第12章龚雄 转基因动物生物反应器

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。

植物细胞生物反应器简介为了大量获得植物产生的次生代谢物，202150年代，科学家尝试将微生物发酵工艺用于植物细胞的悬浮培养，由此发明了植物细胞生物反应器。

[3]目前，植物细胞生物反应器主要包括植物细胞悬浮培养生物反应器和植物细胞固定化生物反应器。

1．植物细胞悬浮培养生物反应器植物细胞悬浮培养生物反应器分为搅拌式和非搅拌式两大类。

搅拌式生物反应器通过机械搅拌使培养的细胞悬浮和通气，优点是搅拌充分，供氧充足，反应器中的温度、H及营养物质浓度易于调节，但搅拌装置有剪切力，对细胞会造成一定影响。

利用搅拌式生物反应器可培养烟草、葡萄、长春花等植物的细胞。

非搅拌式生物反应器结构简单，对细胞的剪切力小，它又分为气升式、鼓泡式和转鼓式等类型。

气升式生物反应器可以通入无菌空气，空气沿着反应器内部的管路流动，带动培养液进行循环，实现供氧和混合的目的。

这种反应器的优点是对植物细胞的伤害小，培养液能不断循环，混合效果好，有利于提高细胞浓度和次生代谢物的产量，可见气升式生物反应器十分适合植物细胞的培养。

[3]鼓泡式生物反应器结构简单，反应器从底部通入无菌气体产生大量气泡，气泡在上升过程中起供氧和混合的作用。

鼓泡式生物反应器的操作更为平缓，但混合效果不好，适合培养对剪切力敏感的细胞，不适合高密度和黏度较大的培养体系。

利用鼓泡式生物反应器可培养人参、藏红花等植物的细胞。

[4]转鼓式生物反应器通常为卧式或略微倾斜，通过转盘或转鼓的旋转实现混合的目的。

转鼓也称为滚筒，它的转动速率很慢。

转鼓式生物反应器具有悬浮系统均一、剪切力弱、供氧效率高等优点，适合高密度植物悬浮细胞的培养，目前已用于培养蔓长春花、紫草、烟草等植物的细胞。

2．植物细胞固定化生物反应器植物细胞的固定化就是将细胞固定在多糖或多聚化合物等载体上，以便在不同类型的反应器中进行培养。

固定化培养可以降低剪切力，固液特定界面的接触也比较多，有利于次生代谢物的积累。

固定化培养适合进行连续培养或生物转化等，目前已用于培养辣椒、毛地黄、雷公藤、胡萝卜等植物的细胞。

《动物生物反应器》教学大纲课程名称：动物生物反应器课程编号：课程类别：专业方向课/必修课学时/学分：32/2开设学期：第五学期说明一、课程性质与说明1.课程性质专业方向课/必修课2.课程说明动物生物反应器是利用转基因活体动物，高效表达某种外源蛋白的器官，进行工业化生产功能蛋白质的技术。

目前随着人们对转基因技术的熟练应用和蛋白质基因表达调控认识的不断深入以及当前市场需求，人们利用动物生物反应器生产各种具有生物活性的产品，是当前生物技术的尖端和前沿研究项目，并向商业化阶段转变，显示了广阔的应用前景。

二、教学目标1.使学生熟悉动物生物反应器的基本原理，理解转基因动物的相关理论；2.拓展学生知识面，使学生对生物技术前沿有明确的认识，初步培养学生科研思维能力。

三、学时分配表章序章题讲授学时1绪论42动物生物反应器类型 43转基因动物的主要技术步骤74建立动物生物反应器模型的方法与技术85动物生物反应器应用实例76动物生物反应器存在的问题及发展前景2合计32 四、教学教法建议以讲授为主，课堂讨论与自学相结合，并辅以多媒体手段进行教学，在有限的学时数内，较为全面地介绍学科的基本理论和学科发展的前沿进展。

五、课程考核及要求1.考核方式：考试（√）2.成绩评定：记分制：百分制（√）成绩构成：总成绩=平时考核（30%）+ 期末考核（70%）。

本文第一章绪论教学目标使学生识记动物生物反应器的基本概念；知道生物反应器发展简史及其研究内容。

教学时数4学时教学内容一、动物生物反应器的基本概念二、生物反应器发展简史三、动物生物反应器主要研究内容教法建议讲授法考核要求识记动物生物反应器的概念；明确动物生物反应器的研究内容；了解动物生物反应器的简史。

第二章动物生物反应器类型教学目标使学生列举出动物生物反应器类型教学时数4学时教学内容第一节动物乳腺生物反应器第二节动物血液生物反应器第三节动物膀胱生物反应器第四节动物精液生物反应器第五节家禽生物反应器教法建议多媒体课件，讲授为主。

转基因动物生物反应器的基因构建与表达摘要近年来，生物学和分子生物学研究领域的成就促进了转基因动物生物反应器的蓬勃发展。

用转基因动物生物反应器生产药用蛋白是生物技术领域里的又一次革命，它以一个全新生产珍贵药用蛋白的模式区别于传统药物的生产。

本文着重介绍转基因动物生物反应器的基因构建以及转基因动物组织特异性表达的最新进展。

以合理的费用获取大量在人体内原本稀少的血浆蛋白在不久前还只是幻想。

然而，近年来生物学和分子生物学取得的显著进展终于使这种幻想成为现实。

其中，将外源DVA用显微技术注入生殖细胞的原核，将重组DVA转入小鼠胚胎细胞和将DVA整合入宿主染色体和种系传递等重要发现，使用转基因（Tg）动物生产药用蛋白成为可能。

此外，生物学技术的发展，如对卵细胞的获得、操作以及再植入和重组DNA等技术进步都为转基因动物生物反应器的成功提供了保证。

转基因动物生物反应器生产药用蛋白一般有两种技术路线。

第一种是将目的基因在同源组织中表达蛋白质；第二种是将目的基因构建成杂合基因，转入动物胚胎，通过转基因动物的分泌器官收集并提纯药用蛋白。

转基因动物分泌的蛋白经过后加工酷如人体天然蛋白的结构，也有完全相似的生物活性。

同源组织中表达蛋白质目前，在同源组织中表达蛋白质最典型的例子是在动物的红细胞中表达人的血红蛋白。

在人的血红蛋白基因编码序列里启动子有2个CACCC盒，而对应的猪的启动子里只有一个，另一个靠近它的是CGCCC盒。

Sharma等[1]将猪的β-启动子与人的β编码基因融合，并将人的β-基因座调控区（β-LCR）和α、ε基因与融合基因的β基因连接在一起构成载体，转入猪胚胎细胞，从转基因猪分泌乳汁中得到的重组人血红蛋白含量高达32g/L。

在转基因动物的分泌器官中生产蛋白转基因动物表达重组蛋白多以乳腺、唾液腺和膀胱为靶位。

在这些表达器官中，通过构建合适的载体，选择适当的启动子和调控序列可产生比正常水平高得多的重组蛋白。

不过，生产系统应尽可能与循环系统隔离，以减少表达产物对宿主动物的影响。

动物转基因与生物反应器思考题(优.选）动物转基因与生物反应器思考题1．转基因动物的概念、主要研究内容以及现状和前景。

（找不到前景）概念：将外源基因导入动物的受精卵或早期胚胎细胞，使之整合到动物的基因组并获得表达，由此外源基因能随着细胞的分裂而增殖，并能稳定地遗传给下一代的动物称为转基因动物。

主要研究内容：提高动物品种的抗性；提高生长速度；改良动物的适应性；改良动物的生产性状；动物反应器现状：同基因重组微生物和转基因植物相比，转基因动物的技术效率很低，费用高，消耗多，产生有用结果耗时长。

概括如下：①生产转基因动物需要高水平DNA操作1.到目前为止，真正了解其全部表达调控元件的动物基因只有少数几个。

2.对大多数基因来讲，我们还只能分离它近5′端的启动子，及近5′端和近3′端的增强子。

3.转基因动物的载体已变得相当大，加上目的基因序列，表达结构的总长度一般都在10kb以上，长的可以达到20-30kb。

4.表达仍需受基因插入位点附近染色体环境的影响，产生所谓的基因表达“位置效应”。

②动物转基因技术效率低下显微注射仍旧是最常用的动物转基因技术。

显微注射DNA不仅需要昂贵的设备和训练有素的操作人员，而且效率低下（按照注射和移植的胚胎数来计算，每生产一只转基因绵羊、山羊或猪，大体需要注射100个单细胞胚胎。

生产转基因牛的效率更低)生产转基因动物方法，还有精子介导、逆转录病毒载体转染和ES细胞途径等。

2．为什么要研究和应用转基因动物，为什么不能用离体培养的动物细胞取代转基因动物呢？1.应当认识动物细胞不等同于自由生活的细菌和酵母菌，它是复杂的动物体的基本单元。

因此，当动物细胞离体培养时，它们的许多特性迅速消失。

2.在离体状况下，要维持细胞在体内相同甚至相近的环境条件，也是不可能的。

3.有些基因转入动物细胞系中后，与把它们转入转基因动物中的行为有很大差别。

离体培养的细胞中缺少某些能够通过结合到内含子上而刺激基因表达的组织特异性因子。