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简析为科研,只争朝夕

最后更新时间:2024-01-20 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:3909 浏览:12963
论文导读:,是杨代常团队的一项重要创新。利用储藏蛋白在种子成熟过程中不断合成与累积原理,他们采用胚乳特异性启动子表达,蛋白质定向储藏和目的基因子优化等技术,使重组蛋白的表达量在水稻种子中积累到较高水平,是国际上认为可商业化的最低表达水平的20倍,是其他植物生物反应器的最高表达量。以水稻胚乳生物反应器生产重组人血清
1984年,已经30岁的杨代常坐在武汉大学本科教学的课堂上,他身边围绕着的,是小他10岁的同学们。因为武汉大学原校长刘道玉力主的“插班生”制度,杨代常从一名基层农业技术人员,有幸进入武汉大学,成为一名“高龄”插班生。
30年后的今天,杨代常已从那名插班生蜕变为武汉大学生命科学学院的教授,武汉禾元生物科技有限公司董事长。在2013年度国家科学技术奖励大会的领奖台上,杨代常因“水稻胚乳细胞生物反应器及其应用”项目,荣获国家技术发明奖二等奖。在这一项目背后,是他暌违30年的奋斗、坚守和那个逐渐成形、蒸蒸日上的产业。
将不可能变为可能
花甲之年,杨代常走到了中国科学家至高的领奖台上。让他走到这里的“水稻胚乳细胞生物反应器及其应用”项目,是他用8年时间孕育出的果实。
2005年,在美国生活工作了6年的杨代常回到祖国。回国前两年,杨代常几乎没有科研经费来源。导师朱英国院士派给他4名学生,并将自己的一部分科研经费借给杨代常,在这种艰难的境地下,杨代常在国内的事业开始起步。
杨代常拿到的第一个重大项目是“863”计划资助的“种子生物反应器研究与开发”项目。此后,杨代常的事业开始迅猛发展,先后得到国家科技重大转基因专项、国家新药创制重大专项、国家科技部创新基金、国家重大科技专项“新药创制”等的资助。这些令人炫目的项目串联起来,便是今年获得国家技术发明奖的“水稻胚乳细胞生物反应器及其应用”项目。
人血清白蛋白(HSA)是人血浆中的蛋白质。在体液中,人血清白蛋白可以运输脂肪酸、胆色素、氨基酸、类固醇激素和许多治疗分子,同时维持血液正常的渗透压。在临床上,人血清白蛋白可用于治疗休克与烧伤,补充因手术、意外事故或大出血所致的血液丢失,也可以作为血浆增容剂。
在以往常规技术中,人血清白蛋白的主要来源是血浆和动物组织提取物。然而血浆来源的有限性以及其潜在的传染病传播等安全理由,使得科学家开始将生物蛋白药物的源头瞄准植物生物反应器。
1989年,植物生物反应器的概念诞生。它是指通过基因工程途径,以常见的农作物作为“蛋白生产车间”,通过大规模种植生产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、特殊碳水化合物、生物可降解塑料、脂类及其他一些次生代谢产物等生物制剂的策略。然而,长久以来,植物生物反应器表达量低、工艺复杂和规模化难等理由,成为从植物生物反应器产品进入市场的瓶颈。
自回国以来,杨代常便着手展开了对水稻胚乳细胞生物反应器的研究。这期间不乏来自专家学者的质疑声。“天方夜谭”是不少业界同行对他所做工作的描述。然而他却笃定而坚持地说:“科学就是要将不可能变为可能。”
如今看“水稻胚乳细胞生物反应器及其应用”项目的技术创新点,可以发现,当初那些被专家们称为“天方夜谭”的不可能,已经在杨代常的努力下成为了可能,并正在创造着财富。
以水稻胚乳作为“蛋白生产车间”,高效表达重组人血清白蛋白(OsrHSA),是杨代常团队的一项重要创新。利用储藏蛋白在种子成熟过程中不断合成与累积原理,他们采用胚乳特异性启动子表达,蛋白质定向储藏和目的基因子优化等技术,使重组蛋白的表达量在水稻种子中积累到较高水平,是国际上认为可商业化的最低表达水平的20倍,是其他植物生物反应器的最高表达量。以水稻胚乳生物反应器生产重组人血清白蛋白为例,目前每亩水稻可生产1.5~2公斤重组人血清白蛋白。正如PNAS的评审专家指出的:“在科学上和经济上提供了一个解决因血浆短缺造成的人血清白蛋白紧缺的可行方案。”
同时,针对小分子多肽表达难、产量低的技术难点,他们利用水稻种子中分子伴侣帮助蛋白质折叠的特点,以此为融合载体,在水稻胚乳细胞生物反应器的基础上,建立了在植物细胞中高效表达小分子多肽技术,填补了植物生物反应器不能高效表达小分子多肽的空白。
在提纯技术上,团队发明了从水稻种子高效提取OsrHSA的技术。利用储藏蛋白与HSA在生化性质上的差异,发明了高pH值提取、低pH沉淀的提取策略,建立了从水稻种子中提取OsrHSA的简单工艺及其工艺流程,最大限度地提高了OsrHSA得率和降低内源杂蛋白的含量。
针对提纯工艺复杂的理由,根据水稻种子蛋白与人血清白蛋白的生化物理性质不同,他们又建立了工艺简单的三步柱层析策略,使得OsrHSA的得率达到55.75%、纯度99.9999%以上,不仅保持了HSA的正确分子结构与功能,而且各项指标达到药典标准,目前已经完成了临床前研究,药效与毒理与血浆来源人血清白蛋白没有差别。
这些发明创新不仅可以满足我国对HSA的大量需求、解决血液制品的安全隐患,同时更无疑是对基于发酵工艺的传统重组蛋白质生产技术的变革。2011年,这项研究成果在美国科学院院报(PNAS)上发表,PNAS评审专家不无兴奋地评价道:“(成果)解决了在科学上振奋人心、在经济上非常重要的议题——即用转基因植物生产血浆产品或其他蛋白产品的技术平台,该技术可代替其他基于发酵的表达技术,其重要性也不言而喻。这篇文章漂亮地、而且接近完美地证实了植物生产的医药蛋白和临床上批准使用的血浆来源医药蛋白是完全相同的。他们还提供了植物系统规模化容易和低廉的巨大优势的详实数据。”
PNAS在线发表当天,英国Nature News杂志同时在线报道了这一科研成果,报道称成果是至今为止在植物中表达重组蛋白的最高产量,同时认为利用水稻胚乳细胞生产出的人血清白蛋白令人信服,比人血浆来源更充足、更安全,成本更低廉,十分振奋人心。
一时间,国际学界纷纷对这一成果表示了振奋之心,美国几大报纸纷纷以头版头条报道,全世界超过22个国家的媒体进行转载。“中国在植物生物反应器技术上走在了国际前列!”这一句掷地有声的话是对杨代常8年付出与背负质疑的最好回报。 全文地址:www.7ctime.com/xxskjlwfw/lw26665.html上一论文:试析“科技之冬”培训拓宽增收渠道