农业生物反应器.ppt

农业生物反应器,本章内容,第一节 生物反应器的含义第二节 动物生物反应器第三节 植物生物反应器,第一节 生物反应器的含义,生物反应器指能够生产外源蛋白的转基因生物体。细菌、酵母、植物、昆虫、动物或动物细胞都是很好的生产系统。创制生物反应器的根本目的：获得相应基因产品。,生物反应器评价,各系统都有其特定的优势和劣势。原核生物和植物：基因改造容易、成本低，繁殖速度快。但所生产的蛋白生物活性不完善。昆虫生物反应器：产量往往不高。转基因动物：生产的蛋白具有生物活性，且纯化简单、投资少、成本低，对环境没有污染。但获得较困难。最有前途的生产系统还是转基因动物。,第二节 动物生物反应器,利用转基因动物生产人们所需要的蛋白质产物，这种转基因动物被称为动物生物反应器或者动物个体表达系统。,一、研究意义,基因产品的制备 细菌发酵法（传统法），如人胰岛素、干扰素及生长素等。但某些蛋白质无法生产。动物细胞培养法，规模有限，难批量生产。动物反应器，生产蛋白类活性物质的首选。,二、利用程序,价值基因动物受精卵或早期胚胎转基因动物基因高效表达分离提取目的基因产物。,三、应用类型及前景,1、本体生物反应器2、血液生物反应器 3、乳腺生物反应器4、输卵管生物反应器,1、本体生物反应器,转基因动物身体 外源蛋白。需要杀死动物。转基因蚕和蝇等昆虫，特色的生物反应器。但不适于哺乳类大动物。,2、血液生物反应器,动物血液 外源蛋白。优点：血液可再生；采血较容易；无须杀死动物。肝脏外源蛋白质血液。缺点：采血量受限制；某些外源蛋白质进入血液会影响动物的健康。,应用优势,转基因动物 人血红蛋白 解决血液来源问题；避免血液途径的疾病感染。转人血红蛋白基因猪，成分完全相同。,3、乳腺生物反应器,动物乳汁 外源蛋白，最理想最成功。乳汁产量大；蛋白质含量高；采集方便，易于机械化。乳腺与循环系统相对独立。动物本身不受外源活性蛋白成分的影响。乳汁中蛋白质含量为3035g/L，奶牛年产奶1000L，奶山羊年产奶200L。,乳腺生物反应器的应用,转基因牛或羊，生产昂贵基因药物。荷兰：转乳铁蛋白基因牛，婴儿免疫力。红细胞生成素转基因牛，肿瘤治疗。英国：1-抗胰蛋白酶（ATT）转基因羊，治疗囊性纤维化和肺气肿。美日：凝血酶原转基因牛，临床。,4、输卵管生物反应器,动物蛋清 外源蛋白。利用鸡蛋生产重组蛋白的研究正在开展。鸡的成熟期短，饲养管理简单；250枚/年，成本低廉；蛋清蛋黄分离，提取简单。转禽类白血病病毒的外壳蛋白基因的转基因鸡。,第三节 植物生物反应器,植物具有易于生长；管理粗放；技术要求低的特点。总费用更为低廉。主要目的：生产具有商业价值的蛋白质及具有特殊化学性质的物质。美国，植物基因药物90亿美元/年。,一、生产糖类物质,全世界年需求：蔗糖1108t，淀粉1108t。基因工程植物，提高含糖量和淀粉含量。,1、不含直链淀粉的高淀粉马铃薯,反义RNA技术，转直链淀粉合成酶基因，得到完全不含直链淀粉的马铃薯。烘烤食品。将细菌ADP葡糖焦磷酸化酶基因转入马铃薯，淀粉含量提高60。,2、生产环化糊精的马铃薯,环化糊精糖基转移酶基因转基因马铃薯表达环状糊精比化学合成的成本要低得多,3、生产果糖的烟草和马铃薯,转基因合成新糖类。烟草和马铃薯本身不含果糖，将枯草杆菌果糖转移酶基因转入后，可获得果糖。转基因烟草：果糖占植株干重的38；转基因马铃薯：果糖含量，叶片的13，块茎的17。,4、生产甘露醇的烟草,大肠杆菌的甘露醇-1-磷酸脱氢酶基因，转入烟草，甘露醇含量6mol/g。海藻糖，食品鲜味添加剂。酵母提取，成本每公斤200美元。Mogen公司和Calgene公司正在尝试在转基因植物中生产海藻糖。,二、生产生物降解塑料的原料,转基因植物生产聚羟基丁酯（PHB），以生物降解塑料取代化学塑料，根治“白色污染”。1992，美国，转基因拟南芥，PHB含量1，植株生长受抑制。1994，美国，改良转基因拟南芥，PHB14%，植株正常。目前，英国，转基因油菜 美国，转基因油菜和大豆。,三、生产蛋白质和多肽,利用植物生产各种蛋白质、多肽，可以保证正确的加工和折叠，成本较低，更易被公众所接受。凝血因子水蛭素、外源蛋白、药用多肽（亮氨酸脑啡肽）以及多种抗体（IgG、IgM、IgGIgA）。,植物=制药厂,转基因植物生产药物市场潜能极大：,植物疫苗,利用植物系统生产疫苗，是世界研究热点。全世界每年1.2108个新生婴儿，需注射16种不同疫苗。人们设想：食用转基因植物=注射疫苗。接种方便；节约费用。,1.人类疫苗,利用植物生产动物疫苗是二十世纪九十年代后发展起来的一个新研究领域。1994年美国等人将乙型肝炎病毒表面抗原基因（HBSAY）转移到烟草中，并得到表达。抗原蛋白占烟草可溶性蛋白的001%，将该蛋白提纯后给老鼠注射上，七天后老鼠体内产生了抗体。1995年将不耐热的肠毒素B亚单位（LTB）转移到马铃薯，并得到表达。老鼠吃了转基因马铃薯，七天后产生了相应的抗体。,人类疫苗,目前在植物中已获得满意结果的疫苗有：乙肝病毒疫苗、霍乱弧菌疫苗、肺结核疫苗、产肠毒素大肠杆菌疫苗、呼吸合胞病毒疫苗、狂犬病毒疫苗、涎腺病毒疫苗、轮状病毒疫苗、麻疹病毒疫苗、牙龋疫苗。,人类疫苗,上述抗原基因已转化的植物有：烟草、马铃薯、胡萝卜、番茄、香蕉、莴苣、羽扁豆、菠菜、玉米等。志愿者吃了生土豆片、莴苣、番茄、香蕉等均产生了良好的免疫反应。,目前，番茄、马铃薯、莴苣和烟草等植物已被用来生产疫苗。如：诺沃克病毒疫苗，乙型肝炎的表面抗原（HBsAg）香蕉：最合适。易于转外源基因；产量很高；果实有益健康，易为世人接受。2003年3月，中国农科院生物技术中心，抗乙肝转基因番茄，具有预防乙肝作用，被称为疫苗水果。目前，正处于环境释放阶段。2004年进入市场。,2.动物疫苗,1999年，Wigderovitz等人将动物口蹄疫抗原基因VP1转移到苜蓿，并在苜蓿中得到表达。该基因后又转移到白三叶草。老鼠、兔子、羊、牛等动物吃了转基因牧草后都产生了良好的免疫反应。除此之外，已将猪感性胃肠炎冠形病毒疫苗、兔出血病病毒疫苗、犬细小病毒疫苗等已转移到牧草获得成功。,植物生物反应器前景看好,目前的新领域，吸引众多公司投资。,思考题,名词 生物反应器动物生物反应器的利用程序#动物反应器有哪些类型？#利用动物生产外源物质的价值表现在哪些方面？#植物在生产外源物质中的优势？你对生物反应器的设想如何？,