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用转基因植物生产禽用疫苗

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用转基因植物生产禽用疫苗

作者：佚名文章来源：本站采编点击数：更新时间：2013-6-17 【字体：小大】

    现代分子生物学和免疫学的进展加深了我们对许多疾病的了解，并且导致了免疫新策略的产生，用转基因植物来表达疫苗抗原是其中的一项新尝试。植物表达的抗原已经被证明能够延缓或防止某些疾病的发生，这一发现对人类医学研究影响巨大，目前已经有人成功应用该技术在香蕉上表达了人乙肝病毒表面抗原以及艾滋病病毒的免疫原基因，试想将来人们只要吃了一条香蕉或蔬菜就可以防止某些疾病的发生，这对于广大发展中国家的人民来说，无疑是一个福音。在家禽可食用性疫苗的研究方面，美国奥本大学家禽系Giambrone所在的研究小组已经成功将法氏囊病毒的VPZ基因和病毒性关节炎病毒的S1基因在植物上得到了表达，目前正在进行免疫原性测试，在不远的将来，我们可能用该植物做成饲料喂鸡，鸡在采食之后得到免疫力，因而无需其它免疫接种，这一新概念将引起疫苗研究的一场革命。以下将撰文把这一新技术介绍给广大的禽业工作者。

1    可食用性疫苗的早期研究

    首次发现植物能表达免疫原基因是在1990年，CuniSS和Cardineau成功用烟草表达了链球菌表面蛋白抗原A（SPA），当他们把转基因烟草饲喂小鼠后，发现它能诱导粘膜免疫。此后，相继有人报导了用烟草和葛营成功表达了乙肝表面抗原和狂犬病病毒免疫原基因，以及用苜蓿表达了人巨细胞瘤病毒和口蹄疫病毒的抗原，动物试验证实了这些表达产物的免疫原性。和其它疫苗生产表达系统比较，转基因植物系统有哪些优点呢？

    众所周知，病原基因可以在不同的系统上进行表达，理想的表达系统应该是高效、安全以及经济。用哺乳动物细胞表达抗原能够保持表达产物的天然性，也就是与原有宿主更相近，但是培养这些细胞很昂贵，因而仅能在小范围内应用。微生物表达系统，例如细菌，虽然利于大规模生产，但是它的表达产物与原有的宿主在免疫原性上可能有很大差异，原因是细菌没有翻译后的修饰功能，因而表达产物作用不大。用转基因植物生产疫苗有以下优点：①植物表达系统比用发酵系统或其它生物反应器更经济，它不需要昂贵的设备，②植物易于大规模种植，收获和加工③用植物生产的免疫原性蛋白木需要纯化，④外源基因在植物中能通过细胞间隙直接到达靶器官，因而它们更稳定，有些甚至能在细胞器中直接表达，⑤它的表达水平能达到工业化的生产水平，⑤它不会与其它动物病原产生交叉污染。

2   转基因植物的生产过程

    首先必须分离病原的免疫原基因，然后将该基因转移至能在植物上高效表达的载体中，下一步要将该载体转移至农杆菌，农杆菌是一种能够将病原基因转移至植物基因组的细菌，把基因转移至植物中的方法很多，这些方法在植物生化工业中已经相当成熟，农杆菌转染法仅是方法之一。一旦得到第一代转基因植物种子，就可以利用其抗生素抗性或其它抗性对其进行筛选，至少筛选3代后，结合蛋白测定，选择表达量最高的植株进行大量生长，对收获的植株进行加工处理测定后即可应用。

3  可食用性疫苗的免疫基理

    植物是天然的生物反应器，可食用性疫苗研制的理论基础是疫苗病原的抗原蛋白能在植物组织中合成，在给人或动物食用后而产生免疫力。可食用性疫苗面临的一个严峻的问题是必须能耐受消化道系统恶劣的pH环境以及降解。在这一方面植物细胞坚韧的细胞壁可以提供一些保护。可食用性疫苗的作用主要依赖于诱导粘膜免疫。粘膜免疫系统是动物抵抗病原感染的第一道防御系统，在消化道、呼吸道以及泌尿生殖道表面都有粘膜，粘膜免疫应答开始于M细胞（多层皱指细胞）对抗原的识别，这些细胞位于淋巴组织的粘膜内，例如小肠的佩氏结。M细胞能把抗原送至抗原提呈细胞富集的深层组织并加工抗原，产生的抗原表位被送至抗原提呈细胞的表面，在辅助性T细胞的作用下激活B细胞，激活的B细胞迁移至肠系膜淋巴结成熟后进入血液并转移至粘膜表面分泌免疫球蛋白 A，一旦通过粘膜上皮层进入肠腔， IgA就会与膜分泌性成分结合形成分泌性IgA （slgA）进入肠腔，SigA能与特异性的抗原表位结合并中和入侵的病原。理论上消化的植物表达疫苗能导致特异性的保护性粘膜分泌性IgA和血清IgG的产生，从而抵抗疾病的发生。

4   可食用性疫苗的研究进展

    近年来的研究主要集中于如何满足人和动物的临床应用，对于其使用剂量、使用方法、免疫应答类型、免疫应答的强度以及持续时间都进行了详细的研究。关于动物方面的研究，有四种病毒有了相关的报道，即猪传染性胃肠炎病毒、兔瘟病毒、口蹄疫病毒和鸡传染性法氏囊病毒，动物试验结果都取得了较好的免疫应答。进一步的研究试图用一种合成基因在特定的植物组织中表达免疫原基因并提高表达效率。

  使用可食用性植物来制备疫苗提供了一种比发酵系统更经济实惠的方法，编码细菌和病毒的抗原能在可食用组织中得到忠实表达而形成免疫球蛋白，在人和动物的研究中表明，食用含有疫苗蛋白的植物能引起血清和粘膜分泌物中特异性抗体的产生，但突出的问题是表达量低下，近来用植物器官转染法能够增加表达，再加上蛋白质工程的研究进展，有望解决这一问题。到目前为止已经用转基因植物生产了一系列抗体和疫苗，具体见表1。

表1用转基因植物表达的蛋白

病    原
表达的蛋白
表达植物
表达水平原（占总可溶性蛋白的比例）

产肠毒素型大肠杆菌
耐热型毒素B亚单位
烟草
＜0.01%

霍乱弧菌
霍乱毒素B亚单位
土豆
＜0．3％

乙肝病毒
表面抗原蛋白
莴苣
＜0．01%

狂犬病病毒
糖蛋白
番茄
1．00％

免瘟病毒
VP60
土豆
0．3％

口啼疫病毒
VP1
苜蓿
未定

传染性胃肠炎病毒
糖蛋白
烟草
0．20％

传染性法氏囊病毒
VP2
黎橄榄
未定

目前用不同植物系统来表达亚单位疫苗抗原的报道很多，这是动物学和植物学交叉发展的结果。研究表明转基因植物表达的蛋白具有免疫原性，有些甚至能抵抗强毒攻击，但是要真正应用到临床还有许多工作要做，提高表达水平是当务之急，另外对于其使用剂型、保护植物蛋白免受降解的佐剂、产品组成、环境污染以及有关粘膜免疫的基理和相关转基因产品的使用法规都需要进行研究。至于是否会引起免疫耐受则要因不同个体分别进行研究，因为不同的蛋白质对酸和蛋白酶的抵抗力各异。用转基因植物生产禽用疫苗的概念一经产生以来，因其使用简单，费用低廉，引起了很多研究者的注意，很多大公司为此投入了巨大的人力和物力对其进行研究开发，希望在不久的将来，在理论和应用上有一个新的突破，为保障养禽业生产作出贡献。

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