1、在日照市建立转基因大型动物（牛，羊，猪）研发基地项目建议书 一、 项目摘要动物转基因技术作为生物技术领域的重要组成部分，已在生物、医学领域得到了广泛的应用，并将成为改善、提高人类健康和生存质量的重要手段，成为国民经济的重要推动力；动物反应器以其生产成本低，产品纯度高，经济效益好，具有极高的商业应用价值。利用转基因动物作为生物反应器在乳腺或其他的分泌器官中表达药用蛋白，提供了用于人类治疗的药物蛋白的生产方式。有数百种药物蛋白可以用这个方法生产。粗略估计，全球每年对转基因药物蛋白的需求超过250亿美元。根据世界高技术产业迅猛发展的形势，从我国国民经济和社会发展的需要，以及我国高技术产业发展和经济结2、构战略性调整的长期需要出发，为促进科研成果加快向现实生产力转化，我们建议在山东日照市建立动物转基因研发基地，旨在将其建设成国家级的生物反应器工程研究中心。通过基地技术和产品的推广，将在日照市孵化出生物制药，营养食品， 营养乳业，畜牧良种等高新企业群。本项目主要采用基因工程，细胞工程、分子遗传育种和改良、基因组、生物信息等现代生物技术，与养殖和加工技术相结合，进行生物药物和蛋白产品的研究和产业化。近期将进行多种乳腺生物反应器产品的研制和开发。利用转基因动物生产人用营养保健(医疗)品，包括人乳铁蛋白，用于抗胃肠道感染、铁、锌等载体；人溶菌酶，用于抗胃肠道感染；人催乳素，用于提高免疫力；人免疫球蛋白3、，用于提高免疫力；人分泌性抗体，用于尿道感染、蛀牙等。该工程中心还将利用动物乳腺生物反应器生产人药用蛋白，包括抗凝血酶，用于动脉移植等；蛋白酶抑制因子，用于呼吸窘迫综合证等；抗胰蛋白酶，用于肺纤维囊肿等；酯酶抑制因子，用于心肌梗塞等；蛋白酶原激活因子，用于肺栓、心肌梗塞等。二、 项目的背景和必要性1， 国内外技术发展状况、产业发展状况与市场分析动物反应器主要包括哺乳动物乳腺反应器、脊椎动物反应器（如禽类）、低等动物反应器（如家蚕），其中哺乳动物乳腺作为生产工具，生产稀有、珍贵的医用和生活用蛋白等生物技术产品；如：多肽类药物/激素：胰岛素、干扰素、促红细胞生成素、生长激素、基因工程疫苗；抗体；酶4、；营养品如无乳糖奶、转铁蛋白及与人乳成分接近的牛奶等），以其生产成本低，产品纯度高，经济效益好，具有极高的商业应用价值。动物生物反应器技术作为生物技术领域的重要组成部分，已经在生物、医学领域得到了广泛的应用，并将成为改善、提高人类健康和生存质量的重要手段，成为国民经济的重要推动力。利用转基因动物（如牛、羊、猪）作为生物反应器载入像乳腺或者其他的分泌性器官中表达药用蛋白，提供了用于人类治疗的药物蛋白的新的生产方式。有数百种药物蛋白可以用这个方法生产。粗略估计，全球每年对转基因药物蛋白的需求超过250亿美元。这些药物蛋白如果使用传统方法将很难得到并且代价太高。克隆技术和转基因和基因同源重组技术结合5、，即使用转基因或者把基因修正后的细胞系生产转基因克隆动物群，解决了以往传统转基因的显微注射办法不可预测以及成功率低的问题，将转基因的效率提高数十倍。利用转基因动物的方法，由动物乳房中生产出高价值的蛋白质，特别是医用蛋白质如胰岛素、生长激素、干扰素等，这种把动物的乳房作为生产机器，使它就像复杂的发酵设备一样能够源源不断地生产出高价值的蛋白质，被称为当代高新技术中的动物乳腺生物反应器。利用转基因动物（如牛羊猪）作为生物反应器在乳腺或者其他的分泌性器官中表达药用蛋白，提供了用于人类治疗的药物蛋白的信的生产方式。有数百种药物蛋白可以用这个方法生产。粗略估计，全球每年对转基因药物蛋白的需求超过250亿美6、元。这些药物蛋白如果使用传统方法将很难得到并且代价太高。克隆技术和转基因技术结合，使用转基因或者把基因修正后的细胞生产转基因克隆动物群，解决了以往传统转基因的显微注射办法不可预测以及成功率低的问题，将转基因的效率提高数十倍。欧美科学家们在动物乳腺生物反应器研发初期，就主要将力量集中在其它体系不能够生产的产品，特别是几种来源于人血中提取的产品。据美国红十字会和遗传学会预测：动物乳腺反应器生产的药物将占所有基因工程药物的95，到2005年，美国用动物乳腺反应器生产的药物，年销售额可高达350亿美元；到2010年，动物乳腺反应器生产的药物将占所有基因工程药物的95，具有巨大的市场价值。自上世纪90年7、代，国际上涌现了一大批转基因生物公司，较为知名的有PPL 公司、GCT公司和GenPharm公司等等。动物转基因研发基地将进行多种乳腺生物反应器产品的研制和开发。将利用转基因动物生产人用营养保健(医疗)品，包括人乳铁蛋白，用于抗胃肠道感染、铁、锌等载体；人溶菌酶，用于抗胃肠道感染；人催乳素，用于提高免疫力；人免疫球蛋白，用于提高免疫力；人分泌性抗体，用于尿道感染、蛀牙等。该工程中心还将利用动物乳腺生物反应器生产人药用蛋白，包括抗凝血酶，用于动脉移植等；蛋白酶抑制因子，用于呼吸窘迫综合证等；抗胰蛋白酶，用于肺纤维囊肿等；酯酶抑制因子，用于心肌梗塞等；蛋白酶原激活因子，用于肺栓、心肌梗塞等。本项目8、将采用先进的技术冷却牛的卵母细胞，通过对牛卵母细胞冷冻保存方法的研究，探索一种简单、高效的冷冻解冻保存体系，该技术可以克服难以卵细胞冷冻的问题，使我们可以利用欧美国家优秀的卵母细胞资源，加速改良中国的乳牛品质。动物乳腺生物反应器具有常规发酵设备（反应器）所不具备的四大优点：一是产量高，对于那些珍贵的医用蛋白质，一头牛或几十只羊乳房中提取的蛋白质产量即可满足全国的需求，相当于一个生物制药厂，二是质量好，动物乳腺生产的蛋白质最接近从人体组织中提取出的天然产品，生物活性最高。三是纯化工艺相对简便。四是生产成本低，动物乳腺生物反应器的牛和羊仍然是吃草料，但它的奶却可以生产提取出高附加值的蛋白质产品。因9、此乳腺反应器会产生无法估量的经济价值和社会效益。转基因动物研发基地的运作要在保证科学性的同时，更加重视产业化前景和实用性，将会突出强调科研投入产出比，技术移植和转让方面不求最先进，但求最实用。2， 在国民经济建设中的地位与作用利用动物乳腺生物反应器生产医药产品及其他重要蛋白是当今世界研究热点之一。动物乳腺组织是一种高效的蛋白质合成器官，一头优良的奶牛一年可以产奶10000公斤，奶中蛋白质含量占总重量的3.5%，折合全年可产纯蛋白350公斤。即使个体较小的绵羊，一年也能生产羊奶300公斤，奶中蛋白质含量高达6.8%，相当于一年生产20公斤纯蛋白。因此，通过基因工程技术把奶牛或绵羊生产蛋白质能力的10、10%，改变成生产医用蛋白等目标产品，几头牛或几十只羊的产量就可以满足全世界对某种产品的需要。用转基因动物生产药品能节约成本，但价值是传统产业的1/100，几头牛生产的药品能满足全球市场的需求，目前转基因动物技术已有很大进展，转基因动物制药已进入临床试验阶段。我国转基因动物技术的发展与世界差距较小，转基因克隆羊、体细胞克隆牛的研究都达到世界同等水平，2003年3月25日，我国科学家培育的第一头转基因克隆奶牛已诞生。6月4日，1头带有人岩藻糖转移酶基因的奶牛也顺利诞生。转基因奶牛和传统细胞培养技术生产抗体蛋白的成本，前者每克为45-50美元，后者则高达800-3000美元。目前，利用转基因动物生11、产基因药物正在逐步成长为一种可获得巨大利润的新型产业。用转基因牛生产乳铁蛋白，每年从乳汁中提炼出来的营养奶粉的销售额可达50亿美元，用转基因羊生产的a-抗胰蛋白酶的羊奶每升可售6000美元。国外经济学家预测，10年之内，转基因动物生产的药品就会占领国际市场，单是药物的年销售额就将超过250亿美元。而根据美国红十字会和美国遗传学家预测，至2005年，美国转基因动物生物反应器生产的药物年销售额高达350亿美元，至2010年，在所有基因工程药物中由转基因动物反应器生产的产品份额将达到95%。但国外对转基因产品15-20年的审批周期大大降低了这些高科技企业的竞争力。生物反应器等转基因技术的产业化可以朝12、着乳腺生物反应器、异种器官移植和转基因育种三个大的方向推进，而转基因血液在一些由于艾滋病等影响而极度缺血的地方如南非，已被批准作为临床输血用。乳腺生物反应器可以生产药用蛋白和营养保健类蛋白；在异种器官移植中，可以生产目前急需的肾、肝等脏器，解决临床器官移植的最大瓶颈；转基因育种则可大大提高作用的产量、抗病虫的特性、产生具有特殊性能的羊毛等。此外，转基因动物技术在发展生物新材料方面也有广阔的前景，如生物钢蛛丝蛋白基因工程技术，在军工、医疗、建材、航天、航母、汽车、建筑、纺织等行业具有广阔的应用前景，还可利用生物钢造强度高、重量轻的防弹背心，生产航空母舰的拉索、医用线、太空飞船外壳等。据估计生物钢13、潜在的市场需求将超过100亿美元/年。我国在发展转基因动物技术上取得了长足的进展。建立动物转基因研发基地，必将会占领国际高端市场，促进国民经济发展，创造巨大的经济和社会效益。3， 本领域成果转化与产业化研究开发中存在的问题及原因尽管存在着重大的产业化前景，但生物反应器的产业化过程中还存在着一些问题，主要有：科学研究的目的没有真正转化到为生产服务上来。生物反应器的研究仍停留在一些标志基因的研究水平，没有引进有重要经济价值的基因。而且因为研究尚处于起步阶段，成熟的产品和技术不多。国内社会、经济所处发展阶段的制约，科技投入机制、成果转化机制、人才激励机制较落后；单纯依赖政府行政推动，一些措施落实不到14、位，企业参与程度不够专利限制问题。目前我国研制和生产的大部分生物技术药物，都是跟西方已开展的项目模仿而来的，这潜伏着巨大的危机。由于生物技术产品的技术含量高、知识产权比重大，是各国重点保护的品种，现在上市的部分产品面临被起诉的威胁，正在开发的项目也会因为知识产权的原因未上市而夭折。目前在中国已批准上市的基因工程药物中，我国拥有自主知识产权的寥寥无几，而加入WTO后，非法复制行为将受到有力的制约。开展生物反应器的工作存在同样的问题，具有自主知识产权的技术和具有重大经济价值的基因很少，开展生物反应器的工作必须要重视上游工作的开展。三、 动物反应器研发基地组成方案本动物反应器研发基地为独立法人机构，15、参照现代企业制度，实行董事会领导下的基地主任负责制和项目首席专家负责制。董事会是中心的决策机构。基地主任主持日常管理工作，执行董事会的各项决策，提出对项目首席专家的聘任和解聘意见报董事会批准。提出年度发展计划，交董事会审定。基地主任负责科研计划和年度课题的审定，指导科研和生产活动，并对中心发展策略及规划提出咨询建议。拟产业化的研究项目和成果：人乳化功能性乳品的研究开发该项目属营养保健品，据eFeila和美国商业信息研究所估计，美国在21世纪的营养保健品市场大约为2500亿美元，全球营养保健品市场的平均增长率超过187，其中营养保健类蛋白的发展潜力最大，已成为营养保健品的支柱。尽管市场潜力巨大，16、发展速度惊人，但目前只能满足市场需求的1015，几乎全球最大的一些制药公司都纷纷投资营养性蛋白的研究开发，一些生物技术公司更是将某些营养保健品作为拳头产品来发展。 基地将利用转基因技术，培育乳腺高效表达的转基因奶山羊、奶牛品系，生产与人乳铁蛋白、人溶菌酶、人乳清白蛋白相关的保健品，其中人乳铁蛋白、人溶菌酶也可制药，可改变传统的生产工艺，大大降低生产成本，参与国际竞争。 乳铁蛋白主要存在于乳汁等外分泌液中，是一种多功能蛋白质。它能够促进铁的吸收，调节机体免疫功能，增强机体抗病能力，并具有广谱抗菌、抗病毒、抗氧化等功能。主要用于食品及化工领域的添加，还具有开发作为治疗药物的潜能。正在研制的工艺流程17、即从羊乳中分离乳铁蛋白的，以进行工业化放大生产。其中乳铁蛋白回收率将达到50以上，纯度在80以上，并且通过流程还可以获得乳脂和干酪素两种副产品。该项目的研制成功可以对羊乳资源加以综合利用，有效降低生产成本。人溶菌酶是由130个氨基酸组成的碱性多肽, 具有抗菌、抗病毒和增强免疫力的功能, 对生物体的自身防御起着重要作用。为研究乳腺生物反应器表达重组人溶菌酶和提高牛奶的免疫活性, 我们将制备以溶菌酶基因组序列为目标基因的表达载体的转基因奶牛。该项目的研制成功可以对牛乳资源加以利用，并可用于制药，有效降低生产成本。即将研制和转化的乳腺特异性表达的产品包括：1） 人乳铁蛋白，用于抗胃肠道感染、铁、锌等18、载体2） 人溶菌酶，用于抗胃肠道感染3） 人催乳素，用于提高免疫力4） 人免疫球蛋白，用于提高免疫力5） 人分泌性抗体，用于尿道感染、蛀牙等乳腺生物反应器的研究与开发现代生物科学研究表明包括癌症在内的许多疾病确实可以通过基因药物加以治疗，只是由于人类获取基因药物的手段目前还极少，产量也极有限，所以现在还不能真正应用于临床。而家畜转基因乳腺反应器开发的研究就找到了一条低成本、大规模生产基因药物的新路，基因药物将使目前被视为绝症的不少疾病有望治愈。利用转基因动物-乳腺生物反应器生产基因药物是一种全新的生产模式。基地将主要进行溶菌酶（Lys）基因等基因筛选克隆、结构及序列分析，构建新型溶血栓药物酶基19、因（r-PA cDNA，gDNA）、人血清白蛋白基因、Lys等乳腺特异性表达载体，并进行了人乳清白蛋白（HLA）、人乳铁蛋白（HLF）乳腺特异性表达酵母人工染色体的分离、鉴定与纯化。使这些药用蛋白的乳腺生物反应器生产走向产业化生产。即将研制和转化的乳腺特异性表达的产品还包括：1） 抗凝血酶，用于动脉移植等2） 蛋白酶抑制因子，用于呼吸窘迫综合证等3） 抗胰蛋白酶，用于肺纤维囊肿等4） 酯酶抑制因子，用于心肌梗塞等5） 蛋白酶原激活因子，用于肺栓、心肌梗塞等动物转基因研发基地近期目标1） 与企业合作，建设生物反应器实验基地（包括实验动物基地、蛋白产物纯化和中试基地）。2） 完善中心的各种功能，获20、得生物反应器初期产品，发展有自己知识产权的生物反应器工程技术，并获得可转化性研究成果，申请相应的专利。3） 获得拟产业化的初期产品，包括：a.人乳化功能性乳品：工程中心将利用转基因技术，培育乳腺高效表达的转基因奶山羊、奶牛品系，生产与人乳铁蛋白、人溶菌酶、人乳清白蛋白相关的保健品。b.乳腺生物反应器的研究与开发:将一些编码药用蛋白的基因经细胞转染、体细胞克隆，特异性地在动物乳腺中表达，分离纯化乳汁中的目的蛋白，用以制药、生产化妆品等。使用显微注射整合率一般为2-15%，而使用体细胞克隆技术体系可达到100%。将主要完成溶菌酶（Lys）基因等基因筛选克隆、结构及序列分析，构建新型溶血栓药物酶基因21、（r-PA cDNA，gDNA）、人血清白蛋白基因、Lys等乳腺特异性表达载体，并进行了人乳清白蛋白（HLA）、人乳铁蛋白（HLF）乳腺特异性表达酵母人工染色体的分离、鉴定与纯化。四、 建设方案1， 建设地点、内容、方案动物反应器研发基地设立于日照市，包括实验动物基地，和中试中心。基地大型动物反应器等核心技术的研究工作，为乳腺生物反应器产业化奠定雄厚的技术基础。同时，研究基地应通过联合培养、专业培训和技术服务等形式负责为产业基地解决产业化所带来的技术传播和人才培养的问题。建成后的动物转基因研发基地将形成四个支撑体系：1） 研究开发体系，以建议人所在的中科院遗传发育研究所相关实验室为核心，联合国内外其他科研单位，对重要蛋白产物进行生物反应器研发的原创性和相关技术的开发、发展研究，提高生物反应器的生产效率；2） 实验生产基地，以研发基地新建的农场为依托，快速完成科研成果的推广；3） 产品中试基地，药物蛋白的生产和加工要符合国际惯例和国家标准，4） 市场销售系统，中心将有一个效率高的市场营销系统，及时了解市场需求，将之返馈至研究和实验生产体系，并能有效推销动物转基因研发基地开发的产品。资金筹措方案当地企业投资， 政府投资， 国家项目支持五、 其它需要说明的问题本项目对环境无污染。9