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何為玉米生物反應器?它能作甚?
植物生物反應器是指通過生物技術,以整個植物體或植物的某個器官為反應器生產外源重組蛋白或活性物質,這些蛋白和活性物質具有高附加值,用於工業或醫療保健。這樣的生產體係即稱為植物生物反應器。
其優點在於可以大規模化生產、成本低和安全性高。
國內外常用的植物生物反應器有油料作物(大豆、紅花、油菜)、糧食作物(水稻、小麥、玉米)。
其中,以玉米籽粒生物反應器優點最為突出:
具有相對高的單產以及相對低的生產成本(Giddingsetal.,2000);
成熟玉米籽粒含水量低、蛋白酶活性低,有利於外源蛋白的積累,同時含有豐富的分子伴侶和二硫鍵異構酶,從而有利於外源蛋白的正確折疊(Müntz,1998);
玉米籽粒大,有利於在緊促的生物量中積累較高濃度外源蛋白。另外,籽粒的蛋白組相對簡單,且不利於純化的物質(如酚化物、生物堿),含量較低,便於下遊純化工藝或直接使用;
外源蛋白在種子中積累不影響營養組織的生長;
玉米雌穗外麵有多層苞葉保護,從而避免了籽粒的灑落,並降低了微生物的汙染;
玉米籽粒生產的蛋白在種子貯藏過程中非常穩定。據報道,破碎的或片狀化的玉米籽粒儲存在-10~3℃,3個月後,其中的重組蛋白活性沒有損失,室溫保存6年的玉米種子中重組抗體蛋白依然保持活性(Hoodetal.,1997;Stogeretal.,2002)。
玉米生物反應器的應用與前景
以玉米商業化生產的第一個外源醫用蛋白是雞親和素(Chickenavidin)(Hoodetal.,1997),隨後各種外源蛋白均在玉米中成功生產如β-葡萄糖醛酸酶(β-Glucuronidase)(Witcheretal.,1998)、抑蛋白酶肽(Aprotinin)(Zhongetal.,1999)、人乳鐵蛋白(Humanlactoferrin)(Samyn-Petitetal.,2001)、疫苗大腸杆菌不耐熱腸毒素B亞基LTB(Chikwambaetal.,2002)、傳染性胃腸炎病毒疫苗TGVE(Streatfieldetal.,2001)、在印染業具有重要作用的漆酶(Laccase)(Hood,2002)、胰蛋白酶(Trypsin)(Woodardetal.,2003)、胃脂肪酶(Gastriclipase)(Zhongetal.,2006)、纖維素酶(Cellulase)(Hoodetal.,2007)、人脯氨酰羥化酶(Humanprolyl4-hydroxylase)(Xuetal.,2011)、乙型肝炎表麵抗原(HBsAg)(Haydenetal.,2012)、纖維二糖水解酶(CellobiohydrolaseII)(Devaiahetal.,2013)。
中國農業科學院生物技術所建立了玉米籽粒生物反應器技術平台,該平台可以在玉米籽粒中實現高附加值的蛋白高效生產。
考慮到我國是玉米生產大國,也是飼料大國,玉米籽粒生物反應器在我國飼料酶生產方麵具有巨大空間。
生物技術研究所與飼料研究所利用該反應器技術合作研發了葡聚糖酶(Glucanase)(Zhangetal.,2014)、甘露聚糖酶(Mannanase)(Xuetal.,2013)和植酸酶(Phytase)(Chenetal.,2013)玉米生物反應器生產技術體係。玉米生物反應器避免了人類或動物來源的病菌汙染,該生產體係在安全性方麵更有保障。
我國目前的玉米生物反應器的研究水平與技術儲備已經可以滿足商業化的需求,將開創飼料用酶商業化生產的新途徑。

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