植物生物反应器的研究进展

植物生物反应器的研究进展

生物反应是指以具有重要商业价值的外源蛋白质，利用生物系统进行大规模生产，用于医疗和科学研究。生物反应器可以使用不同生物体,其中以微生物居多,但植物与动物反应器正在成为研究的热点,三种生物反应器各有特点。微生物反应器表达真核生物蛋白质翻译后加工的精确性有限,下游成本较高;植物反应器上游生产成本较低,并且转基因植物自交后得到的同质后代性状稳定;动物生物反应器需要培养基的成本高,且转基因生物易产生公共和伦理问题。1植物生物反应转基因植物生物反应器来生产药用蛋白,例如抗体、疫苗,已经成为国际上植物基因工程一个新的发展趋势。1.1利用植物生物反应器降低下游加工成本植物的生长只需要阳光、土壤等自然条件,不需要昂贵的培养基,生产成本低。另外,利用植物生物反应器可降低下游加工成本。将外源基因整合在可食用植物中是降低下游加工成本的最简单便捷的方法。直接食用转基因可食用植物果实,即可达到摄入外源基因表达产物的目的,省去了下游产物提纯精制的复杂步骤。如使用香蕉所进行的研究。1.2生物产品品质的测定活性产品的生物安全性越来越被人们所关注,也逐渐成为生物产品品质的衡量标准之一。植物作为生物反应器被认为是相对安全的,不含致病微生物或潜在的致病微生物,没有其他病原菌污染,大大提高了表达产物的生物安全性。1.3植物生物反应的问题1.3.1疫苗研究的障碍001~0.3%,这是转基因植物疫苗研究的最大障碍。外源蛋白在植物细胞质中易受蛋白酶攻击,不稳定,因此外源蛋白的胞质表达效果较差。1.3.2重组蛋白的免疫原性究其原因大致为三种:植物组织本身的一些因子会影响重组蛋白的免疫原性;颗粒形式的蛋白在胃中较稳定,转基因植物产生的重组蛋白仅有部分组装成颗粒;重组蛋白经胃肠消化酶作用后,发生降解从而影响免疫原性。2动物生物反应器及体外培养用生物反应器动物细胞培养的主要设备是生物反应器,科研人员设计了各种的生物反应器。目前,动物生物反应器主要包括转基因动物及各种动物体外培养用生物反应器。动物体外培养用生物反应器主要有:机械搅拌式、气升式、中空纤维、及空间生物反应器等。转基因动物生物反应器主要包括动物乳腺生物反应器和鸡输卵管生物反应器。2.1动物细胞表达系统目前药用蛋白一般采用血浆提取、细菌发酵和哺乳动物细胞培养三种方法来生产,但都有不足之处。血浆提取药用蛋白含量低,费用昂贵,且血浆中潜伏的一些传染性病原增加了此种药用蛋白的安全性隐患;微生物表达系统无法对表达的大多数真核蛋白进行翻译后加工,或加工程度低,降低了药用蛋白的药效;动物细胞表达系统成本高产量低,且下游纯化复杂。转基因动物乳腺生物反应器生产药用蛋白具有巨大优势,能够生产出具有完全生物活性的药用蛋白,且产量高,生产成本低,分离纯化简单。2.2国内大、专利产品,无低表面活性剂,符合鸡、人类所具有的特点鸡作为生物反应器具有其他哺乳动物所具有的优点,同时还具有哺乳动物所不具有的优势。产物的收集及纯化操作简单;生产成本低;鸡世代间隔短,实验时间短。上述优势使鸡生物反应器的研究成为近几年和今后的研究热点。3突变株的解决利用真核微生物如酵母和丝状真菌用于生产重组蛋白药物已经逐渐得到了科学界和医药界的认可,并且已经有部分成果被应用了。但存在以下几个问题:不能精确的对动物蛋白进行糖苷化,因为它对蛋白质进行了过量的糖基化,这个可以通过筛选突变株的方式解决;缺乏将重组蛋白送出胞内的系统,这就意味着重组蛋白药物的纯化出现困难;同大肠杆菌一样,其还存在着密码子偏好性。不过酵母菌依然是最佳的选择,因为这是由于酵母菌的无毒性所决定的。巴斯德毕氏酵母也是一个不错的选择,因为其不但产量大,而且糖苷化的过程与动物类似,对于重组蛋白的活性影响较小。还有很重要的一点那就是它生产出的蛋白质药物进入血液不会引起引起抗原反应,因为它的糖苷化是基本正确的。另外,近年来也有科研人员开始研究银耳芽孢作为外源基因的生物反应器,同样具有独