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基因工程植物疫苗的研究进展及应用

作者：张军梅

来源：《现代园艺》2012年第10期

摘要：基因植物疫苗已成为疫苗研究领域的一个新热点,本文简单介绍了植物疫苗的免疫

原理、植物疫苗的特点、植物疫苗生产的表达系统、以植物为载体的免疫技术、植物疫苗的安

全性、植物基因工程疫苗研究进展、基因工程在植物疫苗中的应用以及展望等。

关键词：植物疫苗；基因工程；表达系统；安全性

植物疫苗的免疫原理1

植物疫苗可诱导粘膜免疫反应，小肠淋巴组织的粘膜上有一种特殊的细胞叫做膜细胞（M

细胞）。粘膜免疫应答就是由M细胞识别抗原开始的。M细胞识别抗原并将其传递给巨噬细

胞，巨噬细胞和其它抗原呈递细胞，再将抗原展示给辅助性T细胞，辅助性T细胞识别外源蛋

白质片段后就会刺激B细胞制造和释放能中和抗原的抗体，当疾病因子出现时，记忆辅助性T

细胞刺激胞毒T细胞攻击受感染的细胞，同时它迅速刺激记忆B细胞分泌中和抗体消灭入侵

的病原体。总的来说，转基因植物疫苗可以诱导相应的血清型的IgA和IgG反应。

植物疫苗的特点2

安全性2.1高

植物是人类食物来源之一，除个别人群对某些特定的植物过敏外，其安全性高。用动物细

胞生产疫苗，可能有动物病毒的污染，对人类存在潜在危害。而植物病毒不会感染人类，比较

安全，同时也可避免微生物生产疫苗带来的有害产物。

成本2.2低

植物种植系统简单易行，植物细胞培养条件简单，便于进行遗传操作，可通过大面积栽培

获得廉价的疫苗，且不需要技术、设备和种植条件等巨大投资。农作物可以当地生产，还易于

储藏和运输，而且经过长期种植，植物栽培、收获、贮藏、加工程序已经形成工业化。与植物

生物反应器相比，原核生物反应器与动物生物反应器生产时需要昂贵的技术设备、大量的人力

物力。

植物2.3具有完整的真核表达系统

具有与动物相同的真核加工修饰系统。可以对重组蛋白进行糖基化、磷酸化、酰胺化、亚

基正确装配等。微生物系统不能对真核生物蛋白进行正确的翻译后加工。

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转基因植物中的外源基因可重组2.4

通过植物杂交的方法进行基因重组，进而在植物体内积累多种病原体的抗原基因，生产出

方便高效的多联疫苗。

植物基因工程疫苗外源基因的表达系统3

瞬时表达系统3.1

主要采用植物病毒作为载体，而外源基因插入到病毒基因组中，通过病毒感染植株，从而

将外源基因导入植物细胞内，采用这种转化方式，外源基因并不整合至植物基因组中，只是利

用寄主细胞在细胞质中进行复制，以高拷贝的形式游离于植物中，并进行高效的表达，因此可

在短时间内在植物细胞内积累大量的外源蛋白。采用农杆菌介导的转化，外源基因蛋白的产量

一般要低于细胞内可溶性蛋白总量的1%；而采用这种瞬时表达系统,外源基因蛋白总量会远大

于1%。

稳定整合系统3.2

3.2.1土壤农杆菌介导的遗传转化。目前根癌农杆菌主要用于双子叶植物的遗传转化，其

转化植物的机制已从分子水平上基本得到解释。而发根农杆菌，由于对Ri质粒了解得还不充

分，所以对这种转化系统的研究主要集中在以生产次生代谢产物为目的的根组织培养和根的发

育。采用农杆菌介导的植物转化最常采用共培养法，即使用农杆菌菌液与叶盘、愈伤组织、悬

浮培养细胞、茎段、下胚轴段、子叶切片等部分进行共培养，从而达到转化的目的。

3.2.2外源DNA直接导入法。主要包括基因枪法、电激发、PEG诱导法、激光穿孔法、脂

质体法、超声波法，其中最常用的是基因枪法。它是将带有外源基因的质粒用亚精胺包裹为直

径1μm左右的金弹或钨弹，再用高压氦气、火药爆炸力、高压放电气体作为动力加速子弹，

使它们穿过植物细胞壁和细胞膜，将外源基因带入具有再生能力的植物组织，这样可以在很大

程度上缩短再生的时间，从而避免体细胞变异的发生。

以植物为载体的4免疫技术

植物疫苗4.1免疫原性和免疫保护作用

由于植物疫苗一般是通过食用来被人体利用。所以如何避免消化酶的影响来保护抗原就是

一个重要的研究课题。目前，避免消化酶的影响来保护抗原可分为2类方法