工程苔藓可以产生人类蛋白质

2020-10-10 168苔藓

苏黎世ETH研究人员表明,工程苔藓可以产生人类蛋白质,苔藓和人类有着意想不到的共同特征。在进化过程中这些蛋白质可能是有用的。

乍一看,苔藓和人类几乎没有共同之处。苔藓小,淡绿色,不动,以阳光为能源。人类体型庞大,行动不便,需要通过吃蔬菜或动物性食物来获取能量。

将哺乳动物基因转入苔藓

这使得由苏黎世ETH化学与生物工程教授martinfussenegger领导的研究小组所做的实验结果更加令人吃惊。博士生马克·吉辛格与弗莱堡大学布雷斯高大学的研究人员合作,进行了一些测试,看看当未经修饰的人类或哺乳动物基因被插入苔藓基因组时会发生什么。他们将未经修饰的外源基因转移到苔藓中,发现工程苔藓可以产生人类蛋白质。

这不能被认为是理所当然的,因为当哺乳动物的基因被植入被称为“高等”开花植物时,同样的过程并不起作用。原因是动物、植物、真菌和细菌的基因起始和结束序列的部分有很大的不同。它们负责确保生物体内的一个基因被识别出来,由它编码的蛋白质以正确的数量产生并从细胞中释放出来。生物之间的关系越遥远,这些序列之间的差异就越大。这就是为什么生物技术学家通常必须在将基因移植到外来生物之前使其适应外来生物。研究人员惊讶地发现,对于苔藓来说,这是不必要的。

工程苔藓可以产生人类蛋白质

弗莱堡大学(University of Freiburg im Breisgau)植物生物技术教授拉尔夫·雷斯基(Ralf Reski)对此给出的解释是,苔藓仍然是多面手。它在大约4.5亿年前经历了最后一次重大的改变,从生活在水里变成了陆地上的生物,适应了新的生活条件,然后在数百万年里保持不变,无论是外观还是基因水平。

苔藓生产蛋白质的过程不如“高等”生物体复杂。与苔藓不同的是,后者在4.5亿年的时间里经历了进一步的重大发展和专门化。另一方面,苔藓显然保留了数百万年来从哺乳动物和人类身上读取外来基因的能力,并将其转化为蛋白质,可能在这4.5亿年中从未利用过这种能力。

一种替代哺乳动物细胞的经济高效的替代品

如今,苔藓类植物门霉及其制造哺乳动物蛋白质的能力有助于满足全球对治疗性蛋白质的大量需求。一个著名的例子是胰岛素,它能使糖尿病患者控制血糖水平。

目前,治疗性蛋白质主要是在哺乳动物细胞中制造的,培养成本很高。它们需要保持在体温下,并持续提供营养和氧气,生产过程成本高昂。目前,全球生产能力无法满足需求。由于处理这些问题的困难,只有在工业化国家才有可能进行生产。

相比之下,苔藓类植物的要求相对较低。它需要水,一些营养盐和一些光线,才能让它繁衍生息并产生蛋白质。这使得在生物反应器中处理起来既方便又简单,而且,在未来,它可能使更不发达的国家能够满足它们对治疗性蛋白质的需求。然而,在苔藓被用于工业化生产治疗性蛋白质之前,还需要进一步的研究。

引用

ETH Zurich. "Biotechnology: Engineered Moss Can Produce Human Proteins." ScienceDaily. ScienceDaily, 11 May 2009. www.sciencedaily.com/releases/2009/05/090510200001.htm.

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