范文一:生物反应器-植物
动物乳腺生物反应器研究进展
摘要:动物乳腺生物反应器拥有巨大的开发价值, 利用转基因家畜的乳腺生产人类重组蛋白, 可以获得安全而有效的药用蛋白。在此, 在阐述乳腺生物反应器概念的基础上, 探讨了乳腺生物反应器医用蛋白产品、载体构建以及转基因技术等方面的研究现状, 并指出了乳腺生物反应器存在的主要问题, 展望了发展前景, 特别是指出了利用体细胞克隆技术生产乳腺生物反应器的优势及可能性。
关键词:转基因动物; 乳腺生物反应器; 体细胞克隆; 研究进展
动物转基因技术研究始于20 世纪80 年代,自从Palmiter等[1]培育出“超级”转基因小鼠,并提出从转基因动物中提取有价值的药用蛋白后,人们很快就意识到转基因技术在制药工业的巨大应用价值。动物乳腺生物反应器(Mammary gland bioreactor)属于转基因动物范畴,是利用转基因动物的乳腺组织生产基因工程人类药用蛋白。由于哺乳动物的乳房是一种天然、高效的合成蛋白质的器官,并具有良好的渗透屏障,能有效地限制外源基因表达的产物进入动物体循环,对转基因动物自身的损伤小,特别是牛、羊、猪的泌乳量大,因而乳腺生物反应器就像一座生产活性蛋白的药物工厂,可以源源不断地生产出人类所需的药用蛋白。1987 年,Gordon 等首先从转基因小鼠乳汁中获得了组织型纤溶酶原激活剂(tPA)。将稀有人体蛋白基因转移到哺乳动物体内,使之表达生产相应的活性蛋白分子是目前基因工程技术应用研究的前沿,也是转基因生产系统的最高层次。世界各国研究人员争相将各种外源基因导入动物乳腺,形成近年来转基因动物表达活性蛋白的热点,动物乳腺生物反应器已成为21 世纪生物制药发展的重点方向之一。
1 动物乳腺生物反应器表达产品研究概况
通过动物乳腺生产外源性生物活性物质不但产品活性高、易于纯化,而且产品产量高、生产成本低,具有巨大的社会效益和经济效益。近年来,已有数百种产品在转基因小鼠乳腺中获得高效表达,尤其是可以从转基因家畜乳汁中提取重要的药用蛋白。在国外,首批转基因动物乳腺表达产品是抗凝血酶Ⅲ(AT-Ⅲ)、抗胰蛋白酶(AAT)、葡萄糖苷酶、蛋白C、乳转蛋白以及第八因子(F-Ⅷ)等,其表达水平分别为6g/L、35g/L、10g/L、1g/L、3.5g/L 和3g/L,受体动物分别为山羊、绵羊、家兔、猪、奶牛和猪,这些都是血源产品。随着此项研究的不断深入,乳腺表达产品从小分子肽到大分子蛋白质,从分泌型蛋白到内膜蛋白、多聚蛋白和二价抗体多种蛋白质。美国和英国的乳腺生物反应器研究处于世界领先地位,McEcoy
等酪蛋白启动子与人乳铁蛋白cDNA融和,获得世界上第一头转基因公牛,其1/4 后代母牛的乳腺表达了该重组蛋白;Halter 等在转基因羊乳腺中获得表达因子Ⅷ。McCreath等把人α1- 胰蛋白酶(α1-antirypsin)基因和新霉素抗性标志基因(neo)转染绵羊胎儿成纤维细胞,产生的转基因绵羊乳汁中可表达α1- 胰蛋白酶;美国图富兹大学与Genzyme 公司合作,成功培育出可从乳汁中获得凝血因子的转基因山羊,其表达量达2~3g/L;GTC 公司利用转基因山羊生产了抗凝血酶Ⅲ,表达量为2~4g/L,通过专门的提取纯化技术,83%的重组蛋白得到分离纯化。在这方面研究进展最快的是英国的PPL 公司,利用转基因羊成功地生产了α1- 抗胰蛋白酶(α1-AT),每升转基因羊奶中α1-AT 的含量达30g,具有与天然蛋白相同的活性,产品已进入Ⅲ期临床。由于猪在解剖、组织、生理和营养代谢等方面与人类最为相近,转基因猪作为乳腺生物反应器生产高活性药用蛋白的研究最具巨大的诱惑力和商业价值。Blcek等于1996 年从转基因猪获得乳清蛋白(WAP);William 等在转基因猪乳汁中获得的人体蛋白C(hPC),与从人血浆中分离的天然hPC的生物活性一致;Paleyanda等和Hennighausen等研究报道,在转基因猪乳汁中,人凝血因子Ⅷ的含量约为2.7ug/ml,比人血浆中的含量高10 倍。目前世界各国利用转基因动物乳腺系统生产的具有重要临床治疗价值的药用蛋白已达十多种,其中组织溶酶原激活因子(tPA)、α1- 胰蛋白酶(α1-AT)及抗凝血酶Ⅲ、人血红蛋白(Hb)、人乳铁蛋白(LF)已进入临床试验。
在国内,早在1983 年,施履吉院士首次提出利用转基因动物乳腺生产重组蛋白质的构想。与国外相比,中国在转基因动物乳腺动物反应器研究方面比较落后,如阎喜军等[18]用两种不同方法获得的转基因小鼠的人促红细胞生成素(EPO)含量仅为0.64ng/ml 和0.006ng/ml,表达水平低。但国家“863”计划已经将乳腺生物反应器的研究作为重大项目进行资助,使中国转基因动物乳腺生物反应器的研究和开发进入一个蓬勃发展的新时期,且取得了重要成果。上海医学遗传研究所与复旦大学遗传所合作研究,成功地在转基因羊乳汁中表达了人凝血因子Ⅸ;中国科学院发育研究所与扬州大学合作,研究了乙肝病毒表面抗原(HBsAg)在转基因羊乳汁中的表达,随后又研制出了具有商业应用价值的EPO 转基因山羊;新疆畜牧科学院先后进行了转移人生长激素、胰岛素原及抗胰蛋白酶三种外源基因的绵羊乳腺表达研究,成功获得在乳腺中表达人胰岛素原的转基因绵羊,其最高表达量为200mg/L。中国军事医学科学院与有关单位合作,在转基因小鼠乳腺中表达了人尿激酶原(UK)、组织纤溶酶原激活剂突变体(La-tPA)和人粒细胞集落刺激因子(G-CSF)。2000 年10 月,4 只转基因山羊在北京诞生,标志着中国转基因制药已经达到国际先进水平。
2 动物乳腺生物反应器表达载体的发展
动物乳腺生物反应器建立的关键是用融合有外源基因的乳腺特异性表达载体构建转基因动物,其前提是选择乳腺组织特异性表达的调节元件。外源基因在动物乳腺中高效表达有两个前提,一个是选用的调控成分要能指导目的基因在乳腺中高效、特异的表达,并且表达产物能分泌到乳汁中;另一个是整合到动物染色体组中的表达载体要处于开放和活跃转录状态,而这两个前提都归结到表达载体的构建。
2.1 基于普通质粒的表达载体
哺乳动物的染色体由众多分散的、独立的染色体区域组成,区域内含有单个或多个转录单元,包括调控基因表达的所有调控成分,乳蛋白基因也以独立区域的形式存在于染色体上。对乳蛋白区域进行调控的一些重要调元件可分为3 类,第一类是调控基因转录的元件,包括启动子、增强子和激素应答区。乳蛋白的启动子一般位于离转录起始点数百个bp的5
,,侧翼区。增强子在大多数情况下位于转录起始点数百个bp的5侧翼区,有时可远至10kb。
乳蛋白激素应答区的表达受催乳素、胰岛素、糖皮质激素及细胞间质的诱导;第二类元件具有染色体变构和开放的功能,即具有对抗位点效应的能力,主要有位点控制区和核基质黏附区。位点控制区位于5远端的调控序列,是大区域的DNaseI高敏区。位点控制区包括多个DNaseI高敏区,各个高敏区与其反式因子结合成一个单元,然后对启动子复合物起作用,一般认为它具有增强子和绝缘子的双重功效。核基质黏附区多数位于区域的两端,可能起到绝缘子的作用,并且还具有转录增强活性,可以把区域拴在核基质上;第三类是与转录后翻译有关的元件,主要包括5和3非翻译区及PolyA位点。乳蛋白的5和3非翻译区对于mRNA 的加工、稳定性和翻译效率都有影响。PolyA位点决定mRNA 的转运和稳定性。构建表达载体的外源基因一般有cDNA、基因组DNA 和微小基因。研究发现,使用基因组DNA 的表达效果要比cDNA好,可见内含子对高水平表达是一个重要的条件。Palmiter等发现内含子可增强转基因的表达效率。用普通质粒的表达载体制备的乳腺生物反应器外源基因高水平表达的报道较少,多数研究结果表达水平只能达到微克级甚至纳克级。
2.2 基于酵母人工染色体的表达载体
普通质粒容量有限,不可能克隆整个区域。为了保持表达调控序列的天然状态,就要利用整个区域的调控序列来表达外源基因,这就需要大容量的载体,即酵母人工染色体(YAC)。YAC 由着丝粒、端粒和复制原点三大要素构成,第一个YAC 于1983 年创建。YAC 转基因动物乳腺生物反应器的制备一般有两种方法,即ES 细胞转染法和显微注射法。ES 细胞转染法是用脂质体将YAC 转入ES 细胞,利用YAC 左臂上的neo 标记基因来筛选整合有YAC 的ES 细胞,再经由囊配注射形成嵌合体。其缺点是难以得到完整YAC 插入的动物,如,,,,,
Jakobovits所制备的YAC 转基因鼠;显微注射法是将YAC 注入受精卵的原核,该方法可以得到YAC 完整插入的转基因动物,但注射比较困难,容易对YAC 造成损伤。据报道,YAC 转基因鼠表达外源基因一般都能达到内源水平,且保持精确的时空特异性,基于YAC 利用整个乳蛋白独立转录单位的调控序列表达外源基因是未来发展方向之一。
2.3 基于基因敲入的表达载体
基因打靶技术为乳腺生物反应器表达载体的构建提供了新的思路,为了克服位点效应的影响,将带启动子的外源基因敲入一些开放的活跃转录的位点中(如HPRT 位点)。其主要技术步骤是,第一步打靶破坏ES 细胞中的HPRT 启动子,第二步打靶载体中带有启动子的外源基因及HPRT 的启动子,将带启动子的外源基因敲入HPRT 位点中,同时恢复HPRT 基因的表达,使打靶成功的ES 细胞能在HAT选择培养基中成活,这种方法为受到位点效应困扰的动物乳腺生物反应器的制备提供了参考;另一种方法是将外源基因直接敲入内源乳蛋白基因位点中,使外源基因的表达自动获得天然乳蛋白所有的调控序列,排除位点效应的影响。
3 动物乳腺生物反应器主要转基因技术
在建立转基因动物乳腺生物反应器时,首先构建相应的乳腺表达结构,分离人类药用蛋白的编码基因,然后将乳蛋白基因的启动子与外源基因耦联,并与乳腺特异性表达调节元件相连接,形成乳腺细胞表达结构,通过体外受精处理,将融合基因注射到哺乳动物受精卵或ES 细胞中,植入宿主动物体内,使代孕母畜怀孕产仔,鉴定转基因幼仔;其次,当转基因动物性成熟时配种,使其怀孕分娩,在泌乳期选择动物乳汁中表达有药物蛋白的个体,此时外源基因开始表达,乳汁中含有基因表达产物;最后选择表达药物蛋白量最高的雌性个体产下的子代雄性个体,将其作为第三代转基因动物的父本,然后根据市场对药用蛋白的需求而大量繁殖转基因动物。
3.1 原核显微注射技术
该技术是由Gordon 等于1980 年建立的经典方法,自从Palmiter等获得“超级小鼠”后被广泛应用,其关键技术是将目的基因直接注射到受精卵原核内部。此法的优点是外源DNA 分子大小基本不受限制,DNA 片断为0.9~50kb;该方法相对简单,导入过程直观;转基因个体整合率高,可达65%,在双原核注射时整合目的基因的小鼠能达到50%。缺点是设备昂贵,操作技术要求较高,整合位点随机,易导致宿主所需基因失活或胚胎死亡;整合时多拷贝首尾串连相接,不利于研究基因的结构以及表达调控机制。
3.2 反转录病毒感染技术
该技术主要是利用反转录病毒的长末端重复序列区域具有转录启动子活性这一特点,用
目的基因替换病毒基因组的反式元件,通过顺式元件的调控序列和感染成分浸染卵母细胞,使携带目的基因的反转录病毒DNA 整合到宿主染色体上。Bremel和Schatten研究小组分别获得了转基因奶牛和转基因猴。此法的优点是外源目的基因单拷贝整合,拷贝数和插入位点相对固定;感染率高,宿主范围广,且使用比较方便。缺点是被导入的外源目的基因大小通常仅为7kb,插入片断小;反转录病毒具有致癌作用,存在生物安全性问题。
3.3 胞内精子微注射技术
该技术由Perry 等[33]建立,只在转基因小鼠获得成功。其技术要点是预先将小鼠精子破膜处理,与外源DNA 短时间共孵育,然后将目的基因与去污剂和精子微注射入减数分裂Ⅱ期的卵母细胞质中。阳性移植胚胎生产转基因小鼠的比例是26%。此方法与原核显微注射相近,纯合后代多,适合于大片段DNA的注射。
3.4 ES 细胞介导技术
ES 细胞是从早期胚胎的内细胞团里分离出来的,具有无限繁殖和高度分化的潜能,将目的基因移入ES 细胞后,重新导入囊胚或者经筛选后对转入外源基因的ES 细胞进行克隆,即可培育转基因个体。该方法的最大特点是外源基因可根据需要定位整合到细胞染色体基因组的特定位置上,整合率高。ES 细胞介导技术是一种极具魔力的技术路线,随着相关技术的成熟,将会在转基因动物乳腺生物反应器研究中发挥更加重要的作用。
4 动物乳腺生物反应器存在的问题及发展前景
4.1 动物乳腺生物反应器存在的主要问题
目前世界上通用的转基因技术是原核胚胎显微注射法,这种技术重复性好,但转基因的整合率和胚胎移植的存活率都较低,使得有效的转基因动物急具减少,成本增高。另外,动物乳腺对外源基因的表达具有乳腺特异性,存在转基因动物的异位表达和表达产物的泄漏问题,并且目的基因在受体动物基因组随机整合,不能控制外源DNA 整合的位点和拷贝数,存在位置效应,降低表达水平,往往造成基因沉默。
4.2 体细胞克隆技术生产动物乳腺生物反应器的优势
动物体细胞克隆技术于1997 年获得成功,随后克隆牛和克隆山羊相继出生,英国PPL 公司用转基因细胞生产的克隆绵羊乳汁中AAT 蛋白的含量达650mg/L,是世界上第一例基因打靶家畜。采用体细胞克隆技术在理论上消除了随机整合的位置效应,目的基因只在乳腺中高效表达,动物转基因效率大幅度提高,有利于使用定点表达基因的技术,将会极大促进这项技术的产业化。另外,体细胞克隆技术可以缩短重组蛋白的生产周期,也可以预先决定动物的性别,具有极强的优越性,显示了这项技术生产乳腺生物反应器的广阔前景。
目前体细胞克隆技术上尚有许多不足之处,但采用“体细胞打靶- 体细胞克隆技术体系”可以实现由低级到高级,逐步完善的方式来实现。1997 年,美国红十字会和遗传学会预测,2010 年所有基因工程药物中利用转基因动物乳腺生物反应器生产的份额将高达95%。转基因动物乳腺生物反应器已成为生物反应器技术中最活跃、最具商业化前景的研究领域之一。转基因动物乳腺生物反应器虽然还有许多问题有待于进一步的研究和探索,但通过新技术的不断开发与应用,必将实现转基因动物乳腺生物反应器生产医用重组蛋白的实用化、商业化和产业化,对人类作出巨大贡献。
参考文献
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范文二:植物细胞培养生物反应器研究进展
植物细胞培养生物反应器研究进展
12*22
胡涛,吕春茂,王新现,王博
(1.沈阳农业大学校产总公司,辽宁沈阳110161;2.沈阳农业大学食品学院,辽宁沈阳110161)
摘要介绍了当前植物细胞培养生物反应器的新类型及各自特点,工业化成功的实例及今后的发展趋势,并对植物细胞培养反应器的选择和设计提出了相应的建议。关键词植物细胞;培养;生物反应器中图分类号Q943.1文献标识码A文章编号0517-6611(2010)04-01702-02ResearchProgressinBioreactorforPlantCellCulture
HUTaoetal(HeadquartersofProperty,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang,Liaoning110161)AbstractThenewtypesandcharacters,successfulindustrializationexamplesandthefuturedevelopmentaltrendofthecurrentbioreactorforplantcellculturewereintroduced.Andsomeadviceswereproposedforselectinganddesigningbioreactorsforplantcellculture.KeywordsPlantcell;Culture;Bioreactor
利用植物细胞培养技术生产天然植物源功能性成分较但目前由摇瓶实验转化到大规模之栽培法具有很多的优点,
代谢产物工厂化生产的实例却较少。除植物细胞生长缓慢、分泌量低及细胞体系遗传性状不稳定等植物细胞自身的原因以外,针对某种植物细胞设计、选择合适的生物反应器更是能否成功提取功能性代谢产物的关键。最初采用的植物但由于植物细胞与细胞培养反应器大多借鉴微生物反应器,
微生物细胞在结构及生理学特性上的差异,研究者结合植物研究出了许多新的反应器细胞的特点,1
植物细胞培养生物反应器类型
目前用于植物细胞培养的反应器主要有搅拌式(STR)、lift)、气升式(air-鼓泡式(bubblecalum)、转鼓式(RDR)及其此外还有植物细胞固定化反应器和膜反应他改进型反应器,
器等。表1列出了用于不同植物细胞培养的各种反应器类型。
表1
Table1类型
Type搅拌式STR搅拌式STR搅拌式STR搅拌式STR
螺旋搅拌式STRwithspiralimpeller提升搅拌式STRwithcell-liftimpeller
鼓泡式Bubblecolumn鼓泡式Bubblecolumn倾斜鼓泡式Stantedbottombubblecolumn
外环气升式Externalloopairlift
tubeairlift导筒气升式Draught-转鼓式Rotatingdrum
entrappedcell胶粒固定反应器Gel-reactor
D.carota;P.hybrida膜反应器Membranereactor
注:类型中的重复指适应不同植物类型的反应器。
Note:Therepeatedtypesarethebioreactorfordifferentplanttypes.胡涛(1973-),男,河北石家庄人,农艺师,从事农业技术研究。2009-10-16收稿日期作者简介
20,30,13065,15001,1010,30,8520,2101~430,200
Ginkgo,loliumN.tabacumE.californicaC.rosellsD.lanataV.rosea
植物细胞培养生物反应器类型
Thetypesofthebioreactorforplantcellculture
体积∥L
Volume7,1520500015500202.5
适用植物种类
SpeciesofapplicableplantsD.carataN.tabacumC.roseusN.tabacumC.blumeiP.elliottii
[4]
[1-3]
1.1机械搅拌式生物反应器此类反应器操作简单,能提
供良好的搅拌,容器内培养体系混合程度高,容氧量好,适用性广,在大规模生产中被广泛采用。其缺点在于搅拌带来的剪切力容易损伤细胞,尽而影响细胞的生长与代谢,尤其对次级产物生成影响极大。Tanaka对比了不同搅拌器的类型,发现桨形板搅拌器适合植物细胞生长,这是因为较大的搅拌桨通常能在相对低的旋转速度下提供良好的搅拌,它是通过降低搅拌速度和改进搅拌子构型来实现的
[5]
。烟草
。
(N.tabacum)、葡萄(vitisspecie)、长春花(C.roseus)、三角叶薯蓣(D.deltoidea)都已在改进的搅拌式反应器中进行了培养
[6]
,说明其能很好地适应植物细胞生长,有很大的研究应鼓泡式和气升式反应器
此类反应器能提供低剪切力
用潜力。1.2
环境且构造简单,非常适合植物细胞培养。鼓泡式反应器结气体从底部通过喷嘴或孔盘穿过液池实现气体构最为简单,
交换和物质传递,整个系统密闭,易于无菌操作,培养过程中无需机械能损耗,适合培养对剪切力敏感的植物细胞。对于此类反应器的混合效率较低。黏度大及高密度的培养体系,
气升式反应器通过上升液体和下降液体的静压差实现气体的循环,比鼓泡式反应器有更均衡的流动形式。气升式反应如通器搅拌速度和混合程度由下列因素决定:①通气速率,入反应器的气体体积。②容器的高度与直径比。在低气速,尤其H/D大的高密度培养时,混合性能欠佳。③升降速度比。④培养液的黏度和流变性
[7]
。目前紫草(L.erythorhi-
zon)、三角叶薯蓣(D.deltoidea)、长春花(C.roseus)等细胞已用气升式反应器进行了培养。此类反应器在工业化生产方面应用较广。1.3
转鼓式反应器
一种新型生物反应器,已用于烟草(N.
[8]
tabacum)、长春花(C.roseus)、紫草(L.ergthorhizon)的培养。
其转子的转动促进了液体中溶解的气体与营养物质的混合,所以RDR具有悬浮系统均一、低剪切环境、防止细胞黏附的尤其适合于高密度植物悬浮细胞培养。优点,1.4
光生物反应器
植物具有独特的光合作用功能,其体
细胞的多种酶只有在光的刺激下才能表现出较高的生理活性。在许多植物细胞的培养过程中需要光照,因此在普通反应器的基础上增加光照系统是需要考虑的问题,这些问题包
括光源的安装、保护,光的传递,光照系统对反应器供气、混合的影响等。
小规模实验往往采用外部光照,但大规模生产时透光窗内部培养物对光的均匀接受是较难解决的问题。目的设置,
前人们研究出的光合生物反应形式较多,其中以用于大规模培养光合细胞的新型内部光照搅拌式光生物反应器最具代表性。1.5
细胞固定化培养生物反应器
植物细胞固定化是将细
如多糖或多聚糖化合物,在不同类胞固定于适宜的载体上,
型的反应器中进行培养。它有利于细胞之间的接触、信息传因而有利于次生代谢产物的产生,还可以帮助细递及分化,
胞生长和产物形成过程相耦合。当目的产物为外泌型时,固定化使产物与细胞易于分离,此类反应器能简化下游提纯工非常适合脆弱细胞的培养作,1.5.1
[9-11]
1.5.2膜反应器。中空纤维膜是另一种可供细胞固定化的
细胞并不黏附于膜上,可更好地控制压降和流体压力,载体,
不受操作规模的限制。Jose等进一步用该反应培养胡萝卜(D.carota)和碧东茄(P.hybrida)生产代谢产物酚类物质[13]。1.6Rccs)
旋转式细胞培养系统(Therotarycellculturesystem,该培养系统是目前世界上培养贴壁和悬浮细胞的最
新装置。Rccs是水平旋转的、无气泡的膜扩散式气体交换培养系统。Rccs中的细胞通过膜式气体交换器来吸氧和排出CO2,任何气泡都被清除,以防其旋涡对细胞生长产生影响。培养液、细胞与细胞团在容器内旋转,它们不与任何容器壁空气升或任何其他易致伤的物体相碰。该系统中无推进器、液器、气泡或搅拌器,几乎无破坏性剪切力,使大细胞团得以存在。悬浮细胞在水平的旋转式细胞培养器内产生一个均低剪切力的液体悬浮轨道。随细胞的长大,可调节旋匀的、
转的速度来抵偿沉降速度。该装置已成功培养近100种不同类型的细胞,其中包括一些植物细胞。2
植物细胞培养反应器的比较与选择
在低流体压力下有效的氧传质是选择反应器的一个标准。此外环境条件的有效控制和易实现工业化等也很重要。植物细胞培养用反应器的选型与开发依据可归纳为:①供氧能力和气泡在液体中的分散程度;②反应器内流变液体的压力强度及其对植物细胞系统的影响;③高细胞浓度混合pH、营养物浓度的能力;⑤控制细胞的均匀性;④控制温度、
聚集体的能力;⑥放大的难易程度;⑦长时间维持无菌状态的能力
[14]
。
胶粒固定反应器。此类反应器多以海藻酸钙为载
体,采用包埋法固定细胞,在流化床循环式反应器或填充床反应器中进行细胞的固定化培养。
流化床循环式反应器中流体可在高速下操作,有较长的使反应混合均匀。高速流体降低传质阻力,使扩停留时间,
散限制达到最小,气泡扰动达到最小。Dubuis等用此方法进行coffeearabica培养,测定了生长和产物合成的动力学参认为该反应器操作方便,消除剪切力,易于测定放大所需数,
适合中试和工业化生产。Morris等在连续操作下用的参数,
此方法培养长春花细胞,在高生物量下维持了高传质的性能
[12]
。。不同反应器具有不同的特点,不同植物细胞的
填充床反应器(PackedBed)比气升式反应器与流化床反应器更容易实现高密度培养,该反应器在受压力时易导致进而产生缝隙。颗粒脆裂,
表2
Table2
形式Type搅拌式
改进搅拌器(低速)鼓泡式气升式转鼓式
氧传输Oxygentransfer
高中等中等高高
剪切力敏感性、培养液流体性能和细胞聚体大小是氧要求、
有差别的,要根据植物细胞特性选择其生长及代谢产物适合的不同反应器类型有不同的特点见表2反应器。按以上标准,
[15]
。
不同反应器性能比较
混合Mixing均一基本均一不均一均一均一
放大Scaleup困难困难容易容易困难
限制
Limitations
细胞死亡,易导致污染高密度混合不充分混合差导致细胞堆积高密度出现死区在大规模混合不均匀
Theperformancecomparisonofdifferentreactors
液变压力Hydrodynamicpressure
高度破坏性低低低低
一些最新的生物反应器开发实例有:日本的三井石油公司开发的两槽培养系统可用于较一般的植物细胞培养场合;
Jolicoeur等开发了工作容量为11L的双螺旋带形搅拌浆反ribbonimpellerbiloreabor)用于长春花细应器(dloublehalieal-[16]
胞的高密度培养获得成功;Kim等将双重中空纤维反应器(dualhollowfibrereactor)用于长春花细胞的固定化培养以维[17]
持高浓度和连续运转。
3植物细胞生物反应器研究方向
切力强度,包括改变气体交换器构型、搅拌器构型、挡板的位置与数目甚至反应器的构型等因素。利用二相(溶剂相和水避免相)培养的反应器系统可以使产物及时与反应物分离,了产物的抑制效应,能提高培养效率。通过自由振荡或采用DNA合成的选择性抑制剂处理细胞,如不同时期细胞继代培养和延迟生长素的添加,诱导细胞同步分裂,可以使营养物质的利用和产物的合成达到最大化,从而提高反应器的生产性能。Kitkby和Faraday采用反应器的进料振荡而使细胞生最终反应器内细胞处于同一生长阶段,命的循环趋于同步,
在设定的时间下从反应器内获得较高的目的产物浓度,生产效率提高50%,这是植物细胞大规模培养生产次生代谢产物的一个崭新的思路
[18-21]
培养系统中由于细胞生长和次生产物合成不相藕合,批
式培养系统逐步发展成为补料批式和多步批式培养系统。要实现培养过程的在线检测,包括对温度(T)、溶氧量(DO)、pH值、泡沫及细胞浓度(光密度法)、氧气和二氧化碳浓度比(O2/CO2)等的检测,另外要实现培养过程无故障及杂菌污染。反应器的设计与改进应综合考虑氧传输、混合性能和剪
。
(下转第1758页)
植物细胞培养这一领域的重大发展要求生物学和工程
1758安徽农业科学2010年
As含量,因此TF主要由地上部As的含量所决定。根系对As的吸收能力SAU主要由根部As的含量所决定,二者呈极显著正相关关系,相关系数达0.903,但与根部生物量相关性这主要是由于根部质量较小以及各品种间差异不并不显著,显著所造成的。4
结论
不同浓度的As对水稻根部干重无显著影响,对地上部干重有显著抑制作用。低浓度As可以促进某些水稻品种幼其苗的生长;As浓度越高水稻生长受到的抑制作用越明显,干物质积累越少。水稻根系对As具有较强的吸收积累能As被根系吸收后多数被固定于根部,只有少量被转运至力,
茎叶,二者呈极显著正相关关系。参考文献
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檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
(上接第1703页)
技术领域的紧密结合,利用该技术大规模培养生产次生代谢产物具有非常大的应用潜力。参考文献
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范文三:植物细胞生物反应器类型及特点
课程论文
课程名称:细胞工程
论文名称:植物细胞生物反应器类型
及特点
姓 名:刘珍豆
学 号:110214208 班 级:生工1102班
2014年4月14日
Highway 1/2. Rail transportation and land use there ... Big. Urban rail transit as a low-pollution urban public transport has become a major positive development and construction of the city's main transport infrastructure through the construction of urban rail transit will help curb rapid growth in traffic demand and help reduce the core frequency1
目录
一、植物细胞悬浮培养反应器------------------3
1、机械搅拌式反应器---------------------3
2、非机械搅拌式反应器--------------------4
2、1、气升式反应器----------------------4
2、2、鼓泡式反应器-----------------------5
2、3、转鼓式反应器----------------------------------------5
二、植物细胞固定化生物反应器:-------------------5
1、流化床生物反应器----------------------------6
2、填充床生物反应器---------------------------7
3、膜生物反应器-------------------------------7
3、1、中空纤维生物反应器---------------------7
3、2、螺旋卷绕生物反应器--------------------8
3、3、管式膜反应器--------------------------8三、当前生物反应器的发展前沿 -------------------8
Highway 1/2. Rail transportation and land use there ... Big. Urban rail transit as a low-pollution urban public transport has become a major positive development and construction of the city's main transport infrastructure through the construction of urban rail transit will help curb rapid growth in traffic demand and help reduce the core frequency
一、植物细胞悬浮培养生物反应器
1、机械搅拌式生物反应器:其原理是利用机械搅动使细胞得以悬浮和通气;反应器的结构一般由柱状外壁和中心轴上垂直附加的叶轮组成,其主要优点是:搅拌充分,供养和混合效果好,溶氧系数KLa>100/h,反映器中的温度、pH及营养物的浓度较其它反应器 容易调节,并可以直接借用微生物培养的经验进行研究和控制。
搅拌式反应器主要适用于对剪切力耐受性较强的细胞,如烟草细胞,水母雪莲细胞等;
由于大多数的植物细胞的细胞壁对剪切力较敏感,易造成细胞损伤,所以在利用搅拌式反应器时需要对搅拌桨叶进行改进,一般可以通过改变搅拌形式、叶轮结构与类型等减小因搅拌而产生的剪切力。一般认为涡叶轮好于平叶轮,平叶轮好于螺旋状叶轮; 机械搅拌式生物反应器的结构图为
Highway 1/2. Rail transportation and land use there ... Big. Urban rail transit as a low-pollution urban public transport has become a major positive development and construction of the city's main transport infrastructure through the construction of urban rail transit will help curb rapid growth in traffic demand and help reduce the core frequency3
1、搅拌器 2、无菌空气入口 3、搅拌叶轮(改进为螺旋状叶轮) 4、空气出口 5、空气分布器
2、非机械搅拌式反应器:
(1)、气升式反应器:气升式反应器是利用反应器的无菌空气的上升气流带动培养液进行循环,使供养和混合两种作用融为一体的一类生物反应器,按照结构的不同可分为外循环和内循环两种形式。
气升式反应器内可分为升液区和降液区两大区域,主要包括导流筒、塔顶的气液分离装置和塔底的气体分布装置等几部分气体由塔底气体分布装置导入导流筒,经过气液分离后在塔顶排出,从而带动液体在塔内从升液区到降液区的循环流动,达到搅拌的目的。
气升式反应器由于没有搅拌装置,剪切力较小,对植物细胞的伤害较小,培养也不断的循环,混合效果好,有利于提高细胞浓度和次生代谢物的产量,是最适合植物细胞培养的生物反应器之一。
如图所示为內升式反应器:1、进气口 2、排气口 3、气 Highway 1/2. Rail transportation and land use there ... Big. Urban rail transit as a low-pollution urban public transport has become a major positive development and construction of the city's main transport infrastructure through the construction of urban rail transit will help curb rapid growth in traffic demand and help reduce the core frequency
体循环方向
(2)、鼓泡式反应器: 利用反应器底部通入的无菌空气产生大量的起泡,在上升过程中起到供养和混合两种作用的一类反应器; 在培养过程中无需机械能消耗,适合于培养对剪切力敏感的细胞,
1、进气口 2、空气分布器 3、气流方向 4、排气口
(3)转鼓式反应器:它是一种新型的生物反应器,通过转盘或转股的旋转,达到混合的目的;其特点为具有悬浮系统均一、低剪切环境、供养效率高、防止细胞粘附在壁上的优点,适合于高密度植物悬浮的培养。
二、植物细胞固定化生物反应器:
1、流化床生物反应器:利用流体的能量使支持物颗粒处于悬浮流化状态,固定化细胞以及气泡在培养液悬浮翻转吸收营养而得以培养,其特点是:结构简单、传递系数高,反应物混合
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均匀
1、进液口 2、排液口 3、细胞团或固定化细胞
4、气泡
2、填充床生物反应器:将细胞固定于支持物表面或内部,支持物颗粒堆叠成床,固定不动,培养基在床间流动,实现物质的传递和混合,其特点是:单位体积的细胞密度大,能满足植物细胞群体生长的特性,缺点是混合效果差,传质效率低,床底层中颗粒支持物容易破碎或在高压下变形而使床阻塞。 Highway 1/2. Rail transportation and land use there ... Big. Urban rail transit as a low-pollution urban public transport has become a major positive development and construction of the city's main transport infrastructure through the construction of urban rail transit will help curb rapid growth in traffic demand and help reduce the core frequency
1、进液口 2、排液口 3、固定化细胞
3、膜生物反应器:是一种将植物细胞固定在具有一定孔径和选择透性的多孔薄膜中而制成的一种生物反应器。主要有中空纤维反应器和螺旋卷绕反应器。
(1)中空纤维反应器:是由外壳和醋酸纤维等高分子聚合物制成的中空纤维组成;中空纤维的壁上分布有许多的微孔,可以节流植物细胞而允许小分子物质通过,其特点是:中空纤维管管径较小,即使在反应器截面很小的情况下仍可以装填大量的纤维,提供了高的表面积,因而营养液流通面大,且有较高的机械强度,其次死是反应器结构紧凑,集反应与分离于一体,利于连续化生产,但是其清洗比较困难。
(2)螺旋卷绕反应器:是将固定有细胞的膜卷绕成圆柱状,
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实质上是卷成圆筒型的平板反应器,其特点是:它的流体动力学易于控制,易于放大,而且能提供更均匀的环境条件,同时还可以进行产物分离以解除产物的反馈抑制。
(3)管式膜反应器
结构简单,适应性强,清洗安装方便,单根管子可以更换,耐高压无死角,适宜于处理高粘度及固体含量较高的料液。
三、当前生物反应器的发展前沿
用于植物组织培养的生物反应器,气升式反应器是一种不错的选择,但是在未来科技的发展进程中,膜反应器的应用会越来越广泛。各种膜反应器的运用会成为日后的焦点;不过在实际应运中,还是要根据所培养的细胞类型和特性 来选择对应的反应器。
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范文四:行业资料植物细胞生物反应器类型及特点
课程论文
课程名称:细胞工程
论文名称:植物细胞生物反应器类型
及特点
姓 名:刘珍豆
学 号:110214208
班 级:生工1102班
2014年4月14日
目录
一、植物细胞悬浮培养反应器------------------3
1、机械搅拌式反应器---------------------3
器--------------------4 2、非机械搅拌式反应
2、1、气升式反应器----------------------4
2、2、鼓泡式反应器-----------------------5
2、3、转鼓式反应器----------------------------------------5
二、植物细胞固定化生物反应器:-------------------5
1、流化床生物反应器
----------------------------6
2、填充床生物反应器
---------------------------7
3、膜生物反应器
-------------------------------7
3、1、中空纤维生物反应器
---------------------7
3、2、螺旋卷绕生物反应器
--------------------8
3、3、管式膜反应器--------------------------8
三、当前生物反应器的发展前沿 -------------------8
一、植物细胞悬浮培养生物反应器
1、机械搅拌式生物反应器:其原理是利用机械搅动使细胞得以悬浮和通气;反应器的结构一般由柱状外壁和中心轴上垂直附加的叶轮组成,其主要优点是:搅拌充分,供养和混合效果好,溶氧系数KLa>100/h,反映器中的温度、pH及营养物的浓度较其它反应器 容易调节,并可以直接借用微生物培养的经验进行研究和控制。
搅拌式反应器主要适用于对剪切力耐受性较强的细胞,如烟草细胞,水母雪莲细胞等;
由于大多数的植物细胞的细胞壁对剪切力较敏感,易造成细胞损伤,所以在利用搅拌式反应器时需要对搅拌桨叶进行改进,一般
可以通过改变搅拌形式、叶轮结构与类型等减小因搅拌而产生的剪切力。一般认为涡叶轮好于平叶轮,平叶轮好于螺旋状叶轮;
机械搅拌式生物反应器的结构图为
1、搅拌器 2、无菌空气入口 3、搅拌叶轮(改进为螺旋状叶轮)
4、空气出口 5、空气分布器
2、非机械搅拌式反应器:
(1)、气升式反应器:气升式反应器是利用反应器的无菌空气的上升气流带动培养液进行循环,使供养和混合两种作用融为一体的一类生物反应器,按照结构的不同可分为外循环和内循环两种形式。
气升式反应器内可分为升液区和降液区两大区域,主要包括导流筒、塔顶的气液分离装置和塔底的气体分布装置等几部分气体由塔底气体分布装置导入导流筒,经过气液分离后在塔顶排出,从而带动液体在塔内从升液区到降液区的循环流动,达到搅
拌的目的。
气升式反应器由于没有搅拌装置,剪切力较小,对植物细胞的伤害较小,培养也不断的循环,混合效果好,有利于提高细胞浓度和次生代谢物的产量,是最适合植物细胞培养的生物反应器之一。
如图所示为內升式反应器:1、进气口 2、排气口 3、气
体循环方向
(2)、鼓泡式反应器: 利用反应器底部通入的无菌空气产生大量的起泡,在上升过程中起到供养和混合两种作用的一类反应器; 在培养过程中无需机械能消耗,适合于培养对剪切力敏感的细胞,
1、进气口 2、空气分布器 3、气流方向 4、排气口
(3)转鼓式反应器:它是一种新型的生物反应器,通过转盘或转股的旋转,达到混合的目的;其特点为具有悬浮系统均一、低剪切环境、供养效率高、防止细胞粘附在壁上的优点,适合于高密度植物悬浮的培养。
二、植物细胞固定化生物反应器:
1、流化床生物反应器:利用流体的能量使支持物颗粒处于悬浮流化状态,固定化细胞以及气泡在培养液悬浮翻转吸收营养而得以培养,其特点是:结构简单、传递系数高,反应物混合
均匀
1、进液口 2、排液口 3、细胞团或固定化细胞
4、气泡
2、填充床生物反应器:将细胞固定于支持物表面或内部,支持物颗粒堆叠成床,固定不动,培养基在床间流动,实现物质的传递和混合,其特点是:单位体积的细胞密度大,能满足植物细胞群体生长的特性,缺点是混合效果差,传质效率低,床底层中颗粒支持物容易破碎或在高压下变形而使床阻塞。
1、进液口 2、排液口 3、固定化细胞
3、膜生物反应器:是一种将植物细胞固定在具有一定孔径和选择透性的多孔薄膜中而制成的一种生物反应器。主要有中空纤维反应器和螺旋卷绕反应器。
(1)中空纤维反应器:是由外壳和醋酸纤维等高分子聚合物制成的中空纤维组成;中空纤维的壁上分布有许多的微孔,可以节流植物细胞而允许小分子物质通过,其特点是:中空纤维管管径较小,即使在反应器截面很小的情况下仍可以装填大量的纤维,提供了高的表面积,因而营养液流通面大,且有较高的机械强度,其次死是反应器结构紧凑,集反应与分离于一体,利于连续化生产,但是其清洗比较困难。
(2)螺旋卷绕反应器:是将固定有细胞的膜卷绕成圆柱状,
实质上是卷成圆筒型的平板反应器,其特点是:它的流体动力学易于控制,易于放大,而且能提供更均匀的环境条件,同时还可以进行产物分离以解除产物的反馈抑制。
(3)管式膜反应器
结构简单,适应性强,清洗安装方便,单根管子可以更换,耐高压无死角,适宜于处理高粘度及固体含量较高的料液。
三、当前生物反应器的发展前沿
用于植物组织培养的生物反应器,气升式反应器是一种不错的选择,但是在未来科技的发展进程中,膜反应器的应用会越来越广泛。各种膜反应器的运用会成为日后的焦点;不过在实际应运中,还是要根据所培养的细胞类型和特性 来选择对应的反应器。
范文五:水稻胚乳细胞生物反应器技术
水稻胚乳细胞生物反应器技术: 高效制备重组蛋白的新利器
生物谷 生物探索 2013.09.10
摘要:重组蛋白药物是新药开发的重要方向之一。如今,重组蛋白药物虽然仅占全球处方药市场的7-8%,但发展非常迅速,其中排名前十位的“重磅炸弹”药占总销售额60%以上。未来5-10年中国生物制药领域仍将以重组蛋白为主流,这与世界生物制药领域的发展趋势吻合。但是,重组蛋白生产能力不足已经成为重组药物发展的瓶颈,生产能力不足导致生产成本提高,在一定程度上限制了产业化。最新出现的水稻胚乳细胞生物反应器技术解决了其他技术产量低、大规模生产困难等问题,成为高效制备重组蛋白的新利器。
一、 技术简介
水稻胚乳细胞生物反应器技术,是以分子生物学为原理,应用遗传工程和DNA 重组,以水稻胚乳作为“生产车间”高效表达各类蛋白质,包括胚乳特异性表达、蛋白定向储存、重组蛋白质的提取以及纯化技术。该技术具有表达量高、成本低、规模化容易、加工工艺简单、绿色环保和安全性好的优势,各方面均优于细菌,酵母,动物细胞,转基因动物等生产体系,将可部分取代基于微生物发酵和动物细胞培养等重组蛋白药物的传统生产方式,对我国乃至国际的生物医药生产方式产生较大影响,对推动我国生物医药的发展具有重要意义。 表达系统 总成本 产品周期 规模化生产能力产品性能糖基化 污染风险
存储成本细菌
酵母
动物细胞
培养
转基因动
物
植物细胞
培养
转基因植
物 低 中 高 高 中 极低 短 中 长 极长 中 长 高 高 极低 低 中 极高 低 高 极高 极高 高 高 无 不正确正确 正确 较小差异 较小差
异 内毒素 低 阮病毒和致癌病毒 阮病毒和致癌病毒 低 低 中 中 贵 贵 中 低
二、 技术原理
在成熟水稻胚乳中淀粉占90%,储存蛋白占8-10%。在水
稻胚乳细胞中储存蛋白主要有谷蛋白、醇溶谷蛋白、球蛋白和
白蛋白储存在水稻胚乳细胞中的两种蛋白体中,即蛋白体Ⅰ和
蛋白体Ⅱ。在水稻开花受精后,随着胚乳的发育,蛋白质通过
基因转录成mRNA ,在内质网上合成蛋白质,新合成的蛋白质
通过信号肽进入内质网腔,然后经过高尔基体对蛋白质进行加
工与修饰,成为具有完全功能的蛋白质,最终转运到这些蛋白
体中。整个过程是蛋白质不断的合成,不断的积累,使得储存
蛋白总量在成熟时达到很高的水平。
应用上述原理以水稻胚乳细胞为“生产车间”,采用胚乳细
胞特异性表达,信号肽介导重组蛋白质定向储存,目的基因
的水稻密码子优化等技术策略,不仅可以使重组蛋白像储存水稻胚乳细胞蛋白合成示意图?
蛋白一样在蛋白体中大量积累而达到高效表达,而且可以防止细胞质蛋白酶的降解,在蛋白质转运过程中还可以对重组蛋白质进行加工修饰,获得具有生物活性的重组蛋白质。再利用水稻储存蛋白与重组蛋白的生化性质差异,将重组蛋白提取出来并进行纯化。
在水稻胚乳细胞中特异表达重组蛋白
三、 技术优势
本表达技术平台是以种子为蛋白质生产车间来表达和生产各种医用、工业用的蛋白质的分子医药农业技术。种子生物反应器利用蛋白转运和储藏的机制可以使重组蛋白在翻译和转运的过程中受到转运小泡等生物膜的保护,不会被细胞内的蛋白酶降解,而获得更高的表达量。因此种子被认为是植物生物反应器的最理想器官之一。
通过种子生物反应器来表达各种蛋白质,将重组蛋白质定向储藏在蛋白体,避免了蛋白酶的降解,在种子成熟过程中不断地积累,从而获得较高表达;同时重组蛋白质进入内膜系统,可进行正确地加工与折叠,产生具有生物活性的重组蛋白质。具体优势体现如下:
1. 表达量高: 通过表达多种不同人源蛋白质,表达量在20~150微克/种子之间,折合为0.1-0.75%的糙米重量。各种蛋白质的表达量总结如下表。
分子量 表达量(微克/粒)
简单结构蛋白质
细胞生长因子类
蛋白酶类
复合蛋白质 13-100 kDa 80-180 75-150 kDa 20-50 ?备注 HSA 、 乳铁蛋白等
IGF-1、FGF 等 单克隆抗体 人溶菌酶、抗胰蛋白酶等
2. 生物活性高:各种人体及动物细胞培养数据证明通过该平台表达的人血白蛋白的活性比血浆来源的人血白蛋白活性高;PPE 方式对比测试证明植物源重组抗胰蛋白酶比市场现有抗胰蛋白酶产品的活性高出7.8%-74.4%。
3. 生产成本低:由于利用水稻胚乳生物反应器具有较高的表达水平,大规模生产以农业生产方式进行,因而生产成本极低,相对于其他生产体系,利用植物生产体系的生产成本是其他体系的1/200-1/10。
4. 规模化容易:由于水稻的繁殖细胞达到1000倍以上,一旦获得高表达的转基因品系后,即可在短期内获得大规模生产,从基因合成到规模化生产(kg )只需要24个月时间。
5. 安全性高:水稻是一种广泛种植、并且食用了几千年的谷物,尚未发现任何植物病
毒或病原菌与人类交叉感染的先例,而且我们的提取和纯化工艺可杜绝任何引进的病毒或病原菌,以完全避免动物成分或病毒、病原菌通过医药产品进行传播风险。
6. 储藏运输方便:种子是理想的" 天然容器" ,重组蛋白质储藏在胚乳细胞的蛋白体内,处于胶体状态,极为稳定,通常在常温下储藏2-3年,即使胚损坏丧失了发芽能力,胚乳中的蛋白质也不会丧失生物活性,因此原料储藏、运输不受时空限制。
7. 低碳环保:利用水稻胚乳生物反应器生产医药产品,改传统生物发酵为现代农业种植,蛋白质的合成与累积是由植物细胞通过光合作用合成,可以节省传统医药工业需要的大量能源和原材料,符合现代工业低碳环保的理念。
四、 技术流程
本技术包含基因载体构建、遗传转化、植株再生、蛋白质纯化等6个步骤,技术流程图及技术步骤如下:
技术流程图
1、水稻胚胎细胞特异性表达载体的构建;
克隆水稻胚乳特异性启动子Gt13a ,将Gt13a 启动子连接到表达载体上形成水稻胚乳细胞特异性表达载体。通过对水稻储藏蛋白基因启动子结构的比较分析,Gt13a 启动子比国际上专利保护的Gt1启动子转录活性高44.84%,通过多种重组蛋白质的表达实验证明,Gt13a 可介导重组蛋白在胚乳中高效和特异性表达,使植物生物反应器的表达量从纳克级提升到微克级。
2、水稻遗传密码子优化的重组蛋白质基因合成与表达载体的构建;
将重组蛋白基因的氨基酸序列转化成含有优化的水稻遗传密码子核苷酸序列,连接到水稻胚乳细胞特异性表达载体上。
3、将所获得的载体转化到水稻品种的愈伤再生组织中,经筛选和诱导获得转基因水稻植株;
将带有目的蛋白基因的表达载体重组到水稻基因中,与水稻自身的基因融合为一体,这个整合后的基因组在水稻种株中表达形成转基因种株,使得目的蛋白随着水稻自身的基因通过转录、翻译、折叠等一系列过程表达出来,储藏在水稻种子中。
Gt13a 介导重组蛋白进入水稻胚乳细胞的内膜系统,并储藏在水稻胚乳的蛋白体中从而使重组蛋白在水稻种子内大量积累最终达到较高的表达量以降低生产成本,为蛋白药物的生产开辟了新途径。
获取转基因水稻品种
4、大规模种植转基因水稻获得转基因种子,并建立稳定的种子库;
5、以转基因种子为原料,将其磨碎后加入提取缓冲液提取重组蛋白质;
6、提取的蛋白质通过层析对提取的蛋白质进行纯化,去除杂质蛋白质而获得高纯度的重组蛋白。
基于现有水稻基因组数据和种子生物学的基础研究,针对水稻胚乳储藏蛋白和目的蛋白的理化性质差异,建立一整套从水稻种子中提取和纯化重组蛋白的工艺、工艺流程以及不同重组蛋白质的提取纯化工艺设计的原则,然后利用此原则进行蛋白质纯化。该纯化工艺流程包括种子加工、蛋白质提取与蛋白提取物预处理、膜处理、柱层析和超滤透析等技术。
五、 技术常见问题与注意事项
1、用水稻胚乳来表达重组蛋白质所需要的时间?大概的费用?
答:作为第一阶段:获得表达蛋白的转基因植株,需要10个月左右的时间,费用根据具体表的蛋白不同而不同,在50-80万/基因之间。第二阶段是纯化工艺,根据所表达的蛋白不同,依纯化的难以程度业有所不同,一般在150-450万之间,在这阶段可获得小试工艺和活性以及样品,达到规模化生产则需要2年左右的时间。
2、水稻胚乳细胞生物反应器技术是否可以表达治疗用抗体药物?例如?
答:完全可以。但存在糖蛋白修饰问题,目前正在建立人源糖苷化技术平台,估计在明年可以建立人源化糖苷修饰的体系。
3、分离纯化得到的蛋白的产量是由蛋白本身性质决定的还是由水稻自身转录调控系统决定的?
答:蛋白表达是从DNA 复制到RNA 转录再到合成蛋白质的过程,它的表达量取决于3个方面:
1)启动子活性的高低. 即RNA 转录酶的活性,转录酶的活性高,蛋白质产量不一定高,还有蛋白质翻译的调控;
2)蛋白质翻译水平的效应;
3)蛋白质翻译后的调控,即蛋白质的降解过程。一旦合成蛋白质出现不能正确地折叠,细胞启动一个叫做蛋白质降解程序,叫没折叠蛋白质降解程序,将没有功能的蛋白质降解;
解决方法:
1)采用高活性的启动子;提高转录水平;
2)采用密码子优化:提高转录和翻译效应;
3)定向蛋白质储存。将蛋白质放入水稻胚乳中的蛋白体储存,可以避免细胞质的蛋白酶降解。
4、怎样将蛋白质导入到水稻中?
答:首先克隆出此蛋白质的基因,然后把这段基因插入到双元农杆菌载体DNA 中,带有此蛋白质的质粒重组到水稻基因中与水稻自身的基因组整合为一体,最后这个整合后的基因组在水稻植株中表达形成转基因种株,从而重组蛋白也随着水稻自身的基因通过转录、翻译、折叠等一系列过程表达出来。
六、 最新的研究文献
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七、 技术支持
本专题资料由武汉禾元生物科技有限公司提供并参与校对。武汉禾元生物科技有限公司是一家专门从事分子医药农业技术研究与产品开发的高科技创新型企业。公司现有与水稻胚乳细胞高效表达技术平台核心技术相关的多项专利技术,已成功地表达了可用于生物医药、工业试剂、美容保健等用途的重组人血清白蛋白(OsrHSA)、重组人抗胰蛋白酶(OsrAAT)、重组人酸性成纤维细胞生长因子(OsraFGF)、重组人碱性成纤维细胞生长因子(OsrbFGF)等产品;建立了重组蛋白质和多肽纯化工艺研究技术平台,在提供生物医药产品的同时,还可为客户提供重组蛋白质和多肽的表达与纯化等一条龙服务。武汉禾元致力于为全世界人民提供绿色、安全、廉价、充足的生物医药产品和高品质的技术服务。