一、烟草
迄今为止,烟草是转基因植物研究使用最多的一个表达宿主植物,很多情况下,细胞核转基因烟草被用于重组蛋白的生产,重组蛋白通常从叶片组织中报取,如果将蛋白质定位于烟草的分泌通路.就可以使得这些蛋白质从根和叶片分泌出来,无需收制,便于纯化,这一技术正被用于生产人分值型碱性磷酸酶.其他诸如抗体之类的非常大的分子都可以从根部分泌出来。由于植物是可以在水培系统正常生长几个月的,因此从植物培养基中纯化目的蛋白要比从叶片中抽提纯化蛋白要方便得多。所以根分泌方法比较适合抗体的生产。
重组蛋白也可以用植物细胞培养进行生产,只需要进行细微的技术调整,烟草悬浮细胞可以在类似微生物发酵罐中培养,这一技术对于需要消毒等生产条件严格的重组蛋白表达非常有用,而且重组蛋白下游的纯化相对比较直接。对于那些可以分泌的重组蛋白纯化工作会变得非常容易,但是当蛋白质分子质量大于20~ 30kD的时候会居留在植物细胞内,这种情况下,可以采用机械或者酶降解的方法把目的蛋白释放出来,而后再进行纯化工作。另外烟草叶绿体转基因研究也取得了可喜的进展。
二、谷类和豆类作物
采用烟草表达重组蛋白其中一个缺点是,目的蛋白不稳定,容易降解。这意味着烟草叶片必须在收获之后运输之前冷冻或者干燥处理,或者直接在农场进行加工。如果重组蛋白表达于种子中,那么将很方便长期保存,因为重组蛋白是以一种较为稳定的聚集形式存在于种子中的。种子有着合适的生化环境方便蛋白质的聚集,比如种子可以特化出一些储存部位,比如蛋白体存储液泡。种子的内部环境是十分干燥的,这可以防止蛋白质的降解。
当准备选择一个谷类作物作为表达重组蛋白宿主的时候有很多重要的参数是必须加以考虑的:每公顷产量,单位生物产量中所包含的重组蛋白的重量。还要考虑基因转化是否容易,是否便于规模放大生产。有研究表明水稻中表达单链可变片段抗体的产量最高,小麦最低,而烟草的产量则介于二者之间。
玉米是现在主要的商业化生产重组蛋白的作物。它自身有很多优势::高的生物产量,易于转化和体外操作,容易大规模生产。就选择玉米作为生产重组蛋白的宿主作物,已经用玉米生产的重组蛋白主要有抗生物素蛋白、B-葡(萄) 糖苷酸酶、漆酶、胰岛素和抑肽酶。
紫花苜蓿和大豆可以利用空气中的氮气减少化学制品的添加量,这两种作物都被用于生产抗体。紫花苜蓿一个引人注意的优点是:在该植物中表达的重组蛋白只有一种糖基化形式,而不是其他植物表达系统所出现的各种不同糖基化形式的集合。豆类作物如豌豆是一类很有效的重组蛋白表达宿主,主要是因为种子中具有极高的蛋白质含量。
三、水果和蔬菜
水果和蔬菜作为表达宿主有着突出的优势,马铃薯被广泛用作生产疫苗、人奶蛋白以及诊断用的抗体融合蛋白,而且部分疫苗已经进人临床实验阶段,如下表。 最近的研究证明马铃薯还可以作为一个大批量生产抗体的一个蔬菜宿主, 其优点是表达产物可以储藏在块茎中,便于储藏和运输,并且马铃薯的生物产量也很高。但马铃薯作为植物生物反应器的缺点是不便于生食,煮熟后则发生蛋白质变性。番茄最初被用来生产植物来源的狂犬病疫苗。它比马铃薯要更适口,而且番茄的生物产量极高每公顷6000kg,而且如果采用温室裁培产量会更高。莴笋也被研究用于生产可食性疫苗,其中一个用于抵抗HBV感染的疫苗已经进人临床实验阶段。香蕉也是一个很好的重组疫苗的表达水果,它有一个很重要的优势是,它所生长的国家和地区恰恰是各种疫苗需求量最大的地方。
不同的植物表达宿主之间的比较 | ||
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不同的表达宿主 | 优点 | 缺点 |
烟草 | 基因转化和表达技术成熟,高的生物产量,易于快速规模化生产 | 含有毒性生物碱(培育低生物碱含量的烟草品种),所表达的蛋白质不够稳定 |
谷类豆科作物 | 重组蛋白表达在种子中性质稳定,易于保存,种子中不含有酚类物质方便了下游的纯化 | 表达重组蛋白的种子有可能污染用于食用的植物种子 |
果实及蔬菜 | 不经加工或者经过部分加工即可服用, 适合表达食品添加剂疫苗亚单位以及用于局部被动免疫治疗的抗体 |
不便于存放和运输 |
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