W walce z koronawirusem mogą pomóc szczepionki i 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.

Medicago, którego współwłaścicielem są Philip Morris International (38,5 proc. akcji) oraz Mitsubishi Tanabe Pharma (60 proc.), nie jest jedyną firmą, która przystąpiła do wyścigu po szczepionkę przeciw koronawirusowi. 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.