Таблица 3
Фармацевтические белки, полученные в трансгенных растениях
| Применение | Растение-продуцент | Фармацевтический белок | Уровень продукции (в % от суммарного растворимого белка) | Ссылка |
| Анестезия | A. thaliana | Энкефалин | 2,9 (семена) | Vandekerckhove et al., 1989 |
| Цирроз печени, ожоги, хирургия | Табак | Сывороточный альбумин | 0,02 | Sijmons et al., 1990 |
| Косметология | Табак | Гомодимер коллагена | 0,01 | Ruggiero et al., 1990 |
| Лечение гепатитов С и В | Табак | b-интерферон | 0,001 | Edelbaum, 1992 |
| Заживление ран | Табак | Эпидермальный фактор роста | 0,001 | Higo, 1993 |
| Ингибитор тромбина | Рапс | Гирудин | 0,3 (семена) | Parmenter et al., 1995 |
| Анемия | Табак | Эритропоэтин | 0,003 | Kusnadi et al., 1997 |
| Заменитель крови | Табак | Гемоглобин a, b | 0,05 (семена) | Dieryck et al., 1997 |
| Заменитель материнского молока | Картофель | Казеин | 0,01 | Chong et al., 1997 |
| Фиброзный кистоз, кровотечения | Рис | a-1-антитрипсин | Нет данных | Giddings et al., 2000 |
| Антикоагулянт | Табак | Белок С | 0,01 | Cramer et al., 1999 |
| Ингибитор трипсина | Кукуруза | Апротонин | Нет данных | Zhong et al., 1999 |
| Гормон роста | Табак | Соматотропин | 0,16 (семена) | Leite et al., 2000 |
| Антимикробное средство | Картофель | Лактоферрин | 0,1 | Chong et al., 2000 |
| Синдром Гоше | Табак | Глюкоцереброзидаза | 1-10 | Giddings et al., 2000 |
| Воспалительные заболевания кишечника | Табак | Интерлейкин-10 | 0,0055 | Menassa et al., 2001 |
| Нейропения | Табак | ГМ-КСФ | 0,03 (семена) | Sardana et al., 2002 |
| Иммунотерапия рака | Картофель | Интерлейкин-2 | 0,06 | Park, Cheong, 2002 |
| Болезнь Педжета, остеопороз | Картофель | Kальцитонин | 0,02 | Ofoghi et al., 2000 |
Растения-продуценты фармацевтических белков
За последние несколько лет в ведущих биотехнологических центрах мира созданы трансгенные растения-продуценты широкого спектра гормонов, цитокинов, факторов роста и ферментов, имеющих потенциальное применение в фармакологии (табл. 3). Все они не уступали по биологической активности аналогам, получаемым из других систем экспрессии.
По закону, принятому Всемирной организацией здравоохранения, любые предлагаемые источники лекарствен-ных препаратов, в частности трансгенные растения, должны быть зарегистрированы и пройти серию клинических испытаний. Первые клинические испытания трансгенных растений риса, синтезирующих активный человеческий a-1-антитрипсин для терапии фиброзного кистоза, были начаты в 1998 г.
Производство рекомбинантных белков для медицинских целей с использованием традиционных систем тре-бует значительных финансовых затрат. Так, например, недостаток лизосомального фермента гликоцеребрози-дазы в организме вызывает синдром Гоше. Единственным видом терапии этого заболевания является внутри-венное введение гликоцереброзидазы. Долгое время этот белок получали из плаценты человека, на поддержа-ние жизни одного пациента в течение года требовалось 160000$. Переключение продукции гликоцереброзидазы на культуру клеток млекопитающих снизило стоимость этого препарата, однако не вытеснило его из группы "са-мых дорогих лекарств в мире". В 1999 г. сотрудниками корпорации CropTech было показано, что трансгенные растения способны синтезировать биологически активную гликоцереброзидазу человека. В дальнейшем были получены высокопродуктивные трансгенные растения табака, в которых содержание гликоцереброзидазы чело-века варьировало от 1 до 10 % TSP. Ожидается, что получение рекомбинантной гликоцереброзидазы из таких растений позволит значительно снизить её стоимость (Giddings et al., 2000).
В заключение хотелось бы отметить, что несмотря на значительные достижения в области продукции реком-бинантных белков медицинского назначения в растениях, это направление находится лишь на начальном этапе своего развития. Учёные-биотехно-логи уверены, что в будущем рекомбинантные препараты, получаемые из генетически модифицированных растений, заменят дорогостоящие бактериальные и животные аналоги на фар-мацевтическом рынке. "Съедобные вакцины" позволят значительно усовершенствовать программы всеобщей иммунизации, особенно для населения развивающихся стран.
Список литературы
ArakawaT., ChongD., MerrittJ. etal. Expression of cholera and toxin B subunit oligomers in transgenic potato plants // Transgenic Res. 1997. V. 6. P. 403-413.
Budar F., Thia-Toong, Van Montagu M. Agrobacterium-mediated gene transfer results mainly in transgenic plants trans-mitting T-DNA as a single Mendelian factor // Genetics. 1986. V. 114. P. 303-313.
Carrillo C., Wigdorovitz A., Oliveros J. et al. Protective immune response to foot-and-mouth disease virus with VP1 ex-pressed in transgenic plants // J. Virol. 1998. V. 72. P. 1688-1690.
Chong D., Roberts W., Arakawa T. et al. Expression of human milk protein b-casein in transgenic potato plants // Trans-genic Res. 1997. V. 6. P. 289-296.
Chong D., Langridge W. Expression of full length bioactive antimicrobial human lactoferrin in potato plants // Transgenic Res. 2000. V. 9. P. 71-78.
Cramer C., Boothe J., Oishi K. Transgenic plants for therapeutic proteins: linking upstream and downstream technolo-gies // Current Topics in Microbiоl. and Immunol. 1999. V. 240. P. 95-118.
Daniell H., Streatfield S., Wycoff K. Medical molecular farming: production of antibodies, biopharmaceuticals and edible vaccines in plants // Trends in Plant Sci. 2001. V. 6. P. 219-226.
Deroles S.C., Gardner R.C. Analysis of the T-DNA structure in a large number of transgenic petunias generated by Agro-bacterium-mediated transformation // Plant Mol. Biol. 1988. V. 11. P. 365-377.
De Cosa B., Moar W., Lee S. et al. Overexpression of Bt cry2Aa2 operon in chloroplasts leads to formation of insecticidal crystals // Nature Biotechnol. 2001. V. 19. P. 71-74.
De la Riva G., Gonzalez-Cabrera J., Vazquez-Padron R., Ayra-Pardo C. Agrobacterium tumefaciens: a natural tool for plant transformation // Electronic J. of Biotechnol. 1998. V. 1, № 3. www.ejb.org.
Dieryck W., Pagnier J., Poyart C. et al. Human haemoglobin from transgenic tobacco // Nature. 1997. V. 386. P. 29-30.
Edelbaum O., Stein D., Holland N. et al. Expression of active human interferon-beta in transgenic plants // J. of Interferon Res. 1992 V. 12. P. 449-453.
Finnegan J., McElroy D. Transgene inactivation: Plants fight back! // Bio/Technology. 1994. V. 12. P. 883-887. Fromm E.M., Taylor L.P., Walbot V. Expression of genes transferred into monocot and dicot plant cells by electropora-tion // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1985. V. 82. P. 5824-5825.
Giddings G., Allison G., Brooks D., Carte A. Transgenic plants as factors for biopharmaceuticals // Nature Biotechnol. 2000. V. 18. P. 1151-1155.
Haq T., Mason H.S., Clements J. et al. Oral immunization with a recombinant bacterial antigen produced in transgenic plants // Science. 1995. V. 268. P. 714-716.
Heberle-Bors E., Charvat B., Thompson D. et al. Genetic analysis of T-DNA insertion into tobacco genome // Plant Cell Rep. 1988. V. 7. P. 571-574.
Hiatt A., Cafferkey R., Bowdish K. Production of antibodies in transgenic plants // Nature. 1989. V. 342. P. 76-78.
Higo K., Saito Y., Higo H. Expression of a chemically synthesized gene for human epidermal growth factor under the control of cauliflower mosaic virus 35S promoter in transgenic tobacco // Bioscience, Biotechnology, Biochemistry. 1993. V. 57. P. 1477-1481.
Horsch R.B., Fraley R.T., Rogers S.G. et al. Inheritance of functional foreign genes in plants // Science. 1984. V. 223. P. 496-499.
Kapusta J., Modelska A., Figlerowicz M. et al. A plant-derived edible vaccine against hepatitis B virus // FASEB J. 1999. V. 13. P. 1796-1799.
Khoudi H., Laberge S., Ferullo J. et al. Production of diagnostic monoclonal antibody in perennial alfalfa plants // Bio-technology and Bioengineering. 1999. V. 64. P. 135-143.
Klein T., Wolf D., Wu R., Sanford J. High-velocity microprojectiles for delivering nucleic acids into living cells // Nature. 1987. V. 327. P. 70-72.
Kumagai M., Turpen T.H., Weinzettl N. et al. High-level expression of biologically active alpha-trichosanthin in trans-fected plants by an RNA viral vector // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1993. V. 90. P. 427-430. Kusnadi A. Production of recombinant proteins in transgenic plants: practical considerations // Biotechnology and Bioen-gineering. 1997. V. 56. P. 473-484.
Leite A., Kemper E. Expression of correctly processed human growth hormone in seeds of transgenic tobacco plants // Mo-lecular Breeding. 2000. V. 6. P. 47-53.
Ma J., Hiatt A., Hein M. et al. Generation and assembly of secretory antibodies in plants // Science. 1995. V. 268. P. 716-719.
Ma J., Hikmat B., Wycoff K. et al. Characterization of a recombinant plant monoclonal secretory antibody and preventive immunotherapy in humans // Nature Medicine. 1998. V. 4. P. 601-606. Mason H., Lam D., Arntzen C. Expression hepatitis B surface antigen in transgenic plants // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1992. V. 89. P. 11745-11749.
Mason H., Ball J., Shi J. et al. Expression of Norwalk virus capsid protein in transgenic tobacco and potato and its oral immunogenicity in mice // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1996. V. 33. P. 5335-5340.
Mason H., Haq T., Clements J. et al. Edible vaccine protect mice against Escherichia coli heat-labile enterotoxin (LT): potatoes expressing a synthetic LT-B gene // Vaccine. 1998. V. 16. P. 1336-1343.
Matzke M., Matzke A. How and why do plants inactivate homologous transgenes? // Plant Physiol. 1995. V. 107. P. 679-685.
Matzke A., Neuhuber F., Park Y. et al. Homology-dependent gene silencing in transgenic plants: epistatic silencing loci contain multiple copies of methylated transgenes // Mol. Gen. Genet. 1994. V. 244. P. 219-229.
McGarvey P., Hammond J., Dienelt M. et al. Expression of the rabies virus glycoprotein in transgenic tomatoes // Biotech-nology. 1995. V. 13. P. 1484-1487.
Menassa R., Nguyen V., Jevnikar A. et al. A self-contained system for the field production of plant recombinant inter-leukin-10 // Mol. Breeding. 2001. V. 8. P. 177-185.
Mushegian A., Shepherd R. Genetic elements of plant viruses as tools for genetic engineering // Microbiol. Rev. 1995. V. 12. P. 548-578.
Neuhaus G., Spandenberg G., Mittelstein O. et al. Transgenic rapesee plants obtained by the microinjection of DNA into microspore-derived embryoids // Plant J. 1987. V. 75. P. 30-36.
Ofoghi H. Cloning and expression of human calcitonin genes in transgenic potato plants // Biotechnol. Lett. 2000. V. 22. P. 611-615.
Park Y., Cheong H. Expression and production of recombinant human interkeukin-2 in potato plants // Protein Expres-sion and Purification. 2002. V. 25. P. 160-165.
Parmenter D., Boothe J.G., van Rooijen G. et al. Production of biologically active hirudin in plant seeds using oleosin partitioning // Plant Mol. Biol. 1995. V. 29. P. 1167-1180.
Porta C., Spall V., Lin T. et al. The development of cowpea mosaic virus as a potential source of novel vaccines // Intervi-rology. 1996. V. 39. P. 79-84.
Richter L., Thanavala Y., Arntzen C. et al. Production of hepatitis B surface antigen in transgenic plants for oral immuni-zation // Nature Biotechnol. 2000. V. 18. P. 1167-1171.
Ruggiero F., Exposito J., Bournat P. et al. Triple helix assembly and processing of human collagen produced in trans-genic tobacco plants // FEBS Lett. 1990. V. 469. P. 132-136.
Russel C., Clarke L. Recombinant proteins for genetic disease // Clinical Genet. 1999. V. 55. P. 389-394.
Sardana R., Alli Z., Dudani A. et al. Biological activity of human granulocyte-macrophage colony stimulating factor is maintained in a fusion with seed glutelin peptide // Transgenic Res. 2002. V. 5. P. 521-531.
Sijmons P., Dekker B., Schrammeijer B. et al. Production of correctly processed human serum albumin intransgenic plants // Bio/Technology. 1990. V. 8. P. 217-221.
Staub J., Garcia B., Graves J. et al. High-yield production of a human therapeutic protein in tobacco chloroplasts // Na-ture Biotechnol. 2000.V. 18. P. 333-338.
Stoger E., Vaquero C., Torres E. et al. Cereal crops as viable production and storage systems for phar-maceutical scFv antibodies // Plant Mol. Biol. 2000. V. 42. P. 583-590.
Streatfield S., Jilka J., Hood E. et al. Plant-based vaccines: unique advantages // Vaccine. 2000. V. 19. P. 2742-2748.
Tackaberry E., Dudani A., Prior F. et al. Development of biopharmaceuticals in plant expression systems: cloning, ex-pression and immunological reactivity of human cytomegalovirus glycoprotein B (UL55) in seeds of transgenic to-bacco // Vaccine. 1999. V. 17. P. 3020-3029.
Tacket C., Mason H., Losonsky G. et al. Human immune responses to a novel Norwalk virus vaccine delivered in trans-genic potatoes // J. of Infectious Diseases. 2000. V. 182. P. 302-305.
Tacket C., Mason H. A review of oral vaccination with transgenic vegetables // Microbes and Infection. 1999. V. 1. P. 777-783.