植物细胞和动物细胞培养反应器

转基因动植物生物反应器生物技术1002摘要:生物反应器，指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。

随着转基因技术问世,生物反应器不再局限于传统“冷冰冰”的设备，而是富有生命特性的动植物。

动植物生物反应器指的是通过基因工程途径以常见的农作物或者活体动物，高效表达某种器官或组织，进行工业化生产功能蛋白等生物制剂。

本文为大家阐述了转基因动植物反应器的优缺点，研究进展及其应用。

关键词:转基因动物反应器，转基因植物反应器，优缺点，研究进展，应用一、转基因动植物生物反应器的优缺点1.1转基因动物生物反应器的优点1易养殖，实现大规模制备。

2通过乳腺和血液制备活性物质简单易行。

3可以通过动物细胞培养实现大量制备。

4产量高，转基因动物在每升乳汁中可得几十克产物，而转基因植物，微生物在每升培养液中只能获得几毫克。

5成本低，用细菌、酵母菌或动物细胞生产基因工程药物，反应条件要求严格，而转基因动物只需要正常饲养。

6用于转基因动物制药的受体牛、羊、猪等哺乳动物，与人类亲缘关系比细菌、酵母菌要近的多，所以其产品具有与人体自身产生的蛋白相同的生物学活性川。

7用转基因动物培植活体器官和组织，用于更替人体患病的器官和组织。

1.2转基因动物生物反应器的缺点1细胞培养需要昂贵的培养基和设备。

2转基因动物制备成本昂贵。

3转基因动物易产生一些伦理问题。

4目前转基因动物的研究存在理论基础薄弱、技术不完善等问题"使得转入的基因在受体动物基因组中存在着随机整合、调节失控、遗传不稳定、表达率不高等问题。

为确保转入的基因能得到高效表达并完全整合，关键是基因构建和位点整合。

5转基因表达产物的分离与纯化也存在问题，可能会出现要纯化的产物含量低的现象，还要确保去除引起人类变态反应的非人类蛋白。

6转基因表达产物的结构和生物活性是否与人体蛋白相似#转基因产品必须与人体产生的蛋白高度相似，以免人体对它产生免疫反应。

生物反应器归类
生物反应器是一种用于承载和促进生物反应的装置或体系。

根据反应
器的实际应用和操作原理，可以将生物反应器分为几个类别。

1. 发酵反应器：用于微生物发酵过程的反应器，用于生产食品、饲料、药物和生物燃料等。

常见的发酵反应器包括批式发酵罐、连续式发酵
罐和气体提升式发酵罐。

2. 培养反应器：用于细胞培养和组织工程的反应器，用于生产生物药
物和细胞制品。

常见的培养反应器包括摇床培养器、旋转培养器和悬
浮培养反应器。

3. 污水处理反应器：用于处理废水和污水中的有机物和有毒物质。

常
见的污水处理反应器包括活性污泥法反应器、膜分离法反应器和生物
滤池。

4. 生物酶反应器：用于生产酶类产物和催化生物酶反应的反应器。

常
见的生物酶反应器包括固定床反应器、悬浮式反应器和液体-液体界面
反应器。

5. 生物电化学反应器：用于转化生物质和废弃物为电能的反应器。

常
见的生物电化学反应器包括微生物燃料电池、微生物电解池和生物燃
料池。

以上是一些常见的生物反应器类别，各类反应器在不同领域有广泛应用，以满足人类对食品、药物、能源和环境保护等方面的需求。

微生物、动物、植物细胞培养的异同点如下：不同点：首先在培养基上，微生物是固体、半固体培养基都有，成分主要是水、无机盐、生长因子、碳源、氮源等。

如果是病毒的话要用细菌进行培养；动物的话用天然培养基加生长因子比较好，一般是液体培养基，成分主要是水、葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清；而植物培养基用合成培养基就可以了，一般是固体培养基，成分主要是矿质元素、蔗糖、纤维素、植物激素、有机添加剂。

其次是各自培养的原理上的不同，微生物细胞培养的原理是微生物细胞的增殖，动物细胞培养的原理是细胞的增殖，植物细胞培养原理是细胞的全能性。

最后，微生物细胞培养主要是获得其代谢产物或次级代谢产物或得到细胞本身；植物细胞培养主要是获得新个体或细胞产品，应用与快速繁殖试管苗、细胞产品、人工种子、转基因植物的培育等。

动物细胞培养是获得大量新生细胞或细胞产品，应用是获得细胞的产物或细胞等。

另外，动物细胞分散用到的是胰蛋白酶，植物是纤维素酶等。

相同点：两者都需要培养基、都需要无菌操作，防止染菌、培养时候都需要适当的温度等条件。

综上所述见下表：微生物动物细胞植物细胞大小(um) 1~10 10~100 10~100 悬浮生长可以，多数细胞需附着表面才能生长可以，但易结团无单个细胞营养要求简单非常复杂较复杂生长速率快，倍增时间为0.5~5小时慢，倍增时间为15~100小时慢，倍增时间为24~74小时代谢调节内部内部激素内部激素环境敏感不敏感非常敏感能忍受广泛范围细胞分化无有高剪切力敏感低非常高高传统变异，筛选技术广泛使用不常使用有时使用细胞或产物浓度较高低低由于他们所用的培养基不同，培养是所要求的条件不同所以在批量生产我们所需的目的产物时就要选择相应的生物反应器。

在选择生物反应器时要注意到生物反应器在生物反应过程的剪切力、传质问题如气-液质量传递和液-固质量传递。

生物反应器是利用生物催化剂为细胞培养（或发酵）或酶反应提供良好的反映环境的设备，通常称为发酵罐或酶反应器。

生物反应器概念
生物反应器（Bioreactor）是一个用于培养生物细胞、组织或其他生物实体以生产生物产品的系统。

它是一个封闭的、可控制环境参数的设备，能够提供适宜生物生长和代谢的物理和化学环境。

这些环境参数包括但不限于温度、pH值、溶解氧、营养物质供应、代谢废物移除等。

生物反应器有很多种类型，包括传统的酵母或细菌培养的发酵罐、哺乳动物或植物细胞培养的悬浮培养器、固定化细胞或酶的固定床反应器，以及用于培养组织的生物反应器。

每种类型的生物反应器都有其特殊的设计和操作要求，以满足特定生物实体的生长和生产需要。

生物反应器在许多领域都有应用，如制药、食品和饮料、生物技术、农业、环境工程等。

例如，制药工业中，生物反应器常被用于生产抗体、疫苗、细胞疗法产品等；在环境工程中，生物反应器则常被用于处理废水或其他废物。

第一章通风发酵设备一、填空1. 机械搅拌式发酵罐空气分布器的形式有、。

2. 机械搅拌罐常用的搅拌器有、和等3. 气升式发酵罐的主要特点有、、等。

4. 自吸式发酵罐中氧的溶解主要靠与的作用完成的。

5. 自吸式发酵罐转子的形式有、等。

6. 机械通风搅拌发酵罐的形状为 + ；7. 消泡器作用是；机械消泡种类中罐内消泡有：、等；罐外消泡有：等。

8. 轴封的主要作用是，。

9. 联轴器的作用是：。

10. 公称体积指的是：。

11. 机械通风搅拌发酵罐的小型罐采用冷却，大罐采用，特大罐采用。

12. 气升式发酵罐的主要构件有：、、等。

13. 机械搅拌式发酵罐中挡板的作用是、；全挡板条件。

14. 端面轴封式的特点是：、、等。

15. 轴封常用形式有：及。

16. 机械通风搅拌发酵罐的椭圆顶、底和罐身连接的方式小型罐采用连接，大罐采用连接，特大罐采用连接。

17. 机械搅拌罐常用的搅拌器有平叶蜗轮主要产生和流、箭叶蜗轮产生和流。

18.双端面轴封装置的主要设计要求包括、、等。

19. 涡轮式搅拌器的流型主要为：，加可改变流型。

20. 搅拌式发酵罐的H / D一般为：。

21. 发酵过程中冷却热的计算方法有：、、等。

22. 气升式发酵罐的主要特点是：、、等。

23. 常见的气升式发酵罐有：、、等。

24. 气升式发酵罐中平均循环时间指：，黑曲霉培养时一般为：。

25. 自吸式发酵罐中转子与液面的距离一般为：。

26. 自吸式发酵罐中四弯叶转子的特点是：、、等。

27. 喷射自吸式发酵罐是靠：喷射吸入完成溶氧传质。

28. 溢流自吸式发酵罐的吸气原理是：。

29. 通风固相发酵设备的种类有：、等。

30. 通风固相发酵设备主要用于：、等产品。

31. 通风固相发酵设备的特点是：、等。

32.机械通风固体曲发酵设备的主要构件有：、、等。

33. 通风搅拌发酵罐的装液量一般为：。

34. 涡轮式搅拌器的主要种类有：、、等。

35. 机械搅拌式发酵罐中挡板一般安装：块。

细胞培养反应器的几种操作模式
细胞培养反应器的操作模式主要分为以下五种：
分批式操作（Batch Culture）：这是动物细胞规模培养进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。

该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养。

在培养过程中，其体积不变，不添加其它成分。

待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基。

流加式操作（Fed-Batch）：这种方式在分批式操作的基础上，定时向生物反应器中添加新鲜培养基，同时取出部分旧的培养基，以保持反应器内培养基的总体积不变。

这样可以提供细胞生长所需的营养物质，同时避免代谢产物的积累对细胞生长产生抑制作用。

半连续式操作（Semi-Continuous）：在半连续式操作中，细胞在生物反应器中连续培养，同时定期取出部分细胞和培养基，然后添加新鲜的培养基。

这种方式可以保持细胞密度和代谢产物的稳定，同时避免细胞过度生长和代谢产物的积累。

连续式操作（Continuous）：在连续式操作中，细胞在生物反应器中连续培养，同时以相同的速率添加新鲜培养基和取出含有细胞的培养基。

这种方式可以维持细胞密度和代谢产物的恒定，但需要精确控制培养基的流速和细胞生长速率。

灌流式操作（Perfusion Culture）：灌流式操作是将细胞和培养基一起加入反应器后，在细胞增长和产物形成过程中，不断地将部分条件培养基取出，同时又连续不断地灌注新的培养基。

这种方式可以保持细
胞在最佳的生长条件下，同时避免代谢产物的积累。

动物细胞培养生物反应器的操作模式米力第四军医大学细胞工程中心，国家863西安细胞工程基地陕西西安，710032动物细胞培养工艺的选择首先考虑的重要一点是该产品所涉及的生物反应器系统。

选择反应器系统也就是选择产品的操作模式，操作模式选择将决定该产品工艺的产物浓度、杂质量和形式、底物转换度、添加形式、产量和成本，工艺可靠性等。

与许多传统的化学工艺不同，动物细胞反应器设备占整个工艺资金总投入的主要部分（＞50%），也就是说动物细胞培养工艺的选择主要部分是生物反应器系统的选择。

选择反应器系统及培养工艺时，必须对工艺的整体性进行全面考虑，主要包括以下几个方面：细胞株及生长形式、产物表达量和稳定性，培养基质及代谢物，产物分离和纯化难度等。

动物细胞大规模培养的生物反应器操作模式，一般分为分批式操作（batch）、流加式操作（Fed-batch）、半连续式操作（semi-continuous）、连续式操作（continuous）和灌流式操作（perfusion）五种操作模式。

1. 批式操作（batch culture）批式操作是动物细胞规模培养发展进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。

该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养，在培养过程中其体积不变，不添加其它成分，待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基的操作方式。

该方式的特点:(1) 操作简单。

培养周期短，染菌和细胞突变的风险小。

反应器系统属于封闭式，培养过程中与外部环境没有物料交换，除了控制温度、pH值和通气外，不进行其他任何控制，因此操作简单，容易掌握；(2)直观的反应细胞生长代谢的过程。

由于培养期间细胞的生长代谢是在一个相对固定的营养环境，不添加任何营养成分,因此可直观的反应细胞生长代谢的过程,是动物细胞工艺基础条件或"小试"研究常用的手段；(3)可直接放大。