25 Αυγούστου 2020
Ειδικά βιομόρια και ενώσεις για ιατρική χρήση αναπτύσσονται σε φυτά όπως το εμπορικό φυτό καπνού. Πιστοποίηση εικόνας - Pixabay / Couleur, με άδεια χρήσης Pixabay
Στα νότια περίχωρα της πόλης Owensboro στο Κεντάκι των ΗΠΑ, υπάρχει ένα τετράγωνο, μη γραφικό κτήριο. Στο εσωτερικό, σειρές και σειρές μικρών φυτών αναπτύσσονται κάτω από τεχνητά φώτα. Πρόκειται για μια επιχείρηση βιοτεχνολογίας νέας γενιάς: μια μοριακή φάρμα. Άλλοι ξεφυτρώνουν στις ΗΠΑ και αλλού - και καλλιεργούν εμβόλια. Αυτό σημαίνει ότι εάν βρούμε ένα εμβόλιο κοροναϊού που λειτουργεί, τα προϊόντα τους θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν από νοικοκυριά παγκοσμίως.
Η βασική ιδέα της μοριακής καλλιέργειας είναι η γενετική τροποποίηση των φυτών έτσι ώστε, μαζί με όλα τα συνηθισμένα βιοχημικά τους, τα κύτταρα τους παράγουν βιομόρια που είναι χρήσιμα για εμάς. Δεν είναι μια νέα ιδέα.
Το χωράφι ξεκίνησε το 1989, όταν οι ερευνητές σταθεροποίησαν τα φυτά καπνού έτσι ώστε να παράγουν μια απόδειξη πρωτότυπης πρωτεΐνης αντισώματος . Άφθονη διαφημιστική εκστρατεία ακολούθησε την επόμενη δεκαετία περίπου. Μία από τις πρώτες ιδέες ήταν ότι αυτό θα μπορούσε να παράγει βρώσιμα φάρμακα - μπανάνες, για παράδειγμα, που εκφράζουν εμβόλια στα κύτταρα τους. Η μοριακή γεωργία φαινόταν σαν μια ιδέα που αλλάζει τον κόσμο, ικανή να παρέχει φάρμακα εύκολα και φθηνά σε δισεκατομμύρια ανθρώπους.
Ένας λόγος για τον οποίο δεν απογειώθηκε, λέει ο καθηγητής Julian Ma στο St George's, Πανεπιστήμιο του Λονδίνου, στο Ηνωμένο Βασίλειο, είναι ότι μπορεί να είναι δύσκολο να ελέγξετε τη δοσολογία με βρώσιμα εμβόλια: «Πώς σταματάτε κάποιον να τρώει 20 μπανάνες επειδή πιστεύει ότι είναι καλό για αυτούς? Υπήρξε μια στιγμή όπου όλοι ενθουσιάστηκαν σοβαρά. Και μετά συνειδητοποίησα - ω, όχι, στην πραγματικότητα δεν θα είναι τόσο απλό. "
Τα έμβια όντα έχουν βιομηχανήματα που χρησιμοποιεί έναν κώδικα νουκλεϊκού οξέος ως εγχειρίδιο οδηγιών για την οικοδόμηση πρωτεϊνών. Η μοριακή γεωργία παραβιάζει αυτό το μηχάνημα και το κάνει να χρησιμοποιεί συνθετικές οδηγίες για την παραγωγή νέων πρωτεϊνών. Αλλά βακτήρια και άλλα κύτταρα θηλαστικών, όπως το κύτταρο ωοθήκης κινεζικού χάμστερ (CHO), μπορούν να το κάνουν επίσης. Πράγματι, τα κύτταρα CHO είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος καλλιέργειας πρωτεϊνών. Οι καλλιεργημένες πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται κυρίως ως φάρμακα, για τη θεραπεία καταστάσεων όπως ο διαβήτης και τα προβλήματα με την πήξη του αίματος. Οι μέθοδοι καλλιέργειας είναι πιο ακριβές και χρονοβόρες από τη μοριακή καλλιέργεια, αλλά οι σχετικές διαδικασίες είναι καλά καθιερωμένες και επικυρωμένες για την ασφάλεια - η μοριακή καλλιέργεια δεν έχει φτάσει ακόμη εκεί. Αλλά αρχίζει να πλησιάζει.
Φυτά
Πριν από λίγα χρόνια, ο καθηγητής Ma διεξήγαγε μια απόδειξη μελέτης για να δείξει ότι ένα αντίσωμα θα μπορούσε να παραχθεί σε φυτά και να απομονωθεί από αυτά χρησιμοποιώντας απλές τεχνικές διαχωρισμού και ότι οι προκύπτουσες πρωτεΐνες θα μπορούσαν να είναι εξίσου καθαρές και έτσι ασφαλείς για ιατρική χρήση.
Ένας άλλος χρήσιμος παράγοντας είναι η άνοδος μιας τεχνολογίας γενετικής τροποποίησης που ονομάζεται παροδική έκφραση. Πρόκειται για μια τεχνική που περιλαμβάνει τα κύτταρα να εκφράζουν προσωρινά κάποιο DNA. Βασικά, είναι εύκολο στα φυτά. Περιλαμβάνει τη βύθισή τους σε μια ειδική λύση και στη συνέχεια την άφησή τους να μεγαλώσουν. Αυτό σημαίνει ότι σε ορισμένες περιπτώσεις οι επιστήμονες των φυτών μπορούν να μεταβούν από τα γενετικά τροποποιημένα φυτά στο να τους εκφράσουν νέες πρωτεΐνες σε δύο εβδομάδες ή λιγότερο.
Οι εγκαταστάσεις μοριακής γεωργίας γίνονται πιο συνηθισμένες. Αυτό το αγρόκτημα στο Owensboro ανήκει στο Kentucky BioProcessing, μια μακροχρόνια εταιρεία που βοήθησε στην παραγωγή των αντισωμάτων ZMapp για να βοηθήσει στη θεραπεία του Έμπολα κατά τη διάρκεια του 2015. Μια άλλη μεγάλη εγκατάσταση κατασκευάζεται στο Κεμπέκ του Καναδά. Και η Βραζιλία ανακοίνωσε επίσης ότι σκοπεύει να κατασκευάσει ένα, λέει ο καθηγητής Ma. «Το βλέπω σαν λίγο σπάσιμο. Είναι το πρώτο στο νότιο ημισφαίριο. "
Σε αυτό το πλαίσιο, ο Δρ Ντιέγκο Ορζάες στο Ινστιτούτο Φυτικής Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας στη Βαλένθια της Ισπανίας, εκτελεί το έργο Newcotiana . Ο Δρ Orzáez λέει ότι παρόλο που υπάρχουν πολλά μεγάλα αγροκτήματα, κανείς δεν έχει καταβάλει ακόμη μεγάλη προσπάθεια για την αναπαραγωγή των φυτών που χρησιμοποιούν για τη βελτίωση της παραγωγικότητάς τους - αυτός και η ομάδα του κάνουν τώρα ακριβώς αυτό.
Εργάζονται σε δύο στενά συνδεδεμένα φυτά. Η πρώτη είναι η Nicotiana benthamiana , ένας εύθραυστος, νάνος ξάδελφος του φυτού καπνού, το οποίο είναι το είδος που καλλιεργείται στις περισσότερες εμπορικές μοριακές εκμεταλλεύσεις επειδή είναι τόσο εύκολο να τροποποιηθεί γενετικά. Το δεύτερο είναι το Nicotiana tabacum , το μεγαλύτερο, ανθεκτικό φυτό που καλλιεργείται εμπορικά για τον καπνό. Το σχέδιο είναι η βελτιστοποίηση και των δύο.
Καπνός
Υπάρχει ένας ιδιαίτερος λόγος για τον οποίο ο Δρ Orzáez θέλει να συνεργαστεί με την Nicotiana tabacum . Λέει ότι υπάρχουν κοινότητες σε ολόκληρη την Ευρώπη που παραδοσιακά καλλιεργούν καπνό για χρήση στα τσιγάρα, αλλά αντιμετωπίζουν κάποιο στίγμα για να το πράξουν. Ορισμένες τέτοιες κοινότητες βρίσκονται για παράδειγμα στην σχετικά υγρή περιοχή της La Vera, στην περιοχή Extremadura της Ισπανίας. Πολλές από αυτές τις κοινότητες επιθυμούν να στραφούν σε καλλιέργεια καπνού που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί καλύτερα - παρέχοντας φάρμακα παρά καπνό - σύμφωνα με τον Δρ Orzáez.
Βεβαίως, υπάρχει μια ρυτίδα στο σχέδιο, επειδή τα φυτά που έχουν τροποποιηθεί γενετικά δεν μπορούν νόμιμα να αναπτυχθούν σε εξωτερικούς χώρους στην ΕΕ λόγω των κανόνων για τους γενετικά τροποποιημένους οργανισμούς. Ωστόσο, ο Δρ Orzáez λέει ότι ελπίζει να πείσει τις αρχές ότι αυτό πρέπει να αλλάξει. Αυτό συμβαίνει επειδή τα φυτά του έργου του, ενώ επίσημα ταξινομούνται ως ΓΤΟ, έχουν παραχθεί με γονιδιακή επεξεργασία και δεν περιέχουν γονίδια από άλλους οργανισμούς, όπως κάνουν οι περισσότεροι ΓΤΟ.
Εν τω μεταξύ, λέει ότι έχει κάποια ενθαρρυντικά αποτελέσματα από το έργο του. Έχει δημιουργήσει μια ποικιλία από Nicotiana tabacum που δεν ανθίζει, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορεί να διαδώσει σπόρους ή γύρη και έτσι θα πρέπει να είναι ασφαλές να αναπτυχθεί έξω - και ξεχωριστά μια ποικιλία που παράγει μια αντιφλεγμονώδη ένωση. Το επόμενο βήμα είναι να τα συνδυάσετε σε μία γραμμή φυτών. Έχει επίσης βελτιώσει τις εκδόσεις του Nicotiana benthamiana σε δοκιμές πεδίου.
Σε όλες τις εργασίες του Δρ Orzáez οι πρωτεΐνες εκφράζονται στα φύλλα των φυτών. Αλλά υπάρχουν λόγοι για τους οποίους η έκφρασή τους σε άλλα μέρη ενός φυτού θα ήταν βολικό.
«Αν θέλετε να αποθηκεύσετε (ένα εμβόλιο), για παράδειγμα, οι σπόροι θα ήταν λαμπροί», δήλωσε ο καθηγητής Ma. «Είναι φυσικά όργανα αποθήκευσης πρωτεϊνών και είναι απίστευτα σταθερά. Θα μπορούσατε να παράγετε έναν αχυρώνα γεμάτο σπόρους και να τον κρατήσετε σχεδόν για πάντα. "
Ο καθηγητής Ma συντονίζει ένα έργο που ονομάζεται Pharma-Factory , το οποίο αναπτύσσει νέες πλατφόρμες καλλιέργειας, έτσι ώστε οι πρωτεΐνες να μπορούν να εκφραστούν όχι μόνο σε φύλλα αλλά σε σπόρους, ρίζες και φύκια. Το έργο περιλαμβάνει πέντε μικρές εταιρείες, και το σχέδιο είναι να αναπτυχθούν πολλές θεραπευτικές πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένου ενός αντισώματος εξουδετέρωσης του HIV, στο σημείο που μπορούν να εμπορευματοποιηθούν.
«Αν θέλετε να αποθηκεύσετε (ένα εμβόλιο), για παράδειγμα, οι σπόροι θα ήταν λαμπροί».
Καθ. Julian Ma, St George's, Πανεπιστήμιο του Λονδίνου, Ηνωμένο Βασίλειο
Κορωνοϊός
Τι γίνεται λοιπόν με το coronavirus; Αρκετές μεγάλες εταιρείες μοριακής γεωργίας εργάζονται ήδη για εμβόλια. Για παράδειγμα, η Medicago, με έδρα το Κεμπέκ, κατάφερε να κατευθύνει φυτά να παράγουν πρωτεΐνες που μπορούν να συναρμολογηθούν σε ένα σωματίδιο που μοιάζει με ιό, το οποίο είναι ουσιαστικά το κέλυφος πρωτεΐνης του ιού SARS-CoV-2 χωρίς τίποτα μέσα του. Η εταιρεία λέει ότι τα αποτελέσματα από δοκιμές σε ποντίκια ξεκίνησαν την παραγωγή αντισωμάτων και αναμένει να ξεκινήσει κλινικές δοκιμές φάσης Ι σε ανθρώπους αυτό το καλοκαίρι .
Από την πλευρά τους, η ομάδα της Newcotiana κυκλοφόρησε την ακολουθία γονιδιώματος της Nicotiana benthamiana προτού είναι έτοιμη να τη δημοσιεύσει επίσημα σε ένα ακαδημαϊκό περιοδικό. «Πολλές εταιρείες και ακαδημαϊκοί θα επωφεληθούν από τη γνώση όσο το δυνατόν περισσότερο για τα ίδια τα φυτά μέσω αυτού του γονιδιώματος», δήλωσε ο Δρ Orzáez.
Ο Δρ Orzáez λέει επίσης ότι η ομάδα του έχει ασχοληθεί με την επεξεργασία του κοροναϊού, τροποποιώντας ορισμένα από τα φυτά τους έτσι ώστε να παράγουν την ακίδα πρωτεΐνη από τον ιό SARS-CoV-2. Αυτή η ακίδα πρωτεΐνης είναι ένα σημαντικό αντιδραστήριο σε ορολογικές δοκιμές που καθορίζουν εάν ένα άτομο έχει αναπτύξει αντισώματα Covid-19. Στα φυτά, μπορεί να παραχθεί γρήγορα και εύκολα σε μέρη όπου η ποσότητα της πρωτεΐνης είναι χαμηλή. Η ομάδα πρέπει ακόμη να εργαστεί για να βεβαιωθεί ότι οι πρωτεΐνες που παράγουν έχουν επικυρωθεί για την ασφάλεια - αλλά εάν είναι, η μοριακή καλλιέργεια θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος για να βοηθήσουμε τις μαζικές δοκιμές.
Τα θεμελιώδη αξιοθέατα της μοριακής γεωργίας δεν έχουν αλλάξει από τη δεκαετία του 1980: είναι φθηνό, είναι ασφαλές και μπορεί να αυξηθεί εύκολα και γρήγορα. Καθώς η πανδημία του κοροναϊού συνεχίζεται και ο αγώνας συνεχίζεται για την ανάπτυξη εμβολίων εργασίας, αυτό το τελευταίο γεγονός μπορεί να αποδειχθεί εξαιρετικά ελκυστικό, ειδικά σε φτωχά μέρη του κόσμου.
Η έρευνα σε αυτό το άρθρο χρηματοδοτήθηκε από την ΕΕ. Αν σας άρεσε αυτό το άρθρο, σκεφτείτε το ενδεχόμενο να το μοιραστείτε στα κοινωνικά μέσα.
No comments:
Post a Comment