COVID-19 wskazanie na przeciwciała produkowane w roślinach

Technologia wykorzystująca liście tytoniu umożliwiła m.in. kanadyjskiej biotechnologicznej firmie Medicago stworzenie prototypu szczepionki na COVID-19. Co ważne, w ten sposób można wytwarzać nie tylko szczepionki, ale także przeciwciała, które wspierają zakażony organizm w zwalczaniu wirusa.

Zaletą metody „roślinnej” jest również to, że kiedy wirus zaczyna mutować, jak to ma miejsce w przypadku SARS-CoV-2, można szybko „przeprogramować” proces produkcji, używając nowych roślin w ilościach odpowiadających zapotrzebowaniu.

Prof. Tomasz Pniewski z Instytutu Genetyki Roślin PAN w Poznaniu wyjaśnia, że metoda ta polega na wprowadzeniu sekwencji kodującej białko wirusa do tzw. wektora, który następnie jest przenoszony do rośliny. W przypadku technologii Medicago wektor przenoszony jest za pośrednictwem Agrobacterium, w warunkach naturalnych bakterii glebowej infekującej rośliny.

Wektor jest obecny w komórkach rośliny maksymalnie do dwóch tygodni i w tym czasie dochodzi do intensywnej produkcji białka (kilka gramów na każdy kilogram biomasy) kodowanego przez gen umieszczony w wektorze.

W przeciwieństwie do tradycyjnych szczepionek – zawierających osłabione wprawdzie, lecz wciąż żywe wirusy – kanadyjski prototyp jest szczepionką podjednostkową, czyli wykorzystuje tylko niektóre białka wirusa, które składają się w agregaty zwane cząstkami wirusopodobnymi (VLP). Cząstki te, naśladując kształt i wymiary wirusa, po wprowadzeniu do organizmu człowieka wywołują w bezpieczny sposób, tj. bez ryzyka infekcji, pożądaną reakcję układu odpornościowego.

- Korzystamy z metabolicznej maszynerii rośliny, dzięki której wektor ulega intensywnej ekspresji, czyli przepisania sekwencji genu na sekwencję aminokwasów białka, mówiąc inaczej - na podstawie ‘genetycznej instrukcji’ syntetyzowane jest białko wirusa – wyjaśnia Tomasz Pniewski.

W podobny sposób rośliny wytwarzają przeciwciała, mogące stać się wysoce specyficznymi lekami na koronawirusa. W sytuacji, kiedy organizm pacjenta nie wykształca wystarczająco silnej odpowiedzi immunologicznej, dostarczenie przeciwciał w zastrzyku wspomaga walkę układu odpornościowego z wirusem. To tzw. ochrona bierna (w odróżnieniu od ochrony czynnej, czyli samodzielnej produkcji przeciwciał przez organizm w wyniku podania szczepionki).

- Trzeba jednak mieć źródło takich przeciwciał. Pozyskiwanie ich w dużej ilości z krwi osób chorych lub rekonwalescentów jest absolutnie nierealne, a poza tym istnieje duże ryzyko zanieczyszczenia i przeniesienia innych chorób, zwłaszcza w sytuacji presji spowodowanej epidemią – mówi prof. Pniewski. Według niego, można też przeciwciała produkować w organizmach szczepionych ssaków, ale ich podanie pacjentowi wywoła niepożądaną reakcję, gdyż mimo pewnego podobieństwa, układ immunologiczny człowieka rozpozna je jako obcy antygen.

Przeciwciała izoluje się z zakażonego organizmu i odtwarza ich sekwencję aminokwasową, na podstawie której można zaprojektować gen przeciwciała, lub też izoluje się komórki wytwarzające dany rodzaj przeciwciała, a z nich odpowiednie kodujące geny. Przy obecnym poziomie informatyki można wykorzystać szybsze metody modelowania komputerowego do zaprojektowania odpowiedniej sekwencji aminokwasów regionu przeciwciała wiążącego białko wirusa – tzw. regionu zmiennego (pozostałe fragmenty cząsteczki przeciwciała są stałe). Kompletny gen umieszcza się w odpowiednim wektorze ekspresyjnym, który po wprowadzeniu do rośliny wyzwala produkcję przeciwciał. Po ekstrakcji i oczyszczeniu przeciwciała są aplikowane pacjentom, gdzie wspomagają układ odpornościowy w walce z wirusem.

Nad technologią roślinną do opracowania przeciwciał przeciwko SARS-CoV-2, Medicago współpracuje z Centrum Badań nad Chorobami Zakaźnymi Uniwersytetu Laval, którego profesorem jest Gary Kobinger. Był on członkiem zespołu, który w 2016 roku opracował ZMapp – preparat przeciwciał przeciw wirusowi Ebola.

Kanadyjska firma od 2009 roku specjalizuje się w szczepionkach przeciw grypie. Znana jest z opracowania w 19 dni prototypu szczepionki przeciwko pandemii świńskiej grypy (H1N1). W 2012 roku wyprodukowała w ciągu jednego miesiąca 10 mln dawek szczepionki na grypę na zamówienie Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Sektora Bbronnego (DARPA).

- Zdolność do wyprodukowania prototypu szczepionki w ciągu 20 dni po uzyskaniu genu jest czynnikiem wyróżniającym naszą technologię – stwierdził dr Bruce Clark, dyrektor generalny Medicago. Kanadyjska firma dąży do maksymalnego wykorzystania potencjału roślinnej technologii i zapowiada nowe kierunki badań, takie jak immunoterapia nowotworowa.

Według danych opublikowanych 26 marca 2020 r. przez WHO, już 54 firmy oraz uniwersyteckie ośrodki badawcze pracują nad szczepionką przeciw COVID-19.

Pierwsze eksperymentalne szczepienie przeciw COVID-19 wykonano w Seattle (USA), w Kaiser Permanente, Instytucie Badawczym Stanu Waszyngton (Washington Reasearch Institute). W kolejce do zaszczepienia czekają kolejni wolontariusze, którym w odstępie 28 dni podane zostaną dwie dawki preparatu. Prototyp szczepionki pod roboczą nazwą mRNA-1273 opracowała firma biotechnologiczna z Bostonu, Moderna Inc. wspólnie z Narodowym Instytutem Zdrowia (National Institutes of Health NIH).

Do badań nad szczepionką przeciw koronawirusowi 23 marca włączyła się polska Agencja Badań Medycznych, która wybrała do współpracy trzy polskie ośrodki. Jednym z nich jest Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Biotechnologii i Antybiotyków wraz z zespołem prof. Marcina Drąga z Politechniki Wrocławskiej. Drugim ośrodkiem jest Narodowe Centrum Onkologii w konsorcjum z Instytutem Biochemii i Biofizyki PAN i Warszawskim Uniwersytetem Medycznym, które planuje zastosować nowatorską technologię łączącą wykorzystanie bakteriofagów i nanoprzeciwciał. Trzecim podmiotem wybranym przez Agencję jest Uniwersytet Medyczny we Wrocławiu.

Źródło informacji: Centrum Prasowe PAP