动物乳腺生物反应器的研发及应用

动物乳腺生物反应器的研发及应用

王幸幸

（生命科学系 09生物技术学号：091344025 指导老师：于相丽老师）

摘要：文章综述了转基因动物乳腺生物反应器的原理、制备技术及应用、优点、国内外研究进展及存在问题，并对其发展方向进行了展望。

关键词：动物乳腺生物反应器；转基因技术

乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，将外源基因导人动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺能够天然、高效合成并分泌蛋白质的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值的蛋白质的转基因动物的总称。1987年美国科学家Gordon等人首次在小鼠的乳汁中表达出人的蛋白t—PA(组织型纤维蛋白溶酶原激活因子)【1】，展示了用动物乳腺生产高附加值产品的可能性。从此，各国进入了对该技术的研发、应用和竞争中。

1 转基因动物乳腺生物反应器的原理

乳腺生物反应器(Gland Bioreactor)技术是指利用乳腺特异表达的乳蛋白基因的调控序列构建表达载体，制作转基因动物，指导外源基因在动物乳腺中特异性、高效率地表达，以期从转基因动物乳汁中源源不断地获得外源活性蛋白。乳腺生物反应器的原理是应用重组DNA 技术和转基因技术，将目的基因转移到尚处于原核阶段的动物胚胎中．经胚胎移植得到转基因乳腺表达的个体。外源基因在乳腺特异性表达需要乳蛋白基因的一个启动子和调控区【2】．即需要一个引导泌乳期乳蛋白基因表达的序列，这样才能将外源基因置于乳腺特异性调节序列控制之下，使其在乳腺中表达再通过回收奶获得具有生物活性的目的蛋白。

2 乳腺生物反应器的制备技术及应用

2.1 制备技术

制备动物乳腺生物反应器的主要步骤包括：目的基因的选择，重组基因的构建，将重组基因转入受精卵，将转入了外源基因的受精卵植人同期发情的受体动物，对出生后基因整合、表达情况进行检测，对整合、表达的转基因动物进行育种试验，

建立由成功转基因个体或群体组建的转基因系等。

上述过程中的重组基因通常含有为目的蛋白编码的序列和一个乳汁蛋白特异性启动子。有时还要加上另外的调节因子，以促进转基因的高效表达或者不受整合位置影响的表达。目前已经发现至少有一种特异性蛋白启动子【3】——山羊8一酪蛋白启动子可以启动若干种以coda为基础的构建物的高水平表达而不需要其他调节因子。

转基因技术是制备乳腺生物反应器的核心技术。目前常用的转基因方法有：显微注射技术、精子介导技术、细胞载体技术、逆转录病毒介导技术等。各种转基因方法均有其独特的优点和各自的局限性，其中显微注射法是目前最经典可靠、应用最广泛的方法。

2.2 应用

2.2.1 建立转基因动物乳腺生物反应器模型

目前人类在基因研究上取得了重大进展，特别是2000年6月26日人类基因组草图的绘制完成【4】，新的功能基因被不断发现，但在基因的功能、整合、翻译与修饰、表达调控等方面还存在较多问题，需要达，且对其他的内部组织器官的影响小。因此转基因动物乳腺生物反应器是研究基因的理想工具，它可以为其它动物生物反应器的研究和商业应用开辟道路。

2.2.2 生产基因工程药物

由于乳腺固有的优越性使之成为生产药用蛋白的工厂。据美国红十字学会和美国遗传学会预测，到2010年所有基因工程药中，利用乳腺生物反应器和营养保健蛋白。这些蛋白可为免疫系统功能不全的人和接受放、化疗的病人的辅助治疗提供优良制品。目前通过转基因动物乳腺生物反应器生产的主要生物制品有人乳铁蛋白、人组织型纤溶酶原激活因子(http)、新生血管抑制因子、人血白蛋白等。

2.2.3改变乳汁成分。提高营养价值

利用转基因动物乳腺生物反应器生产饮用乳品的目的是期望获得既能满足蛋白需要又能增加抵抗力的品质全面的奶，为人类服务。如导人乳铁蛋白基因以提高乳铁蛋白含量，导人溶酶基因以降低乳中细菌的含量，导人乳糖酶基因降低乳中乳糖含量。

3 转基因动物乳腺生物反应器的优点

转基因动物乳腺生物反应器生产基因工程药物在伦理学及商品化方向已不存在任何障碍，从乳汁中源源不断的获取具有生物活性的多肽药物和具有特殊营养价值的蛋白已成为一个新兴的转基因制药业，它具有以下优点。

3．1 对转基因动物影响小

乳腺生物反应器的目的基因在乳腺中特异的表达，由于乳汁不进人体内循环，故表达的外源蛋白不会影响转基因动物本身的生理代谢过程，对动物内部组织器官影响不大，对动物生活力、繁殖力影响较小。

3．2 生产成本低

用乳腺生产同类产品不需要复杂的设备，也不需要高素质操作人员。产奶量高的动物多为草食动物，饲养成本也比较低。乳腺生物反应器，从掏建目的基因到繁殖出一头产乳动物，投入约为数千万美元，而建设同样生产规模的生物制药厂．需要1亿美元。而且一旦转基因动物培育成功．就能通过克隆拄术复制繁殖，进一步降低成本。有专家估算．用乳腺生物反应器生产1克蛋白质药物的成本，只需0. 02～0. 5美元，用基因工程苗或细胞培养的方法生产，则需800～5000美元，后者是前者成本的1万～4万倍。生产成本低，售价才有可能下降，广大消费者才用得起【5】。3．3 产品产量、品质高且易于纯化

乳腺生物反应器的产品属纯生物制品，避免了化学、生物毒素污染，安全可靠、品质高。乳汁中蛋白的种类相对较少，主要是酪蛋白、乳球蛋白、白蛋白和从血液中扩散而来的少量血清蛋白及免疫球蛋白，因此易于分离纯化目的蛋白，且生产工艺简单。动物乳腺每年产奶量多，因而目的蛋白的表达量多。用动物乳房生产外源蛋白，目前在初乳中已达到70g／L，在常乳中达到35g／L。

3.4 品种多，市场大，用途广

乳腺生物反应器既可用来生产药物，也可以用来生产食品和保健品，其产品和用途主要有【6】：①多肽类药物。例如，胰岛素、干扰素、促红细胞生成素等。该产品市场广大，据报道仅在美国待批的多肽类药物就达100多种，今后每年还会增加40多种。②基因工程疫苗。如中国农业大学用转基因克隆技术将人的岩藻糖转移酶基