| 利用转基因植物生产药用蛋白的发展趋势和方向 刘德虎(中国农业科学院生物技术研究中心) |
植物作为生产药用蛋白的生物反应器，为人类提供了一个更加安全和廉价的生产体系。与微生物发酵、动物细胞和转基因动物等生产系统相比，它具有许多潜在的优势。如微生物系统不能对真核生物蛋白进行准确的翻译后加工和蛋白糖基化；细菌在发酵过程中常常产生一些不溶性聚合物，而将这些聚合物重新溶解并折叠成天然蛋白质，则需要很高的成本，此外，发酵常需要庞大的设备投资；而动物细胞培养所需生长培养基相当昂贵；以转基因动物作为生产系统较之利用植物将会成为更多公众或伦理关注的焦点，况且更重要的是，植物中绝对不会含有潜在的人类病原。 尽管植物生产体系具有许多优点，植物上游生产成本也比其它系统都低，但勿用置疑，植物生物产品的下游加工通常被认为是极其困难而又非常昂贵的，原因就在于重组蛋白质占植物总生物量的比值很低。鉴于上述情况，该领域生物技术今后的发展方向主要侧重于以下3个方面：1．提高植物中外源蛋白表达量；2．改变表达策略，降低下游生产成本；3．减少或避免纯化过程。 虽然外源蛋白质在植物中的表达水平现在还比较低，但却存在很多改进的可能性。为了在植物中获得蛋白质的高水平表达，一般应考虑以下几点：1．适当的启动子、增强子和前导序列的选择；2．密码子的优化；3．mRNA不稳定序列的去除；4．选用其它植物种（大多数工作都在烟草中进行）；5．整合非依赖性表达；6．通过修饰外源蛋白基因将其定靶于细胞的不同空间（如叶绿体、液胞或内质网）；7．以及通过协同表达二硫键异构酶或伴侣蛋白促进蛋白质的正确折叠。然而，一些单一的方法虽然已有介绍，但旨在提高具有商业价值的蛋白质在整个生物量中表达水平的综合方法尚未见报道，而这些是为降低下游加工成本时必须考虑的重要因素。 利用植物病毒作载体也是一个较好的选择。植物病毒作为瞬时表达载体具有许多优点，首先是病毒增殖水平较高，可使伴随的外源基因有高水平表达，相对于基因遗传转化，其表达量高达1O0多倍。其次，病毒增殖速度快，外源基因在较短的时间内，通常在接种后1-2周以内就可达到最大量的积累。第三，植物病毒的基因组很小，易于进行遗传操作。而大多数植物病毒可以通过机械接种感染植物，这样适于大规模的商业操作。第四，植物病毒可以侵染单子叶等农杆菌的非寄主植物，扩大了基因工程的适用范围。现在已经发展了多种植物病毒载体构建策略，包括基因插入、基因取代、融合抗原和基因互补等。依据所要表达药物蛋白的大小和目的不同，可选择不同的表达策略。 如果纯化步骤是必需的，那么重组蛋白质的下游加工应当是经济的，也就是说以植物作为生产基地所表现出来的优点不应被下游加工的成本所抵消。在确定选择植物表达某种药物蛋白之前，必需要首先考虑这个问题。近来的一些研究表明，将植物种子油脂体作为蛋白质或肽类的载体，可以有效地降低下游的加工成本。最近，外源蛋白多肽与植物结构性油脂体蛋白形成的融合蛋白已在油莱中表达，油脂蛋白的亲脂性使之成为一种高效的多肽纯化系统。这一方法的可行性已用B-葡萄糖着酸酶予以证实。第一个用来进行商业开发的范例是凝血酶抑制因子水蛭素的表达与纯化。 利用转基因植物生产口服疫苗可避免或至少减免部分纯化过程，这样就大大降低了生产成本。对负担不起目前流行疫苗的发展中国家的贫穷人口来说，植物口服疫苗便宜的就象“食品添加剂”。而且，口服疫苗又是极其安全的。从长远的观点出发，植物将在未来的疫苗市场具有一席之地。 [资料来源：利用转基因植物生产药用蛋白/刘德虎（中国农业科学院生物技术研究中心）//生物技术通报/中国农科院信息中心. |