转基因动植物生物反应器 综述
09转基因动物与生物反应器-HXY78页PPT
转基因动物技术路线
外源目的基因的制备 外源目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞
选择获得携有目的基因的细胞 选择合适的体外培养系统和宿主动物
转基因细胞胚胎发育及鉴定 筛选所得的转基因动物品系
哺乳动物生殖生理
哺乳动物受精和妊娠，整乳动物的制备方法
显微注射法 逆转录病毒载体感染 胚胎干细胞介导法 精子载体介导法 YAC介导的基因转移
1 显微注射法
雄性原核
显
受精卵
微
注
射
显微注射
法
操
作
胚胎移植
流
程
后定检测
显微注射法的优点
a、转移率较高、整合效率达30%； b、外源基因长度可达50Kb； c、方法简单，导入过程直观；
缺点
a、设备昂贵、操作复杂； b、随机整合、首尾相连的多拷贝； c、常造成插入位点附近宿主DNA大片
段缺失、重组等突变，出现动物严重 生理缺陷； d、外源基因能否稳定整合要到子一代 中筛选得到。
1987年美国科学家戈登（Gordon）等 人首次在小鼠的奶中生产出一种医用蛋 白──tPA（组织型纤溶酶原激活物）， 展示了用动物乳腺生产高附加值产品的 可能性。利用动物乳腺生产高价值产品 的方式称为乳腺生物反应器。
微生物反应器 植物反应器 动物反应器
(一) 优点 1可以利用发酵工程 技术大规模生产。 2 胞外活性物质制备 容易。 （二）不足 1哺乳动物或人类的 基因往往不能表达。 有些表达了，却没有 活性，需要进一步修 饰。 2真核生物蛋白质翻 译后加工的精确性有 限。 3需要大型发酵设备 和车间。 4细菌发酵常形成不 溶聚合物，使下游加 工成本增加。
疾病模型
基因转移方法
转导的基因
转基因生物反应器
反转录病毒感染法：将含目的基因的反转录病毒载体人为感染早期胚胎细胞实现基因转移，产生转基因动物。
01
特点：基因转移效率、感染率、整合率明显高于其他基因转移方法。
02
但不能完全杜绝反转录病毒在转基因动物生产的商品中的污染。
03
卵母细胞显微注射法 基本方法：将带有外源目的基因的反转录病毒通过显微注射技术注入卵母细胞的卵周腔，通过体外受精，胚胎移植获得转基因动物。 优点（ห้องสมุดไป่ตู้62） 适合制备大型转基因动物 对卵的机械损伤小 提高外源基因与核染色体接触的机会 提高外源基因的整合率
01
优良动物的育种：通过转基因可获得生长快速、品质良好、抗病力强、产量高的动物品种。
03
在异种器官移植中，通过转基因技术以期获得人类所需的不被免疫排斥的器官。
05
转基因动物模型与基因治疗
02
在医药领域：通过相应转入目的基因的动物获得所需的药物
04
生物反应器：P263－265 优点：易养殖、通过乳腺和血液制备活性物质简单易行 不足：制备转基因动物成本高 易产生一些伦理问题
曾溢滔院士预测称，目前一种新药从它的研制开发、通过药审、直到上市，约需10~15年。如果利用转基因动物-乳腺生物反应器，新药生产的周期为5年左右。
据悉，曾溢滔院士在1998年研制出转基因羊、1999年研制出转基因牛，这两项成果，震惊了世界，并连续两年获得两院院士评选的十大科技进展。
12.4 转基因植物生物反应器
方法：外源目的基因导入能进行体外培养的动物细胞，再以这些细胞作为核供体，利用克隆动物技术获得转基因动物。
优点（262）
获得转基因动物的效率高
通过鉴别核供体核型预知转基因动物性别
所需动物数量大为减少
生物反应器及其应用——转基因动物生物反应器
２ 动物生物 反应器的类型
２１ 动 物血液生物 反应 器 ．
近 年 来 ， 物 血 液 生物 反 应 器 取得 了很 大进 展 。 动 血 液 生 物 反 应 器 比较 适 合 生 产 人 血 红 蛋 白、 体 和 抗 纯 的特 点 ， 补 了其 它 各 类 基 因 表 达 系 统 的 缺 陷 。 弥 生产 非 生物 学 活 性 状 态 的融 合 蛋 白， 有 活性 的 蛋 而
维普资讯
・讲
座 ・
生 物 反 应 器 及 其 应 用
— —
转 基 因动 物 生 物 反 应 器
袁 明霞 ， 孙德 君 ， 万秋 杨
（ 黑龙 江 省 生 物 制 品 一 厂 ， 龙 江 哈 尔 滨 １ ０ ６ ） 黑 ５ ０ ９
【 中图分 类号 １ ８ ４８ ｓ １． 【 文献 标识 码 】 Ｂ 【 文章 编号 ］ ６ ２— ２ ７ （０ ７０ １７ ０ ８２ ０）６— 、 养 盐 、 他 命 和 氧 （ 好 氧 有 机 物 ） 营 维 对 来 畜 研 究 最 为 活 跃 的领 域 就 是 利 用 它 们 生产 新 的 动 支 持 这个 自然 过 程 ， 细胞 能进行 生 长和 新 陈 代谢 。 物 产 品 。通 常 把 目的基 因在 血 液 循 环 系 统 或 乳 腺 使
8 转基因生物反应器
动物乳腺生物反应器利用哺乳动物乳腺特异性表达 的启动子元件构建转基因动物, 指导外源基因在乳 腺中表达, 并从转基因动物的乳液中获取重组蛋白。
乳汁中分泌人凝血因子IX的转基因山羊
动物乳腺生物反应器的应用
高乳汁营养价值 生产药用蛋白
患有庞普病的婴儿体内一种可促进糖原质代谢的酶有缺陷。 荷兰研究人员培育出一种转基因兔，兔奶中表达这种酶，因此 饮用这种奶可以治疗这种疾病。
两大缺陷：
Байду номын сангаас
一是细菌等微生物本身是低等生物，构建 好的哺乳动物或人类的基因导入后不能很 好表达。 二是即使表达了，产物往往没有活性，必 须经过糖基化、羧基化等一系列修饰加工 才能成为有效的药物。
转基因生物反应器
生物反应器（bioreactor）
生物反应器：一般是指用于完成生物催化反应的装置， 分为细胞反应器和酶反应器。
传统生物反应器 生物反应器 转基因生物反应器
细胞反应器 酶反应器 动物生物反应器 植物生物反应器 微生物生物反应器
微生物反应器
(一) 优点 1可以利用发酵工程 技术大规模生产。 2 胞外活性物质制备 容易。 （二）不足 1哺乳动物或人类的 基因往往不能表达。 有些表达了，却没有 活性，需要进一步修 饰。 2真核生物蛋白质翻 译后加工的精确性有 限。 3需要大型发酵设备 和车间。 4细菌发酵常形成不 溶聚合物，使下游加 工成本增加。
1 转基因动物反应器
概念1：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 基因导入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）进行高效表达， 然后提取目的产物。 概念2：一般把目的基因片段在器官或组织中表达的转基 因动物叫动物生物反应器。
生物学转基因动物与动物生物反应器
基 因 打 靶 流 程 图
• 基因打靶的产生和发展建立在胚胎干细胞技术和 同源重组技术成就的基础之上，并促进了相关技 术的进一步发展。
• 基因打靶的研究进展迅速，给现代生物学和医学 研究带来了革命性的变化，并直接引发了现代生 物学和医学研究各个领域中许多突破性的进展， 成为后基因组时代研究基因功能最直接和最有效 的方法之一。
缺点：
转入的外源基因的大小受到限制, 一般在10kb 以下。
获得纯合体的转基因动物的机会少。 病毒载体构建复杂。 可能出现病毒自身基因的复制表达问题等。
3 胚胎干细胞（ES细胞）法
将外源基因导入体外培养的ES细胞。 可以通过逆转录病毒感染、脂质体介导、电穿
孔、磷酸钙共沉淀等方法将外源基因导入ES细 胞。 将携带有外源基因的ES细胞注入到动物的早期 胚胎内，可产生嵌合体及转基因动物。
转基因动物的应用
（1）基因表达与调控的研究 将转基因导入动物受体细胞内,研究该基因在体
内的表达调控特征及其相应的生物学效应,这是转 基因动物的一种应用途径。 当转基因动物的外源目的基因插入某一内源基因 后, 可能会破坏该内源基因的功能,造成某一基因 功能的缺失。通过这种基因剔除的方法可阐明某 一特定基因在发育过程中的功能。
得纯系转基因动物。
Injection of ES cells into
blastocysts
优点：
外源基因整合情况的可控性高。 可预先在细胞水平检测外源基因的拷贝数、定
位、表达的水平及插入的稳定性。
外源基因导入ES细胞的方法Fra bibliotek样，细胞鉴定及
筛选方便。 该方法遗传修饰能力强且十分精确,基因
目前, 已经培育出了动脉粥样硬化、镰刀形红细胞 贫血症、痴呆症、自身免疫病、淋巴系统病、真 皮炎及前列腺癌等多种疾病的模型动物,为这类疾 病的研究提供了方便。
细胞工程-7.转基因动物与生物反应器
从分子水平和乳腺分泌物两个方面进行鉴定。
整理：灵魂的心碎 更多内容请联系 linghundexinsui@
■ 目的基因的选择
选择目的基因的基本要求是，正常情况下浓度低、翻译后修饰复杂、其它表达体系难以表达或表达量低、应用前景广阔的蛋白基因。
■ 体外重组
选择好目的基因和启动子调控元件后进行体外重组，构建融合基因。
■ 基因转导
将构建好的重组基因用基因转导方法转移到受精卵。
■ 胚胎移植
利用胚胎移植技术将制备的转基因受精卵植入待孕母体子宫内，生产转基因动物，得到转基因乳腺表达个体。通过采集转基因动物的乳汁，来获得目的基因表达产物。
━转基因技术:通过人工方式将外源基因整合到生物体基因组内，并使该转基因生物能够稳定地将此基因遗传给后代的技术。
━转基因动物:在基因组内稳定地整合外源基因，并且可以稳定地遗传给后代的基因工程动物。
━转基因动物细胞反应器制备流程
■ 外源目的基因的制备
■ 外源目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞
■ 选择获得携有目的基因的细胞
■ 选择合适的体外培养系统和宿主动物
■ 转基因细胞胚
■ 胎发育及鉴定
■ 筛选所得的转基因动物品系。
━生物反应器的类型
■ 动物血液生物反应器
■ 动物乳腺生物反应器
■ 动物膀胱生物反应器
动物乳腺生物反应器的制备
■ 表达载体的构建
目前用于表达载体的启动子调控元件选用动物乳蛋白基因启动子元件，主要有四类乳腺定位表达调控元件。
第9章 转基因动物与生物反应器
优点：
鸡输卵管是一个自我封闭的系统，肝脏 合成蛋黄中的蛋白质和脂肪，并由血液 直接输入输卵管，避免大量表达的外源 性蛋白质对鸡健康造成的危害。
产量可观，且成本低廉。
产品的活性接近天然产品
本章结束
在显微镜下准确地插入受体细胞核中，并将 DNA注射进去。
3、裸DNA直接转移法：效率低。
显微操作系统
二、化学方法
1、DEAE-葡聚糖介导法：效率低
(乙二胺乙基葡聚糖)
DNA上的磷酸带负电
DEAE带正电
→ DNA大颗粒→ 细胞胞饮
2、磷酸钙-DNA共沉淀法：效率低(P254)
表面活性剂
3.脂质体介导法(P255)
转基因动物乳腺生物反应器的优越性： 产品质量稳定，活性高； 可持续大量地表达； 成本低，经济效益显著； 无污染； 药物分离纯化工艺简便，可获得纯度
高达99%的产品； 研制开发周期短。
转基因动物乳腺生物反应器存在的问题：
转基因在受体动物基因组中随机整合， 有些存在调节失控、遗传不稳定、表达 率不高等问题
第9章 转基因动物 第9章与生转物基反因应动器物
与生物反应器
9.1 转基因技术
通过人工操作的方式将外源基因整合到 生物体基因组内，使该转基因生物能稳定 地将此基因遗传给后代的实验技术。
细胞转染外源基因分三步：
(1)选择合适的受体细胞; (2)有效的转染方法； (3)转化后的筛选。
细胞转染外源基因的方法：
9.2.1 转基因动物的制备
一、步骤： •外源目的基因的制备； •目的基因有效导入生殖细胞或胚胎干细胞； •选择获得携有目的基因的细胞； •选择合适的体外培养系统和宿主动物； •转基因细胞胚胎发育及鉴定； •筛选所得的转基因动物品系。
生物反应器
•
•
生物 反应器 生物 反应器
• 生物反应器潜在的社会价值是 无可估量的。在未来几年内， 将有多种动物乳腺生物反映器 重组蛋白上市，从而形成市场 前景广阔和利润巨大的新生物 制药行业。
张 鑫
王 吟
霍 博 超
目
录
• • • • • 概念 动物反应器 微生物反应器 植物反应器 家蚕反应器
概
•
念
生物反应器是利用生物体所具有的生物功能，在体外或 体内通过生化反应或生物自身的代谢获得目标产物的装 置系统、细胞、组织器官等等。 生物反应器听起来有些陌生，基本原理却相当简单。 生物工程上的生物反应器是在体外模拟生物体的功能， 设计出来用于生产或检测各种化学品的反应装置。或者 说，生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有 的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种 生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反 应器等。
家蚕 反应器
桑蚕生物反应器主要有两种形式
1.转基因桑蚕(transgenic silkworm) 2.杆状病毒表达载体系统(Baculovirus Expression Vector System,BEVS)。
技术
力量
• 国内现有技术力量包括中科院上海生化与细胞研 究所、浙江理工大学、浙江大学、中山大学、中 科院武汉病毒所、中国农科院、南京大学、西北 农业大学等单位已基本建立工作基础。 • 中科院上海生化所在昆虫（家蚕）杆状病毒系统 和高效表达载体等上游工作具有较强优势。浙江 理工大学在家蚕生物反应器生产基因工程口服药 物及产业化和家蚕蛋白功能组学研究积累许多工 作基础，“家蚕生物反应器生产生物制品的方法” 获得了2004年国家技术发明二等奖。
• •
植物
植物生物反应器
(5)安全性好,不需要注射器和头之类 的设备,避免了某些血液传播疾病;
(6)到目前为止还没有植物病原物感染 人类或动物的报道,因此植物生物反应 器避免了人或动物潜在病原物的污染;
(7)易贮存和分发,不需要冷藏设备,适于 大范围给药
2.2与人工栽培相比较,这种生产方式 具有独特的优点:
(1)节约自然资源,减少对土地资源的 占用,同时不受地区、季节、气候等 自然条件的影响;
4.研究进展
4.1利用转基因植物生产抗体
4.2利用转基因植物生产疫苗
4.3利用转基因植物生产其他药用蛋白
4.1 利用转基因植物生产抗体
将编码全抗体或抗体片段的基因导 入植物，在植物中表达出具有功能 性识别抗原及结合特性的全抗体或 部分抗体片段称之为植物抗体．
美国生物学家 Hiatt 1989 年从小 鼠中克隆 IgG 的重链和轻链基因导 入烟草，有性杂交得到 F1 抗体，即 成功组装的功能性抗体，就此开创 了植物抗体的先河
2.1 植物生物反应器特点
以生物学生产要求很高的疫苗为例, (1)技术成熟,成本低廉,使用方便,易推广; (2)植物具有完整的真核细胞表达系统,
能准确地进行翻译后加工; (3)无须提取纯化过程,可直接食用免疫;
(4)比传统的免疫途径更有效,植物细胞 中的疫苗抗原通过胃内的酸性环境时 可受到细胞壁的保护,直接到达肠内黏 膜诱导部位,刺激黏膜和全身免疫反应;
1.定义
广义上是指以悬浮培养的细胞或植株为工厂 大量生产具有重要药用价值的蛋白． 悬浮培 养用的细胞或植株，可以是天然的植物细胞、 组织和植株，也可以是经基因工程改良的植 物细胞、组织和植株，还可以是转入了带有 目的基因植物表达载体的转基因植物
狭义上是指以转基因的整株植物为工厂大量 生产各种高价值的生物制品
转基因动物生物反应器研究进展
制 的周 期来 算 ， 主要取 决 于动物 的泌 乳周 期 。 其 中
转 基 因猪 １ ２个 月 ， 转 基 因绵羊 ｌ ８个 月 ， 转基 因奶
牛 １ ５ ～２ ９个 月。
心 的新 型制 药公 司 ，在世 界 范 围 内掀 起 了一 个前
１ 转基 因动物 生物 反 应器 生 产 医用 蛋 白 药 物 的 优 越 性
与传统 的 生物反 应器 相 比 ，转 基 因动 物 生物 反应器 有着 不可 比拟 的优 越性 。一是转 基 因动 物
可 以不断繁 殖扩 群 ， 而 一个 动物 就像 一 个“ 天然 药 物 工厂 ” ， 从 而可 以大 规模 地生 产 出无 免疫 原性 且
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ６ — １ １
： 通讯作者 基金项 目 ： 国家青年 自 然科学基金项 目（ ３ １ １ ０ １ ６ ８ ９ ） ； 广东 省科技计 划项 目（ ２ ０ １ Ｉ Ａ ０ ２ ０ ９ ０ １ ０ ０ １ ； ２ ０ １ ｉ Ａ ０ ２ ０ １ Ｏ ２ ０ Ｏ ３ ）
成本， 而 转基 因动物 生 物 反应 器 只需 ０ ． ０ ２ ～０ ． ５ ０ 美元， 这 样大 大 降低 了投 资的风 险 。 三 是研 发周 期
公 司为 代表 的几 十家 利用 转基 因动 物 生物 反 应器 生产 贵 重 医用蛋 白药 物 的公 司 ， 已生 产 出一 百 多 种 珍贵 的医 用 蛋 白药物 ， 有些 如 人 ｈ Ｆ ｖ ｍ 、 ｈ ａ卜Ａ Ｔ
等 正处 于 临床 试 验阶 段 ，有些 已经 进 入Ｉ Ｉ Ｉ 期 临床 阶 段 。２ ０ ０ ６年 和 ２ ０ ０ ９年 美 国 Ｇ Ｔ Ｃ公司 用 山羊 乳
生物反应器总结
生物反应器 （Bioreactor ）
第一节
概述
传统生物工业中使用的生物反应器称为“发酵罐” （fermenter）。20世纪70年代， Atkinson提出了生化反应器（biochemical reactor）一词，其含义除包括原有发酵罐外， 还包括酶反应器、处理废水用反应器等。与此同 时，Ollis提出了另一术语－生物反应器 （biological reactor）。进入80年代，生物 反应器（bioreactor）一词在专业期刊与书籍 中大量出现。
2.间接测定法
从图中可以看出，DNA含量的变化最小。
培养基中存在较多不溶性物质时，可以 通过测定构成细胞的大分子物质（如蛋 白质、RNA、DNA等)来确定细胞浓度。 采用这种方法来估计细胞浓度时，须确 定在培养过程中，这种组分在细胞中的 含量基本保持不变。
第三节 生物反应器的基本类型及其设计
New Brunswick Scientific Co., Inc. (American, NBS Co.)
Biostat B2
Biostat ED10
Pilot Biostat UD50
各类生物反应器
机械搅拌式反应器
气升式反应器
鼓泡反应器 膜生物反应器 固定床和流化床反应器
生物反应器
细胞 生物反 培养液（养分） 应器
蛋白质、疫苗…
组织…
转基因动物是指 通过实验方法，人工 地把外源基因导入动 物的受精卵（或早期 胚胎细胞），使外源 基因与动物本身的基 因组整合在一起，因 而外源基因能随细胞 的分裂而增殖，并能 稳定地遗传给下一代 的一类动物。
1982年，R.D.Palmiter 等科学家将金属硫蛋白 基因的启动子和大白鼠 生长激素基因拼接成融 合基因，把这种基因导 入小白鼠的受精卵，再 将这一受精卵移植到一 借腹怀孕的母鼠体内， 生下来的小鼠比正常小 鼠体格大一倍，称为 “巨鼠”。
《转基因生物反应器》课件
生物工程领域的应用
转基因生物反应器将在生物 工程领域发挥重要作用，为 创新研究和产品开发提供支 持。
转基因生物反应器的安 全问题
在推广应用转基因生物反应 器时，需要充分考虑安全问 题，做好风险评估和管理。
结束语
1 转基因生物反应器的前景展望
转基因生物反应器将在医药、化工、能源等领域发展壮大，推动社会进步和创新发展。
《转基因生物反应器》 PPT课件
欢迎来到《转基因生物反应器》PPT课件！本课程将深入探讨转基因生物反应 器的概念、优点、工作原理和未来发展，带您领略转基因技术的魅力。
什么是转基因？
转基因是指通过基因工程技术将外源基因导入到目标生物体中，使其获得新 的遗传特征。转基因技术的发展历程将带您了解其演变和突破。
2 转基因技术的社会意义
转基因技术的发展和应用将为人类带来更多健康、环保和可持续发展的选择。
转基因生物反应器是什么？
定义
转基因生物反应器是指 利用转基因技术构建的 生物反应器，用于合成 特定化合物或产生特定 功能的生物制品。
优点
转基因生物反应器具有 高效、可控性强、产量 高等优点，被广泛用于 生物制药、生物能源等 领域。
应用领域
转基因生物反应器可应 用于合成药物、酶工程、 生物能源产业等领域， 为生物工程领域带来了 革命性的进展。
转基因生物反应器的工作原理
1
基因表达调控机理
转基因生物反应器中的基因表达通
反应器中的代谢路径
ห้องสมุดไป่ตู้
2
过调控机制实现，控制基因的表达 水平和时机。
在转基因生物反应器中，代谢途径
的调控将影响产物的合成和积累。
转基因生物反应器的未来发展
转基因技术的优化
转基因植物反应器PPP文档(最全版)
1 转基因植物生物反应器
谷物的种子：表达外源蛋白则比较稳定,目的蛋白在种子中 于室温保存三年还具有较高的活性。玉米容易转化,生物量 大而且可以大规模生产,玉米已经成功表达抗生物素蛋白。 马铃薯块茎：是一个常用的表达疫苗的生产体系,转基因马 铃薯块茎在医学上已经进入临床试验的第三阶段,近两年人
缺点
1.外源蛋白表达量 低； 2.下游分离纯化、 加工成本高； 3.可能混杂的植 物碱和植物毒素 使得安全性降低。
Company Logo
4 植物生物反应器的优点和不足
尽管植物反应器还存在一定的不足，但是可以想象一 下，以植物作为生产工厂是一种经济并极具诱惑力产方式。 若对影响基因表达水平因素的研究有了突破性进展,我们将 通过植物生产系统得到高收率的药用产品。转基因植物作 为生物反应器的深入研究和开发,必将在传统的工业、农业、 制药业及其他产业引起重大变革。
Company Logo
谢谢观看
Company Logo 类Co生m物pa药ny的L贮og存o 、运输和使用。 植无物毒生 性产、系无统副作的用廉，价无性伦；理争议； 籽马粒铃作 薯物块包茎括：玉是米一、个水常稻用、的小表麦达、疫大苗豆的和生油产菜体等系。,转基因马 植1 转物基生因物植反物应生器物的反优应点器和不足 3大植而物且生可物以反大应规器模生生产产药,玉用米蛋已白经成功表达抗生物素蛋白。 物无饲毒料 性,、也无不副是作人用类，食无品伦,因理此争降议低；了将转基因材料或重组蛋 C3 o植m物pa生ny物L反og应o器生产药用蛋白 转1 转基基因因植植物物反生应物器反用应来器生产药用蛋白具有很多优势，生 3Co植m物pa生ny物L反og应o器生产药用蛋白
Company Logo 1 转基因植物生物反应器
转基因动植物生物反应器研究进展及应用现状
转基因动植物生物反应器研究进展及应用现状廖莎;李国玲;吴珍芳;李紫聪【期刊名称】《广东农业科学》【年(卷),期】2018(45)11【摘要】转基因动植物作为生物反应器,有完善的真核表达系统,可以为多种外源蛋白提供正确的翻译后修饰,表达具有生物活性的外源蛋白,可以应用于人或动物的疾病治疗及预防,因其具有成本低、产出高、产品珍贵且需求高的特点而具有广阔的商业前景.目前,转基因动植物生物反应器研究领域已经取得多项成果与突破,以此生产的蛋白制品也有部分被权威机构批准上市应用,还有许多未上市的研究成果已经进入临床试验阶段,为产业化发展做准备.动植物生物反应器已成为重组药用蛋白生产的新趋势.综述了转基因植物和转基因动物作为生物反应器生产重组蛋白的研究进展及应用现状,介绍了生物反应器类型、生产的蛋白种类、已获批应用的动植物生物反应器,讨论了利用动植物生物反应器生产外源蛋白的意义及存在的问题,对其研究及应用前景进行展望.【总页数】11页(P126-136)【作者】廖莎;李国玲;吴珍芳;李紫聪【作者单位】华南农业大学动物科学学院/国家生猪种业工程技术研究中心,广东广州 510642;华南农业大学动物科学学院/国家生猪种业工程技术研究中心,广东广州 510642;华南农业大学动物科学学院/国家生猪种业工程技术研究中心,广东广州 510642;华南农业大学动物科学学院/国家生猪种业工程技术研究中心,广东广州 510642【正文语种】中文【中图分类】S-1;Q-1【相关文献】1.piggyBac转座子介导的转基因家蚕丝腺生物反应器研究进展 [J], 钟伯雄;危浩;庄兰芳2.转基因家蚕生物反应器研究进展 [J], 周文林;叶爱红;曹锦如3.tPA特性及其利用转基因乳腺生物反应器生产研究进展 [J], 张会亮;王建英;何成强;李国荣4.抗菌肽在转基因动植物中的研究进展 [J], 张鑫;苗向阳;尹逊河;马艳芳;曲朝杰;张秋婷5.转基因动物生物反应器研究进展 [J], 李紫聪;黄晓灵;刘德武;吴珍芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
转基因动植物生物反应器
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A V40DNA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，并且可以有效治疗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
[1]薛爱红,王友华,孙国庆. 我国转基因生物反应器的研发[J]. 高科技与产业化,2011,10:34-37.
[2]李紫聪,黄晓灵,刘德武,吴珍芳. 转基因动物生物反应器研究进展[J]. 广东畜牧兽医科技,2013,04:1-5.
[3]薛京伦,卢大儒. 乳腺生物反应器的研究现状[J]. 生物技术通报,1998,03:18-21+17.
[4]李泮海,张兰庆. 转基因动植物及其在医药领域中的应用[J]. 山东生物医学工程,1998,02:54-58.
[5]袁明霞,孙德君,杨万秋. 生物反应器及其应用——转基因动物生物反应器[J]. 吉林畜牧兽医,2007,06:21-22+25.
[6]曲静,王丕武,范玉广. 植物生物反应器生产转基因植物可食疫苗的研究进展[J]. 中国生物制品学杂志,2010,01:109-112.
[7]/view/840629375727a5e9856a6157.html
[8]/view/02fe6a2658fb770bf78a55b6.html
[9]王勇．植物生物反应器的研究进展及应用[EB/OL]．
/view/6d5b7c8f6529647d27285250.html。