中国创造稻米“造血”神话的背后

俗话说：种瓜得瓜，种豆得豆。但是，中国科学家的一项科学发明打破了这一惯性思维。武汉一家生物制药公司利用基因工程技术让稻米摇身一变，成为生产人血清白蛋白（HAS）的“种子”。这种特殊水稻，可以制成植物源重组人血清白蛋白注射液（HY1001）。目前新药已完成三期临床试验，进入审批流程，研究团队正在建设年产1200万支注射液的规模化生产基地。

寻找一种安全、高效、可持续的人血清白蛋白生产方法，一直是全球科学家共同面临的重大课题。那么，中国的这一研究成果能缓解人血清白蛋白供应不足吗？“稻米造血”技术是何原理？应怎样看待“植物制造”？听听知名科普作者张田勘怎么说。

（1）人血清白蛋白需求巨大

人血清白蛋白是由585个氨基酸残基组成的单链蛋白质，是血浆中最丰富的蛋白质。它在肝脏中合成后分泌进入血液，约占血浆总蛋白含量的55%至60%，是一种血液产品。其最重要的生理作用之一是维持血液渗透压，对循环血液容量起稳定调节作用，同时是激素、酶、药物和毒素等物质的运载体。

从实际应用来看，人血清白蛋白主要有4个用途：一是诊断和治疗疾病；二是辅助生产疫苗；三是作为药物或其他分子的载体；四是增强干细胞治疗的疗效。人血清白蛋白的广泛用途使之成为医疗领域大规模使用的药用蛋白，每年全球市场需求量在600吨左右，市场价值大约30亿美元，而中国每年的需求量为150吨至180吨，其中六成以上依赖进口。

目前，人血清白蛋白的主要来源是献血，对血液分级过滤后获得。但通过血液提取的人血清白蛋白产量较少，远不能满足实际需要，且价格昂贵，约5美元/克。而且，通过献血提取白蛋白的方式还存在隐患，如可能造成艾滋病、肝炎病毒、梅毒和其他传染性疾病的传播。以上种种，都限制了人血清白蛋白的产量。

“药用”蛋白量产更是一大难题。无论是利用微生物作为生物反应器，还是利用转基因动物作为生物反应器，来生产人血清白蛋白，都不理想。在尝试了种种方式之后，采用植物生物反应器来生成人血清白蛋白成为一种比较可行的选择。

（2）利用水稻有望制出多种蛋白质药物

植物生物反应器是指通过基因工程途径，以常见的农作物作为“化学工厂”，通过大规模种植，生产具有高经济附加值的医用蛋白、工农业用酶、生物可降解塑料等生物制剂的方法。

我国科学家经过多年探索发现，水稻可以成为实用又理想的植物生物反应器。把人类基因组中合成人血清白蛋白的一个染色体片段，插入水稻胚乳细胞的基因组进行生物育种，就有可能让这种基因工程水稻升级为生物反应器。水稻在生长过程中，通过光合作用能自动合成人血清白蛋白，并储存在米粒中，待稻谷收割后将稻米脱壳、粉碎，就能提取人血清白蛋白，而且可以多次纯化、过滤、冻干，以制备人血清白蛋白药物。这意味着，水稻的种子是一个蛋白生产车间，可以代替人的肝脏来合成蛋白质。

人类培育驯化和食用大米（水稻）已有几千年历史，与水稻内源蛋白具有长期接触史，对稻米的杂质蛋白也有很高的耐受性和相容性，即便转基因水稻生产的人血清白蛋白在提纯上达不到百分之百，也不会引发人的过敏和免疫反应。所以，由水稻产生的植物源性人血清白蛋白比动物源性人血清白蛋白的安全性更高。

利用水稻生产人血清白蛋白还有另一个优势，对环境友好。水稻的种子就像一个高效的蛋白质仓库，通过精准设计和调控，可以让人血清白蛋白只在种子中表达，提取、保存都更方便。而且，水稻是自花授粉，不传播花粉，也不会污染其他作物，生物安全性更高，对生态环境干扰更小。

按照我国研究团队的评估，现在一亩稻田可生产超过1.5千克的药用人血清白蛋白。未来，亩产量有望进一步提高，帮助治疗更多缺乏人血清白蛋白的患者。此外，理论上，利用基因工程技术对水稻基因组进行编辑改造，任何蛋白质药物都可以研制。

（3）转基因技术推动“植物制造”

利用水稻作为生物反应器生成人血清白蛋白，是建立在转基因技术迅猛发展并逐步成熟的基础上的。

多年来，转基因技术不仅可以把不同植物的基因转到另一种植物中，还可以将微生物、动物和人的基因转入植物中，推动“植物制造”，以生产人类社会需要的产品。比如，在某种植物中转入其他植物基因的典型产品有延迟成熟的西红柿、黄金大米（含β胡萝卜素）；在作物中转入微生物基因的，有抗虫害的苏云金芽孢杆菌Bt蛋白（能对已知500多种鳞翅目、鞘翅目和双翅目等害虫有特异性杀灭作用）；在作物中转入人或动物基因的，如上文介绍的能产出人血清白蛋白的水稻。

迄今为止，用水稻作为生物反应器产生的植物源性产品有黄金大米、紫晶米、虾红大米等，后两种均由我国科学家研发。其实，除了水稻之外，能做植物生物反应器的还有烟草、胡萝卜、生菜、马铃薯、西红柿、玉米等。

总之，利用植物作为生物反应器已经成为研发和生产多种物质和产品的重要途径。植物源性重组人血清白蛋白注射液这类植物源性产品能否真正在市场中广泛应用，还需接受时间的检验。而制约人血清白蛋白产量的一个问题是，能否在保证粮食安全的情况下兼具药用？这也是科学家未来面临的一个课题。

（供图：视觉中国）

来源：北京日报客户端

记者：汪丹