07转基因动植物制药

07转基因动植物制药S1转基因动物制药S2转基因植物制药S1转基因动物制药乳腺生物反应器的应用乳腺生物反应器的优点其他动物生物反应器乳腺生物反应器的应用医药产业经历了三个不同的历史阶段：天然药物化学合成药物基因工程药物基因工程制药也经历了三个阶段：发酵工程细胞工程转基因动物大肠杆菌酵母等微生物把人或哺乳动物的基因直接导入哺乳动物的细胞利用转基因动物制药乳腺生物反应器的应用1980年，Gordon用DNA显微注射法获得了转基因小鼠1982年，Palmiter获得“超级”小鼠1985年，转基因兔、绵羊、猪1986年，转基因牛乳腺生物反应器的应用1987年，第一个动物乳腺生物反应器模型：Gorden等利用组织纤溶酶原激活剂（tPA）与小鼠乳清酸蛋白（WAP）启动子重组基因，在转基因小鼠乳汁中表达了tPA。动物乳腺生物反应器（mammaryglandbioreactor）是指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，并能从转基因动物乳汁中获取重组蛋白的一种生物反应器。乳腺生物反应器的应用1991年，英国爱丁堡制药公司，转基因绵羊：羊乳中含有1-抗胰蛋白酶（1-AT），含量高达16g/L，估计泌乳期的每只羊可产70g，价值达70万美元FDA已批准应用基因技术公司（AGTC）α1－AT进入II期临床实验乳腺生物反应器的应用1-AT缺乏症：新生儿肝炎、肝硬化、肝癌、肺气肿弹性蛋白酶破坏肝细胞细菌蛋白酶破坏肺组织α1-AT基因位于第14号染色体。α1-AT是肝脏产生的一种糖蛋白，广泛分布于唾液、十二指肠液、呼吸道分泌物、泪液、鼻腔分泌物和脑脊液，是人体内血清蛋白酶的主要抑制物。乳腺生物反应器的应用目前，国际上已有30多家公司正在开发乳腺生物反应器。乳腺生物反应器的应用2006年：世界上第一个利用转基因动物（山羊）乳腺生物反应器生产的基因工程药物重组人抗凝血酶Ⅲ（商品名：ATryn）上市〔美国Genzyme公司旗下的GTCBiotherapeutics公司〕重组人抗凝血酶Ⅲ：可抑制血液中凝血酶活性，用于预防和治疗血栓血塞形成，对治疗抗凝血酶缺失症具有显著效果。全球每年的潜在市场约为1.5亿美元。乳腺生物反应器的应用其他应用：利用转基因绵羊、牛和兔乳腺生物反应器生产的人α-抗胰蛋白酶（抗蛋白酶缺乏性肺气肿）人组织纤维蛋白溶酶原激活剂（tPA,抗栓药）人C1抑制剂（治疗血管神经性水肿）等这些重组蛋白药物也已经完成或进入临床Ⅲ期试验。另外还有10多种重组蛋白药物处于临床研究，上百种重组蛋白处于研发阶段。乳腺生物反应器的应用据美国权威机构预测，到2010年，转基因动物生产的重组蛋白产品销售额将达到350亿美元，生产的药物将占整个基因工程药物种类的90%以上。乳腺生物反应器的优点1、产量高，成本低蛋白血浆内水平（g/L）重组蛋白水平（g/L）动物种属1-抗胰蛋白酶1.4~3.2小鼠10.0山羊7.0血红蛋白——猪32.0长效t-PA——山羊3.0抗凝血酶III0.17~0.39绵羊16.0小鼠10.0哺乳动物细胞培养：重组蛋白表达量为0.1～1g/L乳腺组织是一种高效的产奶器官：奶牛：8000～10000L/头·年，绵羊和山羊：800～1000L/头·年1、产量高，成本低以最低表达量1g/L的重组蛋白计算：奶牛：8～10kg/头·年绵羊和山羊：0.8～1kg/头·年一头奶牛重组蛋白年产量相当于1000L发酵罐乳腺生物反应器的优点以防治A型血友病的凝血因子Ⅷ为例：美国目前的需求总量是120g血浆提取：需120万升血浆，1200万人次捐血转基因动物：只需1.2头转基因牛1、产量高，成本低乳腺生物反应器的优点生产1g重组蛋白的成本：乳腺生物反应器：0.02-0.50美元哺乳动物细胞：800-5000美元2、周期短一种新药从研制开发、通过药审直到上市，约需10-15年的周期，用转基因动物生产药物，周期可缩短5年。3、产品的质量好，高活性生产的重组蛋白药物生理活性好，与人同源性高，非常接近天然产品。乳腺生物反应器的优点3、设备简单，不耗能，无污染该技术基本上为一畜牧业过程，虽饲养环境要求特别洁净，但仍是给牛羊草料，由牛羊奶中提取药品，因此蛋白生产过程不需昂贵设备，不消耗能源，不会产生工业废料，也不会对环境产生污染，因此动物乳腺生物反应器制药技术是一种可持续发展的新型生物制药技术。乳腺生物反应器的优点PharmingFarming其他动物生物反应器动物乳腺生物反应器动物血液生物反应器动物膀胱生物反应器精液、蛋清、蚕茧动物生物反应器的主要类型动物血液生物反应器血液中表达，大型家畜血液丰富，屠宰即可收获产物产物进入血液循环：有些物质会影响动物健康（如激素、细胞分裂素、血纤维溶酶因子等）外源蛋白与内源蛋白难分离可生产人血红蛋白、抗体、生长激素及非活性状态的融合蛋白动物膀胱生物反应器报道较少，生产人生长激素取得初步成果优点：1、从尿液中收集产物对动物无伤害2、分离纯化经济有效，不需除脂肪等3、生产周期短，不管是雌、雄动物从出生开始就可获得表达产物精液系统有些动物精液很丰富并易于收集，如猪精液系统研究例子：小鼠的P12基因启动区可特异地驱动在雄性小鼠的附性腺表达，已用来表达人生长激素。该激素在转基因小鼠精液中高达0.5mg/ml精液系统与尿液一样，具有特异性的优点，但复杂的蛋白质在此两种系统中成熟与分泌的情况如何，目前尚不太清楚蛋清系统蛋清含量丰富，所含蛋白质的量高，且分泌到体外，有望成为重组蛋白质的优良生产系统最近已得到在蛋清中生成外源蛋白质的转基因鸡，但在总体上，禽类的转基因技术还不成熟蚕茧系统蚕茧含有大量的蚕丝蛋白质，也具有乳汁和蛋清所具有的某些性质往卵中注射线性质粒，或利用多角体病毒载体都可以成功地实现转基因蚕易于大量繁殖，也有望开发成生物反应器外源蛋白的成熟有待评估S2转基因植物制药植物细胞工程是指定向改造植物细胞遗传性，利用植物细胞生产有用物质的技术。目前应用最广的有三方面内容：1、植物的无性快速繁殖及育种2、细胞大量培养及生产药用成分（次生代谢物生产）3、转基因植物：疫苗、抗体等植物基因工程疫苗植物基因工程疫苗植物基因工程抗体植物基因工程抗体植物基因工程抗体其他重组蛋白药物其他重组蛋白药物S2转基因植物制药植物基因工程疫苗的可行性研究植物基因工程疫苗的基本原理植物表达系统的选择植物表达系统的生产方式植物基因工程疫苗的优势存在问题及今后研究重点可行性研究1、Curtiss&Cardineau（1990）发表了第一篇关于转基因植物疫苗的文献2、Mason（1992）等报道了乙肝表面抗原在植物中的表达，提出了利用植物作为生物反应器生产疫苗的概念3、Arntzen（1992）：在植物中表达的乙肝抗原能保持蛋白质折叠的特性，保留了激发Ｂ细胞和Ｔ细胞免疫反应的抗原决定簇4、Modelska（1998）&Brennan（1999）：植物基因工程疫苗以粘膜组织给药的方式可引起粘膜和系统免疫应答基本原理1、将病毒或病原体的抗原基因在植物中进行高效表达2、抗原蛋白仍保留自然状态的免疫原性，当将它产生的抗原作为食物时，可刺激体液和粘膜免疫应答，可安全通过动物消化道而不会被蛋白酶降解，成为粘膜性抗原只需口服少量表面抗原蛋白就可产生良好的免疫应答反应植物表达系统的选择要根据不同的需要和转化的难易程度，选择不同的表达系统1、烟草：作为模式植物易操作，易种植并大量供应，叶组织在5-6ｗ内即可用于分析；但是叶组织中含有有毒物质，不能用于饲喂研究2、马铃薯：容易转化，有些块茎特异性表达启动子，8-10ｗ内即可用于分析；但它蛋白含量低植物表达系统的选择3、豆类或谷类作物：种植广泛、产量高、种子中重组蛋白表达含量较高，种子易于储存，适合于饲喂动物用于免疫，用于动物疫苗较为理想4、番茄、黄瓜等蔬菜类：可生食，生产人类疫苗5、香蕉：老少皆宜，用于人类疫苗理想的植物，但转化效率不高，需大量口服才能达到较好免疫效果6、玉米：主要的饲料原料，不需经提取，使用方便，在饲喂动物的同时就可预防疾病的发生，成本低于其他疫苗植物表达系统的生产方式稳定表达——外源抗原基因直接转染植物基因组瞬时表达——植物病毒载体瞬时表达外源抗原基因稳定表达启动子：主要采用CaMV35S组成型表达启动子，但其表达水平较低应用：乙肝表面抗原（HBsAg）、链球菌变异株spaＡ蛋白、大肠杆菌热不稳定肠毒素Ｂ亚单位和霍乱毒素Ｂ亚单位等优点：可通过杂交生产多价疫苗瞬时表达利用植物病毒作为载体，将目的基因插入到病毒基因组中，然后将重组病毒接种到植物叶片上，这样，随着病毒的复制，外源基因被高效的表达出来。1、将抗原基因置于病毒基因组启动子控制之下2、将抗原基因与病毒外壳蛋白融合在一起瞬时表达载体：椰菜花叶病毒（CaMV）、烟草花叶病毒（TMV）和豇豆花叶病毒（CMPV）马铃薯X病毒（PVX）特点：表达产量比较高，在接种后1-2ｗ内外源基因就可达到最大量的积累。瞬时表达植物病毒作为瞬时表达的载体的优点：1、病毒增殖速度快，外源基因在较短的时间内，通常在接种后1-2周以内就可达到最大量的积累2、病毒增殖水平较高，可使伴随的外源基因有高水平表达瞬时表达植物病毒作为瞬时表达的载体的优点：3、植物病毒的基因组很小，易于进行遗传操作，而大多数植物病毒可以通过机械接种感染植物，这样适于大规模的商业操作4、植物病毒可以侵染单子叶等非农杆菌的寄主植物，扩大了转基因的适用范围植物基因工程疫苗的优势1、易于遗传操作2、生产成本低具有全能性，能再生植株，一旦稳定整合便可长期使用自养型，不需要复杂的设施和设备，只要有土地，就可以大规模生产3、容易获得多价疫苗4、能准确地进行翻译后加工植物基因工程疫苗的优势5、安全，无病原污染：植物病毒不会感染人类6、有利于保存和运输：重组基因工程疫苗可长期稳定地储存于植物器官或组织7、使用方便：通过直接食用达到免疫，产生较强的体液免疫和粘膜免疫8、有利于疫苗的普及推广：更安全、有效、廉价、方便存在的问题及研究重点1、提高表达量：在现有的研究中，外源基因所表达的重组蛋白大约只占植物中可溶性蛋白的0.01-0.37%如何提高表达量？选择适当的启动子、增强子和前导序列优化密码子去除mRNA不稳定序列选用除烟草以外的其他的植物非整合依赖性表达通过修饰外源蛋白基因将其定靶于细胞的不同空间（如叶绿体、液胞或内质网）协同表达二硫键异构酶或伴侣蛋白，促进蛋白质正确折叠存在的问题及研究重点2、最大限度发挥激活免疫系统的能力添加佐剂靶向免疫系统3、提高产物的分离纯化效率增强器官或组织特异性表达，提高表达量与种子油质蛋白的融合表达