《动物乳腺生物反应器的研究概况.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动物乳腺生物反应器的研究概况.docx（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、动物乳腺生物反响器的争论概况摘 要：转基因动物乳腺生物反响器是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，并从转基因动物乳汁中猎取重组蛋白。近年来，生物学和分子生物学争论领域的成就促进了该技术的蓬勃进展。本文简要概述了转基因动物乳腺生物反响器的根本概念、原理、特点及应用，并重点阐述了其争论现状及前景，从而探讨其存在的问题。关键词：转基因动物；乳腺生物反响器；进展Abstract：Mammary gland bioreactor of transgenic animals is a useful biological technology, which expresses f
2、oreign genes under the direction of special promoters of the mammary gland as regulating components in the mammary gland and produces functional pharmaceutical proteins in milkIn recent years，achievements of biology and molecular biology accelerate the development of this technology. This paper brie
3、fly reviews the basic concepts, principle, chara- cteristics and applications of the mammary gland bior- eactor of transgenic animals，especially summarizing its current research status and bright future ， meanwhile discusses the problems existedKey words: transgenic animals；mammary gland bioreactor；
4、- 10 -progress前言 21世纪是生命科学突飞猛进的时代，生命科学在人类生活中占有极为重要的位置。一是生命科学的进展促进了其他学科的进展；二是生命科学进展带动的产业将推动世纪经济的进展。医学和药学是人类安康的有力保障，农牧生物学可以极大提高农业和畜牧业产品的数量和质量，为人类供给丰富的衣食之源。而转基因动物技术可以加快家畜品种的改进速度，提高肉、奶、蛋的产量和品质，又可生产贵重的药用蛋白，为大量患者造福。而转基因动物最迷人的前景是作为生物反响器，利用它生产人类所需要的生物活性产品或药物，其常用方法是把目的基因在血液循环系统、唾液腺或乳腺等器官或组织中表达，从而获得人类所需要的目的产物
5、。依据目的蛋白表达部位的不同可分为乳腺生物反响器、血液生物反响器、卵生物反响器、尿生物反响器、精囊腺生物反响器、唾液腺生物反响器等。其中，动物乳腺生物反响器是目前应用最为广泛的一类生物反响器，它是一种利用动物转基因技术在乳腺细胞中表达多肽药物、工业酶、疫苗和抗体等蛋白的技术。通过基因工程的方法改造乳腺的功能有利于我们进一步争论乳腺癌的机制，提高乳汁的养分成分，甚至可以合成药物。该技术具有低投入高产出的特点，其效率是利用以大肠杆菌和动物细胞培育技术的100倍，是一种格外有潜力的高技术。1 乳腺生物反响器的原理乳腺生物反响器(mammary gland bioreactor)技术是指利用乳腺特异表
6、达的乳蛋白基因的调控序列构建表达载体制作转基因动物，指导外源基因在动物乳腺中特异性、高效率地表达，以期从转基因动物乳汁中源源不断地获得外源活性蛋白。乳腺生物反响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。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整序列的掌握之下，使其在乳腺中表达，然后再通过回收奶获得具有生物活性的目的蛋白。2 乳腺生物反响器的特点2.1 用动物乳房生产外源蛋白质，产量很高。目前在初已经到达70gL，在常到达
7、35gL。2.2 动物乳腺细胞可以使任何基因正确表达，并正确进展后加工。因此，动物乳腺细胞所生产出来的蛋白质与自然产品在构造上没有区分，活性也没有区分。此外，乳房是一个相对独立的系统，血液中的蛋白质有时可以进入奶中，但奶中的蛋白质永久不会进入血液。因此，在乳房中生产的任何蛋白质，即使是生理功能很强的激素类蛋白质，也不会影响动物本身的安康。2.3 的蛋白质种类较少。因此，提纯重组基因在奶中表达的目标蛋白，相对要简洁一些。2.4 用乳房生产同类产品是一个农业过程，假设不考虑产品提纯，则不需要简单设备，也不需要素养很高的操作人员。牛、羊吃的是草料，生产的是奶和奶中的贵重蛋白，其生产本钱之低没有其他系
8、统可以相比。2.5 用乳房生物反响器生产产品可以对市场做出敏捷反响。由于牛、羊体内重组的外源基因是可以遗传给后代的，因此在市场对产品需求旺盛时可扩大畜群；市场缩小时可以削减畜群头数；需要等待市场时可以用保存或胚胎的方法保种，使所受经济损失不大。2.6 乳房生物反响器系统除了可以用来生产药物外，也可以用来生产食品和保健品，其他系统则不行。2.7 对转基因动物影响小。乳腺生物反响器的目的基因在乳腺中特异的表达，由于乳汁不进人体内循环，故表达的外源蛋白不会影响转基因动物本身的生理代谢过程，对动物内部组织器官影响不大，对动物生活力、生殖力影响较小。2.8 研发周期短：目前一种药从研发到上市约需要152
9、0年， 假设技术成熟后利用动物乳腺来生产，仅需五年左右，如以转基因动物研制的周期来计算，转基因羊从显微注射到秘乳的周期是18个月，即18个月就可以进入生产阶段。3 腺生物反响器的争论3.1 国外争论1980年，Gordon等承受原核期受精卵显微注射法首次成功地将疮疹病毒和SV40的DNA片段导入小鼠基因组，他们将这种转化小鼠称为转基因小鼠(transgenic mice)。1982年，Palmiter等构建了用金属硫蛋白启动子驱动大鼠生长激素 (GH)基因表达的载体，通过显微注射将此基因构件导入小鼠受精卵，获得的转基因小鼠的体重较正常小鼠几乎大一倍。这一争论成果至少具有两个方面的重要意义，一是
10、形成了一套集分子、细胞和整体动物争论于一体的全的综合争论体系。二是证明与适当启动子融合的目的基因可以在宿主体内进展有效表达，找到了一条可以依据人们意愿定向改造动物遗传性状的有效途径。随着转基因小鼠争论的成功和相关技术的不断完善，争论者开头探究利用此项技术制备其它转基因动物的可能性，并相继获得了转基因家兔、山羊、绵羊、猪、牛以及家禽等。20年来，由于受到潜在的商业利润的驱动，争论的重点己经由原先根本理论和技术的探究转向转基因动物实际应用争论，目前已有数十种外源基因在上述动物中获得表达，以转基因动物作为生产活性蛋白的动物生物反响器已经从设想变为现实，并显示出巨大的经济潜力。在转基因动物生物反响器争
11、论中，争论进展最快、开发前景最好的是乳腺生物反响器。动物乳腺生物反响器是指利用转基因动物的乳腺作为生产生物活性蛋白的工厂，其根本思路是选择适宜的动物乳蛋白基因表达调控序列构建乳腺特异表达载体，通过显微注射等基因导入技术将含目的基因的重组载体转移到原核 期受精卵中，将此重组胚移植到同步发情的受体动物后可以筛选出乳腺中特异表达目的基因的转基因后代。自20世纪80年月末提出动物乳腺生物反响器的设想以来，国外在动物乳腺生物反响器争论方面已经取得了突破性进展。1987 年，Gordon等首次报道在小鼠的乳腺中表达了人的组织纤溶酶原激活剂(tPA)基因。在随后的几年中，间续又有数种具有商业开发前景的转基因
12、动物乳腺生物反响器的报道。1991年，Wright G 等育成乳腺特异表达人抗胰蛋白酶转基因绵羊，表达水平高 35gL，在世界范围内引起了极大的轰动。同年， Brem等报道乳腺表达牛凝乳酶的转基因兔，表达水平到达1-10gL。在1992年， Velande等报道了乳腺表达人C蛋白的转基因猪，表达水平到达1gL以上。目前，从转基因动物乳汁中提取的抗人胰蛋白酶、抗凝血酶和人C蛋白等基因工程产品已进入临床试验阶段，并已初步形成以转基因动物乳腺为主要生产手段的医药产业。3.2 国内争论我国的转基因动物乳腺生物反响器争论的起步也较早。 20 世纪80年月初，我国资深科学家施履吉院士即提出利用动物乳腺作为
13、生产重组蛋白的生物反响器的设想，并在“七五”打算期间开展“动物个体表达系统”争论，于1988年在国内领先获得转基因免。随后，国内不少单位相继开展与动物乳腺生物反响器相关的探究和争论，目前已获得表达20余种外源基因的转基因小鼠、兔、绵羊和山羊，但表达水平普遍不高，在相关产品的商业开发方面与国外的差距较大。其主要缘由是经费投入力度小、急功近利思想严峻、组织联合攻关不够，以致难以开展系统连续的争论， 难以形成通力协作的科研团队和争论基地，仅能依靠有限的经费进展孤立、断续、重复的争论。1996年国家加大动物乳腺生物反响器争论投资的力度，并将其列入国家“九五”攻关打算和“863”争论打算，强化了组织治理
14、。通过近年来的努力，我国乳腺生物反响器的争论和开发工作进入了一个的快速进展时 期。4 生物反响器的应用目前全世界从事乳腺生物反响器商业开发的公司已有30多家，表达水平到达可以进展商业生产的药物蛋白40余种，其中正在临床试验的蛋白有1O余种，如人hF 、人组织型纤溶酶原激活因子(htPA)等，有些已进入了3期临床阶段。由此可见。乳腺生物反响器的应用前景是格外广泛的，主要可概括为以下几个方面：4.1 药物：例如胰岛素、干扰素、促红细胞生成素等。据美国生物工程杂志报道，在美国待批的多肽类药物已达100多种，今后每年还会增加40多种。多肽类药物已形成了相当大的市场。4.2 工程疫苗：由于受基因工程载体
15、的容量限制，目前所生产的基因工程疫苗都是以一小段病毒外壳蛋白或细菌膜蛋白作为抗 原，其免疫性不如灭活的全病毒或细菌。假设使用乳房生物反响器，就可以生产病毒的完整外壳蛋白，或细菌的免疫打算蛋白质， 其效果就会与常规疫苗一样。4.3 生产抗体：前市场上销售的抗体，因产量很小，本钱高，只能用于诊断。其实，假设能够大量生产抗体，很多疾病就可以用抗体治疗。用抗体治疗疾病可以真正做到对症下药，而不必担忧造成体内微生物失衡或因大量使用抗生素而产生副作用。4.4 生产酶制剂：酶制剂分为两大类，第一类是用量很大的工业用酶。工业用酶生产特点是需求量大且纯度要求不高，很适合使用乳牛生产。另一类酶是生命科学争论中使用
16、的工具酶。假设用乳房生物反响器生产，1头年产1000 kg奶的乳用山羊，可以生产足够全国使用的某一种工具酶。4.5 生产养分品：首先可以生产的一个产品是无乳糖奶，其次是在牛奶中增加人的转铁蛋白。争论证明，转铁蛋白有良好的养分保健功能，它能够抑制大局部有害的肠胃细菌，但对有益细菌如双歧杆菌起促进作用。第三个开发内容是生产人牛混合奶。人奶对人是最正确的养分品，分别出人奶蛋白基因并把它转移到奶牛中，牛奶中就会有3050人奶的组分。5 生物反响器存在的问题尽管转基因动物乳腺生物反响器给人们展现了奇特的前景， 但要广泛应用于生产，还存在很多理论性和技术性上的问题。5.1 外源基因在动物体内的位点整合问题
17、：由于目前人们尚未完全把握关于乳蛋白基因表达调控规律， 目的基因的整合位点以及整合的具体机理，因此，对于导入基因在动物体内的整合位点不能适宜选择，无法消退基因表达的位置效应，故常常消灭遗传性状不稳定、病理缺陷等问题，如生殖力下降，甚至不育，畸形、隐性致死突变，胚胎早期死亡，生理功能紊乱等。5.2 乳蛋白基因表达组织特异性问题：家畜乳腺对外源基因的表达具有乳腺特异性，乳腺特异性表达载体一般是选择乳蛋白的基因表达调控元件，但同样的基因调控元件在不同的种系中差异很大。这可能与外源基因的类型，宿主的遗传背景以及各种启动子调控因子结合位点的突变等有关。5.3 目的蛋白的翻译后修饰问题：转基因动物能够对外
18、源蛋白进展翻译后修饰，但用于制备动物乳腺生物反响器的大牲畜到底是自然界长期进化的结果，机体的保护系统会对一切外源性物质产生排斥作用。如可能消灭蛋白水解过程，羧基化不充分，糖基化形式与人类不同等等。5.4 转基因表达产物的分别和纯化问题：表达的产物往往纯化的含量低，且要去除全部可能引起人类变态反响的蛋白质，否则，产品就会与人体产生的蛋白构造、功能和理化性质存在差异，产生免疫反响。5.5 转基因的技术与方法问题：显微注射是目前试验室生产转基因动物最常用的一种方法。但在反刍动物上成功率一般比较低，只有4%左右，且操作简单， 很难在短时间内生产出大量转基因动物。其它方法如脂质体转染电转化，精子载体法尚
19、处于探究阶段。要想进展大规模转基因动物试验还需建立一套更有效的转基因方法。5.6 伦理道德问题：此外，目前公众还不能完全承受基因在种间的转移的观念， 很多人拒绝使用或食用转基因产品，加之对转基因动物会给现有物种造成威逼的忧虑都在不同程度上制约转基因技术的进展。据说转基因动物回归自然，对生态平衡将会造成严峻的影响，这已引起科学家们的高度重视。转基因动物的表型可能发生转变，如生理节律性行为，对环境忍受力等，这些表型的转变必定破坏现有的良性生态平衡，所以投入商品生产存在肯定难。6 展望转基因动物乳腺生物反响器经过多年争论，已取得了丰硕成果。虽然目前在根底理论、试验技术以及伦理道德等诸多方面存在很多问
20、题，争论还处在初级阶段，但利用动物乳腺生物反响器生产贵重药物的技术路线是可行的，而且必将成为一项极具进展前景的能够带来巨大经济利益的高科技产业，必将成为世界科技进展的主流。我们有理由信任随着人类基因组草图的绘制，后基因组打算的实施以及ESC技术、核移植技术与转基因技术相结合， 生物反响器技术肯定能取得更好的进展。参考文献：1 B.E. Pearson, T.K. Choi. Expression of the human beta-amyloid precursor protein gene from a yeastartificial mammalian chromosome in tran
21、sgenic miceJ. Proc. Natl. Acad. Sci. USA,1993,90(22):1057810582.2 C.A. Ziomek. Commercialization of proteins produced in the mammary gland J.Theriogenology.1998,39(1):139 144.3 Hennighauesn L. The prospects for domesticating milk protein genes J. J Celulax Biochem,l992,49:325.4 HIRIPI, MAKOVICS F, H
22、ALTER R, et al. Expression of active human blood clotting factor VIII in mammary gland of transgenic rabbitsJ. DAN Cell Boil,2023,22(1):41-45.5 Larrick JW，Thomas DWProducing proteins il1 TransgeneticplantsandanimalsJ.CurrOpin Biotechno12023,12(4):411-4186 M. Khodarovich, N.E. Vorobeva, M.N. Mezina,
23、M.V. Pinyugina. Expression of human Interferon B in mammary glands of transgenic rabbitsJ. Bioorg. Khim,2023, 34:169-176.7 NIEMANN H, HALTER R, CARNWATH J W, et al. Expression of human blood clotting factor VVIII in the mammary gland of transgenic sheepJ. Transgenic Res,1999,8(3):237-247.8 Van Berke
24、l P H, Welling M M, Geerts M. Large scale production of recombinant human lactoferrin in the milk oftransgenic cowsJNat Biotechno1,2023,(20):484 487.9 Y. Fujiwara, M. Miwa, R. Takahashi, M. Hirabayashi. Position-independent and high-level expression of human alpha-lactalbumin in the milk of transgen
25、ic rats carrying a 210-kb YAC DNA. Mol. Reprod. Dev.,1997,47(2):157-163.10 ZHANG Zhong-cheng, et al. The principle and research development of animal mammary gland bioreactorJ. Chin Pastu Mag,2023,36(2).11 邓继先,林福玉. 制备动物乳腺生物反响器的问题和对策J.生物技术通讯,24,14(3):204-207.12 李娜,王钦德. 转基因动物乳腺生物反响器争论概况 J.上海畜牧兽医通讯,202
26、3,(4):12-13.13 李彦明,莫伟强.动翰乳腺生物反响器的争论进展及产业化J.畜牧兽医科技信息，2023:7-8.14 刘玉梅,张自强.动物乳腺生物反响器与生物制药J.生物学通报,2023,44(10):19-20.15 彭礼繁,罗光彬,薛可.动物乳腺生物反响器的争论进展J. 当代畜禽养殖业,2023,9:5-716 潘树峰,关巍,陈利等. 哺乳动物乳腺生物反响器的争论现状J.z中国畜禽种业,2023:67-69.17 徐曼妮,厉曙光,赵建阳.乳腺生物反响器表达载体的检测方法J.生物技术通报,2023,(5):23-26.18 杨慧婷,王洪梅,侯明海等.动物乳腺生物反响器争论进展J.安
27、徽农业科学.2023,39(11):6412-6414.19 杨雪峰,刘玉梅,张文娟.动物乳腺生物反响器在现代生物制药中的应用J.黑龙江畜牧兽医,2023,6:21-22.20 张保军,杨公社,张丽娟. 转基因动物乳腺生物反响器争论进展J.动物医学进展,2023,24(2):7-9.21 张进隆.乳腺生物反响器主要产品争论现状 J.中国牛业科学,2023,36(4):60-62.22 周京明,顾沛沛,奶牛乳腺生物反响器及其产业化前景J. 中国奶牛,2023,6:31-3323 周小慧,胡翔,鲁纪呜.乳腺生物反响器的产业化进展与展望J.激光生物学报,2023,12(1):76-80.24 朱小甫,渠敬峰,吴旭锦等. 转基因动物乳腺生物反响器争论进展J. Journal of Animal Science and Veterinary Medicine, 2023,26:50-52.25 臧莹安,霍军,王喜军等.转基冈动物乳腺生物反响器与生物制药J.家畜生态,2023,24(2):64-66.