(推荐)《植物生物反应器》PPT课件
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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。
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第2节 植物生物反应器应用研究
15
• 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scFv片段以及嵌合型抗体等不同类型的 抗体。
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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。
8
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
2.1 植物抗体 2.2 口服疫苗 2.3 其他药用蛋白
Baidu Nhomakorabea14
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。
• Zeitlin 等 （ 1998 ） 将 人 抗 单 纯 疱 疹 病 毒 (antiherpessimplex 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HSV2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。
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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。
• 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 (fragment of variable region，Fv)中的重链变异区 (variable region of heavy chain，VH)和轻链变异区 (variable region of light chain ，VL)以人为的连接 子(linker)连接起来，是深具应用潜力的蛋白质工 程产物。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。
• 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。
• 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。
4
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。
第6章 植物生物反应器
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
• 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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• 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。
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。
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。
➢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。
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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
• 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。
• 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。
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第2节 植物生物反应器应用研究
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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scFv片段以及嵌合型抗体等不同类型的 抗体。
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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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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
2.1 植物抗体 2.2 口服疫苗 2.3 其他药用蛋白
Baidu Nhomakorabea14
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。
• Zeitlin 等 （ 1998 ） 将 人 抗 单 纯 疱 疹 病 毒 (antiherpessimplex 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HSV2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。
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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。
• 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 (fragment of variable region，Fv)中的重链变异区 (variable region of heavy chain，VH)和轻链变异区 (variable region of light chain ，VL)以人为的连接 子(linker)连接起来，是深具应用潜力的蛋白质工 程产物。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。
• 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。
• 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。
第6章 植物生物反应器
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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
• 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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• 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。
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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。
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。
➢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。
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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
• 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。