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五、植物表達系統

在現存的各種重組蛋白質表達系統中,植物表達是最經濟的一種表達系統。植物表達系統具有能夠表達高生物活性的目的蛋白;生產成本低;能夠將產品攜帶人類病原物的風險降至最低;最有可能通過大規模生產滿足全球對各種重組蛋白的需求等突出優勢,使其正在成為多數研究者看好的外源蛋白表達系統。自1990年第一個基于植物系統的藥用蛋白——人血白蛋白在煙草中成功表達的研究報道以來,植物轉基因技術的應用范圍迅速拓展到工業用酶、血液組分、細胞因子、生長因子、激素、治療性藥物如抗體及人和動物疫苗等蛋白的表達研究,分子農業、植物生物反應器等新概念也應運而生。

(一)優點

與微生物和動物生物反應器相比存在很多優點:①生產成本較低,易于大規模工業生產。植物能進行光合作用,僅需要來自土壤的礦物質和水分便可在適宜的條件下獲得大量人們所需的轉基因產物。②植物細胞具有全能性,易于獲得再生植株,遺傳操作相對簡單,培養周期較短。③轉基因植物通過自交得到的后代遺傳性狀穩定,從而可以在植物體內積累多基因。④產物貯藏在種子、果實和塊莖中便于貯運,其中那些能直接食用的植物疫苗不需特殊貯存條件。⑤無毒副作用,安全性好。細菌作為生物反應器時,不能對真核生物的蛋白進行有效的翻譯后加工,而且本身可能是人類病原物。動物作為生物反應器時,在細胞培養過程中可能感染上動物病毒而對人類健康造成潛在危害。而植物作為生物反應器被認為是相對安全的,因為植物體只表達病原菌的部分免疫蛋白,不含致病微生物或潛在的致病微生物,對人畜安全,大大提高了表達產物的生物安全性。⑥植物中的蛋白加工途徑相對保守,表達產物能進行正確的糖基化、磷酸化、酰胺化及翻譯后加工過程,因此表達產物具有與高等動物細胞一樣的免疫原性和生物活性。

(二)不足

植物表達系統在生產成本上遠遠低于哺乳動物細胞系乃至大腸埃希菌或酵母系統。而表達效率偏低,則是現階段限制該系統大規模應用的瓶頸環節。蛋白質的穩定性是影響植物外源表達量的另一個重要因素。表達的外源蛋白質在植物細胞質的環境中易受蛋白酶攻擊,不穩定,易降解。植物生產的重組藥物蛋白質最后都需要提取純化,但是植物富含色素及各種碳水化合物,使目的蛋白質容易降解,導致分離純化困難。

(楊晶)

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