5302-1 (Трансгенные растения как биопродуценты белков медицинского назначения), страница 2
Описание файла
Документ из архива "Трансгенные растения как биопродуценты белков медицинского назначения", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "биология" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "биология" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "5302-1"
Текст 2 страницы из документа "5302-1"
Растения-продуценты субъединичных вакцин
Трансгенные растения-продуценты эпитопов болезнетворных агентов человека и животных получили название "съедобных вакцин". Механизм иммунизации такими вакцинами основан на антигенпредставляющей способности перитонеальных макрофагов тонкого кишечника млекопитающих. В кишечнике чужеродный белок, обладающий антигенными свойствами, распознается специальными М-клетками, которые широко представлены в толще слизи-стого эпителия. М-клетки транспортируют захваченный антиген к перитонеальным макрофагам и В-лимфоцитам, находящимся в лимфоидных образованиях тонкого кишечника (пейеровых бляшках). В результате презентации антигена на поверхности антиген-представляющих клеток происходит активация T-лимфоцитов-хэлперов, которые в сочетании с антигеном активируют В-лимфоциты. Дифференцированные В-клетки выходят из лимфоидных фолликулов слизистой оболочки и посту-пают через общую циркуляцию в мезентеральные лимфатические узлы, где происходит их созревание и превра-щение в плазматические клетки, синтезирующие специфические к антигену антитела. Плазматические клетки спо-собны снова мигрировать к слизистым оболочкам дыхательных путей, желудочно-кишечного и мочеполового трак-тов. Секреторные иммуноглобулины IgA транспортируются на поверхность слизистых оболочек, где они связыва-ются с чужеродными агентами и препятствуют их проникновению в организм. Следует отметить, что мукозная вак-цинация стимулирует как иммунный ответ слизистых оболо- чек - первого защитного барьера на пути патогенных агентов, так и общий иммунный ответ организма (Walmsley, Arntzen, 2000).
Рис. Динамика цены за 1 грамм рекомбинантного IgA, полученного из разных экспрессирующих систем в зависимости от уровня экспрессии. I - культура клеток млекопитающих; II - молоко трансгенной козы; III - трансгенные растения (семена); IV - трансгенные растения (зелёная биомасса) (По: Daniell et al., 2001).
Таблица 2
Антигены, экспрессированные в растениях
| Патогенный агент или токсин | Растение-продуцент | Антиген | Ссылка |
| Вирус гепатита В | 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 | -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 , | 0,05 (семена) | Dieryck et al., 1997 |
| Заменитель материнского молока | Картофель | Казеин | 0,01 | Chong et al., 1997 |
| Фиброзный кистоз, кровотечения | Рис | -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.
