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  • 可饲疫苗

    可饲疫苗是指将植物基因工程技术与机体免疫机理相结合,利用基因工程手段将抗原蛋白基因导入可饲用的植物细胞内,使目的基因在植物中表达。通过转基因植物的种植和加工,来生产安全、有活性的可饲疫苗,可直接饲喂动物和禽类。与常规禽流感疫苗相比,植物基因工程可饲疫苗不含以人畜为宿主的致病微生物或病毒、致癌因子、毒素等潜在污染物质,饲喂安全,不会引起负反应,不会影响疾病监测。

    编辑摘要

    目录

    (图)可饲疫苗

     

    简介/可饲疫苗 编辑

    (图)基因枪基因枪

    可饲疫苗即利用脓杆菌或基因枪等技术,将免疫原性基因导入植株中,获得表达免疫原性蛋白的植株。FMD转阴植物可饲疫苗是研究较早,并且效果较好的例子之一。

    早在1998年,Carrillo等用FMDV的主要保护性抗原基因VPI获得了转基因拟南芥,用叶浸提物免疫小鼠,可诱导产生特异性抗体,所有免疫的小鼠都能抵抗fmdv强度半数致死量的攻击,这是有关转基因植物表达的病毒抗原使免疫动物全部获得保护的首篇报道,而且一个免疫剂量仅为25-50毫克叶片。

    1999年Wigdorovitta等有利用苜蓿作为受体材料,成功获得了表达的转基因苜蓿,以15-20毫克剂量免疫小鼠,免疫鼠能100%抵抗致死量强度的攻击。最近,Carrillo等又以马铃薯作为受体材料,成功获得了表达VPI的转基因马铃薯,动物实验证实免疫鼠也能抵抗强毒的。FMDV转基因植物可饲疫苗的研究成功,将为牛羊等草食动物的防治带来光明的前景。

    种类/可饲疫苗 编辑

    植物疫苗

    转基因植物生产疫苗转基因植物工程是综合性的工程,尤其在疫苗研究方面,要想在FMDV转基因植物疫苗上取得实际的应用价值,还有较长的路要走,这不仅需要对分子生物学相关方面的深入研究,而且还要对FMDV的免疫机理,尤其是对黏膜免疫的分子机制有全面地认识。可喜的是,许多科学家都在致力于该方面的研究并且取得了一定的成果,相信在不久的将来,适用的口蹄疫转基因植物疫苗会更贴近于实际应用。

    由于转基因植物基因工程疫苗具有许多优点因此,其研制与应用引起了许多国家和企业界的重视,显示出作为低成本苗生产系统的良好发展前景。目前,转基因植物疫苗的研究报道主要集中在少数植物上,由于烟草含有毒的生物碱,马铃薯不适合人类生食,这两种转基因植物作为人用疫苗来说,显然是不合适的,因此,开发和应用人类喜欢的,可生食的植物种做转基因宿主,是当前研制人用转基因植物疫苗的一个很重要的方面,近来发展的针对人用疫苗的香蕉转化体系,对外源基因在香蕉果实中高效表达的条件进行了研究,是一个有益的探索。

    动物疫苗

    对动物疫苗来说,其首选宿主应是作为饲料的谷类,如苜蓿,玉米和豆类等作物。预计未来的转基因宿主将呈现多样化的局面,以满足不同的人,不同的动物的需求。生物技术通报Biotechnology Bulletin 2002年第2期对于抗原基因来说,只要基础研究好,市场前景广阔的均可进行研究,但其重点应首先放在研究胃肠道传染病上,因为从技术上来讲容易获得突破,从实际上来讲其应用价值也最大,特别是动物可饲疫苗的研制,应先行一步。

    优点/可饲疫苗 编辑

    与常规疫苗相比,植物基因工程可饲疫苗不含以人畜为宿主的致病微生物或病毒、致癌因子、毒素等潜在污染物质,饲喂安全,不会引起负反应,不会影响疾病监测,且使用方便,生产简便、易于储存和分发,可随时、长期、大范围给药。尤其可在候鸟迁移途中进行可饲疫苗的定点投放,从而达到有效防控禽流感传播和蔓延的目的。

    与现在使用的“注射型”禽流感疫苗相比,这种新型防控禽流感的可饲疫苗具有使用安全方便,可大规模生产、成本较低,易于储存和分发,可随时、长期、大范围给药,一种方法可生产多价疫苗等特点,尤其可在候鸟迁移途径中进行定点投放,弥补无法对候鸟打针的防控薄弱环节。

    独特优点

    (1)易于遗传操作。植物细胞具有全能性,组织培养研究基础好,遗传转化方法趋于成熟;

    (2)生产成本低。植物是自养生物不需要复杂的设备和设施,只要有土地,就可以大规模产业化生产;

    (3)易获得多价疫苗。将不同抗原基因的转基因植物进行杂交,可以很容易地获得多价转基因植物疫苗;

    (4)能准确地进行翻译后加工。植物具有完整的真核细胞表达系统,表达产物可糖基化,酰基化,磷酸化,亚基可以正确装配等转译后加工等特点;

    (5)无病原污染。其他技术生产疫苗,很容易发生病原性或非病原性细菌,病毒等污染;

    (6)转基因植物种子易于贮存,有利于抗原蛋白的生产和运输;

    (7)使用方便。通过直接食用达到免疫,产生较强的体液和粘膜免疫反应,方法简便,易于推广普及;

    (8)无须提取纯化过程。接食用免疫,若作纯制剂则要考虑。

    研究进展/可饲疫苗 编辑

    国内

    (图)流脑可饲用疫苗针剂流脑可饲疫苗针剂

    在国内,FMD转基因植物疫苗的研究起步较晚,但已取得了较大进展。

    中国农业科学院兰州兽医研究所在国家“863”项目的资助下,较早开展了FMDV转基因植物基因工程疫苗的研究,张永光研究小组将FMDV的结构蛋白基因VP1先后转入牧草百脉根和烟草中,经过多种生物学方法的检测和免疫动物试验,证明取得了较好的效果;

    潘丽等将O型FMDVP12X3C基因成功导入番茄拟南芥中,基因在植物种子中能够特异性表达,将番茄叶片浸出物免疫豚鼠,豚鼠产生了特异性抗体反应,能够抵抗强毒的攻击。

    孙萌将FMDV的VP1基因导入烟草和衣藻叶绿体中进行重组表达,抗原蛋白含量占可溶性蛋白的2%~3%,比植物核基因组蛋白表达含量有较大的增加,说明在植物细胞器中表达外源基因对提高表达含量有一定的作用,不失为研制FMD转基因植物疫苗的一种好的尝试。

    国外

    FMDV基因工程疫苗的研制最早开始于1998年,阿根廷一研究小组将FMDVVP1基因转入拟南芥中,给小鼠注射转基因植物提取物,小鼠产生了针对VP1区135位~160位氨基酸残基多肽、结构蛋白VP1和完整病毒粒子的特异性抗体反应,这是首次利用转基因植物表达产物免疫动物产生特异性抗体的试验。

    1999年,WigdorovitzA等将FMDV结构蛋白基因VP1在苜蓿中有效表达,表达产物口服和注射都产生了免疫反应和保护,从而对利用转基因植物生产疫苗提供了有力的支持。

    2001年,CarrilloC等将FMDVVP1基因在马铃薯中表达,试图通过构建含有双元启动子表达载体来提高VP1蛋白的表达量,结果表明蛋白表达量与含有一元启动子的表达载体相比,其表达量没有显著的增加。

    实践证明,到目前为止,转基因植物表达的蛋白量低仍然是制约转基因植物表达系统应用的主要问题之一。

    现在采用的策略主要是:

    ①病毒基因密码子的优化,根据植物密码子使用的偏好性,将病毒基因作适当的同义突变,从而提高病毒抗原蛋白的表达量;

    ②在翻译起始处加上一段可以提高翻译效率的先导序列;

    ③外源蛋白的靶向表达,目前人们普遍在目的基因的3′端加上一段内质网引导肽SEKDEL,将表达的蛋白定位到内质网中,从而使所表达的蛋白在内质网中累积。

    尽管如此,要利用植物高效表达外源蛋白,仍然是一个技术难题。

    (图)精制中性蛋白酶精制中性蛋白酶

    除了利用VP1基因作为免疫原基因外,近两年来,人们逐渐将目光转移到将FMDV结构蛋白基因作为免疫原基因用于基因工程疫苗的研究上来。FMDV的结构蛋白基因P1在3C蛋白酶的作用下裂解,组装成的空衣壳保留有感染性病毒粒子的免疫原性和抗原性,利用其作为亚单位疫苗的免疫原基因是一种很好的选择。

    2005年,DusSantosMJ等将FMDV编码结构蛋白的P1基因和编码蛋白酶的3C基因作为免疫原基因导入紫花苜蓿,免疫小鼠产生了特异性抗体并能抵抗强毒的攻击。

    现存问题/可饲疫苗 编辑

    已有的研究表明,利用植物表达系统生产FMDV疫苗的策略是可行的,但是有许多问题有待解决,如外源基因在植物中的表达量,现有的研究中,外源基因所表达的重组蛋白大约只占植物中可溶性蛋白的0.01%~0.4%,由此产生的免疫剂量问题也不得不考虑,如此低的蛋白含量如何能满足商业化的需要,是实现其产业化的一个难题。如何在植物中精确定量FMDV抗原蛋白含量而为免疫提供指导也比较困难。

    免疫接种途径也是不得不考虑的一个问题,尽管国内外的试验都尝试用转基因植物免疫动物,但是大多采用的免疫途径是提取植物蛋白浸出物免疫动物,有悖于可饲疫苗的初衷。

    前沿成果/可饲疫苗 编辑

    中国科学院中国农业大学中国农业科学院兰州大学、西北农林科技大学、深圳大学等相关部门的国内著名专家对农科集团与中国农科院生物技术研究所共同承担的“禽流感植物基因工程可饲疫苗研制”项目进行了中期评审。评审会上传来令人振奋的消息,一种新型防控禽流感的可饲疫苗取得重大研究进展。

    植物基因工程可饲疫苗是指将植物基因工程技术与机体免疫机理相结合,利用基因工程手段将抗原蛋白基因导入可饲用的植物细胞内,使目的基因在植物中表达。通过转基因植物的种植和加工,来生产安全、有活性的可饲疫苗,可直接饲喂动物和禽类。

    与常规禽流感疫苗相比,植物基因工程可饲疫苗不含以人畜为宿主的致病微生物或病毒、致癌因子、毒素等潜在污染物质,饲喂安全,不会引起负反应,不会影响疾病监测,且使用方便,生产简便、易于储存和分发,可随时、长期、大范围给药。尤其可在候鸟迁移途中进行可饲疫苗的定点投放,从而达到有效防控禽流感传播和蔓延的目的。

    植物基因工程可饲疫苗是指将植物基因工程技术与机体免疫机理相结合,利用基因工程手段将抗原蛋白基因导入可饲用的植物细胞内,使目的基因在植物中表达。通过转基因植物的种植和加工,来生产安全、有活性的可饲疫苗,可直接饲喂动物和禽类。

    与常规禽流感疫苗相比,植物基因工程可饲疫苗不含以人畜为宿主的致病微生物或病毒、致癌因子、毒素等潜在污染物质,饲喂安全,不会引起负反应,不会影响疾病监测,且使用方便,生产简便、易于储存和分发,可随时、长期、大范围给药。尤其可在候鸟迁移途中进行可饲疫苗的定点投放,从而达到有效防控禽流感传播和蔓延的目的。

    应用前景/可饲疫苗 编辑

    禽流感植物基因工程可饲疫苗研制不仅会对防控禽流感大规模流行起到重要作用,而且对防控禽流感在野生鸟类中的传播起到特殊的作用。因此,禽流感植物基因工程可饲疫苗具有潜在的巨大市场和应用前景,对正在威胁着全球的养禽业和人类的生命安全并随时可能爆发的禽流感的防控有着极为重要的意义。

    专家评审委员会对该项目的研究进展给予了高度评价,并建议采取强化措施,进一步加快研究进度,并希望深圳市有关部门加大支持力度。深圳市政府对该项目一直高度重视,许宗衡市长到农科集团考察时亲临该项目研究实验室指导工作,梁道行副市长多次到项目实验室和研究基地看望专家和指导工作。

    参考资料/可饲疫苗 编辑

    [1] 中国畜牧科技信息网 http://www.sasa.cn/Article_Show.asp?ArticleID=1722

    [2] 生物秀论坛 http://bbs.bbioo.com/thread-17308-1-5.html

    [3] 医疗、健康文档 http://www.310086.com/view/T9mAAAABBBB5khFRLw

    [4] 农科集团 http://www.nkjt.com/file/kydt/kydt2005120808.asp

    相关文献

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    扩展阅读
    1中国畜牧科技信息网
    2生物秀论坛
    3医疗、健康文档
    4农科集团

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