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【农业生物资源研究所】利用转基因家蚕挑战医药开发课题
[2012.11.13] 其它語言 : ENGLISH | 日本語 | 繁體字 | FRANÇAIS | ESPAÑOL | العربية |

早在公元纪年以前,人们就已经开始养蚕。如今,利用转基因家蚕制造新型丝绸和药品原料的研究工作,或将为这段历史增添新的一页。。我们探访了走在这一领域前沿的农业生物资源研究所(茨城县筑波市)。

家蚕出色的蛋白质生成能力

农业生物资源研究所饲养了各种家蚕,既用于研究,又有益于蚕种的保护

独立行政法人农业生物资源研究所(生物研)成立于2001年,是研究日本农业领域生物技术的核心机构。该机构着眼于家蚕所具有的出色的蛋白质生成能力,对如何促使家蚕生成非传统型蛋白质这一课题进行了长期的研究。目前,由转基因家蚕蛋白质制成的化妆品已经投入市场,今后研究人员还将尝试利用这些蛋白质生产安全而廉价的药品。

在具体介绍该项研究之前,首先为大家简单说明一下家蚕的历史。据称,人类养蚕的历史起源于公元前15世纪左右。日本人从1-2世纪前后开始养蚕,1909年的生丝产值已达世界第一,但后来由于化学纤维的广泛应用和传承人的缺乏等原因而日渐衰败。现在的主要产地是中国、印度和泰国。

包括遗传资源在内,日本国内大约存在着600种家蚕,所有品种在变成成虫(蚕蛾)后也不会飞。这是人们在漫长的历史中,为方便养蚕而不断品种改良,即“家畜化”饲养而产生的结果,这十分有利于实现转基因家蚕的产业化。转基因生物属于卡塔赫纳法(※1)的适用对象,必须严格管理。就家蚕来说,由于不用担心它们飞走,所以非常便于管理。

家蚕每次产300-400粒卵。刚孵化时如同线头一般大小,经过4次蜕皮后体重增加到最初的1万倍

家蚕在孵化大约一个月后开始作茧。构成茧的原料就是蛋白质。蛋白质均由家蚕体内一个叫做绢丝腺的器官生成,但绢丝腺内的不同部位会产生出不同的蛋白质。由后部绢丝腺生成的是丝素蛋白,由中部绢丝腺生的是丝胶蛋白。

家蚕吐出的丝是由糊状的丝胶蛋白包裹纤维状的丝素蛋白所构成的。丝胶蛋白和丝素蛋白各自所占的比例大致为25%和75%。由于糊状的丝胶蛋白是水溶性的,因此只要用热水焯煮蚕茧,丝胶蛋白就会溶出,从而达到只抽取纤维状丝素蛋白获得丝线(蚕丝)的目的。

功能可维持数代的转基因技术

蚕卵的直径大约为1㎜。对准会分化为生殖细胞的部分注射DNA需要熟练的技术(图片上方) 内野惠郎主任研究员借助显微镜向蚕卵注射DNA(图片下方)

言归正传,我们来谈谈转基因家蚕的研究活动。在培育转基因家蚕的时候,研究人员会向家蚕卵中注射两种DNA。第一种,是对可在转座子DNA上移动的遗传基因中编入为生成特定蛋白质的外来基因的载体DNA(※2)。另一种,是编入了可促进转移的酶的辅助DNA。只要将这两种DNA注入蚕卵后进行孵化,然后再筛选孵出的下一代种群,就能确保得到的都是可利用的转基因家蚕了。

生物研的内野惠郎主任研究员表示:“我们通过向卵内分化生殖细胞的部位注射DNA,使特定能力得以维持数代。采用这项技术后,转基因家蚕的批量生产成为了可能。”

早在9年前,生物研就已经掌握了控制外来基因性质显现位置的技术。如果使其在生成纤维状丝素蛋白的后部绢丝腺上显现性质,就可改变丝线的性质,生物研已经成功开发出了荧光色丝线。

另一方面,如果使其在生成糊状丝胶蛋白的中部绢丝腺显现性质,就可以在糊中制造需要的蛋白质。由于丝胶蛋白可溶于水,所以蛋白质的提取也十分容易。生物研转基因中心的町井博明主任在评价技术的有效性时强调说:“在本研究所内生成的蛋白质有98%以上还进行了丝胶蛋白这个品种的开发。只要将它们相互组合,就可以获得更多的蛋白质。”

农业生物资源研究所 转基因中心主任 町井博明

目前,生物研正与群马县家蚕丝技术中心、前桥转基因家蚕饲养合作社及民间企业等合作推进研究工作。町井先生满怀期待地表示:“尽管日本的养蚕业处境艰难,但转基因家蚕或许能够再次激发养蚕业的活力。”

从化妆品迈向药品开发

位于群马县藤冈市的株式会社免疫生物研究所凭借生物研提供的技术,开发出了可生成人型胶原蛋白(※3)的转基因家蚕。由此获得的胶原蛋白已被用于化妆品的产品,实现了商业应用。

尤为费事的是胶原蛋白的提取。一个蚕茧生成的胶原蛋白约为10㎎。要提取这些蛋白,必须将蚕茧的成分溶于水中,过滤去除纤维质。可是存在这样的问题,即糊状的丝胶蛋白会堵塞过滤器的网眼,导致过滤不畅。免疫生物研究所制造与商品开发部蛋白工学室的富田正浩室长通过反复尝试,最终发明了一种有效的收集方法,可从10㎎胶原蛋白中回收6-7㎎。

免疫生物研究所已将人型胶原蛋白应用到化妆品等产品中。一般来说,化妆品多采用从鱼身上提取的胶原蛋白,有些人会出现过敏反应,但人型胶原蛋白就不存在这种问题。而且,蚕丝和蚕茧的形象有助于提升化妆品形象,在商业活动中似也具有一定的价值。

将新材料投入现有市场时,成本竞争力与品质同等重要。针对部分药品,免疫生物研究所认为源自转基因家蚕的蛋白质具有价格优势

“未来,我们打算开发药品和准标准药品。比如,在开发使用抗体的体外诊断试剂时,需要一个细胞培养和在小白鼠体内催生抗体的过程。可是,从爱护动物的角度来看,人们希望减少小白鼠的使用,而用于细胞培养的成本也会造成产品价格上涨的问题。由于抗体是一种蛋白质,所以如果能利用转基因家蚕来生产体外诊断试剂原料的抗体,就可以彻底解决上述问题。这样一来,我们就有可能生产出安全而廉价的药品。”(富田先生)

长期以来,丝织品以其优美的外观与细滑的手感征服了无数人的心。今后,利用转基因家蚕生成的蛋白质或许会生产出安全且价廉的药品,为人类的健康带来福音。

采访、撰文:林爱子
摄影:HANS SAUTTER

(※1)^正式名称叫做《通过限制转基因生物等的使用等行为来确保生物多样性的相关法律》。这是一部旨在管理转基因生物,避免其对野生动植物等造成影响的法律,日本从2004年2月开始实施。

(※2)^将外来基因导入家蚕细胞内部时使用的脱氧核糖核酸(DNA)。名称来源于拉丁语的“搬运工”。

(※3)^胶原蛋白为构成肌肤、软骨等物质的蛋白质。种类繁多,仅对人胶原蛋白就有数十种类。在产业界普遍使用的是来自于牛、猪和鱼类等胶原蛋白。

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