary metabolism; regulatory mechanisms; rate-limiting enzyme植物次生代谢（secondary metabolism）是由初生代谢（primary metabolite）派生的一类特殊代谢过程[1](见图1)，是植物在长期进化中与环境相互作用的结果。
转基因生物反应器
反转录病毒感染法：将含目的基因的反转录病毒载体人为感染早期胚胎细胞实现基因转移，产生转基因动物。
01
特点：基因转移效率、感染率、整合率明显高于其他基因转移方法。
02
但不能完全杜绝反转录病毒在转基因动物生产的商品中的污染。
03
卵母细胞显微注射法 基本方法：将带有外源目的基因的反转录病毒通过显微注射技术注入卵母细胞的卵周腔，通过体外受精，胚胎移植获得转基因动物。 优点（ห้องสมุดไป่ตู้62） 适合制备大型转基因动物 对卵的机械损伤小 提高外源基因与核染色体接触的机会 提高外源基因的整合率
01
优良动物的育种：通过转基因可获得生长快速、品质良好、抗病力强、产量高的动物品种。
03
在异种器官移植中，通过转基因技术以期获得人类所需的不被免疫排斥的器官。
05
转基因动物模型与基因治疗
02
在医药领域：通过相应转入目的基因的动物获得所需的药物
04
生物反应器：P263－265 优点：易养殖、通过乳腺和血液制备活性物质简单易行 不足：制备转基因动物成本高 易产生一些伦理问题
曾溢滔院士预测称，目前一种新药从它的研制开发、通过药审、直到上市，约需10~15年。如果利用转基因动物-乳腺生物反应器，新药生产的周期为5年左右。
据悉，曾溢滔院士在1998年研制出转基因羊、1999年研制出转基因牛，这两项成果，震惊了世界，并连续两年获得两院院士评选的十大科技进展。
12.4 转基因植物生物反应器
方法：外源目的基因导入能进行体外培养的动物细胞，再以这些细胞作为核供体，利用克隆动物技术获得转基因动物。
优点（262）
获得转基因动物的效率高
通过鉴别核供体核型预知转基因动物性别
所需动物数量大为减少
植物科学研究现状及发展趋势
植物科学研究现状及发展趋势年级: 2010学号: 2202040319姓名: 朱家钰专业: 音乐学二零一二年七月摘要植物科学与技术专业是新兴专业，综合了传统的农学、园艺和植保三大内容，在科研和应用上均具有重大意义：在科研上，它属于应用基础学科，可以为国家生态建设、粮食生产安全以及能源结构调整等方面做出重大贡献；在应用上，它主要研究现代生物技术及植物遗传改良、农业信息技术及植物生产管理、生态环境及植物产品质量安全、植物保护和植物产品贮藏与加工等，同时，综合了农业科技示范园区等现代农业设施和推广体系的建设和发展，在未来的国家生态环境建设及新农村发展中，将呈现广阔的发展远景。
关键词：植物科学；现阶段发展；重要性；发展前景第1章绪论1．什么是植物科学随着农业技术高新化、领域扩大化、生产规模化、经营产业化、管理信息化，将传统农业生产技术与现代生物技术有机结合的专业——植物科学与技术专业由此而生。
2.植物科学的意义本专业学生主要学习农业生物科学、农业生态科学、农业经济和管理科学、植物生产学、植物育种学和植物保护学等基本理论和基本知识，受到植物生产、植物育种和植物保护工作需要的科研、管理等方面的基本训练，具有组织管理种植业生产、进行植物生产技术开发和推广、经营管理农业企业等方面的基本能力。
3.植物科学的研究方向1．植物生理学研究农作物植物激素代谢及其调控、植物激素作用机制、植物激素测定技术、新型植物生长调节剂的研制；植物对矿质离子的吸收与运转及其机制，新型肥料和营养剂的研制；逆境对植物伤害的机制以及农业防灾与减灾。
2．植物生物化学与分子生物学研究植物初生及次生物质代谢规律及其应用；植物生长发育过程中重要大分子的分离纯化、性质、结构及功能；基因工程技术及应用；植物细胞信号转导的分子生物学。
3．环境植物学研究环境因子对植物生长过程的影响、环境污染物对主要农作物的毒性及作用机制、污染土壤及水体植物修复技术及应用、植物生理生化指标对环境污染水平的指示。
生物反应器
生物反应器生物反应器是一种生物技术设备，主要用于生物发酵、生物转化和生物固定化等过程的实现，是生物技术学领域中的核心设备之一。
生物反应器按规模大小可分为实验室规模、小型工业规模、大型工业规模及超大型规模，广泛应用于生物制药、食品工业、环保工程、化工领域及实验室研究等不同领域。
本文主要介绍生物反应器的基本概念、分类、结构、功能与应用等方面的内容。
一、生物反应器的基本概念生物反应器是一种专门用于维持和促进生物体生长繁殖，并对物质能量进行转化的设备。
是利用微生物生长代谢的能力，进行化学制品或生物制品的生产。
反应器内部常温度、氧气含量、pH值、营养物浓度等参数进行监测与控制，以维持接近理想的生长环境，从而提高微生物总体产量和单独化合物的产量。
二、生物反应器的分类按微生物名称分为真菌反应器和细胞反应器两种；按操作条件分为常压和高压反应器两种；按反应器内混合方式分为不同类型，如机械混合反应器、气液混合反应器、液相连续搅拌反应器、固相悬浮式反应器等；按生产工艺分则有批量式反应器、半连续式反应器和连续式反应器等。
三、生物反应器的结构生物反应器结构包括传质层、反应层和生物活性层三个部分。
传质层由反应器外壳和传质器件（气体传输系统与吸收液传输系统）组成，热量传递和质量传递的效率决定于传质器件的选择和设计。
反应层由反应器罐体、搅拌器、传热器、控制仪等组成，其内部环境的压力、温度、营养物浓度、气相浓度、氧含量、pH值等参数决定了反应的产物和效率。
生物活性层是一个重要的环节，是水生生物或微生物参与反应的主要部分。
其中，微生物是生物活性层的核心，它们根据营养状态发生生长、代谢和能量转换等复杂的反应，完成指定的反应目的。
四、生物反应器的功能生物反应器的主要功能是实现微生物生长代谢和化学过程，从而获得所需的生物制品或化学成品。
其次，需要满足反应器内环境的生物学和物理学参数要求，如空气、水、营养物、pH、pO2、温度、压力、流量等参数，确保最大的反应效率和最佳的反应条件。
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植物生物反应器的研究进展及发展方向姓名（内蒙古科技大学生物技术系）摘要利用转基因植物作为生物反应器生产外源蛋白,包括抗体、疫苗、药用蛋白等较之其他生产系统具有很多优越性。
本文简介了植物生物反应器的研究发展历史和现状, 并对植物生物反应器领域的发展作了一定的展望和讨论。
关键词植物抗体; 口服疫苗; 药用蛋白;转基因; 生物反应器植物生物反应器是生物反应器研究领域中的一大类, 是指通过基因工程途径, 以常见的农作物作为化学工厂，通过大规模种植生产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其他一些次生代谢产物等生物制剂的方法[1]。
1 植物生物反应器研究内容1.1植物抗体(plantibody)抗体(antibody) 是动物体液中的一系列球蛋白,称为免疫球蛋白(Ig) 。
它们可介导动物的体液免疫反应。
在植物体内表达编码抗体或抗体片段(如Fab 片段和Fv 片段) ,获得的产物就称为植物抗体。
植物抗体最大的优点是使生产抗体更加方便和廉价。
尤其在生产单克隆抗体方面,利用植物生产要比杂交瘤细胞低廉的多。
据估计,在250 m2 的温室中利用苜蓿生产IgG的成本约为500～600美元/ g ,而利用杂交瘤细胞生产抗体的成本约为5 000 美元/g 。
因此,利用植物生产抗体具有广阔的市场前景。
目前,利用转基因植物表达的抗体包括完整的抗体分子、分泌型抗体IgA、IgG、单链可变区片段(scFv) 、Fab 片段、双特异性scFv 片段以及嵌合型抗体等不同类型的抗体。
植物不仅作为生物反应器器生产抗体用于医药产业,而且植物抗体介导的免疫调节在植物抗病育种上也很值得研究。
Fecker 等将抗甜菜坏色黄脉病毒(BNYVV) 的外壳蛋白基因的scFv 转化烟草,产生的scFv 定位于细胞质中或通过末端的连接信号肽而分泌到质外体,结果发现转scFv 的植株出现症状的时间明显迟于对照。
Tavladoraki 等将抗菊芋斑驳病毒(AMCV) 的外壳蛋白基因的scFv 转入烟草后,发现感病率下降50～60 % ,出现症状的时间也明显迟于对照。
LeGall 等将针对僵顶病植原体主要膜蛋白的scFv 转入烟草中,并通过细菌信号肽把scFv 定位到质外体,将转基因烟草接穗嫁接到被植原体侵染的砧木上,没有表现病症,而对照的非转基因接穗却出现严重的僵顶病症状甚至死亡。
另外,在植物细胞中表达具有催化或钝化酶和激素作用的抗体,从而对细胞代谢进行调节,这对于植物代谢机理的研究非常有用。
Owen 等将植物光敏色素单链Fab 抗体转入烟草中,转基因烟草光敏色素下降40 % ,而且该转基因烟草种子表现出异常的依赖光敏色素萌发的能力。
Shimada等在烟草内质网中高效表达了抗赤霉素前体分子A19/ 24 的scFv ,A19 和A24 分别是A1 和A4 的前体,转基因烟草中A1含量降低并表现矮化[2]。
1.2口服疫苗(edible vaccine)传染病严重威胁人类的生命和健康,一直以来人类获得免疫预防主要通过疫苗接种。
但在发展中国家,昂贵的疫苗造成数百万人尤其是儿童依然死于传染病。
目前利用植物作为生物反应器生产口服疫苗,极大降低了疫苗的生产成本,并且研究表明植物疫苗确实可以使人和动物产生相应的免疫应答,因此这一新技术将有助于疫苗的普及从而改善发展中国家人民的健康状况。
目前在植物中表达的疫苗有几十种,包括乙肝病毒表面抗原、诺沃克病毒外壳蛋白、大肠杆菌热不稳定肠毒素B 亚基(L T - B) 、霍乱毒素的A ,B 亚基(CT - A ,B)、冠状病毒(Coronavirus) 的免疫原糖蛋白S 多肽、狂犬病毒糖蛋白、口蹄疫病毒(foot - and mouth disease virus) 抗原、水貂肠炎病毒抗原、犬细小病毒抗原。
植物疫苗在动物实验中已证明能够成功激发动物黏膜免疫应答和血清免疫应答,使动物对致病原产生了抵抗力,但在人体中的免疫检测还不多,只有少数几种植物疫苗进行了人体试验。
Mason 实验小组让志愿者服用了包含Lt - B 的去皮马铃薯片,受试者表现出黏膜和全身性免疫反应。
Tacket 等将转诺沃克病毒外壳蛋白基因的马铃薯让20 个志愿者服用,结果19 个人产生特异性IgG,6 个人产生特异性IgA ,说明95 %的人对诺沃克病毒产生了抵抗力。
目前,科学家正在进行植物源性的抗癌疫苗、抗艾滋病疫苗、抗糖尿病疫苗以及利用植物生产加强免疫效应的辅助佐剂方面的研究。
研究人员用于表达疫苗的植物多为烟草、马铃薯、西红柿,但这些植物都存在作为口服疫苗的缺点,如烟草不能食用、马铃薯不易生食、而西红柿不易长期贮存,因此更宜于生产口服疫苗的是那些含有大量可溶性蛋白,耐贮运种子植物,特别是水稻、小麦、玉米,其胚乳中含有丰富可溶性蛋白能够与种子其余部分分开,从而降低植物疫苗服用剂量。
此外,植物必须高水平表达疫苗才能达到口服免疫的效果[3]。
1.3利用植物生产药用蛋白植物作为生物反应器除了可以生产抗体疫苗外,还可表达细胞因子、酶及其它药用蛋白和生物活性肽等。
但是利用植物生产上述细胞因子、酶,药用蛋白和生物活性肽等需要下游纯化, 只有它占总可溶性蛋白(TSP) 的1 %以上才具有商业开发的价值。
Verwoerd 等将黑曲霉的肌醇六磷酸酶(即植酸酶) 基因转入烟草,在成熟种子中植酸酶占总可溶性蛋白的1 % 。
Witcher 等利用转基因玉米生产重组的β - 葡萄苷酸酶( GUS) ,表达水平高达种子总可溶性蛋白的0. 7 % ,且生物活性与天然的的GUS 相同。
Hood 等在转基因玉米中成功表达了重组抗生物素蛋白,其表达量占总可溶性蛋白的2 %。
与从鸡蛋清中提取的相比具有相同的功效而成本却大大降低了。
现已成为Sigma - Aldrich 的商品。
Moloney 等将人的亮氨酸脑啡肽基因导入油菜中,先以种子贮藏蛋白2S清蛋白的形式表达,再用胰蛋白酶水解,获得的脑啡肽产量达到220 nmol/ g 种子,脑啡肽是临床可作为止痛剂或镇定剂。
此外,在转基因油菜种子油体中高效表达的水蛭素目前已经在加拿大投入商业生产,这是第一个用来商业开发的范例。
Sijmous 等人将人血清白蛋白(human serum albumin,HSA) 编码区与烟草的一个蛋白分泌信号肽序列的融合基因转入马铃薯,表达的融合蛋白占总可溶性蛋白的0. 02 % ,此外在植物中表达的其它人源蛋白的含量也很低。
例如β-干扰素的含量低于0. 03 %(鲜重) 、促红细胞生长因子( EPO)占总可溶性蛋白的0. 003 %、利用植物生产药用蛋白。
人工合成的人表皮因子在烟草中的表达量仅达到总可溶性蛋白的0. 001 % ,因此尚不具备开发价值,需通过进一步的研究来提高表达量[4]。
2 植物生物反应器存在的主要问题2. 1 转基因沉默是指转基因在受体植物中往往不能稳定表达,有时甚至完全不表达,或者说利用遗传转化方法导入并稳定整合进受体细胞中的完整的外源基因在当代转化体或在其后代中表达受到抑制的现象。
其可以通过以下途径解决: ①探明影响植物基因表达的基因调控元件,加以修饰和开启控制; ②了解转录过程,以便在转录水平进行基因操作,提高转录效率; ③研究翻译过程,提高翻译效率; ④构建一些新的植物高效表达系统,即各种载体及高效元件。
2.2 表达水平低大多数转基因植物通过自交后可以选择出目的基因纯合的后代,可以稳定遗传,使表型得以延续。
但是大部分外源基因的表达水平在植物体内不高,目前没有得到很好的解决。
可以尝试用如下方法加以解决:采用适当的强启动子、增强子序列和前导序列,使用偏爱密码子,将转基因产物定向到合适的细胞分隔(如细胞质、质外体、内质网腔、叶绿体液泡等) ,组织器官特异性表达(如种子、块茎、果实、橡胶树乳管等) ,去除mRNA不稳定序列,同时表达有助于产物正确折叠的酶或蛋白质(如分子伴侣) 。
此外,还可用植物病毒作为载体提高表达量。
虽然这一问题可以解决,但要形成一套完整的外源基因在植物体内的高效表达体系还有待深入研究。
2.3 重组蛋白质中糖链结构的改变植物表达蛋白质的氨基酸序列和它的原始序列通常是相同的,并且在植物中能形成类似于人类等哺乳类动物的复杂型糖链结构,但是二者在高尔基体中的糖基化过程存在较大差异。
植物中糖蛋白缺少唾液酸和半乳糖残基,特异存在α2(1, 3) 2岩藻糖和β2(1, 2) 2木糖。
而唾液酸和半乳糖残基缺失会影响糖蛋白在人体内的稳定性及半衰期,使其活性降低;α2(1, 3) 2岩藻糖和β2( 1, 2) 2木糖的存在则易引起人体内的免疫原性。
为了避免植物高尔基体中特异的糖基化过程,人们发现在表达蛋白质的后面添加KDEL序列,可将蛋白质定位在内质网中,从而形成对人无免疫应答的高甘露糖型糖蛋白质,同时还可以提高蛋白质的表达量。
2. 4 下游生产成本高尽管植物生产体系具有许多优点,但如果产物需提纯,其费用还是比较昂贵的,因此有待降低下游生产成本,尽可能地避免或部分避免表达产物的纯化,如用转基因植物生产直接口服疫苗。
有时通过被修饰植物的直接消化运输生物药物产物可能不需要纯化,这种生物药物及可食用疫苗能以种子、块茎或果实的形式储存和分配,可以直接利用,这样就大大简化了下游的加工成本。
另外,也可将植物种子油脂体作为蛋白或肽类的载体,外源基因以融合蛋白的形式表达,油脂蛋白具有亲脂性使其成为高效的多肽纯化系统。
2.5转基因药品的安全性问题目前,虽然通过植物生物反应器生产外源蛋白相对于动物和微生物来讲安全性更高一些,但是转基因产品的安全性仍存在争议,如在口服药物和口服疫苗方面,植物是否含有对直接口服蛋白有影响的因子。
公众对转基因产品的接受和认可程度还不够,从而使转基因产品的市场化进程受到影响。
因此,一方面要加大宣传普及力度,另一方面还要对转基因产品的潜在危险性进行充分评价,开发清洁载体,防止目标产物受到污染,同时还要制定相应的安全和管理法规。
展望尽管转植物生物反应器仍存在一些问题尚待解决,但利用植物表达系统已成功地表达了多种具有生理活性的外源多肽,而且有些已经进行了人体和动物的试验,其前景是可观的,随着人类基因组计划研究的不断深入,会发现有更多医疗价值的蛋白质,因此利用转基因植物将会成为最具潜力的生产系统来生产这些药物,为人类健康做出巨大的贡献[5]。
参考文献[1] 庞俊峰; 黄东光; 吴燕民;植物生物反应器研究进展生物技术通报, Biotechnology Bulletin, 编辑部邮箱 2011年 01期[2]严萍,赵树进. 转基因技术在植物抗体上的应用[J]. 生命的化学, 2006,(01) .[3] 刘德虎. 利用转基因植物生产药用蛋白[J]. 生物技术通报, 1999,(04) .[4] 杜小春; 何正权; 陈磊; 杨晔; 姚伟; 植物生物反应器表达药用蛋白研究新进展中国生物工程杂志, China Biotechnology, 编辑部邮箱 2008年 09期[5] 杨晶; 李天航; 熊丽东; 庞实峰; 李校堃; 植物生物反应器的研究进展生物工程学报, Chinese Journal of Biotechnology, 编辑部邮箱 2009年 05期。