9.6.6 植物生物反应器
植物生物反应器是以常见的农作物为制造工厂，通过植物基因工程途径，生产医用蛋白、工农业用酶、人体或者动物疫苗、特殊碳水化合物、脂类及其他一些次生代谢产物等生物制剂的高新技术。
1.植物生物反应器的优点
许多研究证实植物系统具有表达活性哺乳动物蛋白的能力，在产品质量、成本和安全方面已显现出优势，并很快得到科学家和生物制药业的认可。科学家预测，不久的未来，植物生物反应器很可能成为生物化学药物及多种药用蛋白的重要生产系统。植物作为生产药用蛋白的生物反应器，为人类提供了一个更为安全和廉价的生产系统，与微生物发酵、动物细胞和转基因动物等生产系统相比，它具有许多潜在的优势。以生物学生产要求很高的疫苗为例，它的优点如下：①技术较成熟，成本低廉，使用方便，易于推广；②植物具有完整的真核细胞表达系统，能准确地进行翻译后加工；③不需提取纯化过程，可直接食用；④比传统的免疫途径更有效，植物细胞中的疫苗抗原通过胃内的酸性环境时可受到细胞壁的保护，直接到达肠内黏膜诱导部位，刺激黏膜和全身免疫反应；⑤安全性好，不需要注射器和针头之类的设备，避免了某些血液传播疾病；⑥到目前为止还没有植物病原物感染人类或动物的报道，因此植物生物反应器避免了人或动物潜在病原物的污染；⑦易于储存和分发，不需要冷藏设备，适于大范围给药。
2.植物生物反应器的应用
1）利用植物生物反应器生产药用蛋白
近30年来，转基因植物作为生物反应器，成功表达了大量有价值的药用蛋白，使得转基因药用蛋白的工业化生产成为可能，并呈现出良好的市场前景及极大的商业价值，促进了医药领域的快速发展。目前，利用转基因植物生产药用蛋白越来越受到关注，但转化基因表达量低一直制约着工业化的生产。
2）利用植物生物反应器转基因植物生产可食疫苗
利用转基因植物作为生物反应器规模化生产可食疫苗是一个新兴的研究领域。随着生物技术的不断发展，植物生物反应器将成为疫苗生产的有效途径。目前已报道的疫苗主要包括五类：细菌疫苗、病毒疫苗、避孕疫苗、寄生虫疫苗和糖尿病疫苗。近年来对转基因植物疫苗的研究也取得了重大的进展。目前在植物中成功表达的动物和人类疫苗有几十种，主要涉及乙肝表面抗原（HBsAg）基因、大肠杆菌热敏肠毒素B亚单位（LT-B）基因、狂犬病病毒糖蛋白（G蛋白）基因、口蹄疫病毒（VP1）基因、轮状病毒基因等。
3）利用植物生物反应器生产抗体
将编码全抗体或抗体片段的基因导入植物，在植物中表达出的具有功能性识别抗原及结合特性的全抗体或部分抗体片段称为植物抗体。1989年美国生物学家Hiatt从小鼠中克隆IgG的重链和轻链基因并导入烟草，通过有性杂交得到F1抗体，即成功组装的功能性抗体，就此开创了植物抗体的先河（图9-24）。目前，利用转基因植物表达的抗体包括完整的抗体分子、分泌型抗体IgA、IgG、单链可变区片段（scFv）、Fab片段以及嵌合型抗体等不同类型的抗体。
4）生产有用的生物资源
发达国家特别是美国采用植物生物反应器这种“分子农业”的方法，已经成功地生产出多种高新生物技术产品，包括特殊的饱和或不饱和脂肪酸、改性淀粉、环糊精或糖醇、次生代谢产物、工农业用酶以及一些高经济附加值的药用蛋白、多肽，一些研究机构和公司已经开始从这些产品生产中获得巨大的经济效益。
3.植物生物反应器存在的问题
图9-24 转基因烟草表达小鼠抗体
现阶段植物生物反应器也存在一些问题和不足之处，主要表现有基因沉默、表达水平低、重组蛋白质中糖链结构的改变、下游生产成本高、转基因药品的安全性问题等。如对于转基因产品的安全性目前存在着很大的争议，尤其是在口服药物和口服疫苗方面。公众对转基因产品的接受和认可程度还不够，从而使转基因产品的市场化进程受到影响。因此，一方面要加大宣传普及力度，另一方面要对转基因产品的潜在危险性进行充分评价，开发清洁载体，防止目标产物受到污染，同时还要制定相应的安全和管理法规等。