转基因水稻胚乳可提取血清白蛋白
科技日报,2012-09-01
关注转基因
白蛋白供应紧张一直困扰着人类。我国每年需求150—160吨，全球每年需求量则高达500吨，由于血浆来源紧张，我国目前从血浆中提取量仅可供应1/3，其中2/3依赖进口。
2011年10月31日，武汉大学生命科学学院教授杨代常撰写的论文《利用转基因水稻规模化生产重组人血清白蛋白》在《美国科学院院报》发表，吸引了世界的目光。
文章用翔实的科学数据证明，植物来源的重组人血清白蛋白与临床使用的血浆来源血清白蛋白，无论是在生理生化性质，还是功能用途等方面，都具有高度的等同性。
为何这项研究引发种种关注？稻米血清白蛋白是否会危及生态及人身安全？其何时能用于临床治疗？……带着这些问题，记者采访了杨代常和他的团队。
“借腹生子”：从水稻胚乳中提取血清白蛋白
植物种子生物反应器，是将植物种子作为一个蛋白质“生产车间”，利用植物作为合成蛋白质的“机器”来合成人类所需的蛋白质。“通俗地解释，便是‘借腹生子’。”杨代常说。
国外从1989年已开始利用DNA重组技术生产血清白蛋白，但由于血清白蛋白产量低、纯化工艺复杂、生产成本远高于市场成本，始终无法进入市场。
杨代常带领研究团队，从水稻基因组数据入手，根据水稻种子储藏蛋白与血清白蛋白的生化性质差异，设计出从提取到纯化的一整套工艺方案，最大限度地提取血清白蛋白，最低限度去除种子的内源蛋白，成为一项原始创新的科研成果。
“具体来说，是由表达元件组成的载体，通过遗传工程整合到水稻基因组内，在种子特异性调控元件的指导下，水稻种子在成熟过程中也不断地合成和积累人血清白蛋白，然后通过规模化种植获得原料，再经过提取、纯化等步骤获得高纯度的血清白蛋白。”杨代常介绍，目前大约每亩水稻可以产生1.5—2公斤血清白蛋白，如果说一个人一次能献血200ml，一亩转基因水稻产出的血清白蛋白量约等于300人献血。
“天然屏蔽”：可杜绝肝炎、艾滋病毒等风险
植物源重组血清白蛋白优势明显，它来源于非动物，避免了各种病毒和病原菌的污染，并由于不受血浆供应限制，可无限量供应。但是转基因农业作物安全性向来争议不断，植物源血清白蛋白有望未来直接应用于人体中，有人担心会危及生态及人身安全。
对此，杨代常解释，首先，就人血清白蛋白本身安全性而言，血清白蛋白本就是人体的蛋白质，占血浆中蛋白的30%，是一种安全的蛋白质。目前，根据获取的数据，植物来源的人血清白蛋白从生物活性、分子结构和理化性质与血浆来源的人血清白蛋白完全一致，从水稻胚乳中提取的血清白蛋白可杜绝携带如肝炎病毒、艾滋病毒等风险。研究发现，人体对植物蛋白的耐受能力大于对细菌和酵母的耐受能力。从安全性考虑，已建立高纯度符合医药级别纯度的血清白蛋白。其次，就转基因生物安全而言，由于采取地理和时间双重隔离方法，要求比美国更为严格。第三，为杜绝进入食物链，在研究中采取了专用收割机、烘干机、稻米加工设备以及专用仓库等措施，建立了严格的监管规范，能做到可管可控和可追溯。
未来预期：进入临床需4至5年
从2005年始，杨代常自主研发的水稻胚乳细胞蛋白质高效表达技术平台，填补了国际上此项技术规模化生产的空白，已获美、日、欧盟以及我国的多项专利。
杨代常说，目前，植物源重组血清白蛋白的质量已达到非临床应用标准，可替代血源人血白蛋白用于细胞培养基添加剂，成为细胞培养中血浆来源的血清白蛋白的替代品；可减少培养基中胎牛血清的使用量；还可用于高纯试剂、细胞冷冻保护剂、医疗器械包埋剂、药物载体、化妆品组分、体外诊断等。
国外已在疫苗及生物医药产品的细胞培养的稳定剂上使用。我国按照国家药监局的要求，要通过临床研究后才能进入临床应用。
通过治疗大鼠肝硬化腹水对比，进行植物源重组血清白蛋白的药效研究，发现大鼠肝硬化腹水的治疗效果在降低腹围、增加尿量和尿蛋白量等指标优于血浆来源的血清白蛋白。
“植物源重组血清白蛋白正在进行临床前研究，已完成大部分的药学研究，预计在2013年上半年可望完成临床前研究；预计进入临床研究至少需要2年时间，进入临床应用至少需要4—5年或更长的时间，这取决于临床研究的结果与进度以及国家的法规。”杨代常说。
从实验室走向产业化
去年年初，杨代常带着多年的研发成果，入驻武汉东湖国家自主创新示范区光谷生物城，一年内实现了项目产业化。
“这一过程我们走得很艰难。”杨代常说，为了让投资者更有信心，他在商业模式上从长中短期产品计划入手，将技术做好做精。在科技部转基因重大专项、国家863计划和武汉东湖国家自主创新示范区光谷生物城的支持下，加速了项目产业化进程。
“我国生物产业要走在世界前列，在心理上要打破‘奴性’思维，在政策上要突破传统观念，要敢做别人不能做或不敢做的事情。”杨代常说，“现在一谈到转基因，很多人就‘谈虎色变’。实际上，理解上存在很多误区。转基因技术是通过遗传工程的手段，将人类需要的基因（一段DNA片段）导入到植物或任何一种生物的一项高科技技术，是人类由必然王国走向自由王国的必由之路。”
近日，杨代常的科研团队又传出喜讯，在水稻中“种”出了“人抗胰蛋白酶”。目前，重组抗胰蛋白酶与重组血清白蛋白一样，有效地避免人血液中病毒病原菌感染的风险，但需要进行一系列的免疫原性、急性、毒性等相关实验和临床研究后，方能应用于临床。
杨代常透露，未来，其团队研发重心将着重原创性技术研究，建立单克隆抗体的表达平台，使我国的单克隆抗体药物的价格降到5万元左右，重组血清白蛋白进入临床应用。（记者 马爱平）
