[科普中国]-转基因生物反应器

定义

转基因生物反应器是利用动植物细胞、组织或器官制备各种外源基因表达产物的装置、系统，主要包括转基因动物细胞生物反应器、转基因动物生物反应器以及转基因植物生物反应器。

随着转基因技术的发展，利用动植物细胞、组织或器官作为生物反应器制备各种外源基因的表达产物逐渐成为当今生命科学技术研究中最具前景的高新技术之一，至今已在多个领域应用于生产。转基因生物反应器应用前景广泛，可用于大规模生产人类蛋白酶类药物、疫苗、细胞因子等产品。主要包括转基因动物细胞生物反应器、转基因动物生物反应器和转基因植物生物反应器三大类。但关于转基因生物及其产品的安全性问题目前仍存在较大争议。1

优势转基因生物反应器较传统的生物反应器具有独特的优点，例如，转基因植物反应器具有无污染、可持续发展的特点，其生产只是利用光、空气、水、土壤等条件，因为植物本身是自然界的一部分，参与自然界中的各种循环，因此，生产成本低，生产过程只是简单的种植植物的过程，其规模由种植面积决定；而利用转基因动物生产药物，人们只需在整洁的棚圈里喂养一群健康的、携带有一种或几种重要人类基因的牛或羊，而每一头牛或羊就像一座生产活性蛋白的药物工厂，可以获得廉价的人体活性蛋白药物。所以，转基因生物反应器在食品、医药、化工和环保等领域具有非常广阔的应用前景。1

分类用于生物制药的转基因生物反应器包括转基因微生物、转基因植物细胞、转基因动物细胞以及转基因的动物和植物。2

转基因微生物反应器从DNA重组技术诞生以来，作为现代生物技术核心的基因工程技术得到迅速的发展。由于微生物具有结构简单、繁殖迅速、容易培养等特点，而成为良好的转基因对象。，可以将目的基因通过适当改建后导人大肠杆菌等工程菌中，通过原核生物来表达基因蛋白。

对于细菌或细胞基因工程的生物反应器都是基于传统发酵工程技术，以细菌或动植物细胞做载体，通过高密度发酵培养、分离纯化获得所需要的目的产物，由此逐渐形成了第一代基因药物。一般过程主要包括各种新型的、具有不同功能的基因菌的构建与筛选、发酵培养、分离和纯化等。2

转基因植物反应器随着生物技术的发展，过去只能从稀有植物乃至其他生物体才能够获得的，或者收获量甚微的一些具有商业价值的物质，现在已有可能利用栽培作物来进行生产，基因工程使得植物体正在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。据不完全统计，迄今为止，国内外已经有几十种药用蛋白质或多肽在植物中得到成功表达，其中包括人的细胞因子、表皮生长因子、促红细胞生成素、干扰索、生长激素、单克隆抗体和可作为疫苗用的抗原蛋白等。

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，生产人的神经肽——亮氨酸脑啡肽。它是一个含有5个氨基酸残基的小分子多肽，在油菜中先以种子贮藏蛋白2S清蛋白的形式被生产出来，后经胰蛋白酶水解将其从贮藏蛋白质上切割下来，再通过HPLC予以回收，在临床可作为止痛剂或镇静剂使用。

利用植物生产药用蛋白的另外一条途径是使用基因工程植物病毒作载体，这类载体可瞬时高效表达大量外源蛋白，是农癌杆菌转化系统等所不能做到的．已有几种植物病毒被改造成不同类型的外源蛋白表达载体，包括花椰菜花叶病毒(CaMV)、烟草花叶病毒(TMV)和豇豆花叶病毒(CPMV)等，其中超过150多种的蛋白多肽在TMV载体中成功表达。利用融合抗原表达策略已生产出含有疟疾、动物口蹄疫病毒、鼻病毒及人免疫缺陷病毒(HIV)抗原决定簇的嵌合外壳蛋白，这类融合蛋白的生产方式将来可能是生产疫苗的一条重要和经济有效的途径。3

转基因动物反应器转基因动物是指人们按照自己的意愿有目的地将外源基因导人动物细胞内，通过与动物基因组进行稳定的整合，将生物性状传递给后代动物。转基因动物反应器是指从转基因动物体液或血液中收获目标产物的生命系统，其原理是将编码活性蛋白的基因导人动物的受精卵或早期胚胎内，以制备转基因动物，并使外源基因在动物体内(乳汁、血液等)进行高效表达，然后提取目的产物。本节重点介绍转基因动物的操作原理与方法以及转基因动物反应器在医药领域中的应用。3