转基因动植物药物的应用及研究进展

转基因动植物药物的应用及研究进展—组员：1113233陈振葆1113235黄志鹏1113236戴宏桥1113202王秋霞转基因技术的基本知识和方法改造作物的性状和改良家畜的品种进行基因治疗生产安全而高效的药物制作一系列的食品和蛋白质制作严重疾病的疫苗改造作物的性状五大隐患毒性问题：对于基因的人工提炼和添加，增加和积聚了食物中原有的微量毒素。过敏反应问题：对于一种食物过敏的人又是会对一种以前他们不过敏的失误产生过敏。营养问题：科学家们认为外来基因会以一种人们当前还不甚了解的方式破坏食物中的营养成分。抵抗作用：外来基因导入植物或细菌中，抗药性基因转入致病菌，人体产生抗药性。环境的威胁：在许多基因改良品种中包含有从杆菌中提取出来的细菌基因，这种基因会产生一种对昆虫和害虫有毒的蛋白质。转基因大豆可以抵抗杀草剂——草甘膦（毒滴混剂）。草甘膦会把普通大豆植株与杂草一起杀死。这种大豆被称为转基因大豆。而这种转基因技术终于走出实验室和试验田，进入像玉米、大豆和棉花作物的日常耕作。当前转基因大豆主要用来提炼大豆油。2005年世界上种植转基因大豆的国家已超过了7个，转基因大豆种植面积所占比例情况如下：美国81%，阿根廷100%，巴西20%，乌拉圭100%，巴拉圭、南非、罗马尼亚、加拿大等国转基因大豆也在发展。当前国际市场上转基因大豆主要有两种，即抗除草剂转基因大豆和抗虫转基因大豆。当前应用面积较大的是抗草甘膦除草剂的转基因大豆。2006年，转基因大豆依然是最主要的转基因作物，占全球转基因作物总种植面积的57%(5860万公顷）。食用后的雄鼠睾丸颜色变深，结构发生改变进行基因治疗临床的基因治疗1．复合免疫缺陷综合征的基因治疗2．黑色素瘤的基因治疗对肿瘤进行基因治疗3．其它遗传病的基因治疗其它遗传病4．反义技术5．药物靶向治疗已批准治疗的病例约120例，其中约110例为肿瘤，遗憾的是，除黑色素瘤有些苗头外，全都未能成功。治疗了10余例单基因病，除ADA缺乏症和乙型血友病有一定疗效外，其余都还在实验阶段。但人们再也不怀疑基因治疗不仅可能办到，而且指日可待。外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗目的。也就是将外源基因通过基因转移技术将其插入病人的适当的受体细胞中，使外源基因制造的产物能治疗某种疾病。从广义说，基因治疗还可包括从DNA水平采取的治疗某些疾病的措施和新技术。转基因疫苗转基因疫苗的优势：1、易于遗传操作2、生产成本低3、容易获得多价疫苗4、能准确地进行翻译后加工5、安全，无病原污染6、有利于保存和运输7、使用方便8、有利于疫苗的普及推广使用DNA重组生物技术，把天然的或人工合成的遗传物质定向插入细菌、酵母菌或哺乳动物细胞中，使之充分表达，经纯化后而制得的疫苗。应用基因工程技术能制出不含感染性物质的亚单位疫苗、稳定的减毒疫苗及能预防多种疾病的多价疫苗。商业化使用的部分基因工程疫苗：乙肝疫苗、丙肝疫苗、百日咳基因工程疫苗、狂犬病基因工程灭活疫苗、肠道病毒71型基因工程疫苗、产肠毒素大肠杆菌基因工程疫苗、轮状病基因工程疫苗、AsiaⅠ型口蹄疫病毒(FMDV)的感染表位重组蛋白疫苗、弓形虫基因工程疫苗、肠出血性大肠杆菌基因工程疫苗等。转基因工程基本概述基因工程（GenetticEngineering）又称分子克隆或重组DNA技术（RecombinantDNATechnology），其涵义为：用酶学方法，将异源基因与载体DNA在体外进行重组，将形成的重组因子转入受体细胞，使异源基因在其中复制表达，从而改造生物特性，大量生产出人类所需产物的新生物技术。转基因通过获取基因、重组基因和表达基因等过程来实现。转基因打破了物种的界限，使不同种的生物的遗传物质在分子水平上重新组合在一起，并且完全可以按照人的意志或目的，实现对生物体的改造。中心法则中心法则(geneticcentraldogma)，是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。调控方法：a.基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体性状b.基因通过指导蛋白质的合成，控制蛋白质结构进而控制生物体的性状工具酶基因工程涉及众多的工具酶可粗略的分为限制酶，连接酶，聚合酶，核酸酶和修饰酶五大类。其中，以限制性核酸内切酶和DNA连接酶在分子克隆中的作用最为突出。要取得所需要的基因DNA与载体DNA连接在一起，必须要限制性内切酶和DNA连接酶。DNA限制性内切酶：生物体内能识别并切割特异的双链DNA序列的一种内切核酸酶。它是可以将外来的DNA切断的酶，即能够限制异源DNA的侵入并使之失去活力，但对自己的DNA却无损害作用，这样可以保护细胞原有的遗传信息。连接酶:它是一种封闭DNA链上缺口酶，借助ATP或NAD水解提供的能量催化DNA链的5'-PO4与另一DNA链的3'-OH生成磷酸二酯键。目的基因转基因通过获取基因、重组基因和表达基因等过程来实现。目的基因克隆的基本步骤•①分离获得目的基因；•②在体外进行DNA重组，将外源DNA连接到能自我复制又带有选择标记的载体上；•③将重组DNA转移入受体细胞；•④筛选出含有目的DNA的受体细胞克隆；转基因动植物药物的应用基因工程药物3个阶段:其一是细菌基因工程，即把目的基因通过适当的改建导入大肠杆菌中，再通过细菌等原核微生物表达的目的蛋白作为药物;其二是细胞基因工程药物，这是把人或哺乳动物的基因直接导入哺乳动物的细胞中，生产有生物活性的产品;其三是利用转基因动物生产低成本、高活性的药物。转基因动物生产药物不仅开辟了制药业的新纪元，而且它也是转基因动物研究最活跃的领域。一、转基因动物转基因动物是把外源基因导入动物的生殖细胞中，并整合该细胞后发育成为个体整合的外源基因，整合的外源基因又能影响其后代遗传的动物。1、转基因动物的制作方法原核注射法外源基因微注射法反转录病毒载体法（这是目前应用较为成功的方法）精子载体法YAC介导法等药用蛋白基因→表达细胞株→细胞核转基因动物生产药用蛋白的基本过程受体动物供体动物→受精卵→无核受精卵→组装的核细胞→多细胞胚胎→假孕动物→动物幼崽→雌性转基因动物→乳汁→药用蛋白2、转基因动物制药的优点设备简单、不耗能、无环镜污染动物乳房生物反应器生产的药物，基本上是一个畜牧业过程。虽然饲养乳腺分泌药品的牛羊需要在特别洁净的环境中，但是原料生产成本几乎可以忽略不计。动物生产奶蛋白并不需要什么珍贵的原料，也不需要什么复杂的设备，不会消耗大量的能源。动物吃的是饲料，生产出的是高营养价值的动物蛋白。品种多、产量高、质量好动物的乳房有强大的生产蛋白的能力。1只绵羊1年可产奶300-500kg,奶中的蛋白质含量约占7%,折合每只绵羊1年可产奶蛋白20-30kg。1只小的家兔，1年可以产奶20kg，奶中蛋白质含量高达10%，1年可产奶蛋白2kg。生产周期短目前一种新药从研制开发、通过新药审批、上市需要15～20年。如果利用转基因动物乳腺生物反应器，新药上市约5年。如以动物生命的周期计算,转基因的羊从显微注射到泌乳的周期是18个月,而转基因牛只需要25～29个月。生产成本低国外的经济学家算过，用其他生产工艺(如哺乳动物细胞培养方法)来生产1g药物蛋白，成本需800～5000美元，而利用转基因动物只需要0.02～0.50美元。3、转基因动物的应用领域生物反应器：药用或食品蛋白的大量生产，即转基因动物制药；疾病的动物模型：用于研究、药物筛选、药物治疗、毒物测试；通过增加或删除基因来研究基因的功能、调控和发育，如癌基因、免疫系统等；异种器官的移植；家畜品种的改良。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。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。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。乳腺生物反应器的应用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乳腺生物反应器的优点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。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二、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、抗体等目的基因分离植物表达载体的构建受体材料的准备遗传转化转化组织组织脱分化转化植株筛选炼苗1、转基因植物方法利用土壤农杆菌介导转化法用重组病毒感染植株基因枪转化法花粉管通道转化法2、转基因植物在医药领域中的应用利用转基因植物生产疫苗用转基因植物生产药用蛋白利用转基因植物生产抗体3、转基因植物基本原理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4、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4、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