这 新冠肺炎 大流行证明了疫苗接种在保护社会免受传染病侵害方面的承诺和力量。 然而，医护人员短缺、供应链效率低下以及缺乏购买疫苗的资金等因素也导致儿童总体疫苗接种覆盖率下降，特别是在发展中国家。
联合国儿童基金会的世界儿童状况 2023年报告 据估计，五分之一的儿童没有接种霍乱、脊髓灰质炎和麻疹等危及生命的疾病的疫苗，城乡地区存在巨大的不平等。
虽然我们大多数人现在都熟悉基于 mRNA 的疫苗，但大多数市售疫苗仍然依赖于使用弱化/灭活的病毒和蛋白质。 这些常规疫苗材料通常使用转基因细胞系统生产，包括细菌、真菌、酵母、昆虫和哺乳动物细胞。
然而，它们受到限制，包括由于需要专用的无菌设施来培养细胞而导致生产成本高，以及安全问题，例如人体细胞可能携带有害的朊病毒，细菌细胞裂解后产生内毒素。 重要的是，由于翻译后修饰的缺乏或差异，细菌和昆虫细胞产生的蛋白质的行为可能与预期不同（稳定性和免疫原性降低）。
COVID-19 大流行期间强调的另一个重大缺点是疫苗储存和运输需要冷链供应（2-8 oC），这可能会限制低收入和中等收入国家的获取。 例如，世界卫生组织 估计的 2011 年，在其调查的 5 个国家中，由于供应链中断，损失了 280 万剂 SARS-CoV-2 疫苗。
工厂系统的优缺点
植物分子农业是指使用植物细胞或整个植物作为表达平台，是生产疫苗的另一种方法，据称可用于资源稀缺地区并针对利基疫苗和孤儿疫苗。 这 概念 于 20 世纪 80 年代引入，用于在转基因烟草和向日葵中生产人类生长激素。 从那时起，它就被用来生产季节性流感疫苗和 埃莱索 美国戈谢病
BioApp 是一家总部位于韩国的公司，也在利用植物生产针对猪瘟的动物疫苗。 还有其他几家公司使用植物系统来生产病毒、病毒样颗粒，它们是亚单位疫苗，可以自组装成非传染性和非复制性病毒，作为疫苗或治疗药物的传递。
重组蛋白疫苗可以在稳定的转基因植物中生产，或者使用工程植物病毒或细菌在植物中瞬时表达。 四个一般步骤。
第一步是选择植物宿主。 为了防止人类和野生动物接触改良的可食用植物，植物分子农业的努力集中在非食用烟草植物上，例如 烟草属 本塞米亚纳。 接下来是选择一个载体来传递用于转化的 DNA 质粒，以及 根癌农杆菌 是最受欢迎的选择。 第三步是通过机械接种、农滤或真空渗透转染植物。 最后，通过消化植物叶子并通过常规层析方法和/或分子标签分离目标蛋白质来纯化蛋白质。
由于朊病毒和内毒素等有害污染的可能性较低，植物比细菌和哺乳动物系统更安全。 此外，与细胞系统相比，植物可以更容易运输。 [Nicolas/Getty Images]在生物量产生方面，使用植物生产疫苗比哺乳动物系统具有明显的优势。 据估计，在植物中生产生物制剂的最终成本为 显着降低 与使用传统的哺乳动物细胞系统相比。 与昆虫和细菌细胞相比，植物与哺乳动物细胞具有更多相似的翻译后修饰，并且可以进一步操作以提高相似性。
此外，由于朊病毒和内毒素等有害污染的可能性较低，植物比细菌和哺乳动物系统更安全。 此外，与细胞系统相比，植物可以更容易运输，这使得它们适合在冷链供应不可用时进行现场提取和纯化。
尽管如此，基于植物的系统也有缺点。 与细菌和哺乳动物细胞培养物相比，一个巨大的限制是蛋白质产量较低。 为了更好地克服这个问题，Hamel 等人。 最近 发现 农杆菌外源蛋白质介导的基因表达可以关闭叶绿体基因表达并引起氧化应激反应，从而降低蛋白质产量。
有趣的是，研究小组表明，通过外源应用抗坏血酸减少氧化应激损伤可以提高植物生物量的产量，从而提高病毒样颗粒的产量。
使用植物系统的另一个限制是蛋白质表达在植物世代之间甚至在叶子内可能会有所不同。 环境变化也可能影响收获产量，尽管这个问题可以通过受控的环境设施来缓解。
最后，植物细胞和组织比其他表达系统产生更多的碎片和污染物，这可能会干扰蛋白质纯化。 事实上，这是植物蛋白通常无法进入临床的一个关键原因。 无论如何，随着植物基因工程和纯化技术的更大创新，基于植物的系统有望为动物和人类使用的疫苗生产做出越来越大的贡献。
除此之外，浦项科技大学植物生物学家 Inhwan Hwang 补充道，“还缺乏从植物中生产用于临床前和临床试验的 GMP 级绿色生物制品的设施。 此外，缺乏经过培训的专业人才来生产 GMP 级绿色生物制品。”
利用植物生产动物疫苗
帕克等人。 生成的 转基因的 烟草属 本塞米亚纳 植物生产 E2 融合蛋白，用作针对经典猪瘟病毒的重组疫苗，该病毒对养猪业造成了重大损害。 该团队还采用了一种新颖的蛋白质纯化方法，结合了纤维素结合域-基于纤维素的亲和纯化和尺寸排阻凝胶过滤层析。
植物分子农业可以在绿色生物制品中发挥作用，并改善疫苗的获取。 特别是，它可以用于小规模生产用于个性化治疗的疫苗，并且可以在资源有限、无法建立无菌细胞工厂设施但又最需要疫苗的地方以低成本生产疫苗。 植物污染物也比细菌内毒素相对更容易耐受。 [Kilito Chan/Getty Images]在仔猪身上进行测试时，单剂量疫苗接种可提供长达 11 天的全面病毒保护。 宋和同事还生产了重组血凝素蛋白作为对抗亚洲流感病毒的疫苗。 流感病毒血凝素的胞外域是 首先表达的 在植物中以三聚体形式模仿其天然形式。 然后将三聚体直接结合到失活的 乳球菌属 它被用作携带抗原的细菌，无需佐剂即可在小鼠和鸡中产生强烈的免疫反应。
类似的策略也被采取了 养鱼 工业利用植物生产转基因叶子和种子，这些叶子和种子被进一步加工为可食用饲料颗粒疫苗或封装在饲料颗粒中的纯化抗原。
虽然植物分子农业不太可能取代大量细胞培养来生产重磅疫苗和生物治疗药物，但它可以用于生产针对疾病的小批量个性化抗原。 例如，Tusé 和同事 描述 一种植物制造的癌症疫苗，用于治疗 B 细胞滤泡性淋巴瘤，处于临床 I 期研究中。
另一个例子是利用植物生产病毒纳米颗粒作为抗豇豆花叶病毒的疫苗，该病毒在黑色素瘤的临床前动物模型中显示出优异的功效， 神经胶质瘤和 乳腺癌 除其他外。 研究发现，直接注射到肿瘤中的病毒纳米颗粒可以刺激先天免疫细胞，从而产生全身抗肿瘤免疫力。 宋等人。 还 已利用 的 烟草属 本塞米亚纳 生产 SARS-CoV-2 病毒的重组刺突蛋白。 研究小组发现，肌内注射植物源疫苗会引起小鼠的体液和细胞免疫反应，包括能够交叉中和 Alpha、Beta、Delta 和 Omicron 变体的抗体。 即使受到致命的 SARS-CoV-2 病毒攻击，接种疫苗的小鼠的存活率仍高达 80%。
BioApp 首席执行官 Eun-ju Sohn 表示：“PMF（植物制药）行业的主要挑战是缺乏成功的案例研究来证明 PMF 技术在现实世界中的适用性。 成功案例的稀缺导致难以吸引资金，从而减缓了行业的发展。
迄今为止，只有少数基于 PMF 的产品获得了监管机构的正式批准。 随着人们对替代肉类行业的兴趣日益浓厚，许多初创公司现在专注于在植物中生产动物蛋白，超越转基因生物的限制。
食用猪肉蛋白和大豆菜肴的前景即将到来，下一步可能是食用疫苗和治疗方法。 尽管对于关节炎等疾病有许多出色的治疗方法，但如果仓鼠卵巢来源的细胞或大肠杆菌产生了这些类型的细胞，那么食用这些细胞是不可行的。
然而，植物提供了一种解决方案，有望在未来让人们每天在家中愉快地享受美味的治疗和预防服务。”
结论
当加拿大生物技术公司 Medicago 率先在烟草植物中使用瞬时表达来生产疫苗时， 结束其运营 2023年初，有人担心这可能对植物分子农业的未来前景产生不利影响。 然而，Medicago 能够在不到两年的时间内获得针对 SARS-CoV-2 病毒的病毒样颗粒疫苗 (Covifenz) 的许可，这有助于验证其前景并消除这项新技术的风险。
植物分子农业可以在绿色生物制品中发挥作用，并改善疫苗的获取。 特别是，它可以用于小规模生产用于个性化治疗的疫苗，并且可以在资源有限、无法建立无菌细胞工厂设施但又最需要疫苗的地方以低成本生产疫苗。 植物污染物也比细菌内毒素相对更容易耐受。
转基因植物可以实现蛋白质的现场分离和纯化，以减少冷链需求。 未来，随着加大力度改进植物转染、蛋白质纯化和产量，植物分子农业作为改善疫苗生产和获取的方法只会变得更加引人注目。
Andy Tay 是一位驻新加坡的自由撰稿人。
2024-03-04 21:53:07
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#植物分子农业作为一种新型疫苗生产方法
