乳腺生物反应器课件

动物乳腺生物反应器的原理及进展摘要：动物乳腺生物反应器技术是转基因技术的应用，于上世纪80年代提出，其目的是利用动物乳腺产生目的蛋白。

利用该技术生产的蛋白具有低成本，高活性，易提取纯化的优点。

虽然该技术尚处于发展时期，但具有广阔的应用前景和巨大地商业潜力，是许多公司大力发展的对象。

关键词：动物乳腺生物反应器、原理、进展、优点动物乳腺生物反应器（mammary gland reactor）是指利用动物乳腺特异性启动子调控元件指导外源基因在乳腺中特异性表达，并能从转基因动物乳汁中获取重组蛋白的一种生物反应器。

1生物反应器(bioreactor) 经历了3 个发展阶段：细菌基因工程、细胞基因工程、转基因动物生物反应器。

细菌基因工程产物往往不具备生物活性,必须经过糖基化、羟基化等一系列修饰加工后, 才能成为有效的药物,而细胞基因工程又因为哺乳动物细胞的培养条件要求相当苛刻,成本太高,限制了规模生产。

动物生物反应器具有产品质量高,容易提纯的特点，弥补了其它各类基因表达系统的缺陷。

它是在转基因技术体系基础上发展起来的。

7自从上世纪80年代出现以来，已经取得了许多突破，现己成为生物技术研究的热点。

并向商业化阶段转变，显示了广阔的应用前景。

并且利用转基因动物乳腺生物反应器生产饮用奶，以期望获得既能满足蛋白质需要，又能增加抵抗力的品质全面的奶，为人类服务。

21、动物乳腺生物反应器的原理乳腺生物反应器的原理是应用重组DNA 技术和转基因技术，将目的基因转移到尚处于原核阶段的动物胚胎中，经胚胎移植得到转基因乳腺表达的个体。

1 外源基因在乳腺特异性表达需要乳蛋白基因的一个启动子和调控区，即需要一个引导泌乳期乳蛋白基因表达的序列，这样才能将外源基因置于乳腺特异性调节序列控制之下，使其在乳腺中表达再通过回收奶获得具有生物活性的目的蛋白。

它是一个专门化的分泌腺体，可以生产出具完全生物活性的药用重组蛋白质，其纯化简单，生产投资及成本相对较少，而且对环境不具污染性，也被称为“分子农场”。

生物反应器一般是把目的基因(外源基因)在血液循环系统或乳腺中表达的转基因动物叫生物反应器。

而最为理想的生物反应器是乳房生物反应器。

乳房生物反应器是用转基因动物的乳房代替生物发酵罐，源源不断地生产供人类治疗疾病和保健用的药用蛋白。

乳房生物反应器的原理是，应用重组DNA技术和转基因技术，将目的基因转移到尚未分化的动物胚胎细胞(或受精卵)中，经胚胎移植，得到能在乳腺中表达转基因产品的个体，其乳腺组织可分泌生产“目的产品”如具有药用价值的蛋白，这些蛋白进入奶中，再通过回收含转基因蛋白的动物奶，就可以提取有重要药用价值的生物活性蛋白。

利用转基因动物乳房生产药用蛋白的优点：(1)乳汁可以由乳腺不断地分泌，而且产量高，长期收集也不会对动物造成伤害；(2)由乳腺产生的药用蛋白只限制在乳腺内，最后分泌到乳汁中，一般不易对转基因动物的正常生理活动造成影响；(3)乳腺分泌的蛋白质是经过正常的高等哺乳动物对外源基因的转录和翻译后加工的，这使得生产的药物蛋白更接近于人类自身的蛋白质；(4)乳汁中的蛋白质种类较少，主要是酪蛋白、乳球蛋白、白蛋白和从血液中扩散而来的少量血清蛋白及免疫蛋白，因此从乳汁中提纯“目的蛋白”相对要容易些。

目前国外已有大量资金投向乳房生物反应器的研究和开发，使该项技术不断改进，竞争十分激烈。

预计在21世纪，以乳房生物反应器为核心的新型产业将会迅速发展起来，在给企业带来巨大的经济效益的同时，也将造福于人类。

我国在“七五”计划中，就设立了“动物个体表达系统”的研究项目，其主要研究目标就是在动物乳腺中表达外源基因。

科研工作者利用小鼠、兔、绵羊和山羊表达了十余种外源基因。

1998年国家在“863”计划中，将“动物乳房反应器研究”作为重大项目，强化了该项研究的资助和管理工作。

现在我国已有4种基因工程药物或疫苗在上海、长春、深圳等地生产并投放市场，另有十余种已进入中试阶段(表1)。

表 1 用乳房生物反应器生产的药物用乳房生物反应器生产的营养品及其作用1.无乳糖奶中国人中不能或难以消化乳糖的人的比例较高，将乳糖酶基因导入奶牛体内，该转基因的奶牛可以产生无乳糖牛奶，这样的牛奶不仅甜度增加，也解决了一部分人不能大量饮用普通牛奶的问题。

动物乳腺生物反应器动物物乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。

乳腺生物反应器生产的外源蛋白种类广泛，从小分子肽到大分子复杂蛋白质，从生物活性酶到抗体、病毒抗原蛋白均可有效生产。

利用动物乳腺生物反应器生产重组蛋白的优点有：（1）生物活性高，无污染。

动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，包括糖基化、磷酸化、羧基化等，从而保证了产品的高生物活性。

（2）易分离提纯，成本低廉。

现有的一些人药物蛋白之所以昂贵，除了原料难以收集外，另一原因是分离提纯极为困难成本极高。

而动物乳腺生物反应器的产物直接经乳汁分泌出体外，只需用常规方法除去酪蛋白沉淀乳清，再经层析即可得到重组蛋白，已经建立起完整的分离纯化生产程序。

（3）产量高。

外源基因在动物乳腺中的表达量可以达到每升几克到几十克，小群转基因大家畜的产量即可满足全世界市场的需求。

动物乳腺生物反应器已经成为生物技术领域最具开发应用前景的尖端方向。

动物乳腺生物反应器发展简史转基因动物的研究始于20世纪80年代初。

1980年，Gordon等将重组DNA用显微注射法导入小鼠受精卵原核，首次获得了整合有外源基因的小鼠。

1982年，Palmiter等将大鼠生长激素基因显微注射到小鼠受精卵中，首次获得了体重为正常小鼠2 倍以上的“超级小鼠”并提出了从转基因动物中提取药物蛋白的设想。

此后几年的许多研究奠定了转基因动物技术体系的基础，但真正的乳腺生物反应器研究则始于1987 年Gordon 等的工作，他们将组织型纤溶酶原激活剂（tPA）与小鼠乳清酸蛋白（WAP）基因的启动子构成重组基因，成功地培育出了37只在乳汁中能表达tPA 的转基因小鼠，同年，世界上第一只能从乳汁中分泌α1-抗胰蛋白酶（AAT）的转基因绵羊在英国罗斯林研究所诞生。

从此，开始了乳腺生物反应器的实用性研究。

乳腺生物反应器的原理和概念
乳腺生物反应器是一种用于研究乳腺组织生物学活性的实验装置。

其原理是将乳腺组织或细胞培养于三维支架中，提供适宜的环境条件，以模拟体内乳腺组织的微环境，使其能够维持其生物反应，进而进行生物学研究。

具体而言，乳腺生物反应器的原理包括以下几个方面：
1. 支架结构：乳腺组织被培养于三维支架中，该支架可以提供细胞附着和生长的支持，并且能够模拟组织的结构和力学环境。

2. 细胞培养条件：为了维持乳腺组织的生物反应，需要提供适宜的培养条件，包括培养基、营养物质、氧气和二氧化碳浓度等。

3. 生理刺激：乳腺组织生物反应器可以提供一定的生理刺激，例如适当的流动剪切力、机械压力、电刺激等，以模拟体内的生理环境，促进乳腺组织的生物学功能。

通过乳腺生物反应器，可以实现对乳腺组织生物学的研究和探索。

例如，可以研究乳腺组织在不同环境条件下的生长、分化、迁移、转化等生物学过程，进而深入了解乳腺组织的发育和疾病发生机制。

此外，乳腺生物反应器还可以用于药物筛选和新药研发，以提高乳腺癌的治疗效果和优化乳腺重建技术。

总之，乳腺生物反应器作为一种模拟体内乳腺组织生物学环境
的实验装置，可以为乳腺组织相关研究提供可靠的平台，并在生理和病理状态下模拟和研究乳腺组织的生物学反应。

乳腺生物反应器名词解释
一、乳腺生物反应器
乳腺生物反应器是一种利用转基因动物（如牛和羊）的乳腺作为生物反应器，生产重组蛋白或特定产物的技术。

通过将外源基因导入动物的受精卵，使得该基因在动物体内稳定整合并遗传给后代。

在乳腺组织中表达的重组蛋白可以通过乳汁获取，具有高效、安全、经济等优点。

二、转基因动物
转基因动物是指通过基因工程技术将外源基因导入动物受精卵，并使其稳定遗传给后代的动物。

这种技术可以用于生产具有特定性状的转基因动物，如带有特定基因的转基因牛、羊等。

三、重组蛋白
重组蛋白是指利用基因工程技术生产的蛋白质。

这些蛋白质可以在转基因生物（如转基因植物、转基因动物或微生物）中表达，也可以在实验室条件下使用重组DNA技术在大肠杆菌或酵母等微生物中表达。

重组蛋白具有纯度高、产量高、安全性好等优点，在医疗、制药、农业和工业等领域有广泛应用。