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最为理想的生物反应器──动物乳房生物反应器

自从基因工程问世以后，人们一直在探索用基因工程方法生产有重要医疗价值而用一般方法又难以大量生产的珍贵蛋白质。最初，被选中的生产体系是用大肠杆菌发酵生产。但是，由于大肠杆菌属于低等生物，不可能生产出结构复杂的蛋白质，所以，用大肠杆菌生产的人蛋白质(或动植物蛋白质)，存在着不可克服的缺点。

1992年，英国爱丁堡大学的一个研究组发表一篇报告，宣布他们已生产出6头转基因绵羊。这些绵羊可以在奶中生产抗胰蛋白酶(一种治疗肺胞纤维化病变的多肽药物)，产量最低的是1 g/L，产量高的可达35 g/L。这篇研究报告立即在科学界和企业界引起轰动，许多正在进行相关领域研究的科学家纷纷把注意力转向这一方面。这一重大突破预示着一个以动物乳房为主要生产手段(即乳房反应器系统)的巨大产业将要兴起，预示着许多具有精密发酵设备的高技术企业将被充满田园风光的养牛场和养羊场所取代。这一重大突破将为人类带来巨大的经济和社会效益。

乳房反应器系统的优点  乳房生产系统也叫做乳房反应器系统。同大肠杆菌生产系统相比，动物乳房反应器系统具有很多优点。

第一，动物的基因形式和人类相同，从人类染色体上切下来的任何基因都可以直接转移到动物体内，使分离和克隆基因的手续相对简单一些。

第二，用动物乳房生产外源蛋白质，产量很高。目前在初乳中已经达到70 g/L，在常乳中达到35 g/L。

第三，动物乳腺细胞可以使任何基因正确表达，并正确进行后加工。因此，动物乳腺细胞所生产出来的蛋白质与天然产品在结构上没有区别，活性也没有区别，不论这种蛋白质原来是在垂体细胞中生产的还是在肝脏中生产的。此外，乳房是一个相对独立的系统，血液中的蛋白质有时可以进入奶中，但奶中的蛋白质永远不会进入血液。因此，在乳房中生产的任何蛋白质，即使是生理功能很强的激素类蛋白质，也不会影响动物本身的健康。

第四，乳中的蛋白质种类较少，主要是酪蛋白、乳球蛋白、白蛋白和从血液中扩散而来的少量血清蛋白及免疫球蛋白。因此，提纯重组基因在奶中表达的目标蛋白，相对要容易一些。

第五，用大肠杆菌发酵生产人类蛋白质是一个工业过程，需要精良的设备；而用乳房生产同类产品是一个农业过程，如果不考虑产品提纯，则不需要复杂设备，也不需要素质很高的操作人员。牛、羊吃的是草料，生产的是奶，奶中的珍贵蛋白完全是常规奶的高附加值产品，其生产成本之低没有其他系统可以相比。

第六，用乳房生物反应器生产产品可以对市场做出灵活反应。由于牛、羊体内重组的外源基因是可以遗传给后代的，因此，在市场对产品需求旺盛时可扩大畜群；市场缩小时可以减少畜群头数；需要等待市场时可以用保存精液或胚胎的方法保种，使所受经济损失不大。

第七，作为一种农业生产过程，乳房生物反应器系统可以充分利用可再生产的天然资源，对环境造成的不良影响很轻微。

第八，乳房生物反应器系统除了可以用来生产药物外，也可以用来生产食品和保健品，其他系统则不行。

由此可以看出，乳房乃是迄今为止最理想的生物反应器。

乳房反应器系统的主要用途  乳房反应器系统有以下主要用途。

①生产多肽类药物。例如，胰岛素、干扰素、促红细胞生成素等。据美国《生物工程》杂志报道，在美国待批的多肽类药物已达100多种，今后每年还会增加40多种。多肽类药物已形成了相当大的市场。

②生产基因工程疫苗。由于受基因工程载体的容量限制，目前所生产的基因工程疫苗都是以一小段病毒外壳蛋白或细菌膜蛋白作为抗原，其免疫性不如灭活的全病毒或细菌。如果使用乳房生物反应器，就可以生产病毒的完整外壳蛋白，或细菌的免疫决定蛋白质，其效果就会与常规疫苗相同。由于用乳房反应器系统生产的疫苗产量高，其售价也会低于常规疫苗。

③生产抗体。目前市场上销售的抗体，因产量很小，成本高，只能用于诊断。其实，如果能够大量生产抗体，许多疾病就可以用抗体治疗。用抗体治疗疾病应当比用抗生素效果更好，因为可以真正做到对症下药，而不必担心造成体内微生物失衡或因大量使用抗生素而产生副作用。

④生产酶制剂。酶制剂分为两大类，第一类是用量很大的工业用酶，如淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、酒精脱氢酶等。工业用酶生产特点是需求量大且纯度要求不高，很适合使用乳牛生产。另一类酶是生命科学研究中使用的工具酶，每克售价均在百万元以上。如果用乳房生物反应器生产，一头年产1 000 kg奶的乳用山羊，可以生产足够全国使用的某一种工具酶。

⑤生产营养品。首先可以生产的一个产品是无乳糖奶。中国人中不能或难以消化乳糖的人的比例较高，如果能把乳糖酶基因导入奶牛体内，就可以生产无乳糖牛奶，不仅甜度增加，也解决了一部分人不能大量饮用牛奶的问题。其次是在牛奶中增加人的转铁蛋白。国外研究证明，转铁蛋白有良好的营养保健功能，它能够抑制大部分有害的肠胃细菌，但对有益细菌如双歧杆菌起促进作用。第三个开发内容是生产人牛混合奶。人奶对人是最佳的营养品。分离出人奶蛋白基因并把它转移到奶牛中，牛奶中就会有30%～50%人奶的组分。