Растения использовались для производства новой вакцины против полиовируса, что, как надеются, станет важным шагом на пути к глобальной ликвидации этой болезни.
Многопрофильная группа ученых, в том числе доктор Джоанна Марсиан, работающая в лаборатории профессора Джорджа Ломоносова в Центре Джона Иннеса в Норвиче, создала новую вакцину с помощью метода, в котором используются вирусоподобные частицы (ВПЧ) - не -патогенные имитаторы полиовируса, выращенные в растениях.
Гены, которые несут информацию для производства VLP, внедряются в ткани растений. Затем растение-хозяин воспроизводит их в больших количествах, используя собственные механизмы экспрессии белков.
Профессор Ломоносов из Центра Джона Иннеса сказал: «Это невероятное сотрудничество, включающее науку о растениях, вирусологию животных и структурную биологию. Вопрос для нас сейчас заключается в том, как масштабировать его - мы не хотим останавливаться». в лабораторной технике."
VLP выглядят как вирусы, но не заразны. Они были биологически сконструированы таким образом, что не содержат нуклеиновой кислоты, которая позволяет вирусам размножаться. Это означает, что они имитируют поведение вируса, стимулируя иммунную систему реагировать, не вызывая заражения полиомиелитом.
Лабораторные тесты показали, что имитаторы полиовируса обеспечивают животных иммунитетом от болезни, прокладывая путь для производства человеческих вакцин на заводах в крупных масштабах с участием сотрудников фармацевтической промышленности.
Прорыв был сделан консорциумом, финансируемым Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), который стремится искоренить болезнь, известную с древних времен.
ВОЗ ищет альтернативные вакцины, в которых не используется живой вирус, в рамках международной кампании по полной ликвидации вируса во всем мире.
Глобальное бедствие до середины прошлого века, полиовирус был сокращен на 99 процентов с 1988 года благодаря Глобальной инициативе по ликвидации полиомиелита, возглавляемой ВОЗ. Однако современные вакцины против полиомиелита требуют производства огромного количества вируса. Использование живого вируса представляет собой не только риск ускользания вируса, но и использование живого аттенуированного (ослабленного) вируса эффективно поддерживает полиомиелит в глобальном населении.
VLP были экспрессированы в Центре Джона Иннеса с использованием ранее разработанной там системы временной экспрессии растений Hypertrans®. Эта успешная разработка обещает не только производство вакцин против полиомиелита: она может стать передовым диагностическим ресурсом для производства вакцин против других вирусных вспышек.
«Прелесть этой системы выращивания имитаторов непатогенных вирусов в растениях заключается в том, что она повышает нашу способность увеличивать производство вакцин-кандидатов для борьбы с возникающими угрозами для здоровья человека», - сказал профессор Ломонософф.
За последние 20 лет растения стали серьезными конкурентами бактериям, клеткам насекомых, дрожжей или клеткам млекопитающих в качестве систем производства фармацевтических материалов. Они экономически эффективны, для эффективного роста им требуются простые питательные вещества, вода, углекислый газ и солнечный свет, а система транзиторной экспрессии может быть быстро отрегулирована с низкими затратами.
Работа в Центре Джона Иннеса продолжила работу ученых из Университета Лидса, которые первыми открыли способ получения вирусоподобных частиц (ВПЧ) с помощью системы экспрессии Hypertrans®.
Несмотря на успехи экспрессии на растительной основе для получения VLP вирусов папилломы и гепатита B, VLP полиовируса ранее оказались слишком нестабильными для создания практических вакцин с использованием этого метода. Проблема в том, что генетический материал, который вызывает репликацию вируса и поэтому отсутствует в VLP, также играет роль в удержании частиц вместе.
Однако группы из Национального института биологических стандартов и контроля и Университета Лидса выявили мутации в белковых оболочках, которые позволили производить VLP, достаточно стабильные, чтобы действовать как вакцины. Эксперименты в Оксфордском университете показали, что они идентичны нативному полиовирусу, сохраняют свою форму при нагревании и эффективно защищают животных от полиовируса.
Команда использовала криоэлектронную микроскопию в Центре электронной биовизуализации Diamond Light Source (eBIC), чтобы получить четкое представление о структуре VLP. Они подтвердили структуру и показали, что внешние признаки частиц идентичны полиовирусу.
Дэйв Стюарт, директор по наукам о жизни в Diamond и профессор структурной биологии в Оксфордском университете, сказал: «Нас вдохновила успешная синтетическая вакцина против ящура, которая также исследуется в Diamond как часть Великобритании. научное сотрудничество. Используя возможности визуализации Diamond и опыт Оксфордского университета в области структурного анализа и компьютерного моделирования, мы смогли визуализировать объект, в миллиард раз меньший, чем булавочная головка, и далее атом за атомом улучшать конструкцию пустых оболочек. Благодаря информации, полученной в Diamond, мы также подтвердили, что они имеют по существу ту же структуру, что и нативный вирус, чтобы обеспечить соответствующий иммунный ответ».
Это сотрудничество означает, что крупномасштабное производство частиц, стабилизированных в растениях, в качестве прекурсоров для вакцин теперь намного ближе к тому, чтобы стать реальностью. Результаты изложены в журнале Nature Communications: VLP растительного происхождения, стабилизированные полиомиелитом 3, - потенциальная синтетическая вакцина против полиомиелита.
Сотрудничество включает Центр Джона Иннеса, Национальный институт биологических стандартов и контроля, Оксфордский университет, Университет Лидса, Diamond Light Source, Здание Генри Велкома для геномной медицины.
Справочная информация: Полиовирус: бич минувшего лета
Древнеегипетская гравюра на камне дает ключ к пониманию того, что полиовирус был тревожным недугом в нашей жизни с древних времен. На 3500-летней гравюре изображена жертва полиомиелита, священник с иссохшей правой ногой.
С тех пор вируса все боялись вплоть до середины прошлого века и появления первых эффективных вакцин. В настоящее время число случаев полиомиелита во всем мире сократилось до нескольких сотен случаев в год, но эти цифры остаются стабильными, поскольку вирус сохраняется в окружающей среде за счет использования живой ослабленной вакцины.
"Полиовирус - очень противная болезнь и, конечно, до 1950-х годов был настоящим бедствием." сказал профессор Джордж Ломоносов из Центра Джона Иннеса, расположенного в Нориджском исследовательском парке.
"Это было известно как летняя чума, и здесь, в Норидже, основным источником ее было купание в реке Яр возле Эрлхэм-парка."
"У большинства людей были очень легкие симптомы, но у некоторых людей был паралитический полиомиелит, и в худших случаях они не могли нормально дышать, и им приходилось вставлять железное легкое, чтобы дышать."
Полиовирус является возбудителем полиомиелита, который разрушает двигательные нейроны в центральной нервной системе, вызывая паралич или даже смерть. Передача происходит в основном при употреблении зараженной воды.
Глобальная инициатива по ликвидации полиомиелита под руководством Всемирной организации здравоохранения привела к снижению числа случаев заболевания за последние 30 лет на 99 процентов за счет использования двух высокоэффективных вакцин: живой аттенуированной (ослабленной) вакцины, разработанной Альбертом Сабином, и формальдегидной -инактивированный или убитый вирус, разработанный Джонасом Солком.
Производство обеих вакцин, разработанных в 1950-х годах, требует распространения большого количества живых полиовирусов, что увеличивает риск случайного повторного внедрения.
Из-за этого риска ВОЗ активизировала поиск дешевых и жизнеспособных альтернатив, этот прорыв с использованием вирусоподобных частиц представляет собой новый захватывающий вариант. Безвирусные вакцины позволят ликвидировать полиомиелит, предотвратят рецидивы без рисков, связанных с использованием вакцин с живым вирусом.