Съедобная вакцина

Съедобная вакцина — это пища, обычно растения , которые содержат витамины , белки или другие питательные вещества, которые действуют как вакцина против определенной болезни . ^[1] После того, как растение, фрукт или продукт растительного происхождения попадает в организм перорально, он стимулирует иммунную систему. ^[1] В частности, он стимулирует как слизистую, так и гуморальную иммунную систему. ^[2] Съедобные вакцины — это генетически модифицированные культуры , которые содержат антигены для определенных болезней. ^[3] Съедобные вакцины предлагают много преимуществ по сравнению с традиционными вакцинами из-за их более низкой стоимости производства и отсутствия отрицательных побочных эффектов. Однако существуют ограничения, поскольку съедобные вакцины все еще являются новыми и развивающимися. Необходимо провести дополнительные исследования, прежде чем они будут готовы к широкому потреблению человеком. Съедобные вакцины в настоящее время разрабатываются для кори , холеры , ящура , гепатита B и гепатита C. [ ^2]

Съедобные вакцины во многом отличаются от традиционных вакцин и преодолевают многие из их ограничений. Традиционные вакцины могут быть слишком дорогими или ограниченными в производстве и разработке в некоторых странах. ^[1] Напротив, съедобные вакцины легко производить, очищать, стерилизовать и распространять. ^[1] Поскольку для них не требуется более дорогостоящего производственного оборудования, а только плодородная почва, стоимость выращивания вакцин значительно снижается. ^[3] Кроме того, съедобные вакцины не требуют стерилизованных производственных помещений или стандартов биологической безопасности, требуемых для выращивания определенных патогенных агентов для традиционных вакцин, которые являются дорогостоящими для внедрения и поддержания. ^[1] Их также легче и дешевле хранить, поскольку они не требуют строгого хранения в холодильнике. ^[1] Эта необходимость в хранении в холодильной цепи создает много проблем в странах третьего мира. ^[2] Семена съедобного растения вакцины также можно легко обезвоживать и консервировать для дешевой и быстрой дистрибуции ^[3] , что делает их легкодоступными в случае необходимости. ^[1]

Съедобные вакцины также предлагают обильное количество потенциальных преимуществ для здоровья, которые съедобные вакцины имеют по сравнению с традиционными вакцинами. Употребление вакцины в пищу является более простым способом введения по сравнению с инъекцией, что делает их чрезвычайно экономичными. ^[2] Это снижает потребность в медицинском персонале и стерильных условиях инъекции, которые не всегда достижимы в развивающихся странах. ^[2] Съедобные вакцины считаются «фармапродуктами», то есть источником пищи, который улучшает здоровье, а также борется с болезнями. ^[1] Преимущество использования растений заключается в том, что растения являются эффективными векторами для производства вакцин. ^[1] Многие традиционные вакцины, которые разрабатываются из культивируемых клеток млекопитающих, могут привести к заражению вирусами животных. ^{[2] [3]} Однако съедобные вакцины устраняют эту проблему, поскольку вирусы растений не могут воздействовать на людей. ^[2] Более того, в результате интеграции многочисленных антигенов М-клетки стимулируются случайным образом, что приводит к возможности создания вакцин второго поколения. ^[3]

Съедобные вакцины не требуют вспомогательных элементов для стимуляции иммунного ответа, как традиционные вакцины. ^[3] Некоторые основные проблемы с традиционными вакцинами — это потенциальные побочные эффекты, например, аллергические реакции. Поскольку в съедобных вакцинах отсутствуют определенные токсичные соединения, а содержатся только терапевтические белки, которые не содержат патогенов и токсинов, ^[2] риск потенциальных побочных эффектов и аллергических реакций значительно снижается. ^[2]

Съедобные вакцины также имеют множество недостатков по сравнению с традиционными вакцинами. Поскольку съедобные вакцины все еще находятся в зачаточном состоянии, еще много неизвестного предстоит открыть. Адекватная дозировка и продолжительность ее действия все еще не определены. ^{[1] [2]} Дозировка варьируется из-за многих факторов, включая: поколение растения, отдельное растение, содержание белка, спелость плода и то, сколько его съедается. ^[3] Дозировка также варьируется из-за сложности стандартизации концентрации антигена в растительной ткани; может быть утомительно производить как последовательно, так и в больших масштабах ^[1] . Концентрация антигена также может значительно различаться между отдельными плодами на растении, отдельными растениями и между поколениями растений. ^[2] Низкие дозы приводят к потреблению меньшего количества антител, но высокая доза приводит к установлению оральной и иммунной толерантности к белкам вакцины. ^[3] Логистика контроля дозировки, качества и последовательности все еще должна быть определена и проверена. ^{[ необходима цитата ]}

Поскольку это новая область, долгосрочные эффекты пока неизвестны. ^[1] Кроме того, эффекты и риск использования пестицидов на растениях могут быть негативными как для растительной вакцины, так и для потребителя. ^[1] Существует также риск проникновения трансгенов в окружающую среду; однако его можно снизить, регулируя методы и места выращивания. ^[1] Многие растения не едят сырыми, а приготовление пищи может ослабить или разрушить белки в вакцине. ^{[2] [3]} В ходе исследования было обнаружено, что после варки картофеля в течение 5 минут половина вакцины выживает, что показывает, что не все съедобные вакцины нужно употреблять в сыром виде, если дозировки учитывают время и температуру приготовления. ^[2] Также существует опасение, что желудочные ферменты и кислая среда желудка расщепят вакцину до того, как она сможет активировать иммунный ответ. ^[2] Более того, возникли опасения относительно того, что поведение вакцины может быть разным из-за разного характера гликозилирования растений и людей. ^[3]

Съедобные вакцины являются субъединичными вакцинами; они содержат антигенные белки для патогена , но не имеют генов для формирования полного патогена. ^{[2] [3]} Первые шаги в создании съедобной вакцины - это идентификация, изоляция и характеристика патогенного антигена. ^[1] Чтобы быть эффективным, антиген должен вызывать сильный и специфический иммунный ответ . После того, как антиген идентифицирован и изолирован, ген клонируется в вектор переноса. Одним из наиболее распространенных векторов переноса ДНК, используемых для съедобных вакцин, является Agrobacterium tumefaciens . ^[1] Последовательность патогена вставляется в ДНК переноса (Т-ДНК) для получения антигенного белка. ^[1] Затем он вставляется в геном, экспрессируется и наследуется менделевским образом, что приводит к экспрессии антигена в фрукте или растении. ^[1] С этого момента для выращивания растений и размножения генетической линии используются традиционные вегетативные методы и приемы. ^[1]

Весь ген вставляется в вектор трансформации растения, чтобы обеспечить транскрипцию или идентифицируется эпитоп в антигене, и фрагмент ДНК может быть использован для конструирования генов путем слияния с геном белка оболочки из вируса растения. Затем рекомбинантный вирус может инфицировать другие растения. ^{[2] [3]} Сначала идентифицируется эпитоп, а затем кодирование фрагмента ДНК используется для конструирования генов путем слияния с геном белка оболочки из вируса растения (TMV или CMV). ^[3] Трансген может быть выражен либо через стабильную систему трансформации, либо через транзитную систему трансформации в зависимости от того, где трансген был вставлен в клетку. ^[3]

Стабильная трансформация подразумевает ядерную или плазмидную интеграцию, при которой в генах клеток-реципиентов происходят постоянные изменения, а целевой трансген интегрируется в геном клеток растения-хозяина. ^[3]

Транзиентная трансформация включает в себя систему плазмида/вектор с использованием Agrobacterium tumefaciens , которая интегрирует экзогенные гены в T-ДНК, а затем заражает растительную ткань. Agrobacterium является распространенной техникой, используемой в настоящее время, поскольку это патогенная бактерия, встречающаяся в почве, которая естественным образом заражает растения и переносит свои гены (T - ДНК) в ядро ​​растения. ^[3] A. tumefaciens является наиболее предпочтительным штаммом, поскольку он несет плазмиды, вызывающие опухоли . Гены будут преобразованы в нейтрализованную Ti-плазмиду, а гетерологичный ген вставлен для формирования рекомбинантного плазмидного вектора. Затем вектор превращается в желаемый штамм с помощью генов вирулентности бактерии. Затем он переносится и интегрируется в геномную ДНК растения-хозяина путем негомологичной рекомбинации в случайных местах. ^[3] Этот метод имеет низкую урожайность и является медленным процессом, и он наиболее эффективен при использовании с двудольными растениями, такими как томат , картофель и табак . ^[3]

Другой метод — метод бомбардировки микроснарядами, при котором выбранные последовательности ДНК обрабатываются и проникают в геном хлоропласта. ^[2] Ген, содержащий покрытые ДНК металлические частицы, выстреливается в растительные клетки с помощью генной пушки. ^[3] Растения поглощают ДНК, вырастают в новые растения, затем клонируются для получения большого количества генетически идентичных культур. Перенос генов независим, и он может экспрессировать антигены посредством ядерной и хлоропластной трансформации. ^[3]

Есть несколько других методов, которые были протестированы, однако три метода, описанные выше, являются более распространенными и практичными. Одним из альтернативных методов является ядерная трансформация. Это когда желаемый ген вставляется в ядро ​​растения посредством негомологичной рекомбинации. ^[3] Кроме того, рассматривалась электропорация, но она не распространена, поскольку клеточная стенка должна быть ослаблена до того, как могут произойти импульсы и вставка ДНК. ^[3] Наконец, считается, что можно использовать молекулярное фермерство, чтобы растения можно было использовать в качестве фабрик по производству белка. ^[2]

После приема внутрь вакцина достигает слизистой оболочки пищеварительного тракта и стимулирует иммунную систему слизистой оболочки. Они обеспечивают первую линию защиты от атакующих патогенов. ^[3] М-клетки (находящиеся в пейеровых бляшках) в слизистых оболочках лимфоидных тканей выталкивают антигены к антигенпрезентирующим клеткам в нижележащих тканях. Затем антигенные эпитопы отображаются на поверхности антигенпрезентирующих клеток, и Т-клетки активируют В-клетки. ^[3] Затем активированные В-клетки перемещаются в брыжеечные лимфатические узлы, где они становятся плазматическими клетками и перемещаются к слизистой оболочке для выработки иммуноглобулина А (IgA) (тип антитела). ^[2] Затем М-клетки направляют антиген. Когда клетки направляются к просвету, IgA соединяется с секреторными компонентами, чтобы создать секреторный IgA (sIgA). Затем sIgA и специфические антигенные эпитопы работают вместе, чтобы устранить нежелательный патоген. ^[3]

Текущие исследования были сосредоточены на различных типах растений, чтобы определить, какие из них наиболее подходят и эффективны. Растение должно быть крепким, питательным, аппетитным, трансформируемым и в идеале домашним. ^[2] Некоторые примеры культур, которые тестируются, включают: кукурузу, томаты, рис, морковь, соевые бобы, люцерну, папайю, киноа, горох, яблоки, водоросли, пшеницу, салат, картофель, бананы и табак; причем последние четыре являются наиболее распространенными. ^{[1] [2] [3]} При рассмотрении того, какие растения являются лучшими, необходимо учитывать множество факторов. На основе исследований ученые начали сопоставлять культуры с болезнями. Они считают, что съедобные вакцины могут быть созданы для многих болезней, таких как ротавирус, холера, гастроэнтерит, аутоиммунное заболевание, малярия и бешенство ^{[1] [2]} Например, они считают, что ревакцинации можно проводить через салат. ^[2] Также важно найти продукты, которые можно есть сырыми, поскольку считается, что приготовление пищи денатурирует белки. ^[1] Из-за этого бананы и томаты стали наиболее жизнеспособными вариантами. ^[2] В то время как бананы недороги в производстве и произрастают во многих слаборазвитых странах, томаты обладают способностью сохранять процессы заживления, поскольку они невосприимчивы к термической обработке; это делает их отличными для антигенов ВИЧ. ^[2] Они являются идеальной культурой, поскольку содержат бета-амилоид. ^[3] Несмотря на то, что культуры кажутся оптимальными, также необходимо смотреть на побочные продукты. Например, было обнаружено, что табак хорош для производства рекомбинантного белка, но непригоден для производства вакцин, поскольку растение также производит токсичные соединения. ^[2] Кроме того, картофель был основным направлением для съедобных вакцин, настолько, что клинические испытания с использованием картофеля уже начались. ^[2]

В настоящее время существуют съедобные вакцины от кори, холеры, ящура и гепатита B, C и E. ^[3] Однако, несмотря на то, что существуют съедобные вакцины, они в основном тестируются на животных и на этапах разработки, а также проводятся некоторые клинические испытания на людях. Как упоминалось выше, испытания на людях были сосредоточены вокруг картофеля. В одном исследовании холеры взрослым давали трансгенный картофель с различным количеством LT-B, чтобы увидеть, как изменились их количества IgA анти-LT и IgA анти-LT. ^[2] Кроме того, они находятся на II фазе ревакцинации картофельной вакциной против гепатита B. ^[2] Поверхностные антигены гепатита B были выражены в картофеле и давались уже вакцинированным пациентам. ^[3] Затем наблюдалось, возник ли иммунный ответ. ^{[3] [2]} У 95% добровольцев была какая-то форма иммунного ответа, а у 62,5% наблюдалось увеличение титров анти-HBsAg. ^{[2] [3]} На основании этих исследований Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний подтвердил, что съедобные вакцины могут безопасно вызывать иммунный ответ, ^[2] однако также известно, что они далеки от возможности начать крупномасштабные испытания на людях в отношении аутоиммунных и инфекционных заболеваний. ^[2]

Уже разработано множество исследований на животных . Например, подопытным животным давали трансгенные бананы со специфическими антителами антигемагглютинации для борьбы с корью. Было обнаружено, что бананы действительно инициировали иммунный ответ. ^[2] Более того, испытания на мышах начались как метод лечения болезни Альцгеймера с использованием томатов, которые подверглись ядерной трансформации, опосредованной агробактериями. ^[3] Кроме того, кроликов орально иммунизировали съедобной вакциной от пневмонического пастереллеза крупного рогатого скота, и была получена положительная реакция. ^[2] Хотя это были два конкретных исследования, в целом исследования с использованием моделей мышей проводятся для лечения холеры и диабета 1 типа. ^[2]  

Хотя осведомленность общественности о съедобных вакцинах растет, они все еще недоступны для использования потребителями. В настоящее время они разработали и начали тестировать съедобные вакцины только для некоторых заболеваний. Во время трех недавних вспышек заболеваний по всему миру съедобные вакцины были разработаны для тестирования на животных, но не достигли испытаний на людях. ^[1] Кроме того, было обнаружено, что биотехнологическая компания начала разрабатывать патент и работает над началом клинических испытаний трансмиссивного вируса гастроэнтерита. ^[2]