崔再宁基因工程原理与技术课程论文

贵州大学课程论文课程论文题目： 课程名称： 任课教师姓名： 研究生姓名： 专 业： 转基因植物作为生物反应器的研究进展 《基因工程原理与技术》 赵德刚教授 崔再宁 植物学 学号：2013021105 年级：2013 级

所在培养单位： 任课教师评分： 评阅意见：

贵州大学生命科学学院

任课教师签名： 2013 年 1 月 4 日

目录

摘要------------------------------------------------------------------------------------------------1

0 前言---------------------------------------------------------------------------------------------1

1 转基因植物作为生物反应器的研究现状--------------------------------1

1.1 转基因植物作为生物反应器在畜禽疫苗生产领域的研究现状------------1

1.2转基因植物生物反应器在表达药用蛋白方面的研究现状-----------------2

2 转基因植物生物反应器的工作原理------------------------------------2

2.1转基因植物生产疫苗的原理-----------------------------------------2

2.2转基因植物表达药用蛋白的原理-------------------------------------3

3 植物生物反应器存在的问题------------------------------------------3

3.1基因沉默或不稳定------------------------------------------------3

3.2蛋白表达含量低---------------------------------------------------3

3.3安全性问题-------------------------------------------------------3

4 转基因植物生物反应器的展望----------------------------------------4

4.1抗体疫苗生产的展望-----------------------------------------------4

4.2药用蛋白生产的展望-----------------------------------------------4

参考文献：----------------------------------------------------------4

转基因植物作为生物反应器的研究进展

摘要：以转基因植物作为生物反应器规模化生产疫苗、药用蛋白等已经成为国际上植物基因工程一个新的发展趋势.本文综述了利用转基因植物作为生物反应器来表达特定蛋白的研究现状、技术原理、存在的问题及展望.

关键词：转基因植物 生物反应器 抗体 疫苗

Abstract：Large-scale manufacturing vaccinum and pharmaceutical protein using transgenic plant as a bioreactor has become a new trend attracting international plant gene engineering.This paper describes the current state,theory,existing problems and development progress in this field.

Key words:plant bioreactor;pharmaceutical protein; vaccinum

0 前言

转基因植物是指运用重组DNA技术将外源基因整合于受体植物基因组, 改变其遗传组成后产生的植物及其后代.转基因植物通常至少含有一种非近源物种或种的遗传基因, 比如其它植物种、病毒、细菌、动物甚至人类的基因.转基因植物有多种用途,充当某些重要蛋白质和次生代谢产物的廉价反应器是其重要的研究应用领域之一.

所谓生物反应器一般是指用于完成生物催化反应的设备,可分为细胞反应器和酶反应器两类, 常见于微生物的发酵.自从DNA 重组技术和植物转基因技术出现以来, 转基因植物作为一种新的生物反应器, 可以生产细胞素、激素、单克隆抗体、营养蛋白、疫苗、酶、各种生长因子及其它一些药物以及工业部门使用的原料.

转基因植物生物反应器与复杂并昂贵的细胞培养为基础的表达系统相比,具有外源蛋白表达量高和环境安全性好等优点.植物生物反应器的问世,为生产可食疫苗、药用蛋白和提高植物营养价值带来了希望.

因此,利用转基因植物生产疫苗抗体、药用蛋白等外源物质的研究日益受到关注, 并已经成为植物基因工程的一个新的研究热点.本文主要针对转基因植物作为生物反应器在疫苗生产和药用蛋白表达两个领域进行综述.

1 转基因植物作为生物反应器的研究现状

1.1 转基因植物作为生物反应器在畜禽疫苗生产领域的研究现状

转基因植物疫苗是把植物基因工程技术与机体免疫机理相结合,生产出能使机体获得特异抗病能力的疫苗．转基因植物疫苗生产成品储存简单,不需要冷冻冷藏,有利于运

输并且预防接种简单易行.在进行免疫接种时不需要注射器和针头之类的设备,不存在通过注射接种动物感染病原微生物的可能,同时大大减少了免疫接种时动物的应激反应．目前已报道的疫苗主要包括5类:细菌疫苗、病毒疫苗、避孕疫苗、寄生虫疫苗和糖尿病疫苗．近年来人们对转基因植物疫苗的研究也取得了重大的进展.

到目前为止,已经转化口服疫苗成功的植物有烟草、番茄、马铃薯、莴苣、胡萝卜、羽豆、玉米、菠菜、白三叶草和苜蓿等.烟草虽易于转化和繁殖,但烟草组织中含有大量的生物碱.马铃薯也易于转化和繁殖, 可提供食用的块茎,但一般只吃熟马铃薯.利用可直接生食的植物是未来生产口服疫苗的必然发展趋势, 如番茄、苹果、香蕉和胡萝卜等蔬菜和水果.对于饲用疫苗,可选用苜蓿、大豆和玉米等作为受体植物, 使抗原蛋白积累于种子等天然蛋白贮藏器官中或整株植物体中.

1.2转基因植物生物反应器在表达药用蛋白方面的研究现状

除了用于生产抗体疫苗, 植物生物反应器还可表达酶、细胞因子以及药用蛋白等, 但实现过程复杂, 可用于商业开发价值的部分比例很小.比如水蛙素是利用水蛙得到的一种天然酸性多肤, 是迄今发现的最有效的凝血酶的天然抑制剂.对多种心脑血管疾病特别是对重大疾病治疗后的血管二次栓塞有极佳的防治功能, 随着研究的深人,水蛙素在油菜果实油脂体中得以完整表达,成为首个应用于规模化开发的例子,迄今,人们已经使多种常用高效益蛋白在植物体中成功得到表达.习植物生物反应器在药用蛋白方面的应用,对于肿瘤的防治已经有了非常可观的成果.先是通过植物块茎或细胞体产生蛋白有诱导N K细胞分泌干扰素,后Pa朋hi等在烟草中表达了胰岛素样生长因子的激素原Pr.IGF, 其可以导致人类成神经细胞瘤的增殖和分化,并推测它在肿瘤发生过程中起作用.

2 转基因植物生物反应器的工作原理

2.1转基因植物生产疫苗的原理

最常用的两种转基因策略:一种途径是将保护性抗原基因构建在植物表达载体上, 利用基因枪介导或农杆菌转染的方法,将抗原基因转化到植物系胞中并与基因组整合, 获得稳定表达的转基因植株;另一种途径是用重组病毒感染植株,使其在复制时将转移基因表达于宿主植物,最适合多肽展示的植物病毒是烟草花叶病毒( TMV )、苜蓿花叶病毒、豇豆花叶病毒、子竹花叶病毒.其中最常用的两个宿主病毒系统是烟草花叶病毒( TMV )系统和豇豆花叶病毒( CPMV)系统.

2.2转基因植物表达药用蛋白的原理

外源基因在植物中稳定整合和产物表达需要一个较长的时间过程,一般最快的也需要8·12周;而外源基因的瞬时表达系统的采用,意味着在进行长期稳定整合之前,就可以

对表达载体和外源基因表达水平进行检测,从而有利于对整个表达系统进行调整改善. 目前植物瞬时表达体系主要有基因枪法、农浸法(agroinfiltration)和植物病毒载体法. 基因枪法由于不适合大片段DNA转移而在禾谷类作物中应用较少.农浸法是一种通过真空浸入技术将携带外源基因表达载体的农杆菌导入植物叶片等组织中的一种方法.植物病毒载体也可瞬时高效表达大量外源蛋白.利用外源基因瞬时表达策略,可以预先考察表达载体功能、表达水平以及表达产物是否具有生物活性等,从而有利于对表达系统进一步改进研究.在瞬时表达的研究基础上,就可以对植物进行稳定转化.目前外源基因在植物中稳定整合的方法主要有农杆菌介导法( 农杆法,agroinfection)和基因枪法等. 然后通过筛选和杂交育种等方法,使外源基因在转基因植物中稳定遗传和高效表达.

3 植物生物反应器存在的问题

3.1基因沉默或不稳定

表达基因沉默指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．这就使转入的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,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)构建一些的植物高效表达系统,即各种载体及高效元件．

3.2蛋白表达含量低

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．但可以尝试以下方法加以解决:(1)选择合适的植物表达宿主是表达量高低的关键,烟草以其高的生物学产量和成熟的转化步骤被广泛用来表达各种药物蛋白质;而植物种子的定位表达是近几年发展起来的另一有效途径重组药物蛋白质专一定位在种子中表达可提高其表达量并且利于贮存和运输.(2)合理选择启动子,添加有效的增强子元件,去除无效的抑制序列是外源基因高效表达的内在因素.

3.3安全性问题

对于转基因产品的安全性目前存在着很大的争议,尤其是在口服药物和口服疫苗方面．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．

4 转基因植物生物反应器的展望

4.1抗体疫苗生产的展望

尽管利用转基因植物生产畜禽疫苗这一领域仍存在一些问题, 但利用植物表达系统已成功地表达了多种外源基因产物,并对其进行了理化特性和生物活性分析,在动物实验也已取得重要的进展.由于植物易于转化并能提供廉价的蛋白质资源,因此利用转基因植物开发新型疫苗将来有可能成为一种最经济的有效途径,这一领域将吸引越来越多的科学研究者.目前,美国Dow Agrosc ience公司开发出用于预防禽类的新城疫病毒的疫苗成为第一个获得美国农业部兽用生物制品中心批准的兽用植物疫苗,极大地促进了植物疫苗的研究与开发.随着各项研究的不断深入,这项技术将会走向成熟,一个新兴的产业/分子药田0不久将会诞生.

4.2药用蛋白生产的展望

尽管转基因生物反应器仍存在着一些问题,但以其独有的优越性,在生产药用蛋白方面越来越受到人们的关注,其前景广阔．从生产方面看要重视多种有价值的产品,还要考虑在如何提高产量的同时降低成本、如何纯化所需生物活性产物以提高商业化程度等问题．实验室将番茄作为生物反应器已成功表达出人的IL－4蛋白,并对转基因番茄的后代进行分子检测工作,已经取得了初步成果.相信随着植物生物反应器研究的不断深入,用植物生物反应器生产重组的治疗药物、诊断试剂、血液替代品和抗体等产物的技术将不断走向成熟,并最终实现商品化和产业化．

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