Ðây là hướng có nhiều triển vọng nhất bởi vì nhiều protein dược phẩm quý không thể sản xuất qua con đường vi sinh hoặc sinh vật bậc thấp, do những sinh vật này không có hệ enzyme để tạo ra những protein có cấu tạo phức tạp.
Ý định sử dụng tuyến sữa của động vật bậc cao để sản xuất ra protein quý lần đầu tiên được Clark (1987) đề xuất. Nội dung của kỹ thuật này là gắn gen cấu trúc với ß- lactoglobulin (là promoter điều khiển sự biểu hiện của gen ở tuyến sữa). Khi đưa tổ hợp có chứa promoter ß-lactoglobulin vào cừu, chuột, Clark thấy chúng biểu hiện rất cao ở tuyến sữa (Hình 4.5).
Sản xuất protein thông qua việc sản xuất sữa có nhiều lợi thế:
-Tuyến sữa của động vật có vú là một cơ quan sản xuất sinh học thích nghi cao độ cho sự bài tiết.
-Tuyến sữa là một hệ thống sản xuất khổng lồ có khả năng tạo ra từ 23g (bò sữa) đến 205g (chuột) protein/kg cơ thể trong thời kỳ tiết sữa tối đa.
-Nồng độ tế bào trong tuyến sữa của động vật có vú lớn hơn trong nuôi cấy tế bào thông thường từ 100 đến 1000 lần.
-Nhiều protein được sản xuất ở tuyến sữa của động vật có vú có hoạt tính dược cao do cơ quan này có đủ điều kiện thực hiện “chín hóa“ (maturation) protein.
-Sữa là dịch tiết của cơ thể có thể được thu nhận một cách dễ dàng nhất, đặc biệt là từ động vật nhai lại.
-Sự biểu hiện của gen ở tuyến sữa của động vật có vú là chính xác về thời gian.
-Sản lượng sữa tiết ra ở động vật có vú là khá lớn: ở dê lên đến 800 lít/năm, cừu 400 lít/ năm, bò 8000 lít/năm, ở chuột là 1,5ml/lần... (Bảng 1).
(Pollock Daniel P., 1999)
Một vài thông số liên quan đến việc tiết sữa ở động vật có vú
Ðộng vật
Thời gian mang thai (tháng) Thời gian thành thục (tháng) Số con trong một lứa Sản lượng sữa tiết ra Số tháng tiết sữa Chuột 0,75 1 10 1,5ml 3 - 6 Thỏ 1 6 8 1 - 1,5l 7 - 8 Lợn 4 8 9 200 - 400l 15 - 16 Cừu 5 6 2 200 - 400l 16 -18 Dê 5 6 2 600 - 800l 16 -18 Bò 9 15 1 8000l 16 -18
Cho đến nay rất nhiều protein dược phẩm quý đã và đang được nghiên cứu để sản xuất qua tuyến sữa của động vật như:
- α1- antitripsin và yếu tố làm đông máu IX (blood clotting factor IX) của người đã được tiết ra trong sữa chuột, sữa cừu với nồng độ tương ứng là 5mg/ml và 25mg/ml.
- Chất hoạt hóa plasminogen mô người (human tissue plasminogen activator) làm tăng đông máu đã được tiết ra ở sữa dê và sữa chuột.
- Gen urokinase người đã được đưa thành công vào lợn và tiết ra ở tuyến sữa nhờ gen khởi động alpha-casein bò.
- Protein C người được tạo ra từ sữa chuột và sữa lợn chuyển gen...
Hiện tại đã có 2 protein được sản xuất bằng con đường này là α1-antitripsin người và chất hoạt hoá plasminogen mô người. Chất đầu được sản xuất qua sữa cừu với nồng độ 35g/l, còn chất sau sản xuất qua sữa dê. Hãng Genetech (Mỹ) hàng năm thu được 196,4 triệu USD từ sản phẩm chất hoạt hoá plasminogen mô với giá 2,2 USD/liều. Hormone sinh trưởng người cũng là sản phẩm của kỹ thuật gen do vi sinh vật tổng hợp với mức thu hàng năm 122,7 triệu USD. Hiện tại các nhà khoa học Mỹ muốn giảm giá thành của sản phẩm này bằng cách sản xuất qua sữa thỏ. Người ta dự đoán giá thành sản xuất hormone này qua sữa thỏ chỉ bằng 1/3 giá thành hiện tại sản xuất nhờ vi sinh. Lý do là chu kỳ sinh sản của thỏ ngắn và lượng protein sữa của thỏ lại cao. Trong một năm lượng protein sữa của 6 con thỏ bằng của một con bò. Hiện tại chuột chuyển gen hormone sinh trưởng đã tiết ra protein này với nồng độ 0,5g/l. Tập đoàn Genzyme Transgenic (Mỹ) đã sản xuất ra nhiều loại protein quý từ sữa của chuột và dê chuyển gen .
Mặt khác, các protein dược phẩm mong muốn cũng được tạo ra trong dịch cơ thể không thuộc mô vú như máu. Cho đến nay phương pháp này chỉ mới được sử dụng để biểu hiện hemoglobin người với mức cao ở lợn chuyển gen (Sharma, 1994).
Bên cạnh hai phương pháp trên, các nhà khoa học đã phát triển động vật chuyển gen sản xuất ra dược phẩm ở trong bàng quang của chúng. Khả năng sử dụng nước tiểu của động vật để sản xuất protein tăng lên vào năm 1995, khi Tung-Tien Sung ở Ðại học New York chứng minh rằng có những gen chỉ hoạt động ở bàng quang. Các gen này mã hoá cho protein uroplakins. Protein này là một thành phần tham gia hình thành nên màng bàng quang. Kerr (1998) đã nghiên cứu tạo ra chuột chuyển gen sản xuất hormone sinh trưởng người từ nước tiểu. Gen hormone sinh trưởng người được nối với promoter urolapkin. Promoter này kiểm soát vị trí và thời gian hoạt động của gen. Chuột mang gen ngoại lai đã tạo ra 500 nanogam hormone sinh trưởng người trong một mili lít nước tiểu thải ra. Mặc dù sản phẩm của chuột chuyển gen chỉ là một lượng nhỏ nhưng chúng cho thấy rằng trong tương lai nước tiểu của vật nuôi có thể sẽ được lựa chọn. Nước tiểu có những ưu thế vượt trội so với sữa. Cả động vật đực và cái đều tiết nước tiểu, được bắt đầu ngay sau khi sinh ra. Nước tiểu của các đại gia súc chứa nhiều protein hơn ở trong sữa của chúng. Mặt khác, trên thực tế chi phí cho việc tinh chế thuốc từ nước tiểu thấp hơn so với sữa. Một vài protein có thể không thích hợp đối với việc khai thác từ sữa bởi vì chúng làm tổn thương mô vú.
Bảng sau tóm tắt các nghiên cứu biểu hiện trực tiếp protein dược phẩm trong sữa động vật chuyển gen( Wall. R. J, 1997)
Loài chuyển gen
Gen chuyển Promoter
Tài liệu tham khảo
Chuột α1- antitripsin Chuột WAP Thỏ Bischoff,
1992
Chuột α1- antitripsin Người β-LG Cừu Archibald, 1990
Chuột β-interferon Người WAP Chuột Schellander, 1992
Chuột γ-interferon Người β-LG Cừu Dobrovolsky,
1993
Chuột CFTR Người β-CN Dí DiTullio, 1992
Chuột Yếu tố đông máu IX Người β-LG Cừu Yull, 1995
Chuột Protein C Người WAP Chuột Valender, 1992
Chuột Albumin huyết thanh Người β-LG Cừu Shani, 1992
Chuột Superoxide dismutase Người β-LG Cừu Hansson, 1994
Chuột Superoxide dismutase Người WAP Chuột Hansson, 1994
Chuột Chất hoạt hóa plasminogen mô Người WAP Chuột Gordon, 1987
Chuột Chất hoạt hóa
plasminogen mô Người αS1-CN Bò Riego, 1993
Chuột Trophoblastin Cừu α-LA Bò Stinnakre,
1991
Chuột Urokinase Người αS1-CN Bò Meade, 1990
Thỏ Interleukin-2 Người β-CN Thỏ Buhler, 1995
Thỏ Chất hoạt hóa
plasminogen mô Người αS1-CN Bò Riego, 1993
Lợn Protein C Người WAP Chuột Velander, 1992
Cừu Yếu tố làm đông máuIX Người β-LG Cừu Simons, 1988
Dê Chất hoạt hóa
plasminogen mô Người WAP Chuột Ebert, 1991