上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称：生物技术与人类课程号：B913 班级号：F1702141 姓名：雷曼学号： 517021910163 专业：生物医学工程 阅读与理解 阅读文章名称 植物生物反应器生产药物蛋白的前景 得分 题目：肖乃仲，白云峰，刘锦秀，等.植物生物反应器生产药物蛋白的前景[J]. 遗传，2003,25(1)：107-112. 姓名：雷曼 单位：生物医学工程学院 邮政编码：200240 一、背景 1.生物反应器 生物反应器指利用生物系统大规模生产有重要商业价值的外源蛋白质，用 于医疗保健和科学研究。它最简单的例子是在1982年首次成功地利用细菌生 产重组胰岛素，这一突破消除了大规模应用胰岛素的限制因素，使糖尿病患者 能够使用既经济又安全有效的药物。1986至1990年间，人们建立了植物表达 系统成功地表达了人类生长激素融合蛋白干扰素和人血清白蛋白。1989和1990 年，功能抗体在植物中的表达更进一步证明植物具有生产复杂、有药效的哺乳 动物蛋白的潜力。到目前，人类已经能够利用植物生产足够多的早期诊断用抗 体。 2.植物抗体与口服疫苗
上海交通大学通识教育立项核心课程 课程名称： 生物技术与人类 课程号： BI913 班级号： F1702141 姓名： 雷曼 学号： 517021910163 专业： 生物医学工程 阅读与理解 阅读文章名称 植物生物反应器生产药物蛋白的前景 得分 题目：肖乃仲, 白云峰, 刘锦秀,等. 植物生物反应器生产药物蛋白的前景[J]. 遗传, 2003, 25(1):107-112. 姓名：雷曼 单位：生物医学工程学院 邮政编码：200240 一、 背景 1. 生物反应器 生物反应器指利用生物系统大规模生产有重要商业价值的外源蛋白质，用 于医疗保健和科学研究。它最简单的例子是在 1982 年首次成功地利用细菌生 产重组胰岛素，这一突破消除了大规模应用胰岛素的限制因素，使糖尿病患者 能够使用既经济又安全有效的药物。1986 至 1990 年间，人们建立了植物表达 系统成功地表达了人类生长激素融合蛋白干扰素和人血清白蛋白。1989 和 1990 年，功能抗体在植物中的表达更进一步证明植物具有生产复杂、有药效的哺乳 动物蛋白的潜力。到目前，人类已经能够利用植物生产足够多的早期诊断用抗 体。 2.植物抗体与口服疫苗
在植物中表达编码抗体或抗体分子片段的基因，获得的产物称为植物抗 体。应用植物生产单克隆抗体具有极大的市场潜力，获得的价格低廉的单克隆 抗体在人类及牲畜的疾病治疗中将发挥巨大的作用。到目前为止，科学家已经 成功地获得了4种具有潜在医疗价值的植物抗体。其中，转基因烟草生产针对 腐蚀牙齿的致病原抗体IgG一IgA已经进行了人体试验。第二种是人抗疱疹病 毒的抗体，其有效性已经在小鼠模型中得到证实。无论在体外还是体内，这种 抗体的活性与从细胞培养中产生的单克隆抗体没有差别。第三种是针对癌胚抗 原的抗体基因已经在水稻和小麦中表达。CEA是一种细胞表面糖蛋白，是肿瘤 相关抗原的最明显特征之一。人们应用针对CEA的抗体进行体内肿瘤成像以及 癌症治疗。第四种是利用植物病毒载体侵染烟草瞬时表达淋巴瘤特异的疫苗。 植物生产抗体的成本远低于细胞培养的成本，但是所需要的提纯费用却十分高 昂，于是口服蛋白应运而生。 在水稻、小麦种子中表达的植物抗体无须纯化，直接口服就能够达到实际 治疗的效果。在植物组织内合成某种致病原的关键免疫原性蛋白，然后作为可 口服的亚单位疫苗给人和牲畜服用，人或动物的体内就会产生相应的抗体，具 有抵抗该致病原的能力。目前已经利用多种细菌和病毒来源的蛋白作为食物添 加剂，作为口服疫苗。 科学家发现，运用导肽、多聚腺苷酸信号以及优化密码子等策略可以提高 疫苗在植物中的含量。还可以将转化的品系与遗传背景好的品系进行杂交育种 以提高表达量。植物表达外源蛋白的稳定性以及亚单位结构的装配依赖于细胞 内环境及其在细胞中的定位。对于亚单位疫苗而言，定位于细胞表面、内质网 或高尔基体较为理想。 3.植物药物和人类蛋白质 目前存在的一个关键性问题是编码人源蛋白质的基因在植物中的表达量 很低，为了进一步提高人源蛋白在植物细胞内的表达水平，人们采用了诸多的 措施： (1)希望在叶绿体内合成复杂的需要翻译后修饰的或亚基装配的真核蛋白 质。叶绿体可以消除位置效应和基因沉默现象，是环境友好型工具，还可以大 幅提高人基因的表达量。 (2)蛋白质靶向定位。重组抗体不在细胞质中而是靶向定位在离质体的表
在植物中表达编码抗体或抗体分子片段的基因，获得的产物称为植物抗 体。应用植物生产单克隆抗体具有极大的市场潜力，获得的价格低廉的单克隆 抗体在人类及牲畜的疾病治疗中将发挥巨大的作用。到目前为止，科学家已经 成功地获得了 4 种具有潜在医疗价值的植物抗体。其中，转基因烟草生产针对 腐蚀牙齿的致病原抗体 IgG—IgA 已经进行了人体试验。第二种是人抗疱疹病 毒的抗体，其有效性已经在小鼠模型中得到证实。无论在体外还是体内，这种 抗体的活性与从细胞培养中产生的单克隆抗体没有差别。第三种是针对癌胚抗 原的抗体基因已经在水稻和小麦中表达。CEA 是一种细胞表面糖蛋白，是肿瘤 相关抗原的最明显特征之一。人们应用针对 CEA 的抗体进行体内肿瘤成像以及 癌症治疗。第四种是利用植物病毒载体侵染烟草瞬时表达淋巴瘤特异的疫苗。 植物生产抗体的成本远低于细胞培养的成本，但是所需要的提纯费用却十分高 昂，于是口服蛋白应运而生。 在水稻、小麦种子中表达的植物抗体无须纯化，直接口服就能够达到实际 治疗的效果。在植物组织内合成某种致病原的关键免疫原性蛋白，然后作为可 口服的亚单位疫苗给人和牲畜服用，人或动物的体内就会产生相应的抗体，具 有抵抗该致病原的能力。目前已经利用多种细菌和病毒来源的蛋白作为食物添 加剂，作为口服疫苗。 科学家发现，运用导肽、多聚腺苷酸信号以及优化密码子等策略可以提高 疫苗在植物中的含量。还可以将转化的品系与遗传背景好的品系进行杂交育种 以提高表达量。植物表达外源蛋白的稳定性以及亚单位结构的装配依赖于细胞 内环境及其在细胞中的定位。对于亚单位疫苗而言，定位于细胞表面、内质网 或高尔基体较为理想。 3.植物药物和人类蛋白质 目前存在的一个关键性问题是编码人源蛋白质的基因在植物中的表达量 很低，为了进一步提高人源蛋白在植物细胞内的表达水平，人们采用了诸多的 措施： (1)希望在叶绿体内合成复杂的需要翻译后修饰的或亚基装配的真核蛋白 质。叶绿体可以消除位置效应和基因沉默现象，是环境友好型工具，还可以大 幅提高人基因的表达量。 (2)蛋白质靶向定位。重组抗体不在细胞质中而是靶向定位在离质体的表
达策略明显提高了重组抗体的产量，靶向定位在内质网的重组蛋白的表达水平 提高了10~100倍。 (3)植物中遗传密码子的使用频率与动物不同，对外源基因的一些密码子 进行替换能够显著提高该基因在植物体内的表达水平。 (4)使用组织特异启动子和病毒序列能够提高基因转录和翻译的水平。 4.两种新的策略 (1)新的表达策略从持续大量获得药用蛋白的需要出发，利用转基因技术 获得稳定的可遗传的转化株系是首选策略。但是新策略仍然值得不断探讨。急 需解决的问题是如何改进技减少抗体在培养基中的损失，人们希望此种策略 有助于减少功能蛋白下游加工的成本。 (2)新的纯化策略高效率的纯化程序是生产重组蛋白的前提，也是设计生 产系统时需要考虑的重要问题。目前应用的纯化程序是为动物细胞或微生物生 产抗体系统而设计的。运用相似的工艺从植物叶片、种子和植物悬浮细胞中提 取纯化重组蛋白的成本中，设备费用占70%，而层析纯化的费用占30%。为 了能够降低成本，人们正在研究新的策略试图降低或消除层析在生物医药生产 中的费用。 二、文章亮点 1.不空谈技术，而是结合市场的发展来看待植物生物反应器。作者能敏锐地发现 廉价的单克隆抗体的巨大作用，指出了其在人类和性畜疾病医疗中的巨大作 用。在文章中提到的抗生物蛋白转基因玉米等，表明作者对当下市场现状有清 楚地认知，也对未来的发展方向有明确的把握。 2.有商业头脑，研究目的明确。作者指出应该让植物代劳药物生产中成本最高的 部分。在生产植物抗体的过程中提纯需要的费用十分高昂，但是使其表达在小 麦种子中表达就无需纯化，可以直接口服。 3.对植物反应器和植物蛋白的发展有着自己的思考。能够在多种解决方案中选择 口服疫苗，清晰的分析了其市场前景，可行性和优缺点。并且就目前市场的问 题，提出了自己的两种新策略。 4.数据详实，考虑周全。这篇文章的一大特点是提供了大量十分精确的数据，从 生产的成本到诸多实验数据，使文章更具有说服力。另一方面，作者看待问题
达策略明显提高了重组抗体的产量，靶向定位在内质网的重组蛋白的表达水平 提高了 1O～100 倍。 (3)植物中遗传密码子的使用频率与动物不同，对外源基因的一些密码子 进行替换能够显著提高该基因在植物体内的表达水平。 (4)使用组织特异启动子和病毒序列能够提高基因转录和翻译的水平。 4.两种新的策略 （1）新的表达策略 从持续大量获得药用蛋白的需要出发，利用转基因技术 获得稳定的可遗传的转化株系是首选策略。但是新策略仍然值得不断探讨。急 需解决的问题是如何改进技减 少抗体在培养基中的损失，人们希望此种策略 有助于减少功能蛋白下游加工的成本。 （2）新的纯化策略 高效率的纯化程序是生产重组蛋白的前提，也是设计生 产系统时需要考虑的重要问题。目前应用的纯化程序是为动物细胞或微生物生 产抗体系统而设计的。运用相似的工艺从植物叶片、种子和植物悬浮细胞中提 取纯化重组蛋白的成本中，设备费用占 7O％，而层析纯化的费用占 3O％。为 了能够降低成本，人们正在研究新的策略试图降低或消除层析在生物医药生产 中的费用。 二、 文章亮点 1. 不空谈技术，而是结合市场的发展来看待植物生物反应器。作者能敏锐地发现 廉价的单克隆抗体的巨大作用，指出了其在人类和牲畜疾病医疗中的巨大作 用。在文章中提到的抗生物蛋白转基因玉米等，表明作者对当下市场现状有清 楚地认知，也对未来的发展方向有明确的把握。 2. 有商业头脑，研究目的明确。作者指出应该让植物代劳药物生产中成本最高的 部分。在生产植物抗体的过程中提纯需要的费用十分高昂，但是使其表达在小 麦种子中表达就无需纯化，可以直接口服。 3. 对植物反应器和植物蛋白的发展有着自己的思考。能够在多种解决方案中选择 口服疫苗，清晰的分析了其市场前景，可行性和优缺点。并且就目前市场的问 题，提出了自己的两种新策略。 4. 数据详实，考虑周全。这篇文章的一大特点是提供了大量十分精确的数据，从 生产的成本到诸多实验数据，使文章更具有说服力。另一方面，作者看待问题
客观全面，分析问题时力求面面俱到，优点和缺陷都能考虑到，使文章十分条 理客观。 三、读后感 我是生物医学工程学院大一的学生，对生物与科学的兴趣使我选择了这个 专业，可能现在的我没有太多专业知识的储备，但是这篇文章启发了我对植物 制药的思考。 关于转基因问题的讨论经久不衰，但是不能否认，利用植物生产药物可能 是医疗发展的一个重要契机。从文章中我得知，现在已经在利用病毒和细菌制 作口服疫苗了，如食品级的乳酸工程菌本身及其表达产物可直接应用于食品工 业、医药工业和保健业等领域，有着巨大的应用前景和潜在的商业价值。但是 细菌作为生物反应器时，不能对真核生物的蛋白进行有效的翻译后加工，而且 本身可能是人类病原物。动物作为生物反应器时，在细胞培养过程中可能感染 上动物病毒而对人类健康造成潜在危害。而植物作为生物反应器被认为是相对 安全的，因为植物体只表达病原菌的部分免疫蛋白，不含致病微生物或潜在的 致病微生物，对人畜相对安全，大大提高了表达产物的生物安全性。 但是植物生产也存在着自己的问题。虽然植物生产系统上游生产成本比其 它系统低，但如果要对基因表达产物进行提纯，费用是十分昂贵的，因此在进 行上游设计时应尽量考虑下游纯化加工的成本问题。查阅资料后我发现，如果 能够合理选择受体系统，就可以有效的降低成本。将外源基因整合到直接食用 的植物中或者植物的可食器官中也是部分避免表达产物的加工的有效方法。将 重组蛋白定位到可食种子中表达，可以使其稳定存在于胚乳细胞的蛋白颗粒 中，不仅能方便储存运输还能减少下游加工处理与提纯。最后，运用植物细胞 悬浮培养，可使对细胞分泌蛋白的下游加工和提纯过程变得简便且廉价。 转基因植物作为生物反应器的深入研究和开发，必将在传统的工业、农业、 制药业及其他产业引起重大变革。目前，利用植物表达抗体仍存在许多未解决 的的问题，诸如使用含抗生素抗性基因的载体产生的植物抗体可能造成人体抗 生素治疗无效；转基因植物中的新基因可能传递给人畜肠道的正常微生物，引 起菌群和数量的变化：植物抗体蛋白可能成为新的致敏原而危害人畜健康等。 此外，植物抗体的表达水平也还不能满足要求，且由于动植物遗传背景的不同 可能会造成表达出的抗体成分不同。研读这篇文章后我发现，植物生物反应器
客观全面，分析问题时力求面面俱到，优点和缺陷都能考虑到，使文章十分条 理客观。 三、 读后感 我是生物医学工程学院大一的学生，对生物与科学的兴趣使我选择了这个 专业，可能现在的我没有太多专业知识的储备，但是这篇文章启发了我对植物 制药的思考。 关于转基因问题的讨论经久不衰，但是不能否认，利用植物生产药物可能 是医疗发展的一个重要契机。从文章中我得知，现在已经在利用病毒和细菌制 作口服疫苗了，如食品级的乳酸工程菌本身及其表达产物可直接应用于食品工 业、医药工业和保健业等领域, 有着巨大的应用前景和潜在的商业价值。但是 细菌作为生物反应器时,不能对真核生物的蛋白进行有效的翻译后加工，而且 本身可能是人类病原物。动物作为生物反应器时，在细胞培养过程中可能感染 上动物病毒而对人类健康造成潜在危害。而植物作为生物反应器被认为是相对 安全的，因为植物体只表达病原菌的部分免疫蛋白, 不含致病微生物或潜在的 致病微生物，对人畜相对安全, 大大提高了表达产物的生物安全性。 但是植物生产也存在着自己的问题。虽然植物生产系统上游生产成本比其 它系统低，但如果要对基因表达产物进行提纯, 费用是十分昂贵的，因此在进 行上游设计时应尽量考虑下游纯化加工的成本问题。查阅资料后我发现，如果 能够合理选择受体系统，就可以有效的降低成本。将外源基因整合到直接食用 的植物中或者植物的可食器官中也是部分避免表达产物的加工的有效方法。将 重组蛋白定位到可食种子中表达，可以使其稳定存在于胚乳细胞的蛋白颗粒 中，不仅能方便储存运输还能减少下游加工处理与提纯。最后，运用植物细胞 悬浮培养，可使对细胞分泌蛋白的下游加工和提纯过程变得简便且廉价。 转基因植物作为生物反应器的深入研究和开发，必将在传统的工业、农业、 制药业及其他产业引起重大变革。目前，利用植物表达抗体仍存在许多未解决 的的问题，诸如使用含抗生素抗性基因的载体产生的植物抗体可能造成人体抗 生素治疗无效；转基因植物中的新基因可能传递给人畜肠道的正常微生物，引 起菌群和数量的变化；植物抗体蛋白可能成为新的致敏原而危害人畜健康等。 此外，植物抗体的表达水平也还不能满足要求，且由于动植物遗传背景的不同 可能会造成表达出的抗体成分不同。研读这篇文章后我发现，植物生物反应器
这一领域可以说还刚刚起步，仍然有无限可能等待我们去探索，也有无数困难 让我们去挑战。这更加坚定了我在本专业前进的步伐，我希望有一天，我能用 自己的知识，为医疗行业的发展尽自己的力量！ 参考文献： [1]陈瑛瑛，吴兴安.植物抗体及其应用[J刀].免疫学杂志，2005,21(606)：99-102 [2]杜小春，何正权，陈磊，等.植物生物反应器表达药用蛋白研究新进展[J].中国生 物工程杂志，2008,28(9)：135-143. [3]朱国萍，徐冲.植物生物反应器生产绿色疫苗研究进展[J].中国生物工程杂志， 2002,22(2):70-73. [4]侯慧丽，王庆丰，罗浑金，等.乳酸菌用作口服疫苗传递载体的研究[J刀.生物技术 通报，2007,2007(3)：72-74. [5]耿德贵，王义琴，李文彬，等.利用转基因植物生产口服疫苗的研究现状[J].生物 技术，2001,11(6)：33-36
这一领域可以说还刚刚起步，仍然有无限可能等待我们去探索，也有无数困难 让我们去挑战。这更加坚定了我在本专业前进的步伐，我希望有一天，我能用 自己的知识，为医疗行业的发展尽自己的力量！ 参考文献： [1]陈瑛瑛, 吴兴安. 植物抗体及其应用[J]. 免疫学杂志, 2005, 21(b06):99-102. [2]杜小春, 何正权, 陈磊,等. 植物生物反应器表达药用蛋白研究新进展[J]. 中国生 物工 程杂志, 2008, 28(9):135-143. [3]朱国萍, 徐冲. 植物生物反应器生产绿色疫苗研究进展[J]. 中国生物工程杂志, 2002,22(2):70-73. [4]侯慧丽, 王庆丰, 罗浑金,等. 乳酸菌用作口服疫苗传递载体的研究[J]. 生物技术 通报, 2007, 2007(3):72-74. [5]耿德贵, 王义琴, 李文彬,等. 利用转基因植物生产口服疫苗的研究现状[J]. 生物 技术, 2001, 11(6):33-36
