《植物生物反应器》PPT课件
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• Ma等（1995）将鼠的单克隆抗体的J链、杂合的IgA-G重链、鼠的J链和兔的SC链、分 别转化烟草，获得4个转基因株系，经后代连续的有性杂交，得到同时表达4个蛋白质 链的转基因植株，这4种蛋白质链能组装成一个有功能的分泌型免疫球蛋白。
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• McCormick等（1999）利用烟草花叶病毒(TMV) 为载体在烟草中瞬时表达了一种肿瘤起源的scFv， 该抗体是淋巴瘤特异的疫苗，经过这种疫苗免疫 的小鼠能够产生10Lg/ml以上的抗独特性抗体， 能够抵制致死剂量的肿瘤。
6
• 广义上讲，植物生物反应器不仅仅指经基因工程改造的植物细胞、组织器官以及 整株植物，也包括天然的植物，例如一些天然植物的次生代谢产物也具有重要的 药用价值。
7
1.2 植物生物反应器的 优点
1.2.1 植物是最经济的蛋白质生产系统
• 种植植物所需要的仅是阳光,来自土壤或肥料的矿质营养、水分。这一点明显优于微 生物发酵和动物细胞的培养，因为微生物发酵需要昂贵的设备投入，而动物细胞的 培养需要昂贵的生长培养基，而且要保持无菌的生产条件。
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• 植物抗体最大的优点是使生产抗体更加方便和廉价。尤其在生产单克隆抗体方面, 利用植物生产要比杂交瘤细胞低廉的多。
• 据估计 ，在250m2的温室中利用苜蓿生产IgG的成本约为500~600美元/g，而利 用杂交瘤细胞生产抗体的成本约为5000美元/ g 。
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• 因此,利用植物生产抗体具有广阔的市场前景。目前,利用转基因植物表达的抗体包括完 整的抗体分子、分泌型抗体IgA、IgG、单链可变区片段(scFv)、Fab片段、双特异性scF v片段以及嵌合型抗体等不同类型的抗体。
1
第6章 植物生物反应器
第1节 植物生物反应器概述 第2节 植物生物反应器的医药工程 第3节 植物生物反应器生产其他有机物 第4节 植物生物反应器的研制策略 第5节 存在问题和可能的解决方法
2
第1节 植物生物反应器概述
• 生物反应器 • 生物技术产品生产中的主体设备。 • 生物反应器是可用来进行微生物或基因工程细胞发酵或利用酶进行生化反应 者。 • 机械搅拌式发酵槽应用最广。
(fragment of variable region，Fv)中的重链变异区(v
ariable region of heavy chain，VH)和轻链变异区(v
ariable region of light chain ，VL)以人为的连接子(l
inker)连接起来，是深具应用潜力的蛋白质工程产
• Zeitlin等（1998）将人抗单纯疱疹病毒(anti-herp essimplex virus，HSV)的抗体在大豆中表达，其 效果已在小鼠模型中得到证实，能够预防HSV-2 的传播。
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• 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。
• 用动物细胞作为生物反应器,则有可能因为动物本身携带的致病原而对人的健康 造成威胁。
12
• 由于植物具有上述优势,所以分子农业的设想在20世纪80年代末一经提出,就成为转基因 植物领域的研究热点。
• 目前,在植物生物反应器上已取得一定成绩,这主要表现在3个方面： • 一是在植物中表达抗体 • 二是利用植物生产疫苗 • 三是利用植物生产其他药用蛋白。
物。具有分子量小、组织穿透能力强及免疫原性
低等特点，在疾病的诊断及治疗应用方面具有很
大潜力。
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1.2.3 植物具有完整的真核细胞表达系统
• 表达产物能进行正确的折叠装配，及糖基化、磷酸化、酰胺化，从而具有与高等动 物细胞表达的产物基本一致的免疫原性和生物活性。
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1.2.4 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
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第2节 植物生物Leabharlann Baidu应器应用研究
2.1 植物抗体 2.2 口服疫苗 2.3 其他药用蛋白
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2.1 植物抗体
• 抗体(antibody)是动物体液中的一系列球蛋白,称为免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)。 它们可介导动物的体液免疫反应。
• 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即植物抗体。
• 本章将就这一领域的发展现状，存在的问题及前 景进行简要综述。
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1.1 植物生物反应器的概念
• 说法1：植物生物反应器，就是利用植物这个系统，包括植物细胞、组织器官， 以及整株植物为工厂来生产具有商业价值的生物制品包括疫苗、抗体、药用蛋白 等等。
5
• 说法2：植物生物反应器是指通过基因工程途径，以植物悬浮细胞培养或整株植物 为“工厂”，大量生产药物、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂 类等有机化合物。
• 利用动物、植物本身作为反应器。
3
• 近年来，转基因植物作为生物反应器来表达外源 蛋白(包括疫苗、抗体、药用蛋白)，即所谓的“分 子农业(molecular farming)”已成为植物基因工程 领域内一个研究的生长点，具有极大的市场前景 和商业价值。
• 目前，已用于生物反应器的植物有烟草、拟南芥、 大豆、小麦、水稻、玉米、油菜、马铃薯、西红 柿等。
• 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。目前已被作为牙膏的一种成分，进入二期 临床试验。
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• Stoger （2000）等在水 稻和小麦中成功表达了 癌 胚 抗 原 (carcino-embr yonic antigen，CEA)的 scFv 抗 体 ， CEA 是 一 种 肿瘤相关标记抗原，可 以 利 用 CEA 的 抗 体 进 行 癌症的治疗。
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1.2.2 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
• 例如，在室温条件下经过5个月储存的水稻种子中，scFv(single chain Fv)的含量 和活性没有明显的损失。在4℃条件下，储存18个月的铃薯仍保留50%的有活性的 抗体。
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相关知识
• 单链抗体(Single-chain Fv，ScFv)是将抗体变异区
• Ma等（1995）将鼠的单克隆抗体的J链、杂合的IgA-G重链、鼠的J链和兔的SC链、分 别转化烟草，获得4个转基因株系，经后代连续的有性杂交，得到同时表达4个蛋白质 链的转基因植株，这4种蛋白质链能组装成一个有功能的分泌型免疫球蛋白。
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• McCormick等（1999）利用烟草花叶病毒(TMV) 为载体在烟草中瞬时表达了一种肿瘤起源的scFv， 该抗体是淋巴瘤特异的疫苗，经过这种疫苗免疫 的小鼠能够产生10Lg/ml以上的抗独特性抗体， 能够抵制致死剂量的肿瘤。
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• 广义上讲，植物生物反应器不仅仅指经基因工程改造的植物细胞、组织器官以及 整株植物，也包括天然的植物，例如一些天然植物的次生代谢产物也具有重要的 药用价值。
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1.2 植物生物反应器的 优点
1.2.1 植物是最经济的蛋白质生产系统
• 种植植物所需要的仅是阳光,来自土壤或肥料的矿质营养、水分。这一点明显优于微 生物发酵和动物细胞的培养，因为微生物发酵需要昂贵的设备投入，而动物细胞的 培养需要昂贵的生长培养基，而且要保持无菌的生产条件。
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• 植物抗体最大的优点是使生产抗体更加方便和廉价。尤其在生产单克隆抗体方面, 利用植物生产要比杂交瘤细胞低廉的多。
• 据估计 ，在250m2的温室中利用苜蓿生产IgG的成本约为500~600美元/g，而利 用杂交瘤细胞生产抗体的成本约为5000美元/ g 。
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• 因此,利用植物生产抗体具有广阔的市场前景。目前,利用转基因植物表达的抗体包括完 整的抗体分子、分泌型抗体IgA、IgG、单链可变区片段(scFv)、Fab片段、双特异性scF v片段以及嵌合型抗体等不同类型的抗体。
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第6章 植物生物反应器
第1节 植物生物反应器概述 第2节 植物生物反应器的医药工程 第3节 植物生物反应器生产其他有机物 第4节 植物生物反应器的研制策略 第5节 存在问题和可能的解决方法
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第1节 植物生物反应器概述
• 生物反应器 • 生物技术产品生产中的主体设备。 • 生物反应器是可用来进行微生物或基因工程细胞发酵或利用酶进行生化反应 者。 • 机械搅拌式发酵槽应用最广。
(fragment of variable region，Fv)中的重链变异区(v
ariable region of heavy chain，VH)和轻链变异区(v
ariable region of light chain ，VL)以人为的连接子(l
inker)连接起来，是深具应用潜力的蛋白质工程产
• Zeitlin等（1998）将人抗单纯疱疹病毒(anti-herp essimplex virus，HSV)的抗体在大豆中表达，其 效果已在小鼠模型中得到证实，能够预防HSV-2 的传播。
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• 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。
• 用动物细胞作为生物反应器,则有可能因为动物本身携带的致病原而对人的健康 造成威胁。
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• 由于植物具有上述优势,所以分子农业的设想在20世纪80年代末一经提出,就成为转基因 植物领域的研究热点。
• 目前,在植物生物反应器上已取得一定成绩,这主要表现在3个方面： • 一是在植物中表达抗体 • 二是利用植物生产疫苗 • 三是利用植物生产其他药用蛋白。
物。具有分子量小、组织穿透能力强及免疫原性
低等特点，在疾病的诊断及治疗应用方面具有很
大潜力。
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1.2.3 植物具有完整的真核细胞表达系统
• 表达产物能进行正确的折叠装配，及糖基化、磷酸化、酰胺化，从而具有与高等动 物细胞表达的产物基本一致的免疫原性和生物活性。
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1.2.4 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
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第2节 植物生物Leabharlann Baidu应器应用研究
2.1 植物抗体 2.2 口服疫苗 2.3 其他药用蛋白
14
2.1 植物抗体
• 抗体(antibody)是动物体液中的一系列球蛋白,称为免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)。 它们可介导动物的体液免疫反应。
• 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即植物抗体。
• 本章将就这一领域的发展现状，存在的问题及前 景进行简要综述。
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1.1 植物生物反应器的概念
• 说法1：植物生物反应器，就是利用植物这个系统，包括植物细胞、组织器官， 以及整株植物为工厂来生产具有商业价值的生物制品包括疫苗、抗体、药用蛋白 等等。
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• 说法2：植物生物反应器是指通过基因工程途径，以植物悬浮细胞培养或整株植物 为“工厂”，大量生产药物、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂 类等有机化合物。
• 利用动物、植物本身作为反应器。
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• 近年来，转基因植物作为生物反应器来表达外源 蛋白(包括疫苗、抗体、药用蛋白)，即所谓的“分 子农业(molecular farming)”已成为植物基因工程 领域内一个研究的生长点，具有极大的市场前景 和商业价值。
• 目前，已用于生物反应器的植物有烟草、拟南芥、 大豆、小麦、水稻、玉米、油菜、马铃薯、西红 柿等。
• 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。目前已被作为牙膏的一种成分，进入二期 临床试验。
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• Stoger （2000）等在水 稻和小麦中成功表达了 癌 胚 抗 原 (carcino-embr yonic antigen，CEA)的 scFv 抗 体 ， CEA 是 一 种 肿瘤相关标记抗原，可 以 利 用 CEA 的 抗 体 进 行 癌症的治疗。
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1.2.2 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
• 例如，在室温条件下经过5个月储存的水稻种子中，scFv(single chain Fv)的含量 和活性没有明显的损失。在4℃条件下，储存18个月的铃薯仍保留50%的有活性的 抗体。
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相关知识
• 单链抗体(Single-chain Fv，ScFv)是将抗体变异区