分子医药农业研究进展

分子医药农业是利用转基因植物为载体,以农业生产的方式规模化生产各种有治疗用途的重组蛋白质及多肽。近20年来,随着植物生物反应器技术的多元化发展以及日趋成熟,植物分子医药农业产业悄然而生。近几年,一些分子医药农业生产的植物源医药产品已实现规模化生产,并进入市场。文中结合国内外最新的研究进展,重点对几种主要植物生物反应器的研究、产品的规模化生产以及产业化进程进行了阐述,以期为我国分子医药农业领域的研究与应用提供参考。     

植物生物反应器在分子医药农业中的应用

植物生物反应器作为分子医药农业的核心内容,与动物反应器和微生物反应器相比具有操作简便、成本低、规模化、周期短等优势,越来越多地被人们认识和应用。阐述了植物生物反应器转化载体构建和基因优化的方法、常用的植物受体种类,以及植物表达系统类型三个方面的研究进展。随着药用蛋白需求量的大幅度增加,植物生物反应器以其低成本的优势将显示出广阔的应用前景。     

高价值的医药分子农业

植物转基因技术使传统农业逐渐向分子农业转型。农业的作用由原来的简单的提供衣、食、住扩展到为医药业、工业提供优质、低廉的原料或产品。医药分子农业作为分子农业的重要组成部分,已改变了传统农业的生产结构,并因其自身具有较高的经济价值而将给农业带来巨大的经济效益。     

植物生物反应器研究进展

植物生物反应器是近年来生物技术领域新的研究方向,利用农作物进行疫苗、药用蛋白的生产,具有广阔的市场前景和商业价值。研究证明,用各种农作物为载体的植物生物反应器产品可通过种子、果实或块茎表达,便于贮藏、运输和利用。它拓宽了传统农业概念,成为现代生物农业重要的研究方向之一,推动了生物经济快速健康的前进,促进农业可持续发展。综述植物生物反应器的研究与应用现状,并对转基因作物作为植物生物反应器的发展前景作分析和展望。     

植物生物反应器优化策略与最新应用*

随着分子生物学和植物基因工程的迅猛发展以及分子医药和现代农业等学科的交叉融合,植物生物反应器已成为分子医药农业的核心内容。利用植物生物反应器生产抗体、疫苗和功能性食品,具有规模化、成本低、安全性高、周期短等优势。2022年2月,加拿大卫生部批准了新型冠状病毒疫苗Covifenz^®,这是世界首款植物源人体疫苗,标志着以植物生物反应器为代表的分子医药农业时代的来临。综述植物叶片和种子等代表性的植物生物反应器类型,分析瞬时表达系统和稳定表达系统的构建原理和应用,探讨通过启动子和密码子优化、糖基化过程“人源化”、基因沉默抑制和蛋白酶作用抑制等优化植物生物反应器的策略,总结国内外抗体、疫苗和功能性食品等植物源产品的开发进展,以期为我国植物生物反应器的研究及其在分子医药领域的应用提供参考。     

展望即将到来的“分子农业”

在过去20余年里,植物生物技术领域中最值得重视的是多种转基因植物的建成,并已在一些国家大面积种植。转基因植物另一方面的进展是合成有医疗价值的多肽、蛋白质、包括抗体、抗体表位、复杂蛋白质等。这里主要介绍转基因植物生产的医疗用多肽、蛋白质,特别是作为口服疫苗在动物和临床试验的成功,预示这种新的用药途径将对第三世界人民的健康起到重大作用。由于转基因口服疫苗不需通过常规发酵反应器,仅仅依赖于农业,因此有人提出“分子农业”一词,以显示其优越性。     

植物医药基因工程研究进展

从抗体及动物疫苗在转基因植物中的表达,阐述了植物医药基因工程的进展及意义.植物抗体的表达,在研究植物的代谢和发育、抗病植株的获取以及规模化生产抗体等方面有着广泛的用途.动物疫苗在植物中的表达,简化了疫苗的生产过程,并能使人体获得持久性的疾病防御能力.     

展望即到来的“分子农业”

在过去20余年里,植物生物技术领域中最值得重视的是多种转基因植物的建成,并已在一些国家大面积种植,转基因植物另一方面的进展是合成有医疗价值的多肽、蛋白质、包括抗体、抗体表位、复杂蛋白质等。这里主要介绍转基因植物生产的医疗用多肽、蛋白质,特别是作为口服疫苗在动物和临床试验的成功,预示这种新的用药途径将对第三世界人民的健康起到重大作用。由于转基因口服疫苗不需通过常规发展反应器,仅仅依赖于农业,因此有人提出“分子农业”一词,以显示其优越性。     

植物表达外源蛋白研究进展及展望

植物为宿主表达外源蛋白的系统称之为分子农场,通过农杆菌将外源基因导入植物进行表达具有高效、安全、廉价的优点,特别是植物具备一系列翻译后修饰功能,因此该系统能弥补原核表达系统的缺陷。本综述首先介绍了近些年在烟草叶片瞬时表达和水稻胚乳组织特异性表达上取得的进展,特别是一些利用分子农场进行医用蛋白表达、药物合成、疫苗制备等典型案例。在优化生物反应器、提高表达效率策略上,本综述重点探讨了蛋白翻译后水平上的调控,包括蛋白酶抑制剂的作用、糖基化修饰环节以及分子伴侣共表达等对外源蛋白表达的影响。最后,围绕外源蛋白大量囤积于内质网可能引发内质网胁迫的问题,展望了通过优化内质网环境来提高外源蛋白表达效率的可行性。     

抗FLAG标签抗体在植物中的高效表达

植物生物反应器是一种新兴的重组蛋白表达系统,是分子农业的核心内容之一。本研究在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中表达了抗八肽(DYKDDDDK, FLAG)标签抗体,并对其进行纯化与鉴定。通过多次免疫小鼠获得高效价抗FLAG抗体并测出其编码序列,然后亚克隆至植物DNA病毒表达载体,最后通过农杆菌介导转染烟草叶片。经Western blotting检测了转染后2−9 d抗体的表达情况：3 d后FLAG抗体开始在烟草叶片中表达,5 d后表达量达到峰值,每千克鲜叶估计可表达66 mg FLAG抗体。抗体经过分离纯化后浓缩为1 mg/mL,按1:10 000稀释仍可识别1 ng/mL的抗原,表明植物生产的FLAG抗体具有高亲和力。植物生物反应器可用于生产高亲和力抗体,并具有简易、成本低和生产周期短等特点,具有很高的应用价值。     

Review article: Commercialization of whole‐plant systems for biomanufacturing of protein products: evolution and prospects

Technology for enabling plants to biomanufacture nonnative proteins in commercially significant quantities has been available for just over 20 years. During that time, the agricultural world has witnessed rapid commercialization and widespread adoption of transgenic crops enhanced for agronomic performance (herbicide‐tolerance, insect‐resistance), while plant‐made pharmaceuticals (PMPs) and plant‐made industrial products (PMIPs) have been limited to experimental and small‐scale commercial production. This difference in the rate of commercial implementation likely reflects the very different business‐development challenges associated with ‘product’ technologies compared with ‘enabling’ (‘platform’) technologies. However, considerable progress has been made in advancing and refining plant‐based production of proteins, both technologically and in regard to identifying optimal business prospects. This review summarizes these developments, contrasting today’s technologies and prospective applications with those of the industry’s formative years, and suggesting how the PM(I)P industry’s evolution has generated a very positive outlook for the ‘plant‐made’ paradigm.     

植物耐盐的分子机理研究进展

综述了与植物耐盐性密切相关的小分子渗透物质（脯氨酸,甜菜碱,多元醇,多胺,果聚糖）,晚期胚胎发生富集蛋白（LEA）,调渗蛋白（OSM）,水通道蛋白,K^ 通道蛋白和ATPase等的合成及其相关基因的表达。     

分子标记及其在植物空间诱变育种研究中的应用

简述了分子标记RFLP、RAPD、SSR和AFLP的原理和特点以及空间飞行对植物材料变异的影响因素,并就分子标记技术在植物空间诱变育种研究中的应用进展及前景进行了阐述。     

Plant seeds as bioreactors for recombinant protein production

Plants are attractive expression systems for the economic production of recombinant proteins. Among the different plant-based systems, plant seed is the leading platform and holds several advantages such as high protein yields and stable storage of target proteins. Significant advances in using seeds as bioreactors have occurred in the past decade, which include the first commercialized plant-derived recombinant protein. Here we review the current progress on seeds as bioreactors, with focus on the different food crops as production platforms and comprehensive strategies in optimizing recombinant protein production in seeds.     

植物热激蛋白90的分子作用机理及其利用研究进展

热激蛋白90(HSP90,heat shock protein 90)广泛介导了胁迫信号的传递,在控制人体细胞正常生长和促进肿瘤细胞发育中起着重要作用。目前,HSP90已成为细胞免疫、信号转导以及抗肿瘤研究的前沿课题。但植物HSP90的生理功能研究起步较晚,最近的研究发现HSP90在植物发育、胁迫环境的应答以及抗病性中起着重要作用。本文从分子生物学角度,系统综述了植物HSP90分子作用机理研究的最新进展,以及在改良植物抗性上的应用,以期为通过基因工程方法改良作物抗性提供参考。     

Molecular farming on rescue of pharma industry for next generations

Recombinant proteins expressed in plants have been emerged as a novel branch of the biopharmaceutical industry, offering practical and safety advantages over traditional approaches. Cultivable in various platforms (i.e. open field, greenhouses or bioreactors), plants hold great potential to produce different types of therapeutic proteins with reduced risks of contamination with human and animal pathogens. To maximize the yield and quality of plant-made pharmaceuticals, crucial factors should be taken into account, including host plants, expression cassettes, subcellular localization, post-translational modifications, and protein extraction and purification methods. DNA technology and genetic transformation methods have also contributed to great parts with substantial improvements. To play their proper function and stability, proteins require multiple post-translational modifications such as glycosylation. Intensive glycoengineering research has been performed to reduce the immunogenicity of recombinant proteins produced in plants. Important strategies have also been developed to minimize the proteolysis effects and enhance protein accumulation. With growing human population and new epidemic threats, the need for new medications will be paramount so that the traditional pharmaceutical industry will not be alone to answer medication demands for upcoming generations. Here, we review several aspects of plant molecular pharming and outline some important challenges that hamper these ambitious biotechnological developments.