植物医药基因工程研究进程.ppt

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1、河南工业大学生物工程系吴兴泉植物医药基因工程：是指把编码药用蛋白和疫苗的基因导入植物，使转基因植物能够大量生产这些活性多肽和疫苗。工厂化农业或分子药田降低昂贵药品的生产成本,简化贮存方式。1.1 简介1植物医药基因工程的发现植物医药基因工程的发现1.2 发现神经肽是一种脑蛋白，它在调控压力和失眠方面扮演着某种角色，有助于治疗焦虑和睡眠失调。1988年，比利时PGS公司将神经肽的编码基因转入烟草，得到的转基因烟草表达出高产量的神经肽。发现可利用转基因植物生产神经肽。此后，其他科学家们纷纷加入这一领域的研究且成果显著。美国Bioresouces公司用植物基因工程手段生产白细胞介素2。荷兰用转因马铃

2、薯生产人的血清蛋白。韩国用转基因烟草和番茄产人的胰岛素。我国北京大学蛋白质工程与植物基因工实验室已克隆了对早中期妊娠引产极为有效的天花粉蛋的基因,并首次成功地在转基因烟草中表达了该基因。1.3 成果1989年美国一研究所在烟草中表达了单克隆抗体，表达量达叶子蛋白的1.3%。如果按照这种表达水平，美国只需将其烟草土地面积的1%(约6000公顷)用来种植这种转基因烟草，就可以产生出足以提供给27万癌症患者1年治疗之用。2 转基因植物医药生物反应器的优点转基因植物医药生物反应器的优点目前有医药活性的蛋白和疫苗在100种以上。蛋白药物：人胰岛素、人生长激素、干扰素、白细胞介素、组织血纤维蛋白溶酶原激活

3、剂、免疫球蛋白、心钠素、降钙素、红细胞生长素、尿激酶、超氧化物歧化酶等等。疫苗：麻风杆菌疫苗、脑膜炎球菌疫苗、乙型肝炎疫苗、流感疫苗和人免疫缺陷病毒疫苗等等。用植物生产具有很多优点。2.1用植物生产疫苗简单、方便用动物或微生物生产疫苗需要特殊的专业知识和特殊的贮藏条件(冷藏)。微生物培养需要昂贵的生产培养基;动物系统生产力低，养殖困难，繁殖慢，也需要保持无菌生产条件。用植物来生产疫苗，则克服了上述弊端。植物能将疫苗贮藏在种子中，可简单地、方便地生产、贮藏和发放疫苗。疫苗也在水果和蔬菜中表达。2.2植物细胞的全能性植物的组织、细胞或原生质体在适当条件下均能培养成一株完整的植物体。药物基因转化到植

4、物细胞后可培育出药用植物品种，并稳定遗传，通过种植生产药物。2.3植物是最经济的蛋白质生产系统种植农业所需要的仅是阳光、来自土壤或肥料的矿物质营养及水。能廉价生产高价值的、供不应求的蛋白。例子：人血清蛋白，用普通方法生产1抗的成本为20005000美元，而用大豆生产1000抗体只需100美元。2.4植物可大规模生产蛋白质植物系统可大规模地生产某种蛋白。现代机械化农业能够有效地收割和加工大量的植物材料。2.5表达产物安全可靠表达产物无毒性和副作用，无残存和潜在致病、致癌性。目前，科学家们在此领域已取得一定成绩，这主要表现在3方面：一是成功地用植物生产药用蛋白;二是成功地在植物中表达抗体;三是成功

5、地用植物生产某些动物疫苗。由表可知蛋白质表达累积量差别很大。如肌醇六磷酸可达14%，具有极大的商业 价值。但有些很低。3植物基因工程生产药用蛋白植物基因工程生产药用蛋白目前已获得具有潜在产业化价值的转基因植物表达药物蛋白如下表。3.1研究进展3.2 植物基因工程生产药用蛋白的程序一般包括以下六步：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和植株再生转化植株栽培目标产品的分离纯化及纯度鉴定等，关键技术：高效表达载体的构建十分关键，目前急需时空特异性表达的高效启动子和能够稳定遗传的载体系统。目前存在的问题（1）表达水平低和遗传稳定性差的问题（2）外源蛋白的纯化方法的简化。

6、（3）商业化生产需解决农作物收获的季节性问题，降低收获、运输、贮存过程中的能源消耗和劳动力投入。4植物基因工程生产人抗体植物基因工程生产人抗体目前，抗体基因在转基因植物中有效表达的研究日益增多，出现了“植物抗体”这一新名词。植物抗体：是指人或动物抗体基因或基因片段在转基因植物中表达的抗体。4.1抗体的含义血清球蛋白中能与抗原特异性结合的球蛋白才可称为抗体。1964命名为免疫球蛋白（简称)。在血清中有5类抗体(，)。4.2完整抗体在植物中的表达科学家已经开始研究完整的抗体分子在植物中的表达。在烟草中表达生产抗体 Hiatt等首先报道了在烟草中表达重组抗体64的研究情况。Owen等将抗植物光敏色素

7、抗体的单链抗体基因片段转入烟草中并等到表达。拟南芥菜中表达生产抗体 最近DeNeve等报道了抗体(G1)及其Fab片段在拟南芥菜和烟草中的表达。在愈伤组织中表达生产抗体。4.3抗体片断在植物中的表达科研人员的研究结果表明，转基因烟草植株在其细胞中能产生具有功能的抗体片段。Benvenuto等把编码一种鼠G的VH结构域和Ervinia的果胶裂解酶前导序列的融合基因导入烟草，获得的转基因植株表达结构域多肽，其表达量高达可溶性蛋白的1%。4.4植物抗体的应用前景农业规模生产抗体抗病植物疫苗的发展中的重要事件疫苗的发展中的重要事件天花病毒疫苗（人痘法、牛痘法）、狂犬病疫苗、基因工程疫苗疫苗作用机制疫苗

8、作用机制：疫苗可以在接受者体内建立起对入侵物质感染的免疫抗性，从而保护疫苗接受者免受疾病的侵染。传统的疫苗：传统的疫苗：活疫苗、死疫苗5植物基因工程生产疫苗植物基因工程生产疫苗5.1 简介5.2 传统疫苗的局限性有些致病物无法在培养基上生长；动物和人类病毒需要在动物细胞中培养，且生长速度和产量低，生产成本高；需要对实验室和操作人员采取保护措施；疫苗未充分减毒，可能使疾病在更大范围流行；减毒株系可能会发生突变成强毒株系有些疾病用疫苗治疗效果甚微；现行疫苗有效期较短。5.3 植物基因工程疫苗植物基因工程疫苗指的是用基因工程的方法，在植物体内表达出病原物的一段基因序列，将表达产物用做疫苗基因工程疫苗

9、：无毒性 无感染能力 具有较强的免疫原性。不耐热的肠毒素(LTB)转基因植物的研究相对较多，效果也较好。据Haq等报告用LTB基因转化土豆，其外源基因均能获得表达，并有较好的免疫原性。实验如下：5.4 植物基因工程生产人可食性疫苗在自愿者人体进行了生食LTB转基因土豆免疫试验。参试14人，分别于0、7、21天食用3次，结果表明食用7后在血循环和粪便中即可部分检出和特异性抗体，并证明有中等活性。5.5 植物基因工程生产动物可食性疫苗 Carrillo等用口蹄疫病毒VPI基因也获得了转基因芥菜，用含有VPI的叶浸提物免疫小鼠，可诱导产生特异性抗体。所有免疫小鼠都抵抗了口蹄疫病毒强毒的攻击。谢 谢！