植物工程

转基因植物生物反应器在生物制药领域中的应用摘要：利用植物生物反应器生产药用蛋白和疫苗已经成为制药业重点开发的领域, 在农场中利用整株植物生产基因产品是一种前所未有的全新生产模式,许多国家已经将植物生物反应器研究与利用列为了生物技术发展战略重点。它拓宽了传统农业概念, 成为现代生物农业重要的研究方向之一, 推动了生物经济快速健康的前进, 促进农业可持续发展。此文章主要综述了转基因植物生物反应器在生物制药方面的应用。

关键词：植物生物反应器植物疫苗植物抗体药用蛋白

Abstract the use of plants biological reactor to produce medical protein and vaccine has become the key development of the pharmaceutical industry field, in the farm in use the whole plant production gene product is an unprecedented new production mode, many countries have will plant biological reactor research and use as the biological technology development strategic focus. It widened the traditional agriculture concept, become a modern biological agriculture is one of important research direction, promote the rapid economic advance of biological health, and promote the sustainable development of agriculture. This paper summarizes the transgenic plants biological reactor in biological pharmaceutical applications.

Keywords plant biological reactor plant vaccine plant antibody medical protein

1．转基因植物生物反应器的简介

转基因植物生物反应器是通过基因工程途径，利用植物细胞、组织、器官以及整株植物为工厂，来生产具有高经济附加值的医用蛋白（包括疫苗、抗体、药用蛋白等）、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其它一些次生代谢物等生物制品的生产体系。

植物生物反应器是现代农业生物技术发展中备受关注的研究领域,与煤炭、石油不可再生资源相比, 植物具有种类多样化、低成本、可再生等优势。通过自

身光合作用积累的各类生物大分子(碳水化合物、蛋白质和脂肪等), 不仅为人类和动物提供了赖以生存所需要的各种食物, 同时还提供了大量非食用性的化工产品。国外采用植物生物反应器的方法, 已经成功地生产出多种高新生物产品, 包括特殊的饱和或不饱和脂肪酸、改性淀粉、环糊精、糖醇及药用蛋白多肽, 一些研究机构和公司已经开始从这些产品生产中获得巨大的经济效益。生物技术的快速发展使人类进一步拓宽了植物应用的范围, 尤其是农作物作为生物反应器的应用潜力巨大。

2.转基因植物生物反应器在生物制药领域中的利用

2.1转基因植物疫苗

2.1.1概念

转基因植物疫苗是把植物基因工程技术与机体免疫机理相结合，将抗原基因整合到植物体上或重组于病毒载体后转染于植物体上，利用植物体自身的生命活动，使该抗原基因得以复制表达，从而使受体植物直接成为可抵抗相关疾病的疫苗。

2.1.2相关背景

传染病严重威胁人类的生命和健康，一直主要通过疫苗接种获得免疫预防。预防接种(vaccination)不但保护了个体传染病的侵袭，而且在群体中也限制了病原微生物的传播。通过预防接种来预防、控制、消灭传染病是20世纪最伟大的成就之一。人类使用疫苗进行免疫预防的历史可追溯到我国宋朝采用“种花”的以毒攻毒的办法来预防天花。目前，疫苗的发展已经从传统的减毒疫苗、灭活全菌（病毒）疫苗、纯化蛋白或多糖疫苗发展到基因工程疫苗阶段。

目前，虽然已经使用许多重组疫苗，但最大的问题是成本太高而产量又不足，因此，需要以新的生产系统来满足日益增加的需求。改进现有疫苗、研制新型疫苗和开发联合疫苗是当今世界疫苗领域的主攻方向。 20 世纪80年代末，Cutiss 首先提出“可食疫苗”的大胆设想。进入20世纪90年代，一种前所未闻的新型疫苗引起了人们极大的兴趣，它就是植物可食疫苗。1992年，美国科学家Arntzen 和Mason报道了在转基因植物中表达乙肝表面抗原，率先提出了转基因植物生产可食疫苗的概念及新思路。此后，植物疫苗开发研究因其独特的优越性发展迅猛，

国外已有100多种外源蛋白或多肽在植物中成功表达先后开发出了十几种人或动物用植物疫苗。植物疫苗的问世堪称为医药技术的一大飞跃，它是食品和药物的完美结合。

2.1.3转基因植物疫苗的可行性

⑴表达产物具有后加工能力，能有效的翻译后加工适合动物病毒抗原的表达，表达产物与高等动物细胞表达的产物有相似的免疫原性及生物活性。植物表达的蛋白质疫苗可进行正确加工，包括糖基化、磷酸化、酰胺化、亚基正确装配等转译后加工等特点，可保持自然状态下的免疫原性。而目前医药生产常用的微生物发酵系统不能对真核蛋白质疫苗进行正确的翻译后加工，有时还导致其免疫原性变弱。

⑵转基因植物口服疫苗 (oral vaccine)能诱导黏膜免疫人体黏膜是人体阻挡某些病原体与人体接触的第一道屏障，黏膜免疫的产生对某些传染病，尤其是通过黏膜传播的传染病的预防非常有效。转基因植物细胞（疫苗）可以启动黏膜免疫，其机制可能是植物细胞壁给抗原提供了一种生物微囊，使其能经过胃酸的酸性环境，安全到达小肠，可以保护抗原不被消化酶降解，从而引起粘膜免疫应答。另外，口服植物疫苗能刺激黏膜免疫的解释是，诱导机体产生黏膜分泌IgA。因此，开发转基因植物疫苗具有巨大的应用潜力和前景。

2.1.4转基因植物疫苗种类

⑴与人类相关的植物疫苗人类病毒植物疫苗

①人类病毒植物疫苗：肝炎病毒(hepatitis virus)植物疫苗；艾滋病毒(HIV)植物疫苗；人源轮状病毒(human rota virus)植物疫苗；诺沃克病毒(Norwalk virus)植物疫苗；狂犬病毒植物疫苗；呼吸道融合瘤病毒(respiratory syncytial virus)植物疫苗；麻疹植物疫苗；SARS冠状病毒植物疫苗；人巨细胞病毒(human cytomegalo virus)植物疫苗。②人细菌植物疫苗：炭疽杆菌植物疫苗；破伤风植物疫苗；肠毒素大肠杆菌腹泻植物疫苗；霍乱植物疫苗；肠致病性大肠杆菌疫苗、肠出血性大肠杆菌疫苗等。③癌症相关植物疫苗：人乳头瘤病毒宫颈癌植物病毒，结肠直肠癌植物病毒。④免疫耐受植物病毒：Ⅰ型糖尿病植物疫苗，过敏植物疫苗。⑤植物黏膜免疫佐剂

⑵与动物相关的植物疫苗：口蹄疫病毒植物疫苗；猪病毒性腹泻植物疫苗；