Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Złote plony – produkcja przeciwciał terapeutycznych w roślinach
07.05.2012
Wyobraźcie sobie ogromną plantację tytoniu wartą miliony. I nie, wcale nie dlatego, że jakiś koncern wyprodukuje papierosy z rosnących na niej roślin! Wyobraźcie ją sobie jako zieloną fabrykę, w której powstają ludzkie przeciwciała ratujące życie. Brzmi kuriozalnie? Może i tak, ale za to coraz bardziej realnie.

W dobie medycyny spersonalizowanej w terapiach celowanych pokłada się wielkie nadzieje, a przeciwciała monoklonalne o  właściwościach terapeutycznych  zyskują rosnące zainteresowanie  środowisk medycznych i naukowych. Te naturalnie występujące makromolekuły wykorzystywane są powszechnie w diagnostyce i badaniach naukowych, jak również w leczeniu chorób przede wszystkim nowotworowych, ale także infekcyjnych, a nawet genetycznych. Obecnie stanowią większość dopuszczanych do obrotu przez amerykańską Agencję ds. Leków i Żywności farmaceutyków.

Przeciwciała monoklonalne stają się groźnym konkurentem dla terapii genowej

Możliwość uzyskania przeciwciał monoklonalnych metodami inżynierii genetycznej okrzyknięto przełomowym osiągnięciem – tradycyjną technologię otrzymywania przeciwciał monoklonalnych, opracowaną w 1975 roku przez Cesara Milsteina i Georgesa Köhlera nagrodzono Nagrodą Nobla. Polega ona na fuzji komórek szpiczaka mnogiego i limfocytów B produkujących przeciwciała o pożądanej specyficzności, a następnie selekcji hybrydowych komórek, które będą jednocześnie nieśmiertelne i zdolne do produkcji immunoglobulin skierowanych przeciwko konkretnemu antygenowi. Komórki hybrydom są jednak bardzo niestabilne genetycznie, mają ograniczoną możliwość produkcji przeciwciał, a ich otrzymanie jest kosztowne i wymaga uśmiercania wielu zwierząt laboratoryjnych.

W ślad za technologią hybrydom podążyły systemy mikrobiologiczne, które oczywiście również nie były pozbawione wad. Okazały się równie kosztowne i w dodatku trudne do zoptymalizowania na dużą skalę produkcyjną. Nie wspominając już o wzorze glikozylacji, który u organizmów prokariotycznych znacząco odbiega od ssaczego.

Odpowiedzią na te problemy były pierwsze wyprodukowane w tytoniu przeciwciała (Hiatt, Caferkey i Bowdish, 1989). Za produkcją tych białek w systemach roślinnych, takich jak tytoń, soja, kukurydza czy zboża przemawiają dużo niższe koszty, nawet stukrotnie mniejsze niż w przypadku systemów bakteryjnych, obróbka postranslacyjna zdecydowanie bardziej zbliżona do ssaczej oraz łatwość ich pozyskiwania, np. jeśli geny rekombinowanych przeciwciał zostaną zaopatrzone w  informację dla sekwencji sekrecyjnych albo znajdą się pod promotorem tkankowo-specyficznym i ich produkcja zachodzić będzie wyłącznie w określonym organie. Istnieje też dość atrakcyjna możliwość podania leku… na talerzu!

  

Plantacja transgenicznego tytoniu, na której mogłyby „rosnąć” przeciwciała zapobiegające zakażeniu wirusem HIV (badania Deborah Anderson).

„Plantibodies” znajdują wielorakie zastosowania. Rośliny służą nie tylko jako bioreaktor do produkcji heterologicznych makromolekuł stosowanych w medycynie, ale równie dobrze mogą być wykorzystane w samej biotechnologii roślin: do przeprowadzania knock-outów funkcjonalnych badanych białek roślinnych lub eliminowania niepożądanych szlaków metabolicznych w tym samym okazie, który produkuje endogenne przeciwciała. Ponadto mogą spełniać rolę roślinnych szczepionek (intraimmunizacja), wówczas gdy skierowane są przeciwko antygenom patogenów.

Dla wielu produkcja przeciwciał w roślinach brzmi co najmniej dziwnie. Ulegamy trochę schematycznemu wyobrażeniu, że rośliny przecież nie posiadają układu immunologicznego, a co za tym idzie nie mogą produkować przeciwciał. Fakt, że implementacja całego systemu pozwalającego na zachodzenie rearanżacji łańcuchów, dojrzewanie powinowactwa i inne powiązane procesy mija się zupełnie z celem, ale nie zapominajmy, że przeciwciała są białkami, jak każde inne i mogą być z powodzeniem syntezowane (system retikulum endoplazmatycznego jest zorganizowany dokładnie tak samo jak w komórkach zwierzęcych!) na podstawie gotowego „genetycznego przepisu” w komórkach roślinnych. Zwłaszcza, że istnieją roślinne homologi zwierzęcych szaperonów zaangażowanych w zwijanie nowo powstających białek (BiP, GRP94 i enzymu PDI). Główny i autentycznie istotny problem budzący obawy czy opór przed powszechnym wdrożeniem roślinnych systemów ekspresyjnych to glikozylacja.

W łańcuchach cukrowych białek syntezowanych w komórkach roślinnych występują reszty β(1,2)-ksylozy i α(1,3)-fukozy, natomiast brak reszt kwasu sjalowego, powszechnych w białkach pochodzenia zwierzęcego. Liczne badania dowodzą jednak, że różnice nie mają większego wpływu na specyficzność wiązania antygenu. Niektórzy twierdzą, że takie przeciwciała będą się charakteryzować podwyższoną immunogennością, co jest raczej mało prawdopodobne, biorąc pod uwagę, że z materiałem roślinnym mamy stały kontakt, chociażby w naszej diecie. Różnice we wzorze glikozylacji mogą zasadniczo wpływać na czas półtrwania przeciwciał w organizmie, ale czasami jego skrócenie jest efektem bardzo pożądanym, np. pozwoli uniknąć interferencji pomiędzy immunizacją pasywną a aktywną w przypadku przeciwciał stosowanych w profilaktyce postekspozycyjnej przeciwko wirusowi wścieklizny. Istnieją również sposoby, które mogłyby zupełnie rozwiązać ten problem: usuwanie miejsc glikozylacji, tworzenie transgenicznych roślin z delecjami genów enzymów uczestniczących w glikozylacji, wyciszanie ekspresji fukozylo- i ksylozylotransferaz lub transgeniczne rośliny z „humanizowaną” ścieżką glikozylacji (przez wprowadzenie genu β(1,4)-galaktozylotransferazy).

Przemysł biotechnologiczny jak na razie dość nieśmiało interesuje się produkcją przeciwciał terapeutycznych w roślinach, większość firm podejmujących się tego zadania powstaje w Stanach Zjednoczonych, chociaż uprawy roślin z ekspresją immunoglobulin mogłyby przynosić prawdziwie „złote plony”. Do listy zalet „plantibodies” dopisałabym ich dużo większe bezpieczeństwo w stosunku do przeciwciał uzyskiwanych w komórkach hybrydomy, ponieważ – w przeciwieństwie do hodowli komórek mysich – rośliny nie mogą ulec zakażeniu patogenami, zagrażającymi życiu i zdrowiu człowieka. Poza tym, wydajność takiego systemu może spokojnie przewyższać możliwości pozostałych systemów ekspresji. Kubańscy naukowcy opracowali system oparty o wykorzystanie transgenicznych roślin i pozwalający na produkcję przeciwciał z wydajnością 15g w ciągu tygodnia, podczas gdy do uzyskania takiej samej ilości immunoglobulin potrzeba 300 tysięcy myszy w ciągu roku. W tym momencie nabiera to nie tylko wymiaru ekonomicznego, ale i etycznego. Czyżbyśmy nie byli jeszcze gotowi na to, żeby zerwać ze stereotypowym myśleniem i usunąć w cień wątpliwości dotyczące GMO?

Literatura:

• Matthew D. Smith, Bernard R. Glick, The production of antibodies in plants: An idea whose time has come? [w:] Biotechnology Advances 18 (2000) 85–89.

• Julian K-C. Ma, Pascal M.W. Drake, Daniel Chargelegue, Patricia Obregon, Alessandra Prada, Antibody processing and engineering in plants, and new strategies for vaccine production [w:] Vaccine 23 (2005) 1814–1818.

• Benoit De Muynck, Catherine Navarre, Marc Boutry, Production of antibodies in plants: status after twenty years [w:] Plant Biotechnology Journal  8 (2010) 529–563.

 

Praca konkursowa nadesłana przez Martynę Franczuk

KOMENTARZE
news

<Listopad 2017>

pnwtśrczptsbnd
30
31
1
2
3
4
5
6
7
9
10
11
12
14
15
16
17
II Seminarium Inżynierii Biomedycznej
2017-11-17 do 2017-11-17
19
II Kongres Podologiczny
2017-11-19 do 2017-11-19
20
V Międzynarodowy Kongres Biogospodarki
2017-11-20 do 2017-11-21
Prowadzenie badań w Kontroli Jakości
2017-11-20 do 2017-11-20
Szkolenie dla QP
2017-11-20 do 2017-11-20
22
25
26
27
1
3
Newsletter