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【農業生物資源研究所】利用基因轉殖家蠶挑戰醫藥開發課題
[2012.11.13] 其它語言:ENGLISH | 日本語 | 简体字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL | العربية |

早在公元紀年以前,人們就已經開始養蠶。如今,利用基因轉殖家蠶製造新型絲綢和藥品原料的研究工作,或將為這段歷史增添新的一頁。我們探訪了走在這一領域前沿的農業生物資源研究所(茨城縣筑波市)。

家蠶出色的蛋白質生成能力

農業生物資源研究所飼養了各種家蠶,既用於研究,又有益於蠶種的保護

獨立行政法人農業生物資源研究所(生物研)成立於2001年,是研究日本農業領域生物技術的核心機構。該機構著眼於家蠶所具有的出色的蛋白質生成能力,對如何促使家蠶生成非傳統型蛋白質這一課題進行了長期的研究。目前,由基因轉殖家蠶蛋白質製成的化妝品已經投入市場,今後研究人員還將嘗試利用這些蛋白質生產安全而廉價的藥品。

在具體介紹該項研究之前,首先為大家簡單說明一下家蠶的歷史。據稱,人類養蠶的歷史起源於公元前15世紀左右。日本人從1-2世紀前後開始養蠶,1909年的生絲產值已達世界第一,但後來由於化學纖維的廣泛應用和傳承人的缺乏等原因而日漸衰敗。現在的主要產地是中國、印度和泰國。

包括遺傳資源在內,日本國內大約存在著600種家蠶,所有品種在變成成蟲(蠶蛾)後也不會飛。這是人們在漫長的歷史中,為方便養蠶而不斷品種改良,即「家畜化」飼養而產生的結果,這十分有利於實現基因轉殖家蠶的產業化。基因轉殖生物屬於卡塔赫納法(the Cartagena Protocol)的適用對象,必須嚴格管理。就家蠶來說,由於不用擔心它們飛走,所以非常便於管理。

家蠶每次產300-400粒卵。剛孵化時如同線頭一般大小,經過4次蛻皮後體重增加到最初的1萬倍

家蠶在孵化大約一個月後開始作繭。構成繭的原料就是蛋白質。蛋白質均由家蠶體內一個叫做絹絲腺的器官生成,但絹絲腺內的不同部位會產生出不同的蛋白質。由後部絹絲腺生成的是絲素蛋白,由中部絹絲腺生的是絲膠蛋白。

家蠶吐出的絲是由糊狀的絲膠蛋白包裹纖維狀的絲素蛋白所構成的。絲膠蛋白和絲素蛋白各自所占的比例大致為25%和75%。由於糊狀的絲膠蛋白是水溶性的,因此只要用熱水煮蠶繭,絲膠蛋白就會溶出,從而達到只抽取纖維狀絲素蛋白獲得絲線(蠶絲)的目的。

功能可維持數代的基因轉殖技術

內野惠郎主任研究員借助顯微鏡向蠶卵注射DNA(圖片下方)

言歸正傳,我們來談談基因轉殖家蠶的研究活動。在培育基因轉殖家蠶的時候,研究人員會向家蠶卵中注射兩種DNA。第一種,是對可在轉座子(Transposon)DNA上移動的遺傳基因中編入為生成特定蛋白質的外來基因的載體(Vector)DNA(※1)。另一種,是編入了可促進轉移的酶的輔助DNA。只要將這兩種DNA注入蠶卵後進行孵化,然後再篩選孵出的下一代種群,就能確保得到的都是可利用的基因轉殖家蠶了。

生物研的內野惠郎主任研究員表示:「我們通過向卵內分化生殖細胞的部位注射DNA,使特定能力得以維持數代。採用這項技術後,基因轉殖家蠶的大量生產成為了可能。」

早在9年前,生物研就已經掌握了控制外來基因性質顯現位置的技術。如果使其在生成纖維狀絲素蛋白的後部絹絲腺上顯現性質,就可改變絲線的性質,生物研已經成功開發出了螢光色絲線。

另一方面,如果使其在生成糊狀絲膠蛋白的中部絹絲腺顯現性質,就可以在糊中製造需要的蛋白質。由於絲膠蛋白可溶於水,所以蛋白質的提取也十分容易。生物研基因轉殖中心的町井博明主任在評價技術的有效性時強調說:「在本研究所內生成的蛋白質有98%以上還進行了絲膠蛋白這個品種的開發。只要將它們相互組合,就可以獲得更多的蛋白質。」

農業生物資源研究所基因轉殖中心主任町井博明

目前,生物研正與群馬縣家蠶絲技術中心、前橋基因轉殖家蠶飼養合作社及民間企業等合作推進研究工作。町井先生滿懷期待地表示:「儘管日本的養蠶業處境艱難,但基因轉殖家蠶或許能夠再次激發養蠶業的活力。」

從化妝品邁向藥品開發

位於群馬縣藤岡市的株式會社免疫生物研究所憑藉生物研提供的技術,開發出了可生成人型膠原蛋白(※2)的基因轉殖家蠶。由此獲得的膠原蛋白已被用於化妝品的產品,實現了商業應用。

尤為費事的是膠原蛋白的提取。一個蠶繭生成的膠原蛋白約為10㎎。要提取這些蛋白,必須將蠶繭的成分溶於水中,過濾去除纖維質。可是存在這樣的問題,即糊狀的絲膠蛋白會堵塞過濾器的網眼,導致過濾不暢。免疫生物研究所製造與商品開發部蛋白工學室的富田正浩室長通過反覆嘗試,最終發明了一種有效的收集方法,可從10㎎膠原蛋白中回收6-7㎎。

免疫生物研究所已將人型膠原蛋白應用到化妝品等產品中。一般來說,化妝品多采用從魚身上提取的膠原蛋白,有些人會出現過敏反應,但人型膠原蛋白就不存在這種問題。而且,蠶絲和蠶繭的形象有助於提升化妝品形象,在商業活動中似也具有一定的價值。

將新材料投入現有市場時,成本競爭力與品質同等重要。針對部分藥品,免疫生物研究所認為源自基因轉殖家蠶的蛋白質具有價格優勢

「未來,我們打算開發藥品和準標準藥品。比如,在開發使用抗體的體外診斷試劑時,需要一個細胞培養和在小白鼠體內催生抗體的過程。可是,從愛護動物的角度來看,人們希望減少小白鼠的使用,而用於細胞培養的成本也會造成產品價格上漲的問題。由於抗體是一種蛋白質,所以如果能利用基因轉殖家蠶來生產體外診斷試劑原料的抗體,就可以徹底解決上述問題。這樣一來,我們就有可能生產出安全而廉價的藥品。」(富田先生)

長期以來,絲織品以其優美的外觀與細滑的手感征服了無數人的心。今後,利用基因轉殖家蠶生成的蛋白質或許會生產出安全且價廉的藥品,為人類的健康帶來福音。

採訪、撰文:林愛子
攝影:HANS SAUTTER

(※1)^將外來基因導入家蠶細胞內部時使用的脫氧核糖核酸(DNA)。名稱來源於拉丁語的「搬運工」。

(※2)^膠原蛋白為構成肌膚、軟骨等物質的蛋白質。種類繁多,僅對人膠原蛋白就有數十種類。在產業界普遍使用的是來自於牛、豬和魚類等膠原蛋白。

  • [2012.11.13]
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