植物生物反应器生产医用口服疫苗的研究进展

植物生物反应器的研究进展及发展方向姓名（内蒙古科技大学生物技术系）摘要利用转基因植物作为生物反应器生产外源蛋白,包括抗体、疫苗、药用蛋白等较之其他生产系统具有很多优越性。

本文简介了植物生物反应器的研究发展历史和现状, 并对植物生物反应器领域的发展作了一定的展望和讨论。

关键词植物抗体; 口服疫苗; 药用蛋白;转基因; 生物反应器植物生物反应器是生物反应器研究领域中的一大类, 是指通过基因工程途径, 以常见的农作物作为化学工厂，通过大规模种植生产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其他一些次生代谢产物等生物制剂的方法[1]。

1 植物生物反应器研究内容1.1植物抗体(plantibody)抗体(antibody) 是动物体液中的一系列球蛋白,称为免疫球蛋白(Ig) 。

它们可介导动物的体液免疫反应。

在植物体内表达编码抗体或抗体片段(如Fab 片段和Fv 片段) ,获得的产物就称为植物抗体。

植物抗体最大的优点是使生产抗体更加方便和廉价。

尤其在生产单克隆抗体方面,利用植物生产要比杂交瘤细胞低廉的多。

据估计,在250 m2 的温室中利用苜蓿生产IgG的成本约为500～600美元/ g ,而利用杂交瘤细胞生产抗体的成本约为5 000 美元/g 。

因此,利用植物生产抗体具有广阔的市场前景。

目前,利用转基因植物表达的抗体包括完整的抗体分子、分泌型抗体IgA、IgG、单链可变区片段(scFv) 、Fab 片段、双特异性scFv 片段以及嵌合型抗体等不同类型的抗体。

植物不仅作为生物反应器器生产抗体用于医药产业,而且植物抗体介导的免疫调节在植物抗病育种上也很值得研究。

Fecker 等将抗甜菜坏色黄脉病毒(BNYVV) 的外壳蛋白基因的scFv 转化烟草,产生的scFv 定位于细胞质中或通过末端的连接信号肽而分泌到质外体,结果发现转scFv 的植株出现症状的时间明显迟于对照。

Tavladoraki 等将抗菊芋斑驳病毒(AMCV) 的外壳蛋白基因的scFv 转入烟草后,发现感病率下降50～60 % ,出现症状的时间也明显迟于对照。

植物生物反应器生产药物蛋白的前景
肖乃仲;白云峰;刘锦秀;王兴智
【期刊名称】《遗传》
【年(卷),期】2003(25)1
【摘要】转基因植物作为生物反应器生产重要的药用蛋白,如抗体、血液替代品和疫苗,为健康保健和科学研究提供充足的生物药物,满足人们日益增长的需要.本文综述了这一领域的研究进展以及商业化前景.
【总页数】6页(P107-112)
【作者】肖乃仲;白云峰;刘锦秀;王兴智
【作者单位】东北师范大学遗传与细胞研究所,长春,130024;东北师范大学遗传与细胞研究所,长春,130024;北京华大基因研究中心,北京,101300;东北师范大学遗传与细胞研究所,长春,130024
【正文语种】中文
【中图分类】Q819
【相关文献】
1.利用植物生物反应器生产药用蛋白的研究 [J], 杨贺
2.植物生物反应器在药物蛋白生产中的应用 [J], 秦宏伟
3.利用转基因家蚕丝腺生物反应器生产重组蛋白的应用前景 [J], 黄绍华;董久鸣;刘云财;占鹏飞
4.利用植物生物反应器生产药用蛋白的研发现状 [J], 杨贺;李晓薇;陈欢;张敏;赵竟
男;李晰亮;解长睿;郭晓威;孙丹
5.转基因植物--生产药物的新型生物反应器 [J], 刘涤
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利用转基因植物生产药用蛋白的研究进展[摘要]简要评述了利用转基因植物生产的药用蛋白种类和表达系统，利用转基因植物生产药用蛋白的研究现状、发展趋势,以及转基因植物生产药用蛋白的基本方法、应用研究等。

尽管目前植物作为药用蛋白的生物反应器受到诸多因素限制,优点与问题并存,但利用转基因植物生产药用蛋白是植物基因工程研究领域的一个新的发展趋势。

[关键词]转基因植物;药用蛋白;生物反应器引言传统的生物医药基因工程常利用动物病毒、细菌、酵母等为生物反应器进行药用蛋白的生产,存在一些不足之处,如,细菌细胞不能进行许多病毒蛋白质的转录后的修饰作用,不利于蛋白质的正确折叠,导致其免疫性通常较弱;酵母菌对有些蛋白质的过分糖基化可能影响针对特定蛋白质的免疫反应,妨碍着酵母菌在一些疫苗生产中的应用;多数动物培养系统表达水平低,需要昂贵的生长培养基,且培养基需要特殊处理,因此疫苗成本很高,限制了其商品化应用。

利用转基因植物作为生物反应器,把外源基因导入植物核基因组或叶绿体基因组中可以生产出在医学上有生物活性的药用蛋白,且可以克服其他反应系统的缺陷,成为药用蛋白生产的又一新途径。

1、问题的提出现代基因工程技术最初是建立在结构简单的微生物,尤其是大肠杆菌的基础之上的,最初都以大肠杆菌为受体表达外源蛋白,用转基因植物生产药用蛋白的思路出自偶然。

八十年代末,比利时pgs公司的科学家将一个神经肽(enkephalin,脑啡肽)编码基因转入烟草中表达,用意在于让瘾君子们不用抽烟,只需拿烟叶闻一闻或放在口中嚼一嚼即可过烟瘾,以此减少尼古丁对人体的危害及减少空气污染。

他们把这个小肽基因两端设计了两个蛋白酶的酶切位点,将改造后的基因串联导入烟草细胞并成功获得再生植株,结果小肽以多聚体的形式表达存在,用胰蛋白酶和羧肽酶作用后获得了神经肽,每粒种子在200nmol,然而,他们的目的最终没能达到,因为神经肽要经血液运输而起作用,在口腔及消化道内会被降解掉,但他们却意外地找到了一条转基植物生产神经肽的途径,引起人们对此领域的关注。

植物表达系统的应用与发展植物表达系统（Plant-based expression systems）是一种利用植物作为生物反应器来生产大规模表达目标蛋白的方法。

通过利用植物的生物学特性，以及分子生物学和基因工程技术的快速发展，植物表达系统在生物医药领域得到广泛应用。

本文将探讨植物表达系统的应用和发展，并展望其在未来的前景。

一、植物表达系统的应用领域1. 药物生产植物表达系统被广泛应用于生产重要的药物蛋白。

由于植物具有易于培养、成本低廉、快速扩增等特点，这种方法相对于传统的细胞培养系统具有优势。

例如，植物表达系统已经成功生产了抗体、疫苗、癌症治疗药物等。

这些药物的生产不仅具有高效性和可扩展性，还降低了成本，有助于提高药物的可及性。

2. 功能性食品植物表达系统的另一个应用领域是生产功能性食品。

通过转基因技术，植物可以被改造以产生具有特定功能的蛋白质，如抗氧化物、保健品成分等。

这些功能性食品可以提供人体所需的营养物质，对健康具有积极作用。

3. 环境保护植物表达系统还可以应用于环境保护领域。

通过转基因技术，植物可以被改造成吸收和分解有害物质的特定毒素。

这种方法被称为“植物污染物降解系统”，可以用于处理水和土壤中的污染物，减少对环境的损害。

4. 生物能源植物表达系统在生物能源领域有重要的应用。

通过转基因技术，植物可以被改造成能够产生大量生物燃料的能源作物。

这种方法可以有效利用植物的生物学特性，降低对化石燃料的依赖，减少碳排放，有助于解决能源危机和环境问题。

二、植物表达系统的发展趋势1. 技术创新随着基因工程和分子生物学技术的不断发展，植物表达系统的工艺和技术也在不断创新改进。

新的转基因技术和表达载体的引入，使植物表达系统能够更高效地产生目标蛋白。

2. 品种选择不同的植物种类适用于不同的表达需求。

例如，烟草被广泛应用于植物表达系统，因为它具有高生产能力和易于培养的特点。

随着对植物基因组的深入研究，人们可以更准确地选择适合表达目标蛋白的植物品种。

基因工程植物疫苗的研究进展及应用作者：张军梅来源：《现代园艺》2012年第10期摘要：基因植物疫苗已成为疫苗研究领域的一个新热点,本文简单介绍了植物疫苗的免疫原理、植物疫苗的特点、植物疫苗生产的表达系统、以植物为载体的免疫技术、植物疫苗的安全性、植物基因工程疫苗研究进展、基因工程在植物疫苗中的应用以及展望等。

关键词：植物疫苗；基因工程；表达系统；安全性1 植物疫苗的免疫原理植物疫苗可诱导粘膜免疫反应，小肠淋巴组织的粘膜上有一种特殊的细胞叫做膜细胞（M 细胞）。

粘膜免疫应答就是由M 细胞识别抗原开始的。

M细胞识别抗原并将其传递给巨噬细胞，巨噬细胞和其它抗原呈递细胞，再将抗原展示给辅助性T细胞，辅助性T细胞识别外源蛋白质片段后就会刺激B细胞制造和释放能中和抗原的抗体，当疾病因子出现时，记忆辅助性T 细胞刺激胞毒T 细胞攻击受感染的细胞，同时它迅速刺激记忆B 细胞分泌中和抗体消灭入侵的病原体。

总的来说，转基因植物疫苗可以诱导相应的血清型的IgA 和IgG 反应。

2 植物疫苗的特点2.1 安全性高植物是人类食物来源之一，除个别人群对某些特定的植物过敏外，其安全性高。

用动物细胞生产疫苗，可能有动物病毒的污染，对人类存在潜在危害。

而植物病毒不会感染人类，比较安全，同时也可避免微生物生产疫苗带来的有害产物。

2.2 成本低植物种植系统简单易行，植物细胞培养条件简单，便于进行遗传操作，可通过大面积栽培获得廉价的疫苗，且不需要技术、设备和种植条件等巨大投资。

农作物可以当地生产，还易于储藏和运输，而且经过长期种植，植物栽培、收获、贮藏、加工程序已经形成工业化。

与植物生物反应器相比，原核生物反应器与动物生物反应器生产时需要昂贵的技术设备、大量的人力物力。

2.3 植物具有完整的真核表达系统具有与动物相同的真核加工修饰系统。

可以对重组蛋白进行糖基化、磷酸化、酰胺化、亚基正确装配等。

微生物系统不能对真核生物蛋白进行正确的翻译后加工。

生物反应器工程技术在制药领域中的应用随着生物科学的发展，生物反应器工程技术得以广泛应用于制药领域。

生物反应器工程技术可以用来生产抗生素、荷尔蒙、疫苗和基因工程药物等药物，是目前生产生物制品的主要技术之一。

本文将介绍生物反应器工程技术在制药领域中的应用。

生物反应器的基本概念生物反应器是一种用于培养微生物、动植物细胞和组织等生物体的设备，用于大规模制造化学品、食品、药品等产品。

生物反应器通常由锅炉、控制系统、发酵槽等部分组成。

发酵槽是生物反应器中最重要的部分。

通常采用不锈钢等材料加工，容积可从数毫升到几千升不等。

生物反应器工程技术及其应用生物反应器工程技术主要用于制药中的发酵过程及其控制技术。

其中涉及到反应器设计、发酵条件控制、微生物或细胞培养、废液处理等。

发酵工艺本质上是一种利用微生物或细胞代谢产生化学物质的过程。

发酵过程中的温度、气体密度、搅拌等参数需要控制。

通过管理生物反应器内的条件，如温度、酸碱度、营养物质的平衡等，使生产中的活体组织处于合适的环境中，从而获得优质的生物产品。

不同的微生物或细胞需要不同的环境，而生物反应器可以提供这些环境以促进生产。

生物反应器工程技术的应用比较广泛，特别是在制药领域。

生物反应器可以被用于生产多种药物，如抗生素、荷尔蒙、基因工程药物等。

在细胞培养中，生物反应器可以模拟细胞工作环境，从而加快药品的研发过程。

药物的性质、效果和质量均与发酵过程有关。

因此，生物反应器工程技术的应用是药品制造中相当重要的一环。

例如，疫苗的生产需要细菌、病毒等微生物的发酵，而这些发酵实验可以在发酵槽中进行。

另外，生物反应器技术还可以被用于新药的开发过程中，其可以检测新药的生产效果和效用，从而为药品的研发提供更有力的支持。

此外，生物反应器工程技术在制药领域中还有其他的应用。

例如，计算机系统的应用可以从数据、图像等多个不同的方面控制生物反应器并进行数据分析，更好地监控和管理发酵过程。

此外，生物反应器还可以被用于其他领域的研究。

利用植物制作疫苗当前世界面临疫情的困扰，疫苗的需求量以指数级别递增。

而传统的疫苗生产方式显得远远无法满足市场需求。

因此，研究新型疫苗生产方式已成为当前医学研究的热点。

其中，利用植物制作疫苗是一种备受关注的方法。

下面就来探讨一下这种新型的生产方式。

一、利用植物制作疫苗的原理利用植物制作疫苗的原理其实很简单：通过基因工程技术，将疫苗的基因转移到植物的基因组上，使植物能够生产出具有疫苗效果的蛋白质。

而由于植物的结构与动物的结构有很大的相似之处，植物所生产的蛋白质与动物体内的蛋白质可以具有相同的结构和功能。

因此，利用植物制作疫苗的方式可以达到与传统疫苗相同的效果。

二、优点相对于传统的疫苗生产方式，利用植物制作疫苗有很多的优点。

首先，植物生长速度快，可以在短时间内大量生产疫苗，从而迅速满足市场需求。

其次，植物的生长需要的环境、设施、资源都比传统生产方式简单方便，成本也更低廉。

最重要的是，植物生长使用的是土壤和给养，相较于传统疫苗的生产方式，不会引起跨物种感染的风险。

三、目前已成功制作的疫苗目前，许多研究机构已经利用植物成功制作出了许多疫苗。

例如，美国对利用烟草植物制作乙肝病毒纳米颗粒（HBV）疫苗进行了测试，结果表明该疫苗的效果与传统的乙肝疫苗相同。

同样地，在2014年埃博拉病毒疫苗研发中，研究人员通过利用美洲烟草叶制作出了含有埃博拉病毒表面蛋白质的纳米颗粒，其效果优于传统的疫苗。

四、未来前景展望由于利用植物制作疫苗已经在实践中得到应用并证明了其可行性和有效性，因此其未来的应用前景十分广阔。

相信在不久的将来，利用植物制作疫苗将成为主流的疫苗生产方式。

总之，利用植物制作疫苗已然成为从源头上预防疫情传播的重要手段。

我们完全可以利用植物这种广泛存在的天然资源，为全人类提供更加便捷、高效的疫苗服务。

植物反应器在生物制药中的应用随着生物技术的兴起，生物制药技术也越来越受到人们的关注，它的产生与发展给人们带来了很多便利与希望，人们可以运用这个技术更加容易，更加快捷地生产药物，降低甚至消除由很多疾病给人们带来的极大痛苦。

植物反应器是生物制药技术中最常用的一个，医药上所使用的许多抗体药物，疾病疫苗，保健品等大都是通过植物反应器来进行制造的。

本文主要就植物反应器在生物制药中的应用做一叙述。

标签：植物反应器；生物制药；抗体；疫苗；基因工程一、植物反应器及其优势植物生物反应器广义上是指以植物悬浮细胞或整株植物作为加工厂大量生产具有重要功能的蛋白，或能够用于食用的物質，狭义上的植物反应器是指通过基因工程途径改造植物细胞，组织器官，或是整个植株，来达到使其能生产人们想要的代谢产物的目的，而这些代谢产物大多是具有药用价值的次级代谢产物。

在生物制药的初期，人们更多地是使用动物反应器来作为生产相关药物的工具，如利用微生物发酵和动物细胞的培养，但是由于这个方法缺陷太多，如在微生物发酵中需要昂贵的仪器设备和大量人力的投入，在动物细胞的培养中需要严格控制无菌条件，同时需要有适合的培养基及培养条件，此外动物细胞本身可能带来致病菌，使得生产出的药物量少不安全且价格昂贵，不能很好地满足大多数人的需求。

植物反应器的出现较好地解决了动物反应器的缺陷，它不需要人们花太多的精力，而且可以大规模地生产，产品对人无毒害作用，故在生物制药中是一种较为经济，安全的工具。

人们其实很早提出利用植物反应器这一生物制药技术来生产药物，故对其有大量的研究和应用二、植物反应器在生物制药中的应用利用转基因植物作为生物反应器生产药用蛋白的研究已受到各国的重视，利用转基因植物生产抗体药物，口服疫苗是探索研究的热点。

将编码全抗体或抗体片段的基因导入到植物细胞，在其内表达出能功能性地识别抗原且特异性地与抗原结合的全抗体和部分抗体，之后通过人为地将抗体进行加工和处理，即得用于医药的抗体药物。

第2期2021年4月No.2April，20211 生物制药及细胞工程概述生物制药是生物技术的综合利用，从生物体、生物组织、细胞和体液中分离出有效成分，制备用于预防、治疗和诊断的产品[1]。

天然的生物材料赋予了生物制药安全性高、副作用小、营养价值较高的特点，这些显著的优势使生物药物越来越受人们的青睐，这也是生物药物市场不断扩大的重要原因之一。

细胞工程是以细胞为研究对象，按照需求利用细胞和分子生物学的理论设计和操作，使细胞在遗传学上的特性发生变化，达到改良或创造新品种的目的，在大规模地培养和繁殖后，最终提取出对人类有利的产品。

在工业上，主要包括上游工程（包括细胞培养、遗传操作和保存）和下游工程（包括转化细胞在生物制品生产中的应用）[2]。

如今，细胞工程在生物制药工业发挥着不可替代的作用。

2 动物细胞工程制药2.1 动物细胞工程制药的概述及早期发展动物细胞工程制药最早能够追溯到20世纪50年代，用动物细胞生产病毒，也就是在生物反应器中培养动物细胞，进行大规模培养后，再接种减毒或灭活的病毒来生产疫苗[3]。

常见的动物细胞培养技术流程，一般是先将动物组织分散成单个细胞、细胞群（团）后，接种于培养基中进行原代培养，再经过10~50代的传代培养，就初步得到了需要的细胞系。

然而，由于自然界的细胞普遍表达水平低，通过这种方法生产的产品不仅产量低，而且成本高，因此，早期动物细胞培养并没有得到充分的重视。

2.2 杂交瘤技术杂交瘤技术在20世纪70年代的创建，是动物细胞技术发展新的里程碑。

随着杂交瘤技术在工业领域的应用，各种新产物相继出现，在生产用于疾病诊断和治疗的生物制品中具有重要意义[3]。

1984年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了创立抗原选择抗体学说以及发明单克隆抗体技术的3位科学家。

他们提出将能够分泌特异性抗体的B 淋巴细胞与能够无限增殖的骨髓瘤细胞融合筛选，形成能产生特定抗体的杂交瘤细胞。

这种方法得到的融合细胞可以稳定生产特异性强、效价高的单克隆抗体。

医学中的生物反应器技术生物反应器是一种用于培养和生产生物材料和药物的设备。

在医学领域，生物反应器得到广泛运用，其技术可以用于细胞和组织培养、药物生产以及新药开发研究等方面。

本文将从技术原理、应用领域、发展趋势等多方面对医学中的生物反应器技术进行详细探讨。

技术原理生物反应器是一种能够维持培养环境、调节培养条件并自动控制生长的装置。

通过人为干预培养环境和培养条件，可以控制细胞和组织的生长、分化和代谢等过程。

同时，生物反应器还可以在保持培养环境稳定的情况下，进行生产和提取产品的操作。

生物反应器的核心技术包括培养介质、生物转运、温度、压力和pH等参数的控制。

其中，培养介质是指培养生物体所需要的营养物质，包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等。

生物转运是指在生物反应器内，通过增产或降解介质中的废物和产物，以维持培养环境的平衡。

温度、压力和pH等参数的控制，则是保证细胞和组织在适宜的温度和pH值环境下生长和生产。

应用领域生物反应器技术在医学领域的应用非常广泛。

下面我们将具体介绍一些生物反应器技术的应用领域。

1. 细胞和组织培养生物反应器技术可以用于细胞和组织的培养，包括单细胞生物和多细胞微组织。

研究人员通常以培养基为载体，在生物反应器内控制细胞和组织的生长和分化。

2. 克隆体生产生物反应器技术可以用于制备生物克隆体，特别是克隆动物。

通常情况下，研究者将克隆动物的细胞培养在生物反应器中，利用培养介质营养物质和外界环境，促使其发展成为成熟的生殖细胞。

3. 药物生产生物反应器技术可以用于生产一系列生物材料和药物，包括细胞因子、疫苗和抗体等。

通过人工调节介质中的营养、酸碱度和温度等因素，以及维持施加适宜的生长因子，可以控制细胞的生长和产奶量。

4. 新药开发研究生物反应器技术可以用于新药开发研究。

研究人员通过在生物反应器中利用人工介质加工细胞和组织，在控制的条件下生产药物样品，以及对药物的响应进行评估。

生物反应器技术在药物研发过程中的应用，可以大大缩短药品的研制时间和成本，提高药物的效用性。

植物生物反应器生产口服疫苗的研究进展摘要随着基因工程技术的快速发展、植物转基因技术的日趋成熟,植物已成为基因重组生物制品的重要表达载体。

利用转基因技术构建植物生物反应器生产口服疫苗是目前新兴的研究领域。

综述了亚单位抗原在转基因植物中的表达系统、转基因植物生产的重组疫苗、转基因植物疫苗存在的问题及解决方法等,并展望了其研究趋势和应用前景。

关键词植物生物反应器;口服疫苗;转基因植物中图分类号q946.1;r282.71文献标识码a文章编号1007-5739(2009)08-0210-02随着分子生物学技术的发展,植物生物反应器生产口服疫苗的研究异常活跃。

从1983年首次获得转基因植物至今,植物基因工程的研究取得了飞速的发展。

以转基因植物作为生物反应器来生产药用蛋白,如抗体、疫苗等也成为国际上植物基因工程一个新的发展趋势。

迄今为止,在转基因植物中表达的抗原基因约有20多种,随着研究的深入,转基因植物疫苗以其可食性、廉价性,成为应用广泛而有发展潜力的疫苗。

1植物生产口服疫苗的不同表达系统利用植物生物反应器生产口服疫苗的过程包括目的基因的克隆、高效表达载体的构建、植物细胞的遗传转化、受体细胞的组织培养与植株再生、转化植株的栽培、目标产品分离纯化与纯度鉴定等。

其载体表达系统为:稳定表达系统与瞬时表达系统。

1.1稳定表达系统稳定转化是将目的基因整合到转基因植物的核基因组或叶绿体基因组中,能够稳定表达目的蛋白的转基因植株称为稳定表达系统。

1.1.1核表达系统。

通过根癌农杆菌(agrobacteriumtumefaci-ens)介导。

农杆菌ti质粒中含一段t-dna,能与植物核基因组dna发生同源重组,在t-dna两侧插入外源基因,外源基因就能与t-dna一起随机整合到植物核基因组中。

mason等将乙型肝炎病毒表面抗原(hbsag)基因转入马铃薯中并获得表达,并用薯块饲养小鼠,在小鼠体内检测到保护性抗原包括黏膜抗体,以抵御细菌的侵染。