楊麗
摘 要:隨著生物技術(shù)的興起,生物制藥技術(shù)也越來越受到人們的關(guān)注,它的產(chǎn)生與發(fā)展給人們帶來了很多便利與希望,人們可以運用這個技術(shù)更加容易,更加快捷地生產(chǎn)藥物,降低甚至消除由很多疾病給人們帶來的極大痛苦。植物反應(yīng)器是生物制藥技術(shù)中最常用的一個,醫(yī)藥上所使用的許多抗體藥物,疾病疫苗,保健品等大都是通過植物反應(yīng)器來進行制造的。本文主要就植物反應(yīng)器在生物制藥中的應(yīng)用做一敘述。
關(guān)鍵詞: 植物反應(yīng)器;生物制藥;抗體;疫苗;基因工程
【中圖分類號】 J522.3 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2236-1879(2017)05-0203-02
一、植物反應(yīng)器及其優(yōu)勢
植物生物反應(yīng)器廣義上是指以植物懸浮細(xì)胞或整株植物作為加工廠大量生產(chǎn)具有重要功能的蛋白,或能夠用于食用的物質(zhì),狹義上的植物反應(yīng)器是指通過基因工程途徑改造植物細(xì)胞,組織器官,或是整個植株,來達到使其能生產(chǎn)人們想要的代謝產(chǎn)物的目的,而這些代謝產(chǎn)物大多是具有藥用價值的次級代謝產(chǎn)物。
在生物制藥的初期,人們更多地是使用動物反應(yīng)器來作為生產(chǎn)相關(guān)藥物的工具,如利用微生物發(fā)酵和動物細(xì)胞的培養(yǎng),但是由于這個方法缺陷太多,如在微生物發(fā)酵中需要昂貴的儀器設(shè)備和大量人力的投入,在動物細(xì)胞的培養(yǎng)中需要嚴(yán)格控制無菌條件,同時需要有適合的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件,此外動物細(xì)胞本身可能帶來致病菌,使得生產(chǎn)出的藥物量少不安全且價格昂貴,不能很好地滿足大多數(shù)人的需求。植物反應(yīng)器的出現(xiàn)較好地解決了動物反應(yīng)器的缺陷,它不需要人們花太多的精力,而且可以大規(guī)模地生產(chǎn),產(chǎn)品對人無毒害作用,故在生物制藥中是一種較為經(jīng)濟,安全的工具。
人們其實很早提出利用植物反應(yīng)器這一生物制藥技術(shù)來生產(chǎn)藥物,故對其有大量的研究和應(yīng)用
二、植物反應(yīng)器在生物制藥中的應(yīng)用
利用轉(zhuǎn)基因植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白的研究已受到各國的重視,利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)抗體藥物,口服疫苗是探索研究的熱點。將編碼全抗體或抗體片段的基因?qū)氲街参锛?xì)胞,在其內(nèi)表達出能功能性地識別抗原且特異性地與抗原結(jié)合的全抗體和部分抗體,之后通過人為地將抗體進行加工和處理,即得用于醫(yī)藥的抗體藥物。
在1989年,人們通過將具有活性的單克隆抗體導(dǎo)入煙草中,首次得了轉(zhuǎn)基因植物,開創(chuàng)了植物生產(chǎn)抗體的先河,之后陸續(xù)有人通過在其他植物中進行轉(zhuǎn)基因,得到了胞疹病毒抗體,淋巴瘤抗體等等。在1993年,研究人員把口蹄疫病毒FMDV抗原基因轉(zhuǎn)入豇豆花葉中,得到表達,從而制得口蹄病毒疫苗。2002年我國科學(xué)家將乙肝病毒基因?qū)牒У玫沽艘腋伪砻婵乖?2005國外科學(xué)家將基因?qū)霟煵葜兄频冒滩〔《綯at蛋白, 第二年同樣以煙草作為植物反應(yīng)器,得到狂犬病毒單克隆抗體。 在2006年,有人將鼠源單抗3G1單鏈抗體基因連接在雙元表達載體pBI121CaMV35s啟動子下游,構(gòu)建了能在植物中高效表達的pBI121-3G1ScFv載體。利用根瘤農(nóng)桿菌介導(dǎo)的抽真空轉(zhuǎn)基因技術(shù),將其轉(zhuǎn)入野生擬南芥中。結(jié)果經(jīng)過酶切分析、PCR驗證及抗性篩選,結(jié)果表明3G1ScFv基因被導(dǎo)入擬南芥組織細(xì)胞,獲得9株T0代轉(zhuǎn)基因植株,從而也獲得了抗?jié)h灘病毒鼠源單抗3G1單鏈抗體。2007年我國科學(xué)家首次構(gòu)建了煙草的葉綠體表達載體并進行了煙草的遺傳轉(zhuǎn)化,研究出一種新型乙肝病毒疫苗,該研究結(jié)果顯示外源新型乙肝抗原基因被正確地整合到葉綠體基因組中預(yù)定的位點,表達量大大提高,顯示了葉綠體表達系統(tǒng)有極大的優(yōu)越性,因為在這之前有科學(xué)家就已經(jīng)將新型的乙肝抗原基因通過農(nóng)桿菌導(dǎo)入水稻,發(fā)現(xiàn)在水稻種子可以高效表達,但是通過這次的研究發(fā)現(xiàn)葉綠體系統(tǒng)比水稻種子更加適合乙肝抗原的表達。2010年,利用生產(chǎn)擬南芥西尼羅河病毒抗體,這是首次人們利用植物生產(chǎn)西尼羅河病毒抗體。在2014年我國科學(xué)家以HCV (hepatitis C Virus)基因組以及與型糖尿病密切相關(guān)的PGC1αa mRNA為靶點,依據(jù)序列互補原則設(shè)計了藥用干擾小RNA或稱人造小RNA (artificial microRNA)的序列。然后構(gòu)建表達載體質(zhì)粒,通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化技術(shù)將其轉(zhuǎn)入生菜,用RT-PCR和Northern blot的方法對轉(zhuǎn)化再生植株B-)NA的表達進行分子鑒定。
此外,利用植物反應(yīng)器不僅生產(chǎn)抗體和疫苗,同時在其他藥用物質(zhì)的生產(chǎn)也有突出的貢獻,如酶的生產(chǎn),維生素的生產(chǎn)等。第一個植物生物反應(yīng)器的標(biāo)志性酶產(chǎn)品是由國外兩家公司在2003年聯(lián)合推出的利用玉米生產(chǎn)的牛胰蛋白酶 。在2000年瑞士科學(xué)家將水仙的八氫番茄紅素合成酶和番茄紅素環(huán)化酶基因?qū)胨?,研制出一種富含β胡蘿卜素(維生素A前體)的水稻,食用富含鐵質(zhì)和維生素A的這種轉(zhuǎn)基因水稻,將大大減少發(fā)展中國家兒童貧血癥和維生素A缺乏癥的發(fā)病率。獲得15年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的屠呦呦于1972年發(fā)現(xiàn)并并成功提取了青蒿素,同時于2011年因為發(fā)現(xiàn)青蒿素一種用于治療瘧疾的藥物,它可以有效降低瘧疾患者的死亡率。利用植物反應(yīng)器還可以生產(chǎn)其他多種藥用蛋白,包括胰島素;免疫調(diào)節(jié)劑,如白介素、干擾素和一些生長因子如人表皮生長因子、堿成纖維細(xì)胞生長因子等,目前很多種蛋白已經(jīng)進入不同臨床階段或已上市。
三、結(jié)論
在人口密度集中、醫(yī)療條件較落后的國家,一些傳染性疫病特別是急性傳染性疾病會帶來巨大的損失。在這些國家和地區(qū)推廣種植可生產(chǎn)藥用蛋白的轉(zhuǎn)基因植物,可以很好地解決醫(yī)藥短缺的窘境。在歐美一些發(fā)達地區(qū),生物制劑市場同樣存在巨大潛力。無論是發(fā)展中國家還是發(fā)達國家,對生物制劑的需求都將會日益增加。
目前雖然利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)的蛋白產(chǎn)品很多,但目前實現(xiàn)成功上市卻很少其原因一方面是目前人們還不太接受轉(zhuǎn)基因藥物沒另一方面植物中外源蛋白的表達量較低;目標(biāo)蛋白活性較差。這需要科研人員的不懈努力,增強植物反應(yīng)器的系統(tǒng)表達能力,降低其產(chǎn)品的風(fēng)險性,提高它的安全性。
隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展,生物制藥技術(shù)必然會成為未來生產(chǎn)藥物制劑的主要技術(shù),而利用植物反應(yīng)器這一“藥物生產(chǎn)車間”進行藥物生產(chǎn)必在生物制藥中占有不可忽視的地位。我們需要對其不斷地深入研究,不斷地進行進行改良,使植物反應(yīng)器在在未來具有更加廣泛的應(yīng)用前景,為解決人類疾病做出更多的貢獻,為人類帶來更多的便利和效益。
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