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如何提高生物反應(yīng)器生產(chǎn)重組蛋白的產(chǎn)量

[2011/8/19]

　　如何提高細胞反應(yīng)器生產(chǎn)重組蛋白的產(chǎn)量是細胞培養(yǎng)過程中需要考慮的重要問題。

　　利用生物反應(yīng)器大規(guī)模生產(chǎn)動物細胞過程中，細胞凋亡在細胞死亡中占主要部分。研究顯示，在大規(guī)模培養(yǎng)生物反應(yīng)器中，細胞的死亡中80%是凋亡所導(dǎo)致,而不是以前所認為的壞死。而在大規(guī)模細胞培養(yǎng)中，細胞死亡是維持細胞高活性和高密度的最大障礙。理論上講，防止或延長細胞死亡，可以極大提高生物反應(yīng)器生產(chǎn)重組蛋白的產(chǎn)量。

　　細胞凋亡由一系列基因精確地調(diào)控，是多細胞生物發(fā)育和維持穩(wěn)態(tài)所必需的生理現(xiàn)象。已知凋亡的最終執(zhí)行者是Caspase家族，它們均為半胱氨酸蛋白酶，各識別一個4氨基酸序列，并在識別序列C端天冬氨酸殘基處將底物切斷。Caspase含有可被自身識別的序列，可以切割活化自身而導(dǎo)致信號放大，并作用于下游Caspase成員，從而形成Caspase家族的級聯(lián)放大，最終作用于效應(yīng)蛋白，引起細胞凋亡。

　　所以在大規(guī)模培養(yǎng)時，干擾細胞在培養(yǎng)中凋亡的發(fā)生，提高細胞特異性抵制遇到壓力而引起凋亡的能力，有利于提高細胞的培養(yǎng)密度、延長細胞的培養(yǎng)周期，從而提高目標產(chǎn)品的產(chǎn)量2-3倍。

　　1.營養(yǎng)物質(zhì)抗凋亡

　　在常規(guī)生物反應(yīng)器構(gòu)造中，營養(yǎng)耗竭或缺乏培養(yǎng)基中特殊的生長因子則引起凋亡，例如血清，糖或特殊氨基酸的耗盡。

　　培養(yǎng)基中添加氨基酸或其它關(guān)鍵營養(yǎng)可抑制凋亡、延長培養(yǎng)時間從而提高產(chǎn)品的生產(chǎn)。

　　大規(guī)模培養(yǎng)中細胞凋亡主要由于營養(yǎng)物質(zhì)的耗竭或代謝產(chǎn)物的堆積引起，如谷氨酰胺的耗竭是最常見的凋亡原因，而且凋亡一旦發(fā)生，補加谷氨酰胺已不能逆轉(zhuǎn)凋亡。

　　另外，動物細胞在無血清、無蛋白培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)時，細胞變得更為脆弱，更容易發(fā)生凋亡。

　　2.基因抗凋亡

　　與凋亡相關(guān)的一系列基因產(chǎn)物可對其進行正、負向的調(diào)控，因此可通過導(dǎo)入相應(yīng)基因來調(diào)節(jié)細胞凋亡的機制。Bcl-2基因是目前最為有效的抗凋亡基因，在多種細胞系中均表現(xiàn)出很強的抗凋亡活性。

　　3.化學(xué)方法抗凋亡

　　凋亡發(fā)生時細胞許多部位發(fā)生生化物質(zhì)的改變，有些變化如改變細胞氧化還原條件產(chǎn)生活性氧在凋亡信號階段發(fā)生，其它的如破壞線粒體膜電位、激活caspase則發(fā)生在凋亡效應(yīng)階段，這在絕大多數(shù)細胞死亡中是相同的。

　　因此,阻止這些生化物質(zhì)的改變可能阻止或至少延遲細胞凋亡的發(fā)生，運用化學(xué)物質(zhì)可抑制信號效應(yīng)階段的發(fā)生，被認為是抗調(diào)亡策略之一。