生物育种向未来｜基因工程相助，稻田竟能变“血库”

      让稻田变“血库”，缓解血荒、治病救人，听似离谱，实则靠谱。水稻如何“长”成人血清白蛋白？幕后功臣竟是基因工程技术！

      

      一天，一粒稻谷来到了一间实验室。霎时间，前方响起了“高能预警”：请注意，最有科技含量的“水稻变形记”即将发生。

      

      “首先我们拿到的是一粒稻谷，脱壳以后就是大米。再进行磨粉，磨成米粉之后再加入对应的缓冲液进行提取，再经过一系列的层析工作之后，会拿到相对较纯的目标蛋白。”杨晶是武汉禾元生物科技股份有限公司研发部的一名蛋白纯化工程师，也是这场高端“水稻变形记”的主要参与者之一，“目前进行的是一个检测工作，电泳是为了检测样品的分离效果和纯度，之后还需对样品活性、浓度以及药效进行分析。”

      

      这间实验室，隶属于武汉禾元生物科技股份有限公司，公司的创始人是“国家高层次人才”专家、武汉大学生命科学院教授杨代常。

      

      2005年，已在美国工作了6年的杨代常毅然回到母校武汉大学，聚焦一粒稻米埋头创新。这一次，他想帮水稻做一场奇特的“跨界”，让水稻不再仅仅是粮食，而变成可以造血的“神器”，孵化出一种生物制剂类药品——人血清白蛋白。

      

      “比如遇到因意外事故失血过多的情况，伤者如果没有充足、匹配的血浆进行及时抢救，就很可能会丧命。如果这时有人血清白蛋白顶上的话，人就可以很快复苏，它能有效地应对失血性休克。”据武汉禾元生物科技股份有限公司创始人杨代常介绍，人血清白蛋白又称“黄金救命药”，是一种扩充血容量的药品，对失血创伤、烧伤引起的休克、肝硬化及肾病引起的水肿或腹水等情况具有显著的缓解作用。

      

      在我国，血库在供应临床需求时存在巨大的血量缺口。以人血清白蛋白为例，据中研普华数据显示，我国人血清白蛋白理论总年需求量为1,500-1,800吨，其中超六成依赖进口，人血清白蛋白供需并不平衡。

      

      能否从植物中提取人血清白蛋白？世界上针对这项研究已有几十年，但始终有三大问题难以解决，一是实际产量无法实现理论产量，二是要达到临床使用标准需耗费巨额生产成本，三是大规模生产几百上千吨人血清白蛋白怎么做到？对此，杨代常带领团队一路攻坚克难，最终利用基因工程技术破解了植物源重组人血清白蛋白的奥秘，填补了国际上此项技术规模化生产的空白。

      

      “通过基因工程的办法，把水稻的种子作为一个蛋白的‘生产车间’来代替人的肝脏来合成蛋白质。从科学上来讲，从细菌到植物、动物、人，整个生命世界其实都使用着同一套遗传密码，这使得利用某些生物来制造人类蛋白质成为可能。这对于普通水稻来说是天方夜谭，但如果把人类基因合成人血清白蛋白的一个染色体片段插入水稻基因组进行生物育种就能够做到。”人血清白蛋白的基因被转入水稻基因组，特异性在水稻大米中合成与积累，杨代常教授说这种基因工程水稻便升级成为“生物反应器”，在水稻生长过程中通过光合作用能自动合成人血清白蛋白储存在米粒中，之后将稻米脱壳、粉碎、提取人血清白蛋白、多次纯化、过滤、冻干......“稻米造血”便得以实现。

      

      通过基因工程与遗传改良技术，禾元生物研发的植物源重组人血清白蛋白探索了和“血浆提取”截然不同的生产路径。传统血浆提取的人血清白蛋白，潜藏着艾滋、肝炎等病毒风险，而这种植物源的药用蛋白从根源处就可杜绝各种人体病毒，使用安全且可大量生产，名副其实地达到了“改良”目的。

      

      如今，这种进行了基因编辑和重组的水稻生产出的人血清白蛋白，纯度已高达99.9999%。为了证明植物源药用蛋白的安全性和可靠性，当初杨代常带领团队做过一个极端的试验。

      

      “用水稻提取白蛋白，起初不少人质疑我们，担心其中的杂质使人产生排异反应。为此，我们做了一个很有趣的试验。我们将当时纯度只有99%的白蛋白里1%的水稻杂质拿出来，以人体注射25倍的剂量注射进老鼠体内，连续注射了28天，结果老鼠们全都完好无损，一直没死。”这次成功的试验也为杨代常团队注射了一剂“强心针”，“稻米造血”这条路值得坚持，“既然这样提取的人血清白蛋白是安全的，我们就下决心向制药这个阶段进发。”

      

      今年三月，预计可年产10吨植物源重组人血清白蛋白原液及100万支制剂产品的智能化制造工厂启动投产，全球首创、备受关注的“稻米造血”技术即将100%完成科技成果转化，实现量产指日可待。未来，禾元生物“植物源重组人血清白蛋白注射液”正式面市后，将帮助更多患者获得“用血自由”。

      

      明年，禾元生物专用于“造血”的水稻基地将扩种千亩。将稻田变“血库”，目前一亩稻田可生产超过1.5公斤药用蛋白，若在商业化规模产线使用最新的稻谷原料，亩产药用蛋白量可望进一步提高。“目前我们共有4个产品进入临床，其中还包括治疗儿童腹泻和医治心脑血管的药品，都是选择水稻胚乳细胞作为表达平台，利用基因工程技术进行编辑改造，从理论上看利用基因工程技术对水稻基因组进行编辑改造可以做任何蛋白质药物。”

      

      今后，杨代常团队还将利用基因工程技术对“超能水稻”进行持续探索，让一片稻田幻化成为一座救死扶伤的“黄金药库”。

      

      “人类的生产生活，特别是农业现代化发展水平是必须要靠生物技术来提升的。如果生物技术、转基因技术上不去，农业产能、质量都会下降。唯有用生物技术解决‘卡脖子’难题，我们才能从农业大国迈向农业强国。”

      

      杨代常教授认为这片稻田还承担着一个重要的使命，帮助大众建立对基因工程技术的正确认知：掌握基因编辑和遗传改良技术，就像手握一把神奇又强大的钥匙。以科学的视角看待它、用积极的态度运用它，人类能够开启一个又一个新世界的大门。在那里，科技之光普照大地，更多高质量发展的佳话将由“中国制造”攀升成为“中国智造”。（记者 郭蜜蜜 编辑 娄嘉欣 编审 涂丹）