系列 科学最前线
【产业技术综合研究所】培育药品“原料”的全球首家植物工厂
[2012.05.11] 其它語言 : ENGLISH | 日本語 | 繁體字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL | العربية | Русский |

产业技术综合研究所(产综研)北海道中心的植物工厂,专门培育用于药品的转基因植物,并生产制剂等,这类设施在全球尚属首创。

收获量可达到一般情况的4倍以上

研究人员在植物工厂内培育草莓。明亮的照明之下,草莓秧苗排布井然有序

产综研北海道中心开发的植物工厂内,种有可用于生产犬类牙周病(※)治疗药物的原材料草莓。这里的草莓之所以能成为药物原材料,是因为它们被植入了可形成特殊蛋白质的基因。为了培育用于生产药品的转基因作物,需要一种封闭设备,避免转基因植物与其他植物杂交后对生态系统造成影响,但过去一直没有任何拥有这种设备的植物工厂。而这座工厂在全球首开先河,实现了在密闭空间内完成从种植用于制药的转基因植物到制造药品这一系列流程的创举。

这座工厂拥有可防止转基因扩散的设备,这是普通植物工厂所不具备的。设备采用负压控制,厂内空气不会流向外界。设备内的空气在排放前会进行彻底过滤,废水在处理之前也会进行彻底灭菌。进出工厂必须经过风淋室,而且人和物品的出入及行动路线都受到严格限制,由此实现针对转基因扩散风险的管理。

作业中的研究人员

由送入植物工厂之前的组织培育而成的草莓秧苗

工厂中央设有两间各约30m2的栽培室,在完全人工的环境下,进行无土溶液培养法栽培。这里采用LED、荧光灯和高压钠蒸气灯等先进的人工照明系统,通过调节光线的波长和强度,为不同的植物创造最适宜的光环境。由于还能模拟出夏日的阳光,因此还可以种植水稻和玉米,而传统的植物工厂则无法提供它们所需的强烈光线。

培育室内安装了多达约300个感应器,严密管控室温、照明和风向等。因此,无论位于何处,所有植物都可在相同的条件下进行栽培。

该研究所生物工程研究部门的植物分子工学研究组组长松村健表示,“我们这里培育的是用于制造药品的原材料,而不是食用植物,为了确保植物的高质量和生产的稳定性,环境条件上不容存在参差不齐。这里的种植条件十分稳定,可以还原最适于植物生长的栽培环境,因此,生产能力高于普通的植物工厂,某些作物的收获量甚至可以达到一般情况的4-5倍”。

转基因草莓拯救爱犬

所谓转基因技术,就是通过人工改造基因,赋予生物体新的性状,形成有益蛋白质等物质的技术。过去,一提起植物的转基因技术,人们往往会联想到开发耐病虫害的食用植物,但通过利用这项技术,可以迅速而切实地获得具备人们所需特性的品种,因此也有望在开发新药和治疗遗传病方面得到应用。

这座植物工厂栽培导入了犬干扰素基因的草莓,用于生产犬类牙周病治疗药物。干扰素是指细胞受到细菌或病毒感染后由细胞分泌出的蛋白质。之所以使用草莓,是因为在草莓的组织培养和栽培方面拥有丰富的经验,而且,草莓无需通过种子繁殖,可以通过根、茎、叶等营养器官进行营养繁殖。工厂1年可以生产300公斤草莓,由此可以生产出足够100万只犬使用的干扰素。

含有犬干扰素的草莓和制剂的示意图(图片提供:产综研植物分子工学研究组)

草莓的栽培期大约是5个月。首先是增殖已作了转基因改造的草莓植株,培育秧苗。然后,移栽到植物工厂的培育室,经过4个月左右,草莓就会结果。令人垂涎欲滴的果实中含有干扰素。将果肉粉碎后冷冻干燥,然后加工成粉末,再制成片剂投喂犬只。

通常来说,干扰素和疫苗都是采用注射方式投药的。但食用方式更加简单,对动物造成的精神压力也较小。由于不需要注射针等医疗器械,所以还能大幅降低成本。此外,松村组长解释说,“干扰素和疫苗成分包含在植物的细胞中,即近似于封闭在胶囊中的状态。由于进入体内后不易受到破坏,因此效果优于直接经口服用干扰素和疫苗,投药量也可相应减少。”

同时培植草莓以外的其他转基因植物

植物工厂的开发工作始于2005年,除了负责照明和空调等硬件设施的设备制造商外,制药厂商和农业团体等也参与其中,形成了一个由“产学官”(指企业、大学等研究机关和政府等行政机关——译注)共同推进的项目。2007年1月竣工后,开始了植物栽培工作。此后,松村组长及其他研究人员时刻监控着植物的生长状态和设施的运转情况。植物工厂每隔一分钟就会传来培育室内的数据信息。他们参考海量信息,不断进行改善,使草莓的栽培工作逐步走上了正轨。

依据环境数据(近300个温度和湿度检测感应器监控而得的数据)制作的模拟画面

正在操作监控屏的松村健组长

“本工厂可在完全封闭的状态下稳定地生产高质量转基因植物。这一系统一经确立,就有望在全球率先实现转基因植物在医药领域的实际应用。我想,如果能将这一成果运用到全球都在积极开发的转基因植物实用化事业中,那将为植物生物工程产业的发展做出巨大贡献。”

除了草莓外,该工厂还成功栽培出了含有禽流感疫苗的土豆、含有霍乱疫苗的水稻和烟草等附加值极高的转基因作物。基于这些经验,第2座植物工厂预计将在今年10月建成。

采访、撰文:佐藤成美
摄影:HANS SAUTTER

(※)^ 一种犬类常见病,据称2岁以上的犬中,80%患有这种疾病

相关报道
系列相关报道

最新专题

バナーエリア2
  • nippon.com专栏
  • In the news
  • 東方
  • 客观日本