生物反应器精要.ppt

生物反应器Bioreactor 霍 博 超 目 录 概念 动物反应器 微生物反应器 植物反应器 家蚕反应器 概 念 生物反应器是利用生物体所具有的生物功能，在体外或体内通过生化反应或生物自身的代谢获得目标产物的装置系统、细胞、组织器官等等。 生物反应器听起来有些陌生，基本原理却相当简单。 生物工程上的生物反应器是在体外模拟生物体的功能，设计出来用于生产或检测各种化学品的反应装置。或者说，生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。  植物 反应器 植物生物反应器是指通过基因工程途径，以常见的农作物作为“化学工厂”，通过大规模种植生产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其它一些次生代谢产物等生物制剂的方法。 1、将乙型肝炎病毒包膜的蛋白基因导入马铃薯和番茄中，获得了高效表达该外源基因的工程植株，小鼠口服接种实验表明该重组抗原蛋白可诱导特异性的保护性抗体产生，已进入临床应用研究的前期准备阶段，相关转基因植物已进入环境释放阶段。 2、建立了农杆菌介导的胡萝卜转化系统，已在烟草和胡萝卜中表达了CTB，霍乱毒素b亚单位（CTB）的表达量达到0.1%。通过在CTB基因前导入烟草病程相关蛋白PR1b的信号肽序列，使CTB在烟草中的合成量提高了20多倍，并通过一步亲和层析法从烟叶中提纯了CTB。 利用大肠杆菌，毕赤酵母等作为生物反应器。 适合表达原核蛋白和一些真核蛋白。 优点就是生长快，周期短，操作简单，转化效率高。 缺点就是对于一些真核蛋白缺乏必要的蛋白修饰加工系统，有可能造成该蛋白不表达或者表达无活性（比如包涵体形式存在）。 动物生物反应器是利用转基因活体动物，高效表达某种外源蛋白的器官或组织，进行工业化生产功能蛋白质的技术。 动物生物反应器的研究开发重点是动物乳腺反应器和动物血液反应器。即，把人体相关基因整合到动物胚胎里，使生出的转基因动物血液中，或长大后产生的奶汁中，含有人类所需要的不同蛋白质。这是当前生物技术的尖端和前沿研究项目。 “家蚕生物反应器”,是指将特定的重组杆状病毒（基因）植入家蚕的蚕蛹体内进行培养,蚕蛹会主动对植入基因进行转录和翻译,自然生成对人类有用的生物活性物质（如生物药品、生物疫苗、保健食品等）, 通过高新技术(如超低温冷冻、低温干燥、高速离心等),将生物活性成分萃取并制成相关剂型，以满足人类疾病的治疗、预防和保健需求。如制成口服药，用于治疗肿瘤病人和艾滋病人放化疗后产生的白细胞减少症和提高免疫力。 家蚕生物反应器的建立原理 基因工程蛋白口服途径的建立 桑蚕生物反应器主要有两种形式 1.转基因桑蚕(transgenic silkworm) 2.杆状病毒表达载体系统(Baculovirus Expression Vector System,BEVS)。 技术 力量 国内现有技术力量包括中科院上海生化与细胞研究所、浙江理工大学、浙江大学、中山大学、中科院武汉病毒所、中国农科院、南京大学、西北农业大学等单位已基本建立工作基础。 中科院上海生化所在昆虫（家蚕）杆状病毒系统和高效表达载体等上游工作具有较强优势。浙江理工大学在家蚕生物反应器生产基因工程口服药物及产业化和家蚕蛋白功能组学研究积累许多工作基础，“家蚕生物反应器生产生物制品的方法”获得了2004年国家技术发明二等奖。 ① 高效表达：多角体基因和p10基因有非常强大的启动子能驱动靶基因的高水平表达，可以达到细胞总蛋白的25%左右，家蚕幼虫体内表达外源基因，表达效率可高于培养细胞10－100倍，每头蚕的表达量可达毫克级。 ② 安全性好：杆状病毒仅是昆虫或节肢动物的病毒，对人畜无毒无害，且重组NPV无多角体蛋白形成，失去了病毒粒子的天然护物－多角体蛋白结晶体，极易在自然环境中失活，因而不会产生对环境及人畜的污染。 ③ 易产业化生产：宿主家蚕是目前唯一可以无菌大规模饲养的经济昆虫，可以低成本地大规模饲养。 ④ 易形成自主产业：美欧国家没有养蚕业，只能培养昆虫的细胞作为宿主，生产成本高，日本有蚕业，但因劳动力成本高昂，已是夕阳产业。作为家蚕起源地中国，有着其它国家所不具备的得天独厚的资源优势，容易形成自主产业。 ⑤ 表达产物稳定：蚕体中有多种天然蛋白质保护剂，对表达产物有保护作用，使基因表达产物十分稳定。 ⑥ 表达产物后加工较完善：杆状病毒属真核表达系统，具有分泌信号、糖基化、磷酸化形成与天然相似的高级结构的功能，产物的天然性好。 生物反应器潜在的社会价值是无可估量的。在未来几年内，将有多种动物乳腺生物反映器