劉廣華

行業(yè)論壇

動物乳腺生物反應(yīng)器與未來畜牧業(yè)發(fā)展

劉廣華

（山東省菏澤市畜牧工作站 274000）

動物乳腺生物反應(yīng)器是應(yīng)用重組DNA技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，獲得的在乳腺中特異表達(dá)外源基因、高效生產(chǎn)活性功能蛋白的轉(zhuǎn)基因動物個(gè)體。動物乳腺生物反應(yīng)器主要用于生產(chǎn)重大疾病防治的蛋白等創(chuàng)新型藥物品種，是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容。轉(zhuǎn)基因動物作為乳腺反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白，將拓寬畜牧生產(chǎn)領(lǐng)域，使畜牧業(yè)成為現(xiàn)代生物醫(yī)藥的上游產(chǎn)業(yè)，國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是未來畜牧科技創(chuàng)新的亮點(diǎn)和特點(diǎn)。

1 動物乳腺生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)

動物乳腺生物反應(yīng)器是繼原核生物反應(yīng)器、組織細(xì)胞生物反應(yīng)器之后，藥用蛋白生產(chǎn)方式的發(fā)展方向，具有其他反應(yīng)器所不能比擬的優(yōu)勢。（1）乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的蛋白具有與天然蛋白相同或相近的生物活性，解決了藥用蛋白其它生產(chǎn)方式生產(chǎn)不了或者生產(chǎn)成本過高的技術(shù)問題。高等動物的蛋白質(zhì)翻譯加工過程，不僅包括有分子伴侶參與的正確折疊，而且包括剪接、糖基化、磷酸化等修飾過程，比微生物復(fù)雜得多。這就好比微生物是一個(gè)手工作坊，而動物細(xì)胞是一個(gè)現(xiàn)代化的工廠一樣，用手工作坊生產(chǎn)現(xiàn)代化工廠的高精尖產(chǎn)品，是難以滿足要求的。動物乳腺具有完整的蛋白質(zhì)翻譯后修飾系統(tǒng)，表達(dá)產(chǎn)物能充分修飾，具有正確的空間結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的生物活性，從而保證了產(chǎn)品的高生物活性。（2）乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的蛋白成本較低，易分離提純?，F(xiàn)有的人藥物蛋白是微生物或細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)的，生產(chǎn)工藝極為復(fù)雜，造成生產(chǎn)成本極高。乳腺生物反應(yīng)器就是一頭轉(zhuǎn)基因動物，相當(dāng)于一個(gè)制藥車間，只需要簡單的圈舍和飼養(yǎng)，無需巨大的投資。產(chǎn)物直接經(jīng)乳汁分泌出體外，只需用常規(guī)方法除去酪蛋白沉淀乳清，再經(jīng)層析即可得到重組蛋白，分離純化等生產(chǎn)程序相對簡單得多。外源蛋白在動物乳腺中的表達(dá)量可以達(dá)到每升幾克到幾十克，小群轉(zhuǎn)基因大家畜的產(chǎn)量即可滿足全世界市場的需求。有資料顯示，用細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)1克藥物蛋白，平均成本為100~1000美元，乳腺反應(yīng)器為10~25美元[1]。（3）乳腺生物反應(yīng)器產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)利潤豐厚。通過乳腺生物反應(yīng)器，許多原來不能生產(chǎn)的人藥物蛋白，可以方便低廉的獲得，為治療某些人類遺傳疾病提供有效的藥物，產(chǎn)生巨大的社會效益。如荷蘭Pharming公司用轉(zhuǎn)基因牛生產(chǎn)乳鐵蛋白，預(yù)計(jì)每年生產(chǎn)的含乳鐵蛋白奶粉的價(jià)值是50億美元。據(jù)國外經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)計(jì)，轉(zhuǎn)基因動物生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)將成為最具高額利潤的新型工業(yè)，屆時(shí)世界上動物乳腺生物反應(yīng)器的年產(chǎn)值將達(dá)到500億美元，將是21世紀(jì)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)一種新的生產(chǎn)模式[2]。

2 動物乳腺生物反應(yīng)器研究進(jìn)展

動物乳腺生物反應(yīng)器研究始于1987年Gordon等成功培育出37只在乳汁中表達(dá)tPA 的轉(zhuǎn)基因小鼠，研究結(jié)果顯示出用動物乳腺作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)高附加值藥用蛋白的可能性。此后，將動物乳腺作為藥用蛋白全新生產(chǎn)模式成為研究熱點(diǎn)，逐步建立起大動物乳腺生物反應(yīng)器制備的技術(shù)平臺，并開始了乳腺生物反應(yīng)器的實(shí)用性研究。目前已獲得奶牛、羊、兔和豬等作為乳腺反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因動物，表達(dá)水平達(dá)到可以進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)的藥用蛋白有近30種，其中正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)的蛋白有l(wèi)0余種，另外還有上百種重組蛋白正處在研發(fā)階段。特別值得一提的是，2006年6月份，世界上第1個(gè)利用轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的基因工程蛋白藥物—重組人抗凝血酶Ⅲ(商品名為ATryn)獲準(zhǔn)上市許可，據(jù)估計(jì)該藥的全球潛在市場每年高達(dá)1.5億美元[3-5]。

20世紀(jì)80年代初，我國就已經(jīng)開始了轉(zhuǎn)基因動物和動物乳腺生物反應(yīng)器的研究，國家對該領(lǐng)域給予了大力支持。1998年，國家在“863”計(jì)劃中將“動物乳腺生物反應(yīng)器研究”列為重大專項(xiàng)，加強(qiáng)了研發(fā)力度。目前，我國在動物乳腺生物反應(yīng)器制藥技術(shù)研究領(lǐng)域中已先后獲得了轉(zhuǎn)基因鼠、轉(zhuǎn)基因綿羊、轉(zhuǎn)基因山羊、轉(zhuǎn)基因豬和轉(zhuǎn)基因牛等，并且還獲得了一批高效表達(dá)重組蛋白的轉(zhuǎn)基因動物乳腺生物反應(yīng)器。例如2005年，我國首次在國際上利用體細(xì)胞克隆技術(shù)獲得人乳鐵蛋白轉(zhuǎn)基因克隆牛，人乳鐵蛋白表達(dá)量達(dá)到3.4g/L，為世界上重組人乳鐵蛋白在奶牛乳腺中最好的表達(dá)水平，并且具有與天然蛋白相同的生物活性。

3 動物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)與畜牧業(yè)

轉(zhuǎn)基因動物作為乳腺反應(yīng)器生產(chǎn)人類必須的藥物蛋白是新興產(chǎn)業(yè)，屬于高附加值的高科技產(chǎn)業(yè)，畜牧業(yè)是古老而又煥發(fā)活力的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，為人們提供日常所需的肉蛋奶等食品，兩者有著密切聯(lián)系。（1）作為乳腺反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因動物，除了作為模式動物的小鼠外，絕大部分是畜牧品種，如奶牛、羊、兔和豬等。這些動物，在傳統(tǒng)畜牧業(yè)里，是提供肉蛋奶的動物；作為乳腺反應(yīng)器，其分泌的奶經(jīng)過提純，生產(chǎn)藥物蛋白。轉(zhuǎn)基因動物為畜牧業(yè)開辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域；（2）從目前的轉(zhuǎn)基因水平看，轉(zhuǎn)基因成功率還是相當(dāng)?shù)停缒膛５霓D(zhuǎn)基因成功率僅為0.7%。獲得足夠多的用于轉(zhuǎn)基因的胚胎是成功獲得轉(zhuǎn)基因動物的重要前提。畜牧養(yǎng)殖企業(yè)完全有能力完成這一要求。（3）轉(zhuǎn)基因動物的擴(kuò)大繁殖問題，需要耗費(fèi)較長的時(shí)間，這在奶牛上尤其突出?，F(xiàn)在，一般通過克隆技術(shù)來擴(kuò)大轉(zhuǎn)基因動物的數(shù)量，這更需要養(yǎng)殖企業(yè)提供奶牛作為受體[6]。（4）轉(zhuǎn)基因動物的飼養(yǎng)和生產(chǎn)，既是生產(chǎn)生物制藥原料的過程，也是畜牧養(yǎng)殖和飼養(yǎng)的過程。因此，動物乳腺反應(yīng)器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，離不開畜牧業(yè)的全方位參與；畜牧業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展轉(zhuǎn)型，離不開生物技術(shù)的支持。（5）促進(jìn)畜牧業(yè)與動物乳腺反應(yīng)器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合

轉(zhuǎn)基因動物作為乳腺反應(yīng)器生產(chǎn)藥用蛋白，將拓寬畜牧生產(chǎn)領(lǐng)域，使畜牧業(yè)成為現(xiàn)代生物醫(yī)藥的上游產(chǎn)業(yè)，國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是未來畜牧科技創(chuàng)新的亮點(diǎn)和特點(diǎn)。促進(jìn)畜牧業(yè)生產(chǎn)與動物乳腺反應(yīng)器研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合，提高畜牧業(yè)附加值，是未來畜牧業(yè)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。因此，必須做好產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合這篇大文章，使畜牧業(yè)生產(chǎn)企業(yè)廣泛而深入的參與到動物乳腺生物反應(yīng)器的研發(fā)中去，從而為承接技術(shù)產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)，為轉(zhuǎn)變畜牧發(fā)展方式、促進(jìn)畜牧企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型提供后發(fā)優(yōu)勢。養(yǎng)殖企業(yè)要克服無所作為、無從下手的思想，積極和科研院所、大中院校合作，提供胚胎、母畜等研究機(jī)構(gòu)難以大量解決的實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)場所等，力爭成為科技研發(fā)基地。地方畜牧管理部門要充分認(rèn)識生命科學(xué)研究對畜牧業(yè)發(fā)展的革命性推動作用，充分認(rèn)識生物技術(shù)的應(yīng)用為畜牧生產(chǎn)帶來的重大機(jī)遇，增強(qiáng)生命科學(xué)研究與畜牧生產(chǎn)結(jié)合的緊迫感、責(zé)任感，搶占畜牧發(fā)展的制高點(diǎn)；要結(jié)合本地實(shí)際情況，加強(qiáng)規(guī)劃和指導(dǎo)，圍繞提升產(chǎn)學(xué)研結(jié)合力度，加強(qiáng)財(cái)稅支持，完善財(cái)政激勵機(jī)制，加大各方資金投入，努力促進(jìn)奶業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型，促進(jìn)生物醫(yī)藥發(fā)展。

盡管動物乳腺生物反應(yīng)器的研發(fā)還存在一定的技術(shù)難題，但它已經(jīng)展現(xiàn)出誘人的發(fā)展前景，巨大的市場商機(jī)，也為未來畜牧業(yè)發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。我們應(yīng)抓住目前動物乳腺生物反應(yīng)器研發(fā)不斷深入、產(chǎn)業(yè)化剛剛起步的關(guān)鍵時(shí)期，推動畜牧業(yè)全方位的參與到這一巨大前程中去，促進(jìn)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

[1] 王慶忠,李國榮,尹昆.等.乳腺生物反應(yīng)器的研究現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)化前景[J]. 生命科學(xué),2005(1): 76-81.

[2] 李志勇.2009.細(xì)胞工程[M]. 北京:科學(xué)出版社．272-280.

[3] 黃淑幀，陳美玨，黃英，等．乳汁中分泌有活性的人凝血因子Ⅸ的轉(zhuǎn)基因羊的研制[J]. 科學(xué)通報(bào),1998(7):112-113.

[4] 吳應(yīng)積,張學(xué)明,楊東山.等.藥用蛋白質(zhì)乳腺生物反應(yīng)器的制作技術(shù)及新方法進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報(bào),2009(Z1):54-59.

[5] YANG P,WANG J,GONG G,et al. Cattle mammary bioreactor generated by a novel procedure of transgenic cloning for large-scale production of functional human lactoferrin[J].PLoS ONE, 2008 (3):3453.

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（2014–03–03）

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1007-1733(2014)05-0078-02