La aproape un secol după demonstrația empirică a doctorului
Edward Jenner a protecției prin imunizarea cu virusul Vaccinia contra
variolei, Louis Pasteur a introdus termenul de vaccinare. Vaccinurile sunt
produse biologice care induc un răspuns imun antigen-specific, conferind
protecție față de numeroase boli infecțioase. Vaccinurile sunt alcătuite din
bacterii sau virusuri omorâte sau atenuate, iar profilaxia realizată prin
programele de vaccinare a dus la eradicarea sau restrângerea răspândirii unor
boli infecțioase.
Deoarece imunoprofilaxia prin vaccinare este una dintre
intervențiile medicale cele mai rentabile, numeroase cercetări se îndreaptă
spre dezvoltarea vaccinurilor subunitare formate din epitopi antigenici și
dezvoltarea de noi moduri de producere, formulare și administrare a
vaccinurilor pentru a le face disponibile pe scară mai largă. Cercetările în
care sunt utilizate diverse sisteme biologice, cum ar fi plantele, celulele de
insecte sau culturile bacteriene ca surse de producere a vaccinurilor câștigă
interes, mai ales cele cu dezvoltare din plante, datorită numeroaselor
avantaje.
Conceptul folosirii plantelor în producerea și furnizarea
vaccinurilor subunitare a fost introdus de dr. Charles Arntzen și colaboratorii
săi. Primele plante folosite ca bioreactori au fost tutunul și
floarea-soarelui, dar au mai fost utilizate și cartoful, roșia, porumbul și
orezul (1). Inițial, ideea predominantă era ca vaccinurile obținute din plante
să fie vaccinuri comestibile, dar această concepție este încă dificil de
realizat, deoarece administrarea vaccinurilor la om impune standardizarea
dozei, necesitatea purificării antigenelor, selecția condițiilor de formulare
și producerea acestora în conformitate cu reglementările de bună practică de
producție, dar și cele legate de reglementările referitoare la plantele
transgenice. Totuși, datorită faptului că vaccinurile pe bază de plante sunt
ușor de manevrat deoarece nu necesită condiții de depozitare complexe, iar
producția lor este rentabilă și relativ ușoară la scară mare, această metodă de
producție poate fi o alternativă (2).
Progresele efectuate la începuturile anilor ʼ80 ai secolului
trecut în tehnicile de biologie moleculară au contribuit decisiv la dezvoltarea
de noi strategii pentru producția de vaccinuri subunitare și de proteine
recombinante cu importanță pentru sănătatea umană și animală. Succesul
producției din plante a antigenelor vaccinale necesită în primul rând
selectarea unui antigen care să fie puternic imunogen, apoi construirea genelor
și a promotorilor care ar asigura expresia antigenelor la un nivel cât mai
înalt. Secvența antigenică de interes integrată într-un vector este apoi
transferată în sistemul de expresie reprezentat de plantă. În funcție de metoda
genetică de transformare aplicată, expresia transgenei poate fi stabilă, prin
inserarea în genom, sau tranzientă, prin producerea de antigene în plante
infectate cu vectorii virali.
Transformarea stabilă sau permanentă este obținută prin
integrarea nucleară sau plastidică a transgenei de interes prin transferarea
directă a materialului ADN sau ARN în plantă, fie prin metoda biolistică (gene
gun sau microprojectile bombardment), fie indirect, prin utilizarea
tulpinii bacteriene modificate genetic de Agrobacterium. Limitările
legate de utilizarea bacteriei Gram-negative Agrobacterium tumefaciens sunt
determinate de numărul limitat de plante pe care le poate infecta natural, dar
și de faptul că plantele transgenice stabile produc o cantitate scăzută
de antigen, variind între 0,01 și 30% din totalul proteinelor solubile (3).
Spre deosebire de această metodă, expresia tranzientă constă în
producția antigenelor sau a proteinelor de interes foarte rapid după
introducerea genei heterologe în planta-gazdă. Această transgenă nu este
inserată în genomul celulei plantei, fiind introdusă în spațiul intercelular
(metoda este numită agroinfiltrare). Astfel, transgena inserată plasmidic din
agrobacteria transportoare se va transfera în mod activ din spațiul
intercelular în cât mai multe celule ale plantei (4).
Cercetările din domeniu anticipează că depășirea provocărilor
generate de bioetică privind problemele legate de riscul reacțiilor adverse
(cum ar fi potențialele alergii declanșate de antigenele plantelor trasgenice)
sau de posibilitatea reactivării vectorilor bacterieni sau virali folosiți în
unele dintre vaccinuri produse în plante (de a infecta organismul care le-ar
consuma) va contribui la controlul bolilor la nivel mondial.
La ora actuală, vaccinul contra hepatitei B este obținut pe
tulpini recombinante de drojdie (Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris).
Se consideră că o producție de vaccinuri din plante contra hepatitei B ar putea
fi o alternativă mai avantajoasă din punct de vedere economic, atât prin
accesibilitate biotehnologică, cât și prin posibilitatea de administrare orală
și a stimulării răspunsului imun la nivelul mucoaselor. Imunizarea la nivelul
mucoaselor este un mijloc eficient de inducere a unui răspuns umoral local prin
IgA, dar și sistemic, prin IgM și IgG antigen specific, și chiar a unui răspuns
imun mediat celular. Culturile de legume și fructe ar fi cele mai avantajoase
sisteme de producție a vaccinurilor orale hepatitice B, dar antigenele de
suprafață (Ag HBs) S și preS2 au fost exprimate și în plante necomestibile ca
tutunul, microalgele sau lupinul. Dintre plantele comestibile în care a fost
exprimat Ag HBs amintim: cartofii (S și preS2), salata, morcovii, bananele,
roșiile. Nivelurile de expresie raportate la greutatea proaspătă au variat
între 10 ng/g și 16 μg/g (5, 6).
Studii clinice privind imunogenitatea antigenelor produse în
plante au fost efectuate folosind antigene HBs exprimate în cartofi și salată.
În studiul clinic de fază 1 s-a urmărit apariția răspunsului imun protector în
urma administrării orale de cartof crud la voluntari care au primit inițial o
injecție cu un vaccin B subunitar comercial. Rezultatele au arătat că rapelul
oral cu cartof HBs a indus anticorpi anti-HBs (7).
Virusul hepatitei C (VHC) a fost identificat în 1989, iar
încercările de clonare a antigenelor imunogene în plante au fost începute în
anul 2000. Peptide antigenice cu potențial neutralizant provenite din proteina
de anvelopă E2 au fost exprimate în tutun (Nicotiana benthamiana). Ca
vectori, au fost utilizați virusul mozaic al tutunului sau alte virusuri ale
plantelor folosite în expresia transgenică. Peptidele antigenice derivate din
proteina de anvelopă E2 au fost fuzionate cu alte structuri proteice, cum ar fi
subunitatea B a toxinei holerice la capătul C-terminal sau cu proteinele
șaperonice calnexina și calreticulina.
Cu toate că numărul candidaților terapeutici pentru vaccinuri
VHC este în creștere, profilaxia vaccinală este încă puțin investigată.
Studiile de imunogenitate pentru unele dintre proteinele himerice exprimate în
plante efectuate pe șoareci, iepuri și testate pe seruri provenite de la
pacienții infectați cu HCV au evidențiat capacitatea seroneutralizantă (8).
Acest studiu a fost realizat prin
contractul de finanțare nr. 5 SEE/30.06.2014 în cadrul programului SEE
2009–2014, România–Norvegia