植物生物反应器的国内基础
发布网友
发布时间：2022-10-27 15:09
共1个回答
热心网友
时间：2023-09-26 22:36
上述研究项目在立项前均已进行了专利查新工作，所涉及的基因、植物、外源基因转移方法和高效植物表达载体的构建等关键技术有自己的独创性。从事“863”计划和计划以外其他国内单位和个人为此都申请了国家发明专利，因此，这些研究成果拥有我国自主的知识产权。
通过“九五”的探索性研究，进一步缩短了我国与世界先进国家的技术差距。从表2-2中的数据可以看到，国外普遍应用的植物转基因技术在我国已成功应用，有些技术还为我国所独创，如花粉管通道转基因技术。国外尚在探索的新技术，如使用植物病毒作为瞬时表达载体实现基因高效表达，我国也在探索。因此，应当说我国在利用植物生物反应器技术上已有较好的基础。 我国现有500多家生物技术公司，但与西方发达国家相比，我国生物医药研究和产业化起步都比较晚。从1989年我国第一个生物工程药物β干扰素上市到2001年底，我国现有乙肝疫苗、促红细胞生成素（EPO）、人胰岛素、人生长素、细胞集落刺激因子（CSF）等15种基因工程药品投入市场。1997年，我国生物医药全年的产值达到125亿元，占整个医药工业的8.9%。
以EPO为例，它目前是世界上临床疗效最显著、销售额最可观的一种生物技术产品，销售利润多年来一直排在生物医药类产品的前三名，每年的增长率在10%以上。目前国内有十几家公司在生产EPO，年生产能力超过了500万支。由于受超额利润的*，已有众多厂家介入这个市场，由于企业竞争过度，导致产品价格下降，利润摊薄。1999年1月11日，国家新药研究与开发协调小组在《生物医药工程产业行动纲要》中指出，国家和企业各方应大力培育生物医药工程产业，使之保持15-20%的年增长率，到2005年生物医药工业年总产值要达到400-500亿元，到2015年总产值达到1,100-1,300亿元。要达到此目标，需不断开发新的生物医药产品，另外，通过研制新的表达系统，增强表达效率和降低生产成本，对提高产品销售利润也非常重要。 目前，利用重组DNA技术生产的大多数治疗用血液蛋白几乎都是在哺乳动物细胞表达系统中生产出来的。该系统的主要优点是所表达的重组蛋白能够进行正确的折叠及完成其他翻译后加工过程的机会比较高，然而，有许多因素仍然*哺乳动物细胞表达系统的广泛应用，这些因素包括：
1）即使在最适的培养条件下，重组蛋白在哺乳动物细胞中的表达水平仍很低，通常为每天每升数十毫克；
2）重组蛋白最后必需从培养液中分离提纯出来，这会进一步导致产量损失和增加生产成本；
3）哺乳动物细胞表达系统日常维护费用非常高，这也使产品的生产成本居高不下；
4）哺乳动物细胞对外力比较敏感，而振荡培养通常又是工业化大规模生产所不可缺少的，这就使扩大生产规模变得相当困难；
5）胎牛血清是哺乳动物细胞生长所不可缺少的，它的价格昂贵，而且不同批次之间成份相差很大，这些变化会导致细胞的生长情况不一致，进而影响到细胞发酵过程及下游的提纯加工过程；
6）哺乳动物细胞对一些环境因素如温度、pH值、含氧量和次生代谢产物的变化非常的敏感，因此需要对培养条件进行精确的监控；
7）利用哺乳动物细胞培养表达系统不能避免病原生物的污染。 亲合素（Avidin）在诊断试剂中的应用十分广泛，它是蛋清中比较丰富的一种真核生物蛋白，在常规情况下可从蛋清中直接分离纯化。在转基因玉米中生产这种蛋白并确定它是否能够与蛋清来源的鸡亲合素进行商业化竞争成为研究的理由。一个鸡亲合素蛋白的编码序列被首先按照玉米偏爱的密码子进行优化，然后与大麦α-淀粉酶信号肽编码序列融合并导入玉米染色体中表达。信号肽序列将决定重组蛋白定位在细胞的分泌系统内，而且对于成功表达十分关键，因为定位在分泌系统内的重组亲合素仅会导致玉米部分雄性不育或完全雄性不育，相反，如果亲合素在细胞质溶胶内积累的话，则因有毒性使基因工程玉米完全不能够成活。
每公斤转基因玉米种子可产230mg的亲合素，据估计这种玉米来源的亲合素成本约比蛋清来源的亲合素低10倍。玉米亲合素具有与天然蛋白相同的生物活性，现在成为商品公开出售（见Sigma-Aldrichproct#A8706）。该研究结果表明：不仅是罕见的蛋白，即使在自然状态下相对丰富的蛋白也可以利用转基因植物以低廉的成本进行生产。利用转基因植物生产的β-葡萄糖醛酸酶（GUS）也已经商品化，而利用植物生产重组蛋白酶抑制剂Aprotinin的成本也比牛肺来源的天然蛋白要低很多。考虑到重组抗体的天然生产来源不会像生产亲合素的蛋清一样低廉，因此利用转基因植物生产重组抗体所节省的资金将会更多。
人们对生物蛋白医药需求的种类和数量正在不断增加，研究人员必需开发出新的转基因表达生产系统才能满足这种需求，而植物最有希望承担此项任务，如上面所提到的那样，公斤数量的重组蛋白可以从1公顷的转基因烟草中获得。例如，人血清白蛋白全球每年的需求量是550吨，培育转基因动物产生足够量的蛋白满足市场需求需要数年时间，然而，转基因植物可以迅速达到如此生产规模。据估计要满足全世界的需求，一年种植3万公顷的烟草就足够了（假如血清白蛋白表达量占烟草可溶性蛋白的1%），而这一面积仅占到美国总种植面积3,200万公顷的千分之一。
热心网友
时间：2023-09-26 22:36
上述研究项目在立项前均已进行了专利查新工作，所涉及的基因、植物、外源基因转移方法和高效植物表达载体的构建等关键技术有自己的独创性。从事“863”计划和计划以外其他国内单位和个人为此都申请了国家发明专利，因此，这些研究成果拥有我国自主的知识产权。
通过“九五”的探索性研究，进一步缩短了我国与世界先进国家的技术差距。从表2-2中的数据可以看到，国外普遍应用的植物转基因技术在我国已成功应用，有些技术还为我国所独创，如花粉管通道转基因技术。国外尚在探索的新技术，如使用植物病毒作为瞬时表达载体实现基因高效表达，我国也在探索。因此，应当说我国在利用植物生物反应器技术上已有较好的基础。 我国现有500多家生物技术公司，但与西方发达国家相比，我国生物医药研究和产业化起步都比较晚。从1989年我国第一个生物工程药物β干扰素上市到2001年底，我国现有乙肝疫苗、促红细胞生成素（EPO）、人胰岛素、人生长素、细胞集落刺激因子（CSF）等15种基因工程药品投入市场。1997年，我国生物医药全年的产值达到125亿元，占整个医药工业的8.9%。
以EPO为例，它目前是世界上临床疗效最显著、销售额最可观的一种生物技术产品，销售利润多年来一直排在生物医药类产品的前三名，每年的增长率在10%以上。目前国内有十几家公司在生产EPO，年生产能力超过了500万支。由于受超额利润的*，已有众多厂家介入这个市场，由于企业竞争过度，导致产品价格下降，利润摊薄。1999年1月11日，国家新药研究与开发协调小组在《生物医药工程产业行动纲要》中指出，国家和企业各方应大力培育生物医药工程产业，使之保持15-20%的年增长率，到2005年生物医药工业年总产值要达到400-500亿元，到2015年总产值达到1,100-1,300亿元。要达到此目标，需不断开发新的生物医药产品，另外，通过研制新的表达系统，增强表达效率和降低生产成本，对提高产品销售利润也非常重要。 目前，利用重组DNA技术生产的大多数治疗用血液蛋白几乎都是在哺乳动物细胞表达系统中生产出来的。该系统的主要优点是所表达的重组蛋白能够进行正确的折叠及完成其他翻译后加工过程的机会比较高，然而，有许多因素仍然*哺乳动物细胞表达系统的广泛应用，这些因素包括：
1）即使在最适的培养条件下，重组蛋白在哺乳动物细胞中的表达水平仍很低，通常为每天每升数十毫克；
2）重组蛋白最后必需从培养液中分离提纯出来，这会进一步导致产量损失和增加生产成本；
3）哺乳动物细胞表达系统日常维护费用非常高，这也使产品的生产成本居高不下；
4）哺乳动物细胞对外力比较敏感，而振荡培养通常又是工业化大规模生产所不可缺少的，这就使扩大生产规模变得相当困难；
5）胎牛血清是哺乳动物细胞生长所不可缺少的，它的价格昂贵，而且不同批次之间成份相差很大，这些变化会导致细胞的生长情况不一致，进而影响到细胞发酵过程及下游的提纯加工过程；
6）哺乳动物细胞对一些环境因素如温度、pH值、含氧量和次生代谢产物的变化非常的敏感，因此需要对培养条件进行精确的监控；
7）利用哺乳动物细胞培养表达系统不能避免病原生物的污染。 亲合素（Avidin）在诊断试剂中的应用十分广泛，它是蛋清中比较丰富的一种真核生物蛋白，在常规情况下可从蛋清中直接分离纯化。在转基因玉米中生产这种蛋白并确定它是否能够与蛋清来源的鸡亲合素进行商业化竞争成为研究的理由。一个鸡亲合素蛋白的编码序列被首先按照玉米偏爱的密码子进行优化，然后与大麦α-淀粉酶信号肽编码序列融合并导入玉米染色体中表达。信号肽序列将决定重组蛋白定位在细胞的分泌系统内，而且对于成功表达十分关键，因为定位在分泌系统内的重组亲合素仅会导致玉米部分雄性不育或完全雄性不育，相反，如果亲合素在细胞质溶胶内积累的话，则因有毒性使基因工程玉米完全不能够成活。
每公斤转基因玉米种子可产230mg的亲合素，据估计这种玉米来源的亲合素成本约比蛋清来源的亲合素低10倍。玉米亲合素具有与天然蛋白相同的生物活性，现在成为商品公开出售（见Sigma-Aldrichproct#A8706）。该研究结果表明：不仅是罕见的蛋白，即使在自然状态下相对丰富的蛋白也可以利用转基因植物以低廉的成本进行生产。利用转基因植物生产的β-葡萄糖醛酸酶（GUS）也已经商品化，而利用植物生产重组蛋白酶抑制剂Aprotinin的成本也比牛肺来源的天然蛋白要低很多。考虑到重组抗体的天然生产来源不会像生产亲合素的蛋清一样低廉，因此利用转基因植物生产重组抗体所节省的资金将会更多。
人们对生物蛋白医药需求的种类和数量正在不断增加，研究人员必需开发出新的转基因表达生产系统才能满足这种需求，而植物最有希望承担此项任务，如上面所提到的那样，公斤数量的重组蛋白可以从1公顷的转基因烟草中获得。例如，人血清白蛋白全球每年的需求量是550吨，培育转基因动物产生足够量的蛋白满足市场需求需要数年时间，然而，转基因植物可以迅速达到如此生产规模。据估计要满足全世界的需求，一年种植3万公顷的烟草就足够了（假如血清白蛋白表达量占烟草可溶性蛋白的1%），而这一面积仅占到美国总种植面积3,200万公顷的千分之一。
