Реферат: Трансгенные растения как биопродуценты белков медицинского назначения

Табак

Картофель

Люпин

Салат

HbsAg Mason et al., 1992; Thanavala et al., 1995; Richter et al., 2000; Kapusta et al., 1999 Вирус бешенства Томаты Гликопротеин вируса бешенства McGarvey et al., 1995 Энтеропатогенная E. Coli

Табак

Картофель

Кукуруза

В-субъединица энтеротоксина E. Coli Haq et al., 1995; Masonet al., 1998; Streatfield et al., 2000 Холерный вибрион Картофель В-субъединица токсина V. Cholerae Arakawa et al., 1997 Вирус ящура

A. thaliana

Люцерна

VP1 Carrillo et al., 1998; Wigdorovitz et al., 1999 Streptococcus mutants (зубной кариес) Табак S. mutants поверхностный антиген SpaA Tacket, Mason, 1999 Цитомегаловирус Табак Гликопротеин В Tackaberry et al., 1999 Вирус Норфолк

Табак

Картофель

Антиген капсида вируса Норфолк Mason et al., 1996; Tacket et al., 2000 ВИЧ1 Табак gp120 Giddings et al., 2000 Вирус трансмиссивного гастроэнтерита свиней

A. thaliana

Табак

Кукуруза

Гликопротеин S коронавируса Tuboly et al., 2000; Streatfield et al., 2000

К настоящему времени получены трансгенные растения табака, картофеля, люпина, салата, томатов, кукуру-зы, A. thaliana и люцерны, синтезирующие антигены различных инфекционных патогенов человека и жи-вотных (табл. 2).

Первыми "съедобными вакцинами" были трансгенные растения табака и картофеля, экспрессирующие по-верхностный антиген вируса гепатита человека HbsAg (Mason et al., 1992). Скармливание клубней картофеля-продуцента HbsAg мышам стимулировало развитие мукозного (слизистого) и общего гуморального иммунного от-вета (Thanavala et al., 1995).

Токсины, выделяемые энтеропатогеннной E. Coli и холерным вибрионом, вызывают желудочно-кишечные расстройства у человека и животных и являются сильными оральными иммуногенами. При попадании в кишечник токсины вызывают продукцию специфических IgG и IgA иммуноглобулинов. Созданы трансгенные расте-ния табака, картофеля и кукурузы, синтезирующие В-субъединицу энтеротоксина E. Coli (табл. 2). Была про-анализирована степень протективности иммунитета, приобретенного мышами при оральной вакцинации трансген-ным картофелем. Иммунизированные мыши обладали устойчивостью к действию орально вводимого токсина по сравнению с контрольной группой, потреблявшей нетрансгенные клубни, хотя уровень устойчивости был ниже, чем у мышей, иммунизированных введением в желудок эквивалентного количества В-субъединицы природного токсина. Полученные на животных моделях результаты по выработке защитного иммунитета против энтеропатогенной E. coli были подтверждены в дальнейшем в клинических исследованиях на добровольцах (Tacket et al., 2000). В аналогичной работе (Arakawa et al., 1997) было показано развитие защитного иммунитета у мы-шей после скармливания клубней трансгенного картофеля, экспрессирующего В-субъединицу токсина V. cholerae. Иммунизация сопровождалась выработкой антител классов IgG и IgA.

Не останавливаясь подробно на других антигенах, приведённых в таблице 2, следует отметить, что практиче-ски во всех полученных растениях-продуцентах происходила сборка индивидуальных молекул антигена в мульти-мерные комплексы или вирусоподобные частицы, которые стимулировали развитие как мукозного, так и общего гуморального иммунного ответа при скармливании экспериментальным животным. Основные преимущества "съе-добных вакцин" - экономичность, безопасность и доступность для широкой иммунопрофилактики населения.

Таблица 3

Фармацевтические белки, полученные в трансгенных растениях

Применение	Растение-продуцент	Фармацевтический белок	Уровень продукции (в % от суммарного растворимого белка)	Ссылка
Анестезия	A. thaliana	Энкефалин	2,9 (семена)	Vandekerckhove et al., 1989
Цирроз печени, ожоги, хирургия	Табак	Сывороточный альбумин	0,02	Sijmons et al., 1990
Косметология	Табак	Гомодимер коллагена	0,01	Ruggiero et al., 1990
Лечение гепатитов С и В	Табак	b-интерферон	0,001	Edelbaum, 1992
Заживление ран	Табак	Эпидермальный фактор роста	0,001	Higo, 1993
Ингибитор тромбина	Рапс	Гирудин	0,3 (семена)	Parmenter et al., 1995
Анемия	Табак	Эритропоэтин	0,003	Kusnadi et al., 1997
Заменитель крови	Табак	Гемоглобин a, b	0,05 (семена)	Dieryck et al., 1997
Заменитель материнского молока	Картофель	Казеин	0,01	Chong et al., 1997
Фиброзный кистоз, кровотечения	Рис	a-1-антитрипсин	Нет данных	Giddings et al., 2000
Антикоагулянт	Табак	Белок С	0,01	Cramer et al., 1999
Ингибитор трипсина	Кукуруза	Апротонин	Нет данных	Zhong et al., 1999
Гормон роста	Табак	Соматотропин	0,16 (семена)	Leite et al., 2000
Антимикробное средство	Картофель	Лактоферрин	0,1	Chong et al., 2000
Синдром Гоше	Табак	Глюкоцереброзидаза	1-10	Giddings et al., 2000
Воспалительные заболевания кишечника	Табак	Интерлейкин-10	0,0055	Menassa et al., 2001
Нейропения	Табак	ГМ-КСФ	0,03 (семена)	Sardana et al., 2002
Иммунотерапия рака	Картофель	Интерлейкин-2	0,06	Park, Cheong, 2002
Болезнь Педжета, остеопороз	Картофель	Kальцитонин	0,02	Ofoghi et al., 2000

Растения-продуценты фармацевтических белков

За последние несколько лет в ведущих биотехнологических центрах мира созданы трансгенные растения-продуценты широкого спектра гормонов, цитокинов, факторов роста и ферментов, имеющих потенциальное применение в фармакологии (табл. 3). Все они не уступали по биологической активности аналогам, получаемым из других систем экспрессии.

По закону, принятому Всемирной организацией здравоохранения, любые предлагаемые источники лекарствен-ных препаратов, в частности трансгенные растения, должны быть зарегистрированы и пройти серию клинических испытаний. Первые клинические испытания трансгенных растений риса, синтезирующих активный человеческий a-1-антитрипсин для терапии фиброзного кистоза, были начаты в 1998 г.

Производство рекомбинантных белков для медицинских целей с использованием традиционных систем тре-бует значительных финансовых затрат. Так, например, недостаток лизосомального фермента гликоцеребрози-дазы в организме вызывает синдром Гоше. Единственным видом терапии этого заболевания является внутри-венное введение гликоцереброзидазы. Долгое время этот белок получали из плаценты человека, на поддержа-ние жизни одного пациента в течение года требовалось 160000$. Переключение продукции гликоцереброзидазы на культуру клеток млекопитающих снизило стоимость этого препарата, однако не вытеснило его из группы "са-мых дорогих лекарств в мире". В 1999 г. сотрудниками корпорации CropTech было показано, что трансгенные растения способны синтезировать биологически активную гликоцереброзидазу человека. В дальнейшем были получены высокопродуктивные трансгенные растения табака, в которых содержание гликоцереброзидазы чело-века варьировало от 1 до 10 % TSP. Ожидается, что получение рекомбинантной гликоцереброзидазы из таких растений позволит значительно снизить её стоимость (Giddings et al., 2000).

В заключение хотелось бы отметить, что несмотря на значительные достижения в области продукции реком-бинантных белков медицинского назначения в растениях, это направление находится лишь на начальном этапе своего развития. Учёные-биотехно-логи уверены, что в будущем рекомбинантные препараты, получаемые из генетически модифицированных растений, заменят дорогостоящие бактериальные и животные аналоги на фар-мацевтическом рынке. "Съедобные вакцины" позволят значительно усовершенствовать программы всеобщей иммунизации, особенно для населения развивающихся стран.

Список литературы

ArakawaT., ChongD., MerrittJ. etal. Expression of cholera and toxin B subunit oligomers in transgenic potato plants // Transgenic Res. 1997. V. 6. P. 403-413.

Budar F., Thia-Toong, Van Montagu M. Agrobacterium-mediated gene transfer results mainly in transgenic plants trans-mitting T-DNA as a single Mendelian factor // Genetics. 1986. V. 114. P. 303-313.

Carrillo C., Wigdorovitz A., Oliveros J. et al. Protective immune response to foot-and-mouth disease virus with VP1 ex-pressed in transgenic plants // J. Virol. 1998. V. 72. P. 1688-1690.

Chong D., Roberts W., Arakawa T. et al. Expression of human milk protein b-casein in transgenic potato plants // Trans-genic Res. 1997. V. 6. P. 289-296.

Chong D., Langridge W. Expression of full length bioactive antimicrobial human lactoferrin in potato plants // Transgenic Res. 2000. V. 9. P. 71-78.