生物技术1002
摘要: 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。随着转基因技术问世,生物反应器不再局限于传统“冷冰冰”的设备，而是富有生命特性的动植物。动植物生物反应器指的是通过基因工程途径以常见的农作物或者活体动物，高效表达某种器官或组织，进行工业化生产功能蛋白等生物制剂。本文为大家阐述了转基因动植物反应器的优缺点，研究进展及其应用。 关键词:转基因动物反应器，转基因植物反应器，优缺点，研究进展，应用
一、 转基因动植物生物反应器的优缺点
1.1转基因动物生物反应器的优点
1易养殖，实现大规模制备。
2通过乳腺和血液制备活性物质简单易行。
3可以通过动物细胞培养实现大量制备。
4产量高，转基因动物在每升乳汁中可得几十克产物，而转基因植物，微生物在每升培养液中只能获得几毫克。
5成本低，用细菌、酵母菌或动物细胞生产基因工程药物，反应条件要求严格，而转
基因动物只需要正常饲养。
6用于转基因动物制药的受体牛、羊、猪等哺乳动物，与人类亲缘关系比细菌、酵母
菌要近的多，所以其产品具有与人体自身产生的蛋白相同的生物学活性川。
7用转基因动物培植活体器官和组织，用于更替人体患病的器官和组织。
1.2转基因动物生物反应器的缺点
1细胞培养需要昂贵的培养基和设备。
2转基因动物制备成本昂贵。
3转基因动物易产生一些伦理问题。
4目前转基因动物的研究存在理论基础薄弱、技术不完善等问题"使得转入的基因在受体动物基因组中存在着随机整合、调节失控、遗传不稳定、表达率不高等问题。为确保转入的基因能得到高效表达并完全整合，关键是基因构建和位点整合。
5转基因表达产物的分离与纯化也存在问题，可能会出现要纯化的产物含量低的现象，还要确保去除引起人类变态反应的非人类蛋白。
6转基因表达产物的结构和生物活性是否与人体蛋白相似#转基因产品必须与人体产生的蛋白高度相似，以免人体对它产生免疫反应。
2.1转基因植物生物反应器的优点
1 比较廉价利用植物生产系统容易大规模生产来自动物、人类、细菌、病毒等的外源蛋白，成本低廉。植物是最经济的蛋白质生产系统
2 合成外源蛋白相对比较安全细菌作为生物反应器时，不能对真核生物的蛋白进行有效的翻
译后加工，而且本身可能是人类病原物。植物生物反应器的表达产物具有无毒性和副作用,安全可靠,无残存DNA和潜在致病致癌性
3 植物转基因操作和克隆技术比较成熟在克隆技术方面，转基因动物的克隆还处于起步阶段，然而植物的克隆技术如组织培养、器官培养、细胞培养等已相当成熟 。
4植物可以大规模种植,而且产物贮藏在种子、果实、块茎中便于贮运
5植物具有完整的真核细胞表达系统
6转基因植物自交后可得到稳定遗传的遗传性状。
2.2转基因植物生物反应器的缺点
1植物种植受季节、环境影响。
2需专门的活性物质分离设备与技术。
3植物细胞培养需要发酵罐等设备和技术支持，成本较高。
4转基因植物具有潜在的破坏生态环境的可能性
二、 转基因动植物生物反应器的研究进展
1.1国内转基因动物生物反应器研究进展
我国对动物乳腺生物反应器的研究起步较早，上世纪80年代初，施履吉院士就提出了乳腺生物反应器的构想，并成功获得了表达乙肝病毒表面抗原的转基因兔子。
1996年，国家正式投资进行动物乳腺生物反应器的研究，并将它列入“九五”、“863”计划重大项目。
1998年，上海儿童医学院遗传研究所的曾溢滔和黄淑浈等获得了能表达人血清白蛋白的转基因奶牛。
2005年，李宁等在国际上首次利用体细胞克隆技术获得人乳铁蛋白基因和人"－乳清白蛋白转基因克隆牛这是我国第一次成功研制了具有商业开发前景的奶牛乳腺生物反应器。
2007年，周兴等用收获的病毒上清转染妊娠期奶牛乳腺组织，产后奶样经纤维蛋白平板溶圈
法检测蚓激酶活性，结果表明蚓激酶基因已经整合到奶牛乳腺组织并能实现相对稳定的表达。
2008年，吴湃等用筛选出活性最强的重组β－酪蛋白启动子，构建出了新型的高效重组奶牛乳腺定位表达载体。尽管我国在该项技术上取得了较大进展，但仍处于探索研究阶段。
1.1国外转基因动物生物反应器研究进展
自20世纪80年代末提出动物乳腺生物反应器的设想以来，国外在此方面的研究取得了突破性进展。
1974年，Jaenish等应用显微注射法，在世界上首次获得AV40DNA转基因小鼠
1980年，Gordon等人育成带有人胸苷激酶的转基因小鼠
1983年，Palmiter等人将大鼠的生长激素基因导入小鼠受精卵中
1987年，Gordon首次成功地从转基因小鼠的乳汁中获得了人类组织型溶酶原激活剂(tpa)，此举开创了新的研究领域，随后各国展开了大量的研究。
1990年，美国获得世界上第一头转基因公牛，该公牛可与非转基因母牛生产转基因后代，其1/4的后代母牛乳腺表达了人乳铁蛋白。
Park等于2006年通过精子微注射受精卵获得了整合人重组促红细胞生成素的转基因猪，Chan等通过反转录病毒感染技术获得了转基因奶牛。目前，国外已初步形成了以转基因动物乳腺组织为主要生产手段的医药产业。
2.1国内转基因植物生物反应器研究进展
2000年，我国科学工作者首次在番茄果实中成功表达具有生物活性4连体胸腺素al(4×Ta1)E16]。
中国农业科学院生物技术研究所研发的转乙型肝炎病毒包膜蛋白基因(S2&S)马铃薯和番茄口服接种小鼠后可使小鼠产生特异性的保护抗体，已于2006年完成“生产性试验”阶段研究。在国家863计划资助下，该所首次在国际上成功利用油菜油体表达体系表达了鱿鱼降钙素蛋白，2005年已获得农业部科技成果鉴定。该种畦鱼降钙素类似物制备方法已获得国家发明专利授权，可用于新36高科技与产业化。
2008年，我国科 学工作者首次在番茄果实中成功表达具有生物活性的4连体胸腺素，这是我国利用植物生物反应器表达药用蛋白的重要成果
2.2国外转基因植物生物反应器研究进展
1989年， Hiatt A等人将具有生物学活性单克隆抗体(monoclonal anbodies，mAbs)首次在转基因植物(烟草)中成功表达，开创了植物生产抗体的先河。
1992年Mason等率先提出了用转基因植物生产疫苗的新思路,并在转基因烟草中成功表达了乙肝表面抗原。
Ma等(1998)将引起龋齿的链球菌(Sreptpcpccus mutants)表面抗原的嵌合抗体IgA-G引入到烟草中，该抗体对抑制链球菌(Sreptpcpccus mutants)的作用与杂交瘤细胞产生的抗体一样。临床实验证实，该抗体可以有效清除人口腔内的变异链球菌(S.mutans)，并预防志愿者口腔产生龋齿。
Shchelkunov等（2006）首次研究了一种能同时抗两种病毒的疫苗，将编码艾滋病病毒中致免疫的ENV、GAC抗原表位及乙肝表面抗原的嵌合基因导入番茄并得以表达。
三、 转基因动植物生物反应器的应用
1．表达抗体
Lai H, Engle M等（2010），将抵抗西尼罗河病毒(West Nile virus,WNV)的人类抗体蛋白基因导入烟草从而可以大量制造这种抗体蛋白，并且可以有效小鼠的西尼罗河病毒感染。
2.药物筛选
3.生产其他药用蛋白或者生物制剂
如：用于血友病的人凝血因子IX、人凝血因子姗、凝血酶llI等;还有其他类药用蛋白如胶原、血纤维蛋白原、蛋白质c和组织纤维溶酶原激活子。
在林业、环保方面的应用。转基因植物生物反应器除了在医药领域用于生产抗体、疫苗、药用蛋白等物质外，还可用于植酸、果糖等原料的生产，在食品、饲料工业等领域应用。
随着技术的不断成熟和完善，转基因动植物生物反应器的应用前景一片光明。
四、 参考文献
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[7]wenku.baidu/view/840629375727a5e9856a6157.html
[8]wenku.baidu/view/02fe6a2658fb770bf78a55b6.html
[9] 王勇．植物生物反应器的研究进展及应用 [EB/OL]．
wenku.baidu/view/6d5b7c8f6529647d27285250.html
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