轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)在生物制藥上的應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上轉(zhuǎn)基因動物在生物制藥中的應(yīng)用徐玉尚 08生物（2）摘要：簡要論述了轉(zhuǎn)基因動物的概念、制作方法及應(yīng)用領(lǐng)域。就轉(zhuǎn)基因動物在制藥工業(yè)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的國內(nèi)外研究與開發(fā)應(yīng)用情況進行了闡述，具體綜述了利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥用蛋白、人類營養(yǎng)醫(yī)療保健品、治療人類疾病及新藥篩選的動物模型。并對轉(zhuǎn)基因動物的發(fā)展前景作了展望。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)基因動物；生物制藥產(chǎn)業(yè)；轉(zhuǎn)基因動物制藥；應(yīng)用許多科學家預言，21世紀是生物科學的世紀，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為眾多科學家和企業(yè)家競相研發(fā)的熱點1。轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)和轉(zhuǎn)基因動物制藥則更是近年來世界范圍內(nèi)研究熱點中的熱點。作為一門生物高新技術(shù)，轉(zhuǎn)基因動物研究既具有深遠的

2、理論價值，又有重大的應(yīng)用價值，因而成為近年來生物工程領(lǐng)域研究的熱點之一。而轉(zhuǎn)基因動物的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一就是利用轉(zhuǎn)基因動物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥用或食品蛋白，即轉(zhuǎn)基因動物制藥。本文通過回顧轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)和轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)生產(chǎn)藥物的研究進展來對轉(zhuǎn)基因動物制藥進行介紹。1轉(zhuǎn)基因動物概述1.1轉(zhuǎn)基因動物的概念現(xiàn)代遺傳學家認為，基因是DNA分子上具有遺傳效應(yīng)的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應(yīng)的DNA分子片段?；蛭挥谌旧w上，呈線性排列?；虿粌H可以通過復制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達。轉(zhuǎn)基因一詞是20世紀80年代由美國的一位科學家提出的，它是指遺傳物質(zhì)在生殖細胞間跨物種的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)基

3、因動物就是所有組織細胞攜帶有外源基因的動物，而這一遺傳物質(zhì)可以由親代向子代傳遞，通過遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，使生物體能夠在一定程度上按人們的意愿表現(xiàn)某些性狀。轉(zhuǎn)基因動物的概念很嚴謹，必須是采用基因工程技術(shù)，對生殖細胞進行整合，而且能正常表達和遺傳給后代，這樣才可稱之為轉(zhuǎn)基因動物。具體而言，所謂轉(zhuǎn)基因動物，就是用實驗的方法將人們所需要的外源目的基因?qū)雱游锏纳臣毎芫牙?，并整合該細胞后發(fā)育成為個體整合的外源基因，整合的外源基因又能影響其后代遺傳的動物。若外源基因與動物本身的基因（染色體）整合在一起，外源基因就能隨細胞的分裂而增殖，在體內(nèi)得到表達，并能穩(wěn)定地遺傳給后代 。2-41.2轉(zhuǎn)基因動物的制作方

4、法若使動物組織能夠特異性地表達外源蛋白質(zhì)，必須人為地將編碼這種蛋白質(zhì)的基因轉(zhuǎn)移到動物的胚胎中，使目的基因能夠整合到動物染色體上，進而得到表達。制作轉(zhuǎn)基因動物的方法主要有：原核期胚胎的顯微注射法、逆轉(zhuǎn)錄病毒載體感染發(fā)育早期的動物胚胎法、精子載體法、原生殖細胞法、胚胎干細胞法、體細胞移植技術(shù)、腺病毒載體法和精子頭與轉(zhuǎn)移基因共注射法。目前一般使用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體法（應(yīng)用較為成功的方法）、顯微注射法、精子載體法及YAC介導法等來制作轉(zhuǎn)基因動物。但顯微注射方法是最常用的轉(zhuǎn)基因方法，它的缺點是不能控制轉(zhuǎn)基因的整合位點及整合的拷貝數(shù)。2轉(zhuǎn)基因動物制藥2.1轉(zhuǎn)基因動物制藥的優(yōu)越性 利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物具有很多

5、優(yōu)點，它設(shè)備簡單，不耗能，無環(huán)境污染；生產(chǎn)的藥物品種多，產(chǎn)量高，質(zhì)量好；生產(chǎn)周期短；成本低。利用轉(zhuǎn)基因動物-乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)基因藥物是一種全新的生產(chǎn)模式，比以往的制藥技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)越性，好比在動物身上建“藥廠”。我們可以從動物的乳汁中源源不斷獲得目的基因產(chǎn)品。它的優(yōu)越性還表現(xiàn)在產(chǎn)量高，易提純，表達產(chǎn)物已經(jīng)過充分修飾和加工，具有穩(wěn)定的生物活性。另外，作為生物反應(yīng)器的轉(zhuǎn)基因動物又可無限繁殖，故具有投資成本低、藥物開發(fā)周期短和經(jīng)濟效益高的優(yōu)點。以轉(zhuǎn)基因動物來生產(chǎn)目的產(chǎn)品，可極大地降低成本和投資風險。國外經(jīng)濟學家曾算過一筆帳，若用其他生產(chǎn)工藝（如哺乳動物細胞株培養(yǎng)系統(tǒng)）生產(chǎn) 1g藥物蛋白質(zhì)，成

6、本需800-5000美元；而利用轉(zhuǎn)基因動物只需0.02-0.5美元。從藥物生產(chǎn)開發(fā)周期方面來看，目前一種新藥從研制開發(fā)、藥審直到上市，整個過程約需15-20年。如果利用轉(zhuǎn)基因動物-乳腺生物反應(yīng)器，新藥生產(chǎn)的周期為5年左右。如以動物繁殖的周期計算，從目的基因?qū)胧芫训匠墒烀谌榈闹芷?，轉(zhuǎn)基因羊是18個月，而轉(zhuǎn)基因牛也只要25-29個月 。5-62.2轉(zhuǎn)基因動物制藥過程生物機體對能量的利用與轉(zhuǎn)化效率是當今世界任何一種機械裝置所望塵莫及的。因此，通過轉(zhuǎn)基因動物來生產(chǎn)藥物是至今為止所能想象得出的最有效、最先進的系統(tǒng)。動物乳腺是天然的高效合成蛋白質(zhì)的生物反應(yīng)器，有強大的生產(chǎn)蛋白質(zhì)的能力。20世紀80代中

7、期，英國科學家克拉克首先在小鼠的乳腺組織中高效表達了人的抗胰蛋白酶因子基因，開創(chuàng)了研制動物乳腺生物反應(yīng)器的先河。1991又在綿羊乳腺中表達了人的抗胰蛋白酶因子基因，在這只母羊初乳中，該藥品的含量高達35g/L。物體內(nèi)，細胞的分化需要發(fā)育基因來調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)是由多種蛋白質(zhì)因子對增強區(qū)和啟動區(qū)中成叢順式元件進行作用實現(xiàn)的。最有效的順式元件之一就是“基因座控制區(qū)”。用乳汁蛋白質(zhì)基網(wǎng)的調(diào)節(jié)元件，不僅有可能使轉(zhuǎn)基因的表達只限于乳腺組織，而且可能使轉(zhuǎn)基因得到高水平表達和大量生產(chǎn)。各種酪蛋白、乳清蛋白和乳腺蛋白等基因的調(diào)節(jié)元件已相繼被克隆和投入使用。2.3轉(zhuǎn)基因動物在生物制藥中的應(yīng)用轉(zhuǎn)基因動物在生物制藥中的

8、應(yīng)用主要包括以下幾個方面：改良動物品種和生產(chǎn)性能；生產(chǎn)人藥用蛋白和營養(yǎng)保健蛋白；生產(chǎn)人用器官移植的異種供體；建立疾病和藥物的篩選模型；生產(chǎn)新型生物材料等。1998年物技術(shù)產(chǎn)品的總銷售額為62億美元。預計到2010年總銷售額將達到110億美元。其中75億美元是轉(zhuǎn)基因動物產(chǎn)品。并且主要是藥用蛋白和營養(yǎng)保健蛋白。2.3.1利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥用蛋白 1998年全球重組蛋白類藥物總銷售額為138億美元，抗體的銷售額超過20億美元。利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥用蛋白主要通過3種渠道。一是通過血液，Dnx公司將人的血紅蛋白基因轉(zhuǎn)移給豬種，這樣可以通過轉(zhuǎn)基因豬來生產(chǎn)人血紅蛋白。二是通過尿腺，利用膀胱中尿腺合成和分泌

9、蛋白的功能作為反應(yīng)器的優(yōu)點是，轉(zhuǎn)基因動物終其一生都將產(chǎn)尿，并且尿中幾乎不含脂肪和其他蛋白，容易純化。1996年Kerr和Wau獲得能在尿液中表達人生長激素的轉(zhuǎn)基因小鼠，含量高達0.5g/L。也有利用動物的精囊腺來表達一些外源基因，理由是蛋白的表達水平非常高，但蛋白的分離純化十分困難。三是通過乳腺，泌乳是動物的一種生理活動，對動物健康沒有影響，加之乳腺攝取、合成、分泌蛋白質(zhì)的能力很強，并且能對重組蛋白質(zhì)進行多種翻譯后加工，包括羥基化、糖基化、氨基化等，同時能將重組蛋白質(zhì)折疊成有功能的構(gòu)象。利用轉(zhuǎn)基因家禽（如家雞）產(chǎn)蛋的特性，試圖在禽蛋中表達有價值的蛋白也是動物生物反應(yīng)器研究的熱點之一，但還沒有證

10、據(jù)表明生產(chǎn)外源基因能夠穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)基因家禽技術(shù)已經(jīng)成功。此外，轉(zhuǎn)基因昆蟲（如家蠶）生物反應(yīng)器也有報道，但影響較小。因此，動物乳腺是目前公認的生產(chǎn)重組蛋白質(zhì)的理想器官。72.3.2利用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)人類營養(yǎng)醫(yī)療保健品 營養(yǎng)醫(yī)用品或稱營養(yǎng)保健品是美國醫(yī)學創(chuàng)新基金會創(chuàng)始人和會長 Stephen和Defeuce在近年提出的名詞，它的定義是“食品或食品的部分成分有醫(yī)療和保健的功能，包括預防和治療疾病”。據(jù)美國商業(yè)信息研究所估計，美國21世紀初的營養(yǎng)醫(yī)用品市場大約為 2500億美元，而歐洲將超過這個數(shù)字。目前全球營養(yǎng)醫(yī)用品市場的平均增長率超過187%。其中營養(yǎng)醫(yī)用蛋白的發(fā)展?jié)摿ψ畲?，已?jīng)成為營養(yǎng)醫(yī)用品的支

11、柱。 美國食品與藥物管理局（FDA）明文規(guī)定，營養(yǎng)醫(yī)用品必須是科學研究的結(jié)晶，是生物高技術(shù)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)和作用機理必須得到科學的闡明，傳統(tǒng)的、經(jīng)驗的、作用不明確或功能不穩(wěn)定的產(chǎn)品不能作為營養(yǎng)醫(yī)用品銷售，F(xiàn)DA也不會受理和批推。營養(yǎng)醫(yī)用品一般分為3類：食物保健品、功能性食品和藥物食品。盡管營養(yǎng)醫(yī)用品的市場潛力巨大，發(fā)展速度驚人，但目前只能滿足市場需求的10%-15%。歐美等發(fā)達國家在此領(lǐng)域已經(jīng)開始了激烈的競爭，全球最大的一些制藥公司都紛紛投資營養(yǎng)醫(yī)用蛋白的研究開發(fā)，而另一些巨型生物技術(shù)公司則更是將某些營養(yǎng)保健品作為拳頭產(chǎn)品來發(fā)展，原因是一種藥物需要10年以上的開發(fā)時間和至少 2.5億

12、美元的資金才有可能走向市場，而營養(yǎng)醫(yī)用品只需要幾百萬美元和幾年的時間。更重要的是，營養(yǎng)醫(yī)用品的利潤非常大。中國市場目前的普通營養(yǎng)品（如蜂王精等）的年銷售額為150-200億人民幣，營養(yǎng)醫(yī)用品的年銷售額僅為100 億人民幣。據(jù)有關(guān)部門的估計，21世紀初中國營養(yǎng)醫(yī)用品的市場為每年800-1000億人民幣。由于中華民族有長期進補和藥品保健的傳統(tǒng)，這個數(shù)字顯然是保守的。2.3.3建立診斷、治療人類疾病及新藥篩選的動物模型 在動物轉(zhuǎn)基因技術(shù)問世之前，發(fā)現(xiàn)自然突變體幾乎是遺傳學家獲取遺傳疾病模型的惟一途徑。目前，遺傳學家可以通過精確地失活某些基因或增強修復某些基因的表達來制作各種各樣的研究人類疾病的動物模

13、型、治療模型和新藥篩選模型。建立模型首先必須獲得轉(zhuǎn)基因疾病動物，這些動物的發(fā)育、生理、病理及其他有關(guān)表型可以通過缺失或破壞原來正常表達的基因來實現(xiàn)，而實現(xiàn)這一目標是通過轉(zhuǎn)基因使基因加倍或基因打靶的方法?；虼虬械膬?nèi)容包括破壞或徹底清除某一基因組基因，即基因敲除（knock-out）；也包括在基因組基因中引入定向突變，以研究突變對動物機體的影響；還包括對突變基因的修復（通常 knock-in）以及對基因組基因的其他修飾，這方面主要用于基因治療，或者利用新型化學和蛋白藥物來檢測治療效果?；虼虬械姆肿釉硎峭粗亟M。目前利用轉(zhuǎn)基因動物可篩選抗腫瘤、抗艾滋病、抗肝炎病毒、抗腎臟疾病的藥物。已有的動物

14、模型約400多種，其中應(yīng)用基因敲除制作的轉(zhuǎn)基因動物的疾病模型占大多數(shù)，約310, 種，而基因過量表達的動物模型約40種?？傊?，轉(zhuǎn)基因動物制藥的可行性已毋庸置疑，而且技術(shù)已經(jīng)成熟。目前，國際上有13家公司開發(fā)乳腺生物反應(yīng)器，最領(lǐng)先的已經(jīng)做臨床3期。也就是從2000年AT-3提出新藥申請開始，很快會有多種由轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)的商品上市。美國權(quán)威機構(gòu)紅十字會預測：到2010 年轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)的商品將達到 350億美元的銷售額，生產(chǎn)的藥物將占整個基因工程藥物的90%以上。我們可以滿懷希望，充滿信心地看到：“動物制藥廠”不再是一個美麗的夢想，而是近在咫尺的現(xiàn)實。8-9參考文獻1 勞為德,主編.動物細胞與轉(zhuǎn)基因動物制藥M 北京：化學工業(yè)出版社20022 郝捷、馮波、王建辰.轉(zhuǎn)基因動物研究進展J. 動物醫(yī)學進展2004,25(1):13 劉文獻.轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)研究綜述J .生物技術(shù),2003,(4):394 沈子龍、廖建民、徐寒梅.轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)與轉(zhuǎn)基因動物制藥J.中國藥科大學學報，2002,33(2):815秦惠基.轉(zhuǎn)基