淺談生物反應(yīng)器在新型疫苗應(yīng)用方面的優(yōu)越性

劉翔宇/山東省沂南第一中學(xué)

淺談生物反應(yīng)器在新型疫苗應(yīng)用方面的優(yōu)越性

劉翔宇/山東省沂南第一中學(xué)

隨著國家經(jīng)濟(jì)不斷迅猛發(fā)展，我國在生物技術(shù)的發(fā)展上取得了顯著的成就。根據(jù)國內(nèi)近年生物工程藥物產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的現(xiàn)狀, 結(jié)合當(dāng)代利用生物反應(yīng)器生產(chǎn)生物制品現(xiàn)狀，本文展示了近年來生物工程疫苗的一些重大成就，并討論生物反應(yīng)器在新型疫苗應(yīng)用方面的優(yōu)越性。

生物反應(yīng)器；生物制藥；疫苗

生物工程是20世紀(jì)70年代初期興起的一門新興的綜合性應(yīng)用學(xué)科。其包括五大工程，即基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程、酶工程和生物反應(yīng)器工程。這些工程技術(shù)可以利用遺傳操作定向改造生物體，生產(chǎn)基因工程菌株或轉(zhuǎn)基因植物，具有巨大潛在價(jià)值，為新物種創(chuàng)造良好的生長與繁殖條件，并可進(jìn)行大規(guī)模人工化培養(yǎng)，若充分發(fā)揮其內(nèi)在潛力，可為人們提供巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

生物反應(yīng)器是生物工程的一種重要生產(chǎn)方法，是指利用生物體所具有的生物功能，在體外或體內(nèi)通過生化反應(yīng)或生物自身的代謝獲得目標(biāo)產(chǎn)物的系統(tǒng)、細(xì)胞、組織器官等。生物反應(yīng)器通常分為植物生物反應(yīng)器[1]、動(dòng)物生物反應(yīng)器[2]、微生物生物反應(yīng)器[3]等，轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展使外源基因在不同的反應(yīng)器中表達(dá)變成現(xiàn)實(shí), 利用轉(zhuǎn)基因植物、菌株作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)動(dòng)物疫苗變成可能，與傳統(tǒng)疫苗生產(chǎn)過程相比，因其具有生產(chǎn)便捷，安全性高，生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)被廣泛推崇。現(xiàn)今通過生物反應(yīng)器已成功生產(chǎn)出人們所需要的具有活性的生物制品，如抗體。這些技術(shù)手段被進(jìn)一步應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。早在1992 年Mason 等利用植物反應(yīng)器人類乙型肝炎表面抗原，之后又有許多相關(guān)的報(bào)道。目前，利用生物反應(yīng)器開發(fā)新型疫苗已成為新的研究熱點(diǎn)。

一、生物反應(yīng)器開發(fā)新型疫苗的優(yōu)越性

1.成本低，易于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)

與傳統(tǒng)疫苗相比，利用生物反應(yīng)器生產(chǎn)的新型疫苗優(yōu)越性明顯。在利用基因工程等分子生物學(xué)手段對(duì)植物進(jìn)行改造后形成了植物生物反應(yīng)器，它可利用綠色植物生產(chǎn)具有活性的蛋白，植物抗原可引起免疫反應(yīng)，而且細(xì)胞壁的存在可能會(huì)作為臨時(shí)保護(hù)傘使其在為分泌物中穩(wěn)定的存留，在腸道中溶解激發(fā)免疫反應(yīng)，并可以起到緩釋的作用。[4]而利用微生物反應(yīng)器生產(chǎn)的基因工程菌同樣可表達(dá)具有活性與免疫保護(hù)性的抗原蛋白，通過優(yōu)化可進(jìn)行大規(guī)模發(fā)酵，如蛋白，抗體等對(duì)純度要求較高的大分子物質(zhì)，改造后的生物工程菌株適合人工大規(guī)模培養(yǎng)，與傳統(tǒng)疫苗的生產(chǎn)成本相比其成本大大的降低。類似于這樣的植物反應(yīng)器和微生物反應(yīng)器生產(chǎn)的口服疫苗如果可以大規(guī)模的使用，對(duì)加快醫(yī)學(xué)進(jìn)展速度并簡化防疫工作有重大意義。

2.生產(chǎn)周期短，產(chǎn)物利用價(jià)值高

現(xiàn)在各類傳染病的肆意蔓延使得疫苗的開發(fā)迫在眉睫，如果我們可以利用生物反應(yīng)器來開發(fā)新型疫苗，將大大提高疫苗的生產(chǎn)效率?；蚬こ叹L周期短，很大程度上的節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間，由于表達(dá)產(chǎn)物能在生物體或細(xì)胞內(nèi)得到充分修飾且具有可遺傳穩(wěn)定的生物活性，所以表達(dá)出的代謝產(chǎn)物不需要在體外進(jìn)行如糖基化修飾，磷酸化修飾等在體外耗時(shí)耗力的加工修飾。這樣生產(chǎn)的疫苗純度高，化學(xué)污染少，且純化方法簡單。一些利用細(xì)菌、細(xì)胞表達(dá)的外源蛋白由于在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行修飾加工從而獲得免疫原性[5]，如布魯氏菌中已分離出的具有免疫保護(hù)性的蛋白R(shí)Sα，有實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)證明在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行糖基化修飾后的蛋白免疫原性有明顯的提高，并可以激發(fā)細(xì)胞免疫通路。我們可利用其特性進(jìn)行生物工程疫苗的研究和開發(fā)，現(xiàn)今利用DNA重組技術(shù)進(jìn)行微生物發(fā)酵工程來生產(chǎn)的醫(yī)用藥用蛋白已得到廣泛的認(rèn)可和推廣。目前已有數(shù)十種外源基因在微生物、動(dòng)物生物反應(yīng)器中獲得表達(dá)，以動(dòng)物細(xì)胞作為生產(chǎn)活性蛋白的動(dòng)物生物反應(yīng)器已經(jīng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并顯示出巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。

3.生產(chǎn)的產(chǎn)品活性高，安全性好

基因工程改造過程中的植物和菌株等均有十分清晰的研究背景，確保其安全性好、可操作性高[6]。釀酒酵母生產(chǎn)出的蛋白對(duì)人體無害，且生產(chǎn)出的產(chǎn)品為食品級(jí)，可直接使用。動(dòng)物生物反應(yīng)器所生產(chǎn)的藥物為純的生物制品，在很大程度上避免了生物毒素的污染。現(xiàn)今，市場上已有利用生物反應(yīng)器生產(chǎn)的蛋白產(chǎn)品，乳制品，其安全性高，活性與天然蛋白相比幾乎無異。目前利用植物反應(yīng)器開發(fā)的可食疫苗[7]也可稱之為一種綠色食品，食用后通過激發(fā)人體免疫系統(tǒng)使人獲得免疫，這些都為疫苗的生產(chǎn)提供了更加安全的生產(chǎn)體系，為疫苗的開發(fā)提供新的思路，而且利用生物反應(yīng)器可將性狀遺傳到下一代，使外源蛋白可在后代中持續(xù)的表達(dá)，穩(wěn)定性好。

4.生物反應(yīng)器生產(chǎn)疫苗的應(yīng)用前景廣泛

哺乳類動(dòng)物細(xì)胞生物反應(yīng)器是最常用的生產(chǎn)無毒性的疫苗和蛋白等大分子物質(zhì)工具。利用生物反應(yīng)器不僅可以生產(chǎn)難純化又稀缺的醫(yī)用蛋白，同時(shí)也可生產(chǎn)人們所需活性的目的蛋白，用于研究實(shí)驗(yàn)為科研的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，加快生物技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。

綜上所述，目前由生物反應(yīng)器生產(chǎn)的生物制品已經(jīng)觸及人類生活的方方面面，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，更加完善的生物反應(yīng)器理論和實(shí)踐方法的建立，生物反應(yīng)器可以發(fā)揮更大的潛在價(jià)值，以便更有效地服務(wù)社會(huì)。也許有一天,患病的人只需要咀嚼蔬菜和水果就可獲得免疫，甚至在母親吃了生物反應(yīng)器生產(chǎn)的疫苗后產(chǎn)生的抗體可通過胎盤傳給胎兒或者通過哺乳傳給嬰孩。人們正期盼著新型疫苗的新突破，終有一天會(huì)實(shí)現(xiàn)這一暢想。

[1]張丹鳳, 余自青, 吳鎖偉,等. 植物生物反應(yīng)器在分子醫(yī)藥農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J]. 中國生物工程雜志, 2016, 36(1):86-94.

[2]劉帥, 劉長青, 包阿東,等. 動(dòng)物生物反應(yīng)器建立的主要方法與技術(shù)[J]. 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2008, 8(12):2347-2349.

[3]佚名. 微生物反應(yīng)器[J]. 技術(shù)與市場, 2007.

[4]杜小春, 何正權(quán), 陳磊,等. 植物生物反應(yīng)器表達(dá)藥用蛋白研究新進(jìn)展[J]. 中國生物工程雜志, 2008, 28(9):135-143.

[5]陳雪靜(綜述), 劉曉志(綜述), 常亮(審校). 抗體藥物免疫原性的研究進(jìn)展[J]. 中國生物制品學(xué)雜志, 2013, 26(7):1043-1046.

[6]武婕, 張曉雪, 余河水,等. 畢赤酵母工程菌高密度發(fā)酵研究與進(jìn)展[J]. 中國生物工程雜志, 2016, 36(1):108-114.

[7] 朱會(huì)英, 吳存祥, 胡寶忠,等. 利用植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)口服疫苗的進(jìn)展[J]. 分子植物育種, 2004, 2(3):443-448.