高效率植物外源蛋白表現體系的架構與量產系統的開發

化材系 劉裕國 助理教授

　　隨著人口膨脹、自然資源缺乏、生物生存空間不足與環保意識抬頭，如何更精密地利用空間、控制生產環境及防止環境污染，且能提高所需物質產量，已逐漸受到廣泛的重視。因此，能快速生產各種不同用途之外源蛋白質的量產技術平台，對未來用以生產醫療用重組蛋白質，是相當重要且迫切需要的。「植物分子農場」為具有相當潛力的蛋白質表現系統，其生產可不限制蛋白質種類。植物及植物細胞為目前認為可行，且具競爭性的表現系統，可以大規模化生產蛋白質。因此，本研究利用水稻懸浮細胞，作為生產外源蛋白質表現系統，兼具了安全性、生物活性及低成本等特性。這種簡易、快速的外源蛋白生產技術平台的開發與應用，對未來生物技術與醫藥製程的發展，應該是相當重要且深具產業價值的。

　　本實驗室嘗試藉由強啟動子表現系統的架構、高產率基轉植物細胞系統的獲得，以及最佳細胞培養技術與策略之確立，建立一高效率植物外源蛋白量產系統，並開發新型植物專用生化反應器來進行工業化生產，其研究成果將應用生產人類血清蛋白 ( Human Serum Albumin；HSA )。在本研究中，將整合各項現有生產外源蛋白質之優勢研發技術，其中包括：可於水稻細胞中大量表現，並外泌外源重組蛋白質之基因表現匣的應用(強啟動子的選擇與隱子的插入)、快速簡易的水稻懸浮細胞基因轉殖方法之研發、可簡易分析定量之新式產量指標基因的開發、水稻細胞之大量培養與發酵反應槽工程的改進。此外，並藉由 HSA 重組蛋白質在水稻懸浮細胞中的大量生產模式之研發，期能開發出一套完整而具高效能的外源重組蛋白質生產技術平台，以利將來廣泛應用於大量生產各種高價值之工業或醫藥用蛋白質。最後，再進一步開發並設計一種可連續生產外源重組蛋白質的氣舉/攪拌式生化反應器。在各種操作的條件下，此氣舉/攪拌式生化反應器 ( ASCR ) 不僅能獨立地調節，亦可同時進行攪拌及通氣作用。因此，預測此 ASCR 將可在維持低剪應力的環境下，提供高濃度的氧氣傳送。此外，此系統可保護被固定化的水稻細胞在反應器中，不受激烈攪拌所引發之剪應力的傷害，故在此激烈攪拌的情況下，亦有可能提昇前述之生產外源重組蛋白質整體系統的量產能力。 預期本研究成果，將可以成功小規模的量產 HSA 重組蛋白質，同時提升整個系統的完善性，並可成功技術轉移相關產業。

1L airlift bioreactor	3L stirred tank reactor
▲圖一 利用1L內循環式氣舉式反應器及3L攪拌式生化反應器進行懸浮細胞自然缺糖培養生產HSA
1L modified flask	800mL TBCR
▲圖二. 不同大小的固定載體於TBCR及1L廣口錐形瓶中其細胞固定化情況之比較

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