把生菜轉變?yōu)椤竚RNA疫苗工廠」，成本低、速度快的食用疫苗會有一席之地嗎？

今年 6 月，魁北克生物技術公司 Medicago 和 GSK 合作開發(fā)的植物疫苗已經(jīng)進入臨床 III 期，已投資建廠，并計劃年產(chǎn) 10 億劑。該疫苗使用一種叫做本氏煙草的植物。與其它 COVID-19 疫苗一樣，基于植物的疫苗也是間隔 21 天注射。
Medicago 的試驗結果表明，受試者在接受注射后產(chǎn)生了強烈的抗體反應，比從自然疾病中恢復的人的抗體反應高出約 10 倍。其首席醫(yī)療官 Brain Ward 稱，這些抗體值比迄今為止報道的幾乎所有其它疫苗都要高。
近日，加州大學河濱分校 (UCR) 的研究人員也在研究，是否可以將生菜等可食用植物轉變?yōu)椤癿RNA 疫苗工廠”。
“理想情況下，一株植物產(chǎn)生的 mRNA 足以為一個人接種疫苗，”UCR 植物學和植物科學系副教授 Juan Pablo Giraldo 博士說。他正在領導這項研究，與加州大學圣地亞哥分校和卡內基梅隆大學的科學家合作完成。
如果這個項目成功，基于植物的可食用疫苗可以通過在室溫條件下儲存，克服現(xiàn)有疫苗必須低溫儲存的挑戰(zhàn)。
簡單來說，可食用疫苗的開發(fā)涉及將選定的所需基因整合到植物中，然后使這些經(jīng)過改造的植物產(chǎn)生編碼蛋白質。這個過程被稱為轉化，被改變的植物被稱為轉基因植物。

這項由美國國家科學基金支持的項目主要有三個目標：表明可以將帶有 mRNA 疫苗的 DNA 輸送到植物細胞的特定部分；表明植物基疫苗可以生產(chǎn)與傳統(tǒng) mRNA 疫苗一樣多的疫苗；最后，項目還必須確定確切的劑量。
團隊的想法很簡單，利用天然存在的納米粒子 —— 植物病毒，將基因傳遞到植物的葉綠體中，但病毒本身不能感染植物。葉綠體是綠色植物和藻類中進行光合作用的場所，他們捕獲太陽能，并將其轉換為糖或者其它分子。
這正是 Giraldo 實驗室的強項，他們已經(jīng)通過將外來遺傳物質遞送到植物細胞，證明了葉綠體可以表達非植物天然組成部分的基因。
但需要注意的是，納米顆粒必須克服的，進入葉綠體基因組的主要障礙是植物細胞壁、植物細胞膜、細胞質和葉綠體雙膜。在藻類中，也可能有外層的海藻基質。
當前標準的遞送方式包括粒子轟擊、依靠壓力將微載體遞送到葉綠體基因組。通過粒子轟擊對少數(shù)生物體強制將 DNA 傳遞到葉綠體的方法，目前已經(jīng)證實了 9 個物種具有穩(wěn)定和可重復的質體轉化，但都不能針對特定的細胞器。
植物表面的各種物理和化學屏障，可以通過大小、電荷、疏水性和其他特性限制納米顆粒的吸收。比如，近期已有報道，高達 18 nm 的納米顆粒能夠遞送到棉花葉細胞，而大于 8 nm 的納米顆粒不能遞送到玉米葉細胞。
鑒于此，Giraldo 與加州大學圣地亞哥分校納米工程教授 Nicole Steinmetz 博士合作，將利用她的團隊設計的納米技術將遺傳物質遞送到葉綠體。Steinmetz 實驗室主要在設計、開發(fā)和測試源自植物病毒的材料和生物制劑。其實驗室已經(jīng)開發(fā)了一個基于植物病毒的納米粒子庫。

植物病毒是一種天然的、自組裝的納米結構，具有多用途和基因可編程的外殼，使其在從開發(fā)新材料到診斷和治療等多種應用中都很有用。各種植物病毒已通過對其內腔和外表面的化學和基因修飾進行了修飾，這些修飾為血管成像和腫瘤靶向的標記物和****物分子的附著提供了合適的位點。
今年 7 月，Giraldo 發(fā)表在 Plant Science 上的文章表明，涂有殼聚糖的單壁碳納米管能夠將質粒 DNA 帶到葉綠體。納米材料用注射器注射到到葉肉細胞中，以肽識別基序為導向，將化學物質等輸送到葉綠體中。
“我們正在用菠菜和生菜測試這種方法，并制定了人們在自己的花園里種植的長期目標，”Giraldo 說道。
除此之外， Giraldo 還領導了一個項目，該項目使用納米材料將氮（一種肥料）直接輸送到植物最需要的葉綠體中。美國國家科學基金會已授予 Giraldo 和他的同事 160 萬美元用于開發(fā)這種有針對性的氮輸送技術。

1986 年，人們提出將植物用于生產(chǎn)治療性蛋白質。近三十年來，植物表達系統(tǒng)已被用于生產(chǎn)多種應用的治療性蛋白質，尤其是基于蛋白質的亞單位疫苗和單克隆抗體，以對抗疾病。
1992 年，乙型肝炎表面抗原在植物中成功表達的研究成果就已經(jīng)引爆了學術界，利用基因改造后的植物，作為生物反應器生產(chǎn)疫苗，從此成為疫苗研制的熱點；2012 年，第一個也是唯一一個用于人類的植物衍生治療蛋白被批準用于治療戈謝病；2019 年，一種植物生產(chǎn)的流感病毒疫苗完成了 III 期臨床試驗，結果令人鼓舞。
“開發(fā)基于植物的疫苗有一些明顯的好處”，多倫多大學實驗室醫(yī)學和病理生物學系助理教授 Robert Kozak 說，“與許多傳統(tǒng)疫苗生產(chǎn)方法相比，植物基疫苗的生產(chǎn)成本更低。”
Medicago 的首席醫(yī)療官 Ward 說，與其他傳統(tǒng)疫苗相比，植物疫苗的生產(chǎn)速度也更快。Medicago 還開發(fā)了一種植物性流感疫苗，正在接受加拿大衛(wèi)生部的審查。
食用疫苗也有諸多優(yōu)勢，很容易擴大規(guī)模、有良好的遺傳和熱穩(wěn)定性，并且不需要冷鏈維護、不需要注射器和針頭，降低了各種感染的發(fā)生率。可食用疫苗的重要優(yōu)勢是消除了動物病毒（如瘋牛?。┑奈廴?，因為植物病毒不能感染人類，食用疫苗一旦接觸到消化道內壁，就會通過刺激粘膜和全身免疫來發(fā)揮作用。

但植物需要一定的環(huán)境條件才能生長，包括充足的陽光。這意味著并非每個國家都可以擁有大規(guī)模開發(fā)植物疫苗的基礎設施。
但 Ward 和 Kozak 都信心滿滿，他們認為植物在疫苗和****物領域非常有前途?！拔覀兎浅Ｓ行判?，在接下來的 5 到 10 年內，其他人將追隨我們的腳步?！盬ard 說道。

參考資料：

• https://www.verywellhealth.com/plant-based-covid-19-vaccine-canada-5187725

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8400130/

• https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2021.691295/full

• https://austinpublishinggroup.com/nutrition-food-sciences/fulltext/ajnfs-v4-id1078.php