試論植物細胞的培養生產重組蛋白

史嘉林

摘 要：隨著生物技術的發展，用植物細胞培養生產重組蛋白得到了快速發展。這種技術集合了微生物發酵速度快、動物細胞培養的產物種類多等優點，也因此在近幾年這類技術得到了廣泛的關注。本文就用植物細胞進行培養重組的優勢、原則、現狀等問題對植物細胞的培養生產重組蛋白做簡單的論述。

關鍵詞：植物細胞；培養生產；重組蛋白

20世紀初植物細胞的培養開始受到關注，之后的30年植物細胞培養得到了快速的發展，其中包括植物器官的組織、原生質體以及植株的培養等。植物細胞的培養主要應用在快速繁殖、有用物質的生產、和植物細胞的遺傳等方面。但植物細胞的培養技術應用在培養重組蛋白的生產方面確是在近20年才發展來的。

1 植物細胞培養生產重組蛋白的原則

1.1 選擇宿主細胞

發根、固定細胞、腫瘤狀物以及懸浮細胞的培養是植物細胞培養的主要方法，現在選擇宿主細胞主要從擬南芥、煙草、紫衫、番茄、水稻和大豆等作物中進行選擇。但是研究表示：番茄、水稻、大豆本身可以用來食用、有良好的可調控性，表達水平也比較高而且能有效的分泌蛋白[1]。因此，即便煙草中含有的細胞更容易繁殖和生長但仍沒有可作為食物來用的水稻、大豆和番茄等作物更適合宿主細胞。

1.2 構建重組蛋白

構建重組蛋白在植物細胞培養生產重組蛋白中也占據了非常重要的位置，它能夠決定重組蛋白的產量，因此在構建重組蛋白時一定要注意兩點：一點是構建前導肽，另一點是選擇啟動子。首先，前導肽的好壞對重組蛋白的分泌有直接的影響，比如說：如果蛋白質的分子量不能達到30kDa，那么這種蛋白質在一般情況下都會分泌在植物懸浮細胞的培養液中。反之，某些大分子量的蛋白質則會留在細胞內。其次，啟動子對重組蛋白的產量也有很大的影響。因為，啟動子能夠決定轉錄水平的高低，而轉錄水平又對重組蛋白的產量有很大的影響，因此啟動子的好壞能夠決定重組蛋白的產量的多少。

1.3 植物懸浮細胞

植物懸浮細胞的生長速率和生物細胞的生長速率相差非常的大，并且它們是生長曲線也完全不一樣，但這并不代表植物懸浮細胞不可以用生物細胞的生長方式進行繁殖，相反植物懸浮細胞仍可以按照生物發酵的方式進行生長繁殖。在1992年Nagata的報道中，煙草細胞的懸浮細胞生長速率是0.044/小時，此外，植物細胞培養速率與細菌的攝氧速率有很大的差距，但是當傳統的發酵方式經過了修改整理之后，植物懸浮細胞就又能夠通過發酵的方式進行生長和繁殖了。

2 重組蛋白的分離提純

每種生物制品在生產過程當中都不能缺少下游過程，所謂的下游過程就是將重組蛋白進行進行分離和提純的過程，這個過程對于重組細胞的產量來講有著極為重要的作用。蛋白質的分離提純過程是一種同中有異的過程，因為雖然每一種蛋白都有自己獨特的分離提純過程，但在這些看似毫不相同的過程當中仍然有一些相同的標準和步驟是一致的。比如說：在臨床的應用過程中對重組蛋白有很高的要求，但是如果重組蛋白用于一般的用處，則對它的要求就不會像對臨床應用的一樣高。一般的重組蛋白在分離純化時有以下幾種方法：

首先，要確定植物細胞的生長曲線，然后用分層技術分離提純目的蛋白。這個過程的出產物體積相對來講比較大，所以如果能夠用層析技術來提純所需要的蛋白，那么產物就會被盡可能的壓縮[2]。這是在重組蛋白是分泌蛋白的情況下，那么如果重組蛋白是胞內蛋白呢？當重組蛋白是胞內蛋白時，它與重組蛋白是分泌蛋白的分離過程和相近。先經過過濾將懸浮細胞過濾出來，然后將細胞壁和細胞核進行破碎處理，緊接著是抽提，最后運用層析技術對目的蛋白提純。

3 植物細胞培養生產重組蛋白存在的問題

3.1 生產時重組蛋白不穩定

重組蛋白穩定與否對于植物細胞的培養生產過程來講有著極為重要的作用，但在植物細胞的培養生產過程當中重組蛋白的穩定性問題卻是一個難度非常大的課題。也因此到目前為止，能夠符合GMP生產標準的宿主細胞株的特性庫仍然沒有被研發出來。建立宿主細胞株特性庫是在工業生產過程當中不可或缺的一項重要因素，原因是生產的起始原料與生產過程的具體路線是由它所限定的，除此之外重組蛋白是否能達到一致性和穩定性也由它所決定。因此重組蛋白的穩定性對于植物細胞的生產和培養有著很大的作用。

3.2 外源基因逃逸現象

植物基因組的DNA和穩定整合在植物基因組里的外源DNA基本上一塊參與了所有的遺傳學行為，所以，這些外源DNA在很大程度上有隨著植物細胞培養過程引起基因的沉默或是向環境中漂移的可能性。當外源基因沉默或是漂移之后，目的重組蛋白的產量就會隨之下降。

4 用植物細胞進行培養重組的益處

植物細胞培養生產重組蛋白集合了動物細胞培養、微生物發酵以及完整植株培養等諸多優點。植物懸浮細胞可以在不需要特殊處理的培養基中生長也可以合成復雜的糖蛋白和多聚體蛋白，比如：白細胞介素與免疫球蛋白，它們不僅不會產生內毒素而且也不會攜帶人類的病原菌；不僅如此，它還可以像完整植株的培養系統一樣進行翻譯后的糖基化以及轉入后的修飾。據2004年Gomord的報道：植物蛋白培養的重組人體糖蛋白比用其他物質合成的重組人體糖蛋白更相似于天然人體糖蛋白。而且，植物細胞培養生產重組蛋白不會受到土壤、氣候以及季節等因素的影響，更重要的是，當目的重組蛋白能夠分泌在懸浮細胞培養液中時，它還具有簡單易行的產物分離提純過程。

5 小結

隨著生物技術以及基因工程的飛速發展，植物細胞培養和生產重組蛋白得到了越累越多專業人士的重視。但是怎樣按照GMP的要求建立起宿主細胞的特性庫以及怎樣解決植物細胞在培養過程中出現的一系列問題對于現如今的生物學界來講仍然是一些難以解決但又急需得到突破的一些問題。用植物細胞培養生產重組蛋白這一課題想要得到質的飛躍，那么生物界現如今面臨的問題不僅要解決還要有進展。

參考文獻

[1]張曉勇，王海林，高向陽，等.植物細胞培養生產重組蛋白[N].生物技術通報，2015，（6）：43-45.

[2]孫國鳳.用植物細胞生產重組蛋白[N].生物技術通報，2013，（1）：8-9.

（作者單位：哈藥集團生物工程有限公司原液車間真核工段）