转基因生物反应器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,转基因生物反应器（,Transgenic bioreactor,）,生物反应器,(bioreactor):,生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，,在体外,进行生化反应的装置系统，它是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。在酒类、医药生产、有机污染物降解方面有重要应用。,转基因生物反应器（,Transgenic bioreactor,）：,将外源基因转入,细胞或动植物，利用细胞增殖或者动植物代谢制备外源基因的表达产物的技术,。,转基因技术（,Transgenic technique,）：,通过人工方式将外源基因整合到生物体基因组内，并使该转基因生物能稳定地将此基因遗传给后代的技术。,1892,年美国,Lilly,公司首先将,重组,胰岛素,投放市场标志着世界第一个基因工程药物的诞生,.,生产基因工程药物的基本方法,:,连接到载体上,将目的基因用,DNA,重组法,将载体导入靶细胞,将表达的产物分离提纯,使目的基因在靶细胞中表达,现有或正在开发的基因工程药物：,单克隆抗体，疫苗，基因治疗药物，干扰素，白介素，生长因子，重组可溶性受体，,反义药物,，人生长激素，织纤溶酶原激活剂，凝血因子，集落细胞刺激因子，,促红细胞生长素,，,SOD,等。,反义药物,所谓“反义药物”（,antisense drug,），从字面上可以理解为“反传统意义的药物”。因为反义药物与传统药物两者的药理作用截然不同。传统药物以阻滞或调整引起疾病的蛋白质而发挥其作用，而反义药物则是通过防止“致病蛋白质”的产生，来打断疾病的进程。,主要指反义寡核苷酸,(,ODNs,),即其核苷酸序列可与靶,mRNA,或靶,DNA,互补,抑制或封闭基因的转换和表达,或切割,mRNA,使其丧失功能,.,红细胞生成素（,erythropoietin,EPO,）,人体中的促红细胞生成素是由肾脏和肝脏分泌的一种激素样物质，为分子量,6,7,万的糖蛋白。,药用价值：能够促进红细胞生成。服用红细胞生成素可以使患肾病贫血的病人增加血流比溶度（即增加血液中红细胞百分比）。,促红细胞生成素（）属于,基因兴奋剂，可以增加人体内的红,细胞数量，从而使肌肉获得更好,氧供，增强运动员的耐力。,但是长期使用可使人体血液,稠，增加心脏负,担，导致血液凝固、血栓等心血管,疾病，甚至死亡。,在,2005,年,2,月份的,神经科学,杂志上，西班牙医生公布了一个病,例，一位职业自行车运动员在经常,使用含有,EPO,的药物之后发生脑血,管栓塞。,促红细胞生成素（）,为了定向、高产地获得某一种活性物质，就必须找到相应的功能基因，并将它转入一种适当的载体中。当然，也可以通过非转基因技术（如反复驯化）实现某一产物的生产，与转基因生物反应器相比其效率低下，不宜定向控制，也不易实现工业化。所以我们这里主要讨论的生物反应器是指通过基因改造的生物体。显然，它有别于传统的化工和生物工程的反应器。,转基因生物反应器的三个发展阶段,1,、细菌基因工程,2,、细胞基因工程,3,、转基因动物,膜生物反应器,生物反应器,按种类分，生物反应器主要有,1,、转基因微生物生物反应器,2,、转基因植物生物反应器（热点）,3,、转基因动物生物反应器（热点）,一,、转基因微生物反应器,经过基因工程改造的酵母菌,由于微生物结构简单、繁殖迅速、容易培养而成为转基因对象，主要采用遗传背景清楚的大肠杆菌和酵母表达系统，通过高密度发酵培养、分离纯化获得所需要的目的产物，生产的药物属于第一代基因工程药物。,对于细菌或细胞基因程的生物反应器,都是基于传统的,发酵工程技术，以细菌或动植物细胞做载体，通过高,密度的发酵培养、分离纯化获得所需目的基因的产物,由此逐渐形成了第一代基因药物。一般过程包括各种,新型的、具有不同功能的基因菌的构建于筛选、发酵,培养、分离纯化等。,优点,转基因微生物在生产分子量较小、结构较为简单的异源蛋白方面具有优越性。,缺点,复杂真核蛋白存在折叠方式不正确、缺乏翻译后加工修饰等缺陷。,二、转基因植物反应器：,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、脂类及其它一些次生代谢产物等生物制剂的方法。,目的,使植物体成为具有重要经济价值的异源蛋白（包括药用蛋白）的生物反应器。,应用转基因植物生产的一些药物,亮氨酸脑啡肽,在植物中生产药用蛋白多肽最早的例子之一是利用植物贮藏蛋白的天然的高水平表达特性，生产人得神经肽。,它是一个含有,5,个氨基酸残基的小分子多肽，在油菜种以种子贮藏蛋白,2s,清蛋白的形式被生产出来，后经过酶水解，再通过,HPLC,回收，在临床上可作为止疼剂或镇定剂使用。,1,、农杆菌转化法,农杆菌是普遍存在于土壤中的一种革兰氏阴性细菌，它能在自然条件下趋化性地感染大多数双子叶植物的受伤部位,(,受伤处的细胞会分泌大量酚类化合物,从而使农杆菌移向这些细胞,),，并诱导产生冠瘿瘤或发状根。,根癌农杆菌和发根农杆菌中细胞中分别含有,Ti,质粒和,Ri,质粒，其上有一段,T-DNA,，农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞后，可将,T-DNA,插入到植物基因组中,并且可以通过减数分裂稳定的遗传给后代，这一特性成为农杆菌介导法植物转基因的理论基础。,我们将目的基因插入到经过改造的,T-DNA,区，借助农杆菌的感染实现外源基因向植物细胞的转移与整合，然后通过细胞和组织培养技术，再生出转基因植株。农杆菌介导法起初只被用于双子叶植物中，近年来，农杆菌介导转化在一些单子叶植物（尤其是水稻）中也得到了广泛应用。,培育方法,2,、病毒载体法,使用基因工程植物病毒作载体，这类载体可以瞬时高效表达大量外源蛋白，,是,农杆菌转化系统所不能做到的。,利用融合抗原表达策略以生产出多种的嵌合外壳蛋白，这类融合蛋白的生产方式将可能是生产疫苗的一条重要合经济有效的途径。,优点,生物活性好：能进行有效的翻译后加工，是能够大规模也是最经济的生产蛋白质的生产系统。,构建容易：植物细胞易再生植株，生长周期短，易于快速筛选出,转基因阳性植株。不仅比构建动物生物反应器节省时间，而且技术更成熟，成功率更高。,成本低：外源基因可以通过种子遗传给下一代，扩大种植大面积提高产量。,缺点,植物易受季节合环境的影响。,需要专门的活性物质分离设备与技术,植物细胞培养需要发酵罐等设备和技术支持，成本比较高,三、转基因动物反应器,将外源基因转入动物细胞或个体，表达制备相关产品。利用转基因动物细胞生产蛋白类药物、疫苗、细胞因子等产品已经成为生物制药的热点。,转基因微生物在生产分子量较小、结构较为简单,的异源蛋白方面具有优越性，,微生物表达系统合,成的复杂真核蛋白存在折叠方式不正确、缺乏翻,译后加工修饰等缺陷，动物细胞蛋白质表达系统,可以较好地解决这些问题。,大多数哺乳动物蛋白翻译后的修饰，例如：糖基,化、磷酸化和乙酰化等，是保持生物学活性、稳定性及抗原性的前提。,但动物反应器也有不足之处，如：培养条件苛刻,，成本较高等。,1,、乳腺生物反应器（,Mammary,glandbioreator,）,动物物乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称,动物乳腺生物反应器的优点,（,1,）生物活性高，无污染。动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，包括糖基化、磷酸化、羧基化等，从而保证了产品的高生物活性。,（,2,）易分离提纯，成本低廉。,（,3,）产量高。外源基因在动物乳腺中的表达量可以达到每升几克到几十克，小群转基因大家畜的产量即可满足全世界市场的需求。,（,4,）缩短了新药的研究周期,问题与展望,（,1,）转基因动物的成功率低。,（,2,）目的蛋白的表达水平远低于乳汁中总蛋白含量。,（,3,）目的基因的分离、改造、载体构建、体细胞克隆等技术环节还不够成熟。,（,4,）“位置效应”与“剂量效应”目前无法克服。,（,5,）乳汁蛋白基因表达调控机理、目的基因在宿主染色体上整合的详细机制、基因表达调控元件在不同家畜表现差异的原因、乳腺细胞对蛋白质的加工修饰机理等还未弄清。,（,6,）产品的安全性的问题，外源基因侵入对动物和基因药物对人体正常功能有何影响，否会造成基因污染，尚难定论。,例子,a1-,抗胰蛋白酶的生产,将人的,a1-,抗胰蛋白酶基因通过显微操作注入进母羊受精卵的雄性细胞核，并使之与山羊本身的基因结合，而且能够稳定表达。,2,、,血液生物反应器及其它生物反应器,血液生物反应器比较适合生产人血红蛋白、抗体合非生物学活性的融合蛋白。这是由于活性的蛋白或多肽会进入血液循环系统而影响动物的健康。目前，已有多种通过转基因生产的具有生物学功能的人血红蛋白问世,例子 人血清蛋白,是人血浆的主要成分，它由,585,个,aa,残基构成，在肝脏中合成后进入血液。,临床上用于治疗失血，创伤等引起的休克、水肿。,目前主要由人血提取。远不能满足社会需求。,构想,通过分子重组技术在猪的肝脏中表达，并以显微注射的方法移入猪的受精卵中，培育出转基因猪，从而实现在猪体中合成人血清蛋白的目的。,光生物反应器,主要用于可进行光合作用的微藻、植物细胞、光合细菌的培养。,膜生物反应器,在污水处理，水资源再利用领域，,MBR,又称膜生物反应器（,Membrane Bio-Reactor,）,是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。,