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【產業技術綜合研究所】培育藥品「原料」的全球首家植物工廠
[2012.05.11] 其它語言:ENGLISH | 日本語 | 简体字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL | العربية | Русский |

產業技術綜合研究所(產綜研)北海道中心的植物工廠,專門培育用於藥品的轉基因植物,並生產製劑等,這類設施在全球尚屬首創。

收穫量可達到一般情況的4倍以上

研究人員在植物工廠內培育草莓。明亮的照明之下,草莓秧苗排布井然有序

產綜研北海道中心開發的植物工廠內,種有可用於生產犬類牙周病(※)治療藥物的原材料草莓。這裏的草莓之所以能成為藥物原材料,是因為它們被植入了可形成特殊蛋白質的基因。為了培育用於生產藥品的轉基因作物,需要一種封閉設備,避免轉基因植物與其他植物雜交後對生態系統造成影響,但過去一直沒有任何擁有這種設備的植物工廠。而這座工廠在全球首開先河,實現了在密閉空間內完成從種植用於製藥的轉基因植物到製造藥品這一系列流程的創舉。

這座工廠擁有可防止轉基因擴散的設備,這是普通植物工廠所不具備的。設備採用負壓控制,廠內空氣不會流向外界。設備內的空氣在排放前會進行徹底過濾,廢水在處理之前也會進行徹底滅菌。進出工廠必須經過風淋室,而且人和物品的出入及行動路線都受到嚴格限制,由此實現針對轉基因擴散風險的管理。

作業中的研究人員

由送入植物工廠之前的組織培育而成的草莓秧苗

工廠中央設有兩間各約30m2的栽培室,在完全人工的環境下,進行無土溶液培養法栽培。這裏採用LED、熒光燈和高壓鈉蒸氣燈等先進的人工照明系統,通過調節光線的波長和強度,為不同的植物創造最適宜的光環境。由於還能模擬出夏日的陽光,因此還可以種植水稻和玉米,而傳統的植物工廠則無法提供它們所需的強烈光線。

培育室內安裝了多達約300個感應器,嚴密管控室溫、照明和風向等。因此,無論位於何處,所有植物都可在相同的條件下進行栽培。

該研究所生物工程研究部門的植物分子工學研究組組長松村健表示,「我們這裏培育的是用於製造藥品的原材料,而不是食用植物,為了確保植物的高品質和生產的穩定性,環境條件上不容存在參差不齊。這裏的種植條件十分穩定,可以還原最適於植物生長的栽培環境,因此,生產能力高於普通的植物工廠,某些作物的收穫量甚至可以達到一般情況的4-5倍。」

轉基因草莓拯救愛犬

所謂基因轉殖技術,就是通過人工改造基因,賦予生物體新的性狀,形成有益蛋白質等物質的技術。過去,一提起植物的基因轉殖技術,人們往往會聯想到開發耐病蟲害的食用植物,但通過利用這項技術,可以迅速而切實地獲得具備人類所需特性的品種,因此也有望在開發新藥和治療遺傳病方面得到應用。

這座植物工廠栽培引進了犬干擾素基因的草莓,用於生產犬類牙周病治療藥物。干擾素是指細胞受到細菌或病毒感染後由細胞分泌出的蛋白質。之所以使用草莓,是因為在草莓的組織培養和栽培方面擁有豐富的經驗,而且,草莓無需通過種子繁殖,可以通過根、莖、葉等營養器官進行營養繁殖。工廠1年可以生產300kg草莓,由此可以生產出足夠100萬隻犬使用的干擾素。

含有犬干擾素的草莓和製劑的示意圖(圖片提供:產綜研植物分子工學研究組)

草莓的栽培期大約是5個月。首先是增殖已作了基因改造的草莓植株,培育秧苗。然後,移栽到植物工廠的培育室,經過4個月左右,草莓就會結成果實。令人垂涎欲滴的果實中含有干擾素。將果肉粉碎後冷凍乾燥,然後加工成粉末,再製成片劑投餵犬隻。

通常來說,干擾素和疫苗都是採用注射方式投藥的。但食用方式更加簡單,對動物造成的精神壓力也較小。由於不需要注射針等醫療器械,所以還能大幅降低成本。此外,松村組長解釋說,「干擾素和疫苗成分包含在植物的細胞中,即近似於封閉在膠囊中的狀態。由於進入體內後不易受到破壞,因此效果優於直接經口服用干擾素和疫苗,投藥量也可相應減少。」

同時培植草莓以外的其他轉基因植物

植物工廠的開發工作始於2005年,除了負責照明和空調等硬體設施的設備製造商外,製藥廠商和農業團體等也參與其中,形成了一個由「產學官」(指企業、大學等研究機關和政府等行政機關——譯註)共同推進的項目。2007年1月竣工後,開始了植物栽培工作。此後,松村組長及其他研究人員時刻監控著植物的生長狀態和設施的運轉情況。植物工廠每隔一分鐘就會傳來培育室內的數據訊息。他們參考海量訊息,不斷進行改善,使草莓的栽培工作逐步走上了正軌。

依據環境數據(近300個溫度和濕度檢測感應器監控而得的數據)製作的模擬畫面

正在操作監控屏的松村健組長

「本工廠可在完全封閉的狀態下穩定地生產高品質轉基因植物。這一系統一經確立,就有望在全球率先實現轉基因植物在醫藥領域的實際應用。我想,如果能將這一成果運用到全球都在積極開發的轉基因植物實用化事業中,那將為植物生物工程產業的發展做出巨大貢獻。」

除了草莓外,該工廠還成功栽培出了含有禽流感疫苗的馬鈴薯、含有霍亂疫苗的水稻和煙草等附加值極高的基因轉殖作物。基於這些經驗,第2座植物工廠預計將在今年10月建成。

採訪、撰文:佐藤成美
攝影:HANS SAUTTER

(※)^ 一種犬類常見病,據稱2歲以上的犬中,80%患有這種疾病

  • [2012.05.11]
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