Вакцины из теплицы - трансгенные растения для профилактики инфекционных заболеваний

Самый эффективный способ борьбы с инфекционными заболеваниями – вакцинация, и более доступные сопоры получения вакцин могли бы значительно расширить их применение. Первые вакцины готовились из убитых или живых, но ослабленных, патогенов. Сейчас такие вакцины тоже используются против ряда заболеваний. Более безопасные вакцины включают в качестве иммуногена 1-2 белка рекомбинантного происхождения, которые нарабатываются в культуре клеток или микроорганизмов и, затем, очищаются. Они гораздо более безопасны, но получить их сложнее. Ещё один, ограничивающий распространение вакцин, фактор – то, что это, в основном, инъекционные препараты, то есть для их введения в организм необходимо, чтобы они были стерильны, а процедура проводилась с участием специалиста, в соответствующих условиях, с использованием одноразовых игл и шприцов. Это увеличивает их стоимость и возможность применения в условиях развивающихся стран. Создание растений, которые могут употребляться как вакцина, облегчит его транспортировку вакцины (соблюдение температурного режима) и её использование. До 90% стоимости вакцины может составлять очистка антигена, если для вакцинации использовать растительное сырьё, не нуждающееся в дополнительной сложной очистке, и поступающее в организм перорально – экономия будет огромна.

Использование вакцинных растений для борьбы с инфекциями ещё далеко от практического применения. Однако активно идёт работа над такими вакцинами от кишечных инфекций, как вирусных, так и бактериальных. Растительные клетки могут синтезировать и белки человека для использования в терапевтических целях, в том числе сывороточный альбумин, интерфероны, интерлейкины, лизоцим, лактоферин и β-глюкозидазу. Клеточная стенка растительной клетки защищает белки от разрушения в пищеварительном тракте, так что, с этой точки зрения, данный источник антигена очень удобен для вакцин, употребляемых перорально. Чтобы вакцинный белок лучше взаимодействовал с эпителием, его связывают с белком CTB, лигандом эпителиального рецептора GM₁.

Основные способы получения вакцинного растения – создание трансгенных растений с необходимым геном в ядерном или хлоропластном геноме, также возможен вариант, когда генетический материал вводится в растение без встраивания в геном – транзиентная трансфекция. Для доставки енетического материала используются агробактерии и вирусы. Синтез вакцинных белков в хлоропластах более эффективен, чем синтез за счёт ядерного генома, он лучше обеспечивает правильную укладку и липидные модификации антигена благодаря их бактериальному происхождению. Хлоропласты, правда, не обеспечивают гликозилирование, а если его осуществляют ферменты эндоплазматического ретикулума, оно будет характерным для эукариот, а не бактериальных патогенов. При интеграции в одной клетке при этом может оказаться более 10 000 копий чужеродного гена.

Транзиентная экспрессия может быть получена путём заражения растений модифицированными вирусами, последовательности генома которых кодируют целевые антигены. Вакцинные растения с транзиентной экспрессией антигена, вырабатывают его в больших количествах. Системы на основе вирусной трансдукции дают выход целевого продукта до грамма на килограмм биомассы. Для трансдукции используют вирус табачной мозаики и вирус картофеля X. С гектара, засеянного модифицированным табаком можно получить более 360 миллионов доз вакцины против сибирской язвы. Конечно, табак не самое удобное растение для создания пероральной вакцины, его нельзя употреблять в пищу и требуется очистка антигена. Быстрым и эффективным оказалось накопление в листьях посевного латука, в хлоропластах (сопоставимо с табаком), который можно использовать перорально без сложной очистки.

Почему так важна скорость? Например, вирус гриппа изменчив, каждый раз, при использовании убитого или ослабленного возбудителя для вакцинации, нужно начинать работу над вакциной с начала. Вакцины от гриппа – инактивированные вирусы, выращенные на куриных эмбрионах. Для получения одной дозы нужно два эмбриона. Вирус накапливается небыстро, препарат требует затрат на оплодотворённые яйца, логистику, очистку, С помощью транзиентной экспрессии при трансдукции агробактериями путь от описания струкутры антигена до получения первых доз занимает несколько недель, что значительно ускорит создание специфической вакцины.

Растительная биомасса – зерно, клубни, плоды, их можно, при необходимости, лиофильно высушить и получить стабильный сухой антиген. В зерне белки хранятся в специальных вакуолях, защищающих их от протеаз, при этом зерно лиофилизировать необязательно. Такие продукты, как трансгенный томат, надо, всё же, лиофилизировать для длительного хранения, зерно же годами сохраняет антигенные свойства при адекватных условиях. Для выращивания таких растений не нужны реакторы, они растут, как обычные растения, в теплице или в поле. Распространение вакцинных генов в природе, особенно, среди употребляемых в пищу растений, может привести  формированию толерантности к антигену у употребляющих их людей, поэтому трансгенные растения, предпочтительно, всё же, выращивать в условиях физической изоляции. Дополнительно ограничить распространение трансгена можно собирая растения до цветения, если продукт хорошо накапливается в листьях и такое сырьё отвечает требованиям к вакцине. Хлоропластные гены не будут распространятся с пыльцой, в отличие от геномных, так что такие трансгенные растения контролировать проще.

Некоторые инфекционные заболевания ограничены в своём распространении территорией развивающихся стран и определёнными климатическими поясами. Создание вакцин от таких болезней сложно окупить. Производство растительной вакцины проще локализовать и тогда надобность в какой-либо логистике практически отпадёт. Локализация производства в страны с неблагоприятным для земледелия климатом, конечно, может повысить себестоимость конечного продукта, так что при создании определённой стратегии необходимо учитывать все факторы, влияющие на стоимость.

Каково современное положение подобных продуктов? Во второй фазе клинических исследований вакцина от гриппа из трансгенного табака. Это очищенный белок. Некоторые ферменты, инсулин и ростовые факторы для фармацевтической и косметической промышленности уже начали синтезировать с помощью растений. Технология создания индивидуализированных вакцин с помощью растений и их применения для лечения B-клеточной лимфомы прошла первую фазу клинических исследований. Всё это говорит о том, что у трансгенных вакцинных растений есть будущее, однако, до этого, должен быть решён ряд вопросов, как биотехнологических, так и экономических.