隨著第十屆日本ISSCR（國際幹細胞研究組織）年會的落幕，武漢禾元其自主創新研發的"植物生物反應器技術平臺(OryzHiExp)" 受到了眾多來自世界各國幹細胞研究領域企業與學術專家的關注。正是利用該技術平臺，武漢禾元自主研發出多種重組蛋白質多肽產品，包括可用於生物醫藥、工業試劑、美容保健等用途的重組人血清白蛋白(OsrHSA)、重組人抗胰蛋白酶(OsrAAT)、重組人酸性成纖維細胞生長因子(OsraFGF)、重組人鹼性成纖維細胞生長因子(OsrbFGF)等產品。
解讀OryzHiExp
水稻胚乳細胞蛋白質高效表達技術平臺(OryzHiExp)，是以分子生物學為原理，應用遺傳工程和DNA重組技術，利用水稻種子作為生物反應器，在種子中特異性表達各種重組蛋白質和小分子多肽。該平臺可解決在其他表達體系表達量低和大規模生產困難的問題。
該平臺由重組蛋白質高效特異表達技術和下遊加工工藝等關鍵技術組成，蛋白質高效表達技術採用了胚乳細胞特異性表達、蛋白體定向儲存和目的基因密碼子優化等綜合技術；下遊加工工藝採用了國際領先的提取和分離純化等技術；蛋白質純化技術平臺可建立小試、中試的工藝研究服務，解決技術人員在蛋白質純化過程中遇到的技術難題，尤其可為一些中小企業客戶臨床前研究提供高純度蛋白的樣品。
與其他表達系統相比，OryzHiExp的優勢
植物生物反應器是以農業的形式完成原料生產，而加工過程和最終產品又以醫藥的形式完成，將農業和製藥業有機整合，其產品稱為植物源重組藥物(Plant Made Pharmaceuticals, PMPs)。如表1 所示，通過轉基因植物來生產重組蛋白質具有表達量高，生產成本低，規模化容易，產品質量高，安全無汙染的優點，各方面均優於細菌，酵母，動物細胞，轉基因動物等生產體系。
表1：各種系統表達重組蛋白藥物的比較
表達系統 | 總成本 | 產品周期 | 規模化生產的能力 | 產品性能 | 糖基化 | 汙染風險 | 存儲成本 |
細菌 | 低 | 短 | 高 | 低 | 無 | 內毒素 | 中 |
酵母 | 中 | 中 | 高 | 中 | 不正確 | 低 | 中 |
動物細胞培養 | 高 | 長 | 極低 | 極高 | 正確 | 阮病毒和致癌病毒 | 貴 |
轉基因動物 | 高 | 極長 | 低 | 極高 | 正確 | 阮病毒和致癌病毒 | 貴 |
植物細胞培養 | 中 | 中 | 中 | 高 | 較小差異 | 低 | 中 |
轉基因植物 | 極低 | 長 | 極高 | 高 | 較小差異 | 低 | 低 |
本表達技術平臺是以種子為蛋白質生產車間來表達和生產各種醫用、工業用的蛋白質的分子醫藥農業技術。種子生物反應器利用蛋白轉運和儲藏的機制可以使重組蛋白在翻譯和轉運的過程中受到轉運小泡等生物膜的保護，不會被細胞內的蛋白酶降解，而獲得更高的表達量。因此種子被認為是植物生物反應器的最理想器官之一。
通過種子生物反應器來表達各種蛋白質，將重組蛋白質定向儲藏在蛋白體，避免了蛋白酶的降解，在種子成熟過程中不斷地積累，從而獲得較高表達；同時重組蛋白質進入內膜系統，可進行正確地加工與摺疊，產生具有生物活性的重組蛋白質。具體優勢體現如下：
1. 表達量高： 通過表達多種不同人源蛋白質，表達量在20－150微克／種子之間，折合為0.1－0.75％的糙米重量。各種蛋白質的表達量總結如下表。
蛋白質種類 | 分子量 | 表達量（微克／粒） | 備註 |
簡單結構蛋白質 | 13-100 kDa | 80-180 | HSA、 乳鐵蛋白等 |
細胞生長因子類 | 10-15kDa | 10-15 | IGF-1、FGF等 |
蛋白酶類 | 13-100kDa | 30-120 | 人溶菌酶、抗胰蛋白酶等 |
複合蛋白質 | 75-150 kDa | 20-50 | 單克隆抗體 |
2. 生物活性高：各種人體及動物細胞培養數據證明通過該平臺表達的人血白蛋白的活性比血漿來源的人血白蛋白活性高；PPE方式對比測試證明植物源重組抗胰蛋白酶比市場現有抗胰蛋白酶產品的活性高出7.8%-74.4%。
3. 生產成本低：由於利用水稻胚乳生物反應器具有較高的表達水平，大規模生產以農業生產方式進行，因而生產成本極低，相對於其他生產體系，利用植物生產體系的生產成本是其他體系的1/200-1/10。
4. 規模化容易：由於水稻的繁殖細胞達到1000倍以上，一旦獲得高表達的轉基因品系後，即可在短期內獲得大規模生產，從基因合成到規模化生產（kg）只需要24個月時間。
5. 安全性高：水稻是一種廣泛種植、並且食用了幾千年的穀物，尚未發現任何植物病毒或病原菌與人類交叉感染的先例，而且我們的提取和純化工藝可杜絕任何引進的病毒或病原菌，以完全避免動物成分或病毒、病原菌通過醫藥產品進行傳播風險。
6. 儲藏運輸方便：種子是理想的"天然容器"，重組蛋白質儲藏在胚乳細胞的蛋白體內，處於膠體狀態，極為穩定，通常在常溫下儲藏2-3年，即使胚損壞喪失了發芽能力，胚乳中的蛋白質也不會喪失生物活性，因此原料儲藏、運輸不受時空限制。
7. 低碳環保：利用水稻胚乳生物反應器生產醫藥產品，改傳統生物發酵為現代農業種植，蛋白質的合成與累積是由植物細胞通過光合作用合成，可以節省傳統醫藥工業需要的大量能源和原材料，符合現代工業低碳環保的理念。
相關論文"Large-scale production of functional human serum albumin from transgenic rice seeds"(利用轉基因水稻規模化生產重組人血清白蛋白)於2011年10月31日在線發表於《美國科學院院報》(PNAS)。該研究表明由轉基因水稻種子生產的重組人血清白蛋白(OsrHSA)在生理生化性質、物理結構，生物學功能、免疫原性與血漿來源的人血清白蛋白一致；並建立了大規模生產重組人血清白蛋白的生產工藝，獲得了高純度和高產量重組人血清白蛋白產品。同時，該研究利用大量數據證明了轉基因水稻種子可取代現有基於發酵的表達技術來生產重組蛋白質是經濟有效的。
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關於武漢禾元生物科技有限公司
武漢禾元生物科技有限公司是一家專門從事分子醫藥農業技術研究與產品開發的高科技創新型企業。公司現有與水稻胚乳細胞高效表達技術平臺核心技術相關的多項專利技術，擁有技術力量雄厚的研發隊伍和完備先進的蛋白純化工藝研究設施。已成功地表達了可用於生物醫藥、工業試劑、美容保健等用途的重組人血清白蛋白(OsrHSA)、重組人抗胰蛋白酶(OsrAAT)、重組人酸性成纖維細胞生長因子(OsraFGF)、重組人鹼性成纖維細胞生長因子(OsrbFGF)等產品；建立了重組蛋白質和多肽純化工藝研究技術平臺，在提供生物醫藥產品的同時，還可為客戶提供重組蛋白質和多肽的表達與純化等一條龍服務。致力於為全世界人民提供綠色、安全、廉價、充足的生物醫藥產品和高品質的技術服務。
網址：www.oryzogen.com
（祁禾 審校）