想象一下，如果植物经过改造后，可以以目前成本的一小部分生产疫苗、药品、蛋白质和酶，用于医疗、农业和工业应用。
一个康奈尔大学领导的一项新研究描述道这是这一领域的重大进步。
这种生物衍生蛋白的市场预计在不久的将来将达到3000亿美元。工业酶和其他蛋白质目前是在大型、昂贵的发酵反应器中制造的，但在室外种植的植物中制造它们可以将生产成本降低三倍。
康奈尔大学和伊利诺伊大学的研究人员已经改造了一种植物，使其能够制造非植物本身固有的蛋白质。这项研究描述了第一次成功地在野外饲养这类植物，这是经济可行性的必要条件，这样它们就可以大规模种植。
“我们知道这些植物在温室里长得很好，但我们从来没有机会在田间试验它们，”他说贝思安7月8日发表在《自然植物》(Nature plants)杂志上的《田间种植的烟草保持旺盛生长，同时在叶绿体中积累大量细菌纤维素酶》(Field-grown tobacco plants maintain robust growth, while a bacterial cellulase in叶绿体)一书的资深作者。詹妮弗·施密特(Jennifer Schmidt)是阿纳实验室的一名研究生，也是第一作者之一。
当伊利诺伊大学(University of Illinois)植物生物学教授斯蒂芬·朗(Stephen Long)获得美国农业部(U.S. Department of Agriculture)的许可在田间种植转基因植物时，这个机会来了。
传统观点认为，要求植物将其细胞内20%的蛋白质转化为植物不能利用的物质的负担会极大地阻碍植物生长。
阿纳说:“当你把植物放到地里时，它们必须面临巨大的变化，在干旱、温度或光照方面，它们将需要它们所拥有的所有蛋白质。”“但我们的研究表明，这种植物在田间仍然能够完全正常地发挥作用(同时产生非天然蛋白质)。这真的是一个突破。”
虽然还需要更多的研究，但实验室实验表明，当植物有足够的阳光、水和肥料时，它们会增加对所需营养物质的吸收，以补偿额外的蛋白质负荷。
在这项研究中，研究人员对烟草进行了基因改造，以生产纤维素酶蛋白Cel6A，一种酶。在科学领域，烟草是生物学家用于研究的一种大量研究的模式植物，因为对它的了解太多了。Cel6A的生产是一个原理证明，但从实际意义上说，它属于现代洗衣剂生产中使用的大量相关酶;在纺织行业，如在软化蓝色牛仔裤等面料;并在食品和动物饲料的加工中。此外，便宜的纤维素酶可以大大降低乙醇和其他生物质衍生的绿色产品的最终成本。
这项基因工程是通过将DNA和制造所需蛋白质的指令送入植物细胞的叶绿体来实现的。然后培养含有这种DNA的叶绿体的植物。叶绿体是植物中进行光合作用的细胞器，含有自己的DNA。植物细胞不能制造自己的叶绿体，而是在细胞分裂时从每个子细胞中继承它们。
这种设计有助于防止在田间生长的带有设计蛋白的植物通过花粉的传播污染其他烟草植物及其亲缘植物，花粉包含在植物的雄性部分雄蕊中。
阿纳说:“我们使用的这项技术的优点之一是，大多数作物的叶绿体是通过母系遗传的，所以这些基因不在花粉中。”“花粉是传播到其他转基因作物的主要问题之一。”
在未来的工作中，施密特正在研究如何让植物持续产生不同类型的蛋白质。阿纳说:“我们正试图了解允许任何蛋白质在转基因植物中积累的基本生物机制。”
朗实验室的研究科学家贾斯汀·麦格拉思(Justin McGrath)是这篇论文的第一作者之一。莫林·汉森他是分子生物学和遗传学学院的利伯缇·海德贝利教授，也是合著者。
这项研究是由美国农业部资助的。
