WikiDer > Съедобные вакцины

Edible vaccines

Фраза съедобные вакцины впервые был использован Чарльз Арнцен в 1990 году и относится к любым продуктам питания; обычно растения, которые производят витамины, белки или другое питание, которое действует как вакцина против определенного болезнь.[1] При пероральном приеме растения, фруктов или продуктов растительного происхождения они стимулируют иммунную систему.[1] В частности, он стимулирует как слизистую, так и гуморальную иммунную систему.[2] Съедобные вакцины - это генетически модифицированные культуры, содержащие дополнительный «иммунитет» против определенных болезней.[3] Съедобные вакцины обладают многими преимуществами по сравнению с традиционными вакцинами из-за более низкой стоимости производства и отсутствия отрицательных побочных эффектов. Однако существуют ограничения, поскольку съедобные вакцины все еще новые и разрабатываются. Прежде чем они будут готовы к массовому употреблению в пищу, необходимо провести дальнейшие исследования. В настоящее время разрабатываются съедобные вакцины для корь, холера, ящур, Гепатит Б и Гепатит С.[2]

Льготы

Съедобные вакцины во многом отличаются от традиционных вакцин и преодолевают многие из их ограничений. Традиционные вакцины могут быть слишком дорогими или ограничиваться производством и разработкой в ​​некоторых странах.[1] Напротив, съедобные вакцины легко производить, очищать, стерилизовать и распространять.[1] Поскольку для них не требуется дорогостоящее производственное оборудование, а только богатая почва, стоимость выращивания вакцин значительно снижается.[3] Кроме того, съедобные вакцины не требуют стерильных производственных помещений или биобезопасность стандарты, необходимые для выращивания определенных патогенных агентов для традиционных вакцин, внедрение и поддержание которых требует больших затрат.[1] Их также проще и дешевле хранить, поскольку они не требуют строгого хранения в холодильнике.[1] Эта необходимость хранения холодовой цепи создает множество проблем в странах третьего мира.[2] Семена растения, производящего съедобную вакцину, также можно легко обезвоживать и консервировать для дешевого и быстрого распространения.[3] что делает их легко доступными в случае необходимости.[1]

Съедобные вакцины также обладают огромным количеством потенциальных преимуществ для здоровья по сравнению с традиционными вакцинами. Прием вакцины является более простым способом введения по сравнению с инъекцией, что делает их чрезвычайно экономичными.[2] Это снижает потребность в медицинском персонале и стерильных условиях инъекций, которые не всегда достижимы в развивающихся странах.[2] Съедобные вакцины считаются «фармацевтическим продуктом», который является источником пищи, укрепляющей здоровье, а также борющейся с болезнями.[1] Преимущество использования растений состоит в том, что растения являются эффективными векторами для производства вакцин.[1] Многие традиционные вакцины, разработанные из культивируемых клеток млекопитающих, могут привести к заражению вирусами животных.[2][3] Однако съедобные вакцины устраняют эту проблему, поскольку вирусы растений не могут повлиять на человека.[2] Более того, в результате интеграции множества антигенов М-клетки стимулируются случайным образом; что приведет к возможности создания вакцин второго поколения.[3]

Съедобные вакцины не требуют дополнительных элементов для стимуляции иммунного ответа, как традиционные вакцины.[3] Некоторые основные проблемы с традиционными вакцинами - это потенциальные побочные эффекты, например, аллергические реакции. Поскольку съедобные вакцины не содержат определенных токсичных соединений и содержат только терапевтические белки, не содержащие патогенов и токсинов,[2] значительно снижается риск возможных побочных эффектов и аллергических реакций.[2]

Ограничения

Съедобные вакцины также имеют множество недостатков по сравнению с традиционными вакцинами. Поскольку съедобные вакцины все еще находятся в зачаточном состоянии, остается еще много неизвестного. Адекватная дозировка и продолжительность ее действия еще не определены.[1][2] Дозировка варьируется в зависимости от многих факторов, включая: поколение растений, конкретное растение, содержание белка, зрелость плода и количество его съеденного.[3] Дозировка также варьируется из-за сложности стандартизации концентрации антигена в растительной ткани; может быть утомительно производить как последовательное, так и крупномасштабное[1]. Концентрация антигена также может значительно различаться между отдельными плодами растения, отдельными растениями и между поколениями растений.[2] Низкие дозы приводят к потреблению меньшего количества антител, но высокие дозы приводят к установлению пероральной и иммунной толерантности к белкам вакцины.[3] Логистика контроля дозировки, качества и согласованности все еще требует определения и проверки.

Поскольку это новая область, долгосрочные эффекты все еще чужды.[1] Кроме того, воздействие и риск использования пестицидов для растений могут быть отрицательными как для вакцины для растений, так и для потребителя.[1] Также существует риск утечки трансгенных организмов в окружающую среду; однако, это можно уменьшить, регулируя методы выращивания и местоположения.[1] Многие растения не едят в сыром виде, и приготовление пищи может ослабить или разрушить белки вакцины.[2][3] В ходе исследования было обнаружено, что после кипячения картофеля в течение 5 минут половина вакцины выжила, что показывает, что не все съедобные вакцины нужно принимать в сыром виде, если дозировки учитывают время приготовления и температуру.[2] Также существует опасение, что желудочные ферменты и кислая среда желудка разрушат вакцину до того, как она сможет активировать иммунный ответ.[2] Более того, возникли опасения относительно различий в поведении вакцины из-за различий в характере гликозилирования растений и людей.[3]

Производство

Съедобные вакцины - это субъединичные вакцины; они содержат антиген белки для возбудитель но не хватает генов для формирования полноценного патогена.[2][3] Первые шаги в создании съедобной вакцины - это идентификация, выделение и характеристика патогенного антигена.[1] Чтобы антиген был эффективным, он должен вызывать сильный и специфический иммунная реакция. После идентификации и выделения антигена ген клонируют в вектор для переноса. Одним из наиболее распространенных векторов переноса ДНК, используемых для съедобных вакцин, является Agrobacterium tumefaciens.[1] Последовательность патогена вставляется в перенос ДНК (Т-ДНК) для производства антигенного белка.[1] Затем он вставляется в геном, экспрессируется и наследуется менделевским способом, в результате чего антиген экспрессируется в фрукты или завод.[1] С этого момента для выращивания растений и распространения генетической линии используются традиционные вегетативные методы и методы.[1]

Методы

Весь ген вставляют в вектор трансформации растений для обеспечения транскрипции или идентификации эпитопа в антигене, и фрагмент ДНК можно использовать для конструирования генов путем слияния с геном белка оболочки из вируса растения. Затем рекомбинантный вирус может заразить другие растения.[2][3] Сначала идентифицируется эпитоп, а затем кодирующий фрагмент ДНК используется для конструирования генов путем слияния с геном белка оболочки из растительного вируса (TMV или CMV).[3] Трансген может быть экспрессирован либо через стабильную систему трансформации, либо через временную систему трансформации в зависимости от того, где трансген был вставлен в клетку.[3]

Стабильная трансформация

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

Переходное преобразование

Временная трансформация включает систему плазмида / вектор с использованием Agrobacterium tumefaciens который интегрирует экзогенные гены в Т-ДНК, а затем инфицирует растительную ткань. Agrobacterium - это распространенный метод, используемый в настоящее время, потому что это почвенная патогенная бактерия, которая естественным образом инфицирует растения и передает их гены (T-ДНК) к ядру растения.[3] А. tumefaciens является наиболее предпочтительным штаммом, потому что он несет опухоль-индуцирующие плазмиды. Гены будут преобразованы в нейтрализованную Ti-плазмиду, и гетерологичный ген будет встроен для образования 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 участках.[3] Этот метод имеет низкую урожайность и является медленным процессом, и он наиболее эффективен при использовании с двудольными растениями, такими как, помидор, картофель, и табак.[3]

Метод бомбардировки

Другой метод - это метод бомбардировки микрочастицами, при котором выбранные последовательности ДНК обрабатываются и проникают в геном хлоропласта.[2] Ген, содержащий металлические частицы, покрытые ДНК, выстреливают в растительные клетки с помощью генной пушки.[3] Растения впитывают ДНК, вырастают в новые растения, а затем клонируются для получения большого количества генетически идентичных культур. Перенос гена независим, и он может экспрессировать антигены посредством трансформации ядра и хлоропластов.[3]

Дополнительные методы

Есть несколько других методов, которые были протестированы, однако три метода, описанные выше, являются более распространенными и практичными. Один из альтернативных методов - 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 должен быть ослаблен, прежде чем могут произойти импульсы и вставка ДНК.[3] Наконец, считается, что можно использовать молекулярное земледелие, чтобы растения можно было использовать в качестве фабрик по производству белка.[2]

Иммунная реакция

После перорального приема вакцина достигает слизистой оболочки пищеварительного тракта и стимулирует иммунную систему слизистой оболочки. Они обеспечивают первую линию защиты от атакующих патогенов.[3] М-клетки (обнаруженные в пятнах Пейера) в слизистые оболочки из лимфоидные ткани проталкивать антигены к антигенпрезентирующим клеткам в подлежащих тканях. Затем антигенные эпитопы проявляются на поверхности антигенпрезентирующих клеток, и Т-клетки активируют В-клетки.[3] Затем активированные B-клетки перемещаются в мезентериальные лимфатические узлы, где они становятся плазматическими клетками и перемещаются к слизистой оболочке, чтобы произвести иммуноглобулин A (IgA) (тип антител).[2] Затем М-клетки направляют антиген. По мере продвижения клеток к просвету IgA объединяется с секретарными компонентами, образуя секреторный IgA (sIgA). Затем sIgA и специфические антигенные эпитопы работают вместе, чтобы устранить нежелательный патоген.[3]

Исследование

Текущие исследования сосредоточены на множестве различных типов растений, чтобы определить, какое из них является наиболее подходящим и эффективным. Растение должно быть крепким, питательным, аппетитным, трансформируемым и в идеале домашним.[2] Некоторые примеры тестируемых культур включают: кукурузу, помидоры, рис, морковь, сою, люцерну, папайю, киноа, горох, яблоки, водоросли, пшеницу, салат, картофель, бананы и табак; причем последние четыре являются наиболее распространенными.[1][2][3] При выборе лучших растений необходимо учитывать множество факторов. В результате исследования ученые начали связывать сельскохозяйственные культуры с болезнями. Они считают, что съедобные вакцины можно делать от многих болезней; такие как ротавирус, холера, гастроэнтерит, аутоиммунные заболевания, малярия и бешенство[1][2] Например, они думают, что бустерные выстрелы можно распространять через салат.[2] Также важно найти продукты, которые можно есть сырыми, потому что считается, что приготовление пищи денатурирует белки.[1] Из-за этого бананы и помидоры стали наиболее приемлемыми вариантами.[2] В то время как бананы дешевы в производстве и являются уроженцами многих слаборазвитых стран, помидоры обладают способностью сохранять процессы заживления, поскольку они невосприимчивы к тепловым процессам; это делает их отличными антигенами ВИЧ.[2] Это идеальная культура, потому что они содержат бета-амилоид.[3] Хотя урожай кажется оптимальным, необходимо также обратить внимание на побочные продукты. Например, было обнаружено, что табак хорош для производства рекомбинантного белка, он непригоден для производства вакцин, потому что растение также производит токсичные соединения.[2] Кроме того, картофель был в центре внимания для съедобных вакцин, так что клинические испытания с использованием картофеля уже начались.[2]

Вакцины в разработке

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 вращались вокруг картофеля. В одном исследовании холеры взрослым давали трансгенный картофель с различными количествами LT-B, чтобы увидеть, как изменились их количества IgA anti-LT и IgA anti LT.[2] Кроме того, они находятся в фазе II бустерной вакцины против гепатита B.[2] Поверхностные антигены гепатита B экспрессировались в картофеле и давались уже вакцинированным пациентам.[3] Затем наблюдали, возникает ли иммунный ответ.[3][2] 95% добровольцев имели иммунный ответ в той или иной форме, а 62,5% показали 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 того, чтобы начать крупномасштабное тестирование людей на аутоиммунные и инфекционные заболевания.[2]

Тестирование животных

Много исследования на животных уже разработаны. Например, экспериментальным животным давали трансгенные бананы со специфическими антителами к гемагглютинации для борьбы с корью. Было обнаружено, что бананы действительно вызывают 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 перорально иммунизировали съедобной вакциной против легочного пастереллеза крупного рогатого скота, и был получен положительный ответ.[2] Хотя это были два конкретных исследования, в целом исследования на мышах проводятся для лечения холеры и диабета 1 типа.[2]  

Доступность

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

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж г час я j k л м п о п q р s т ты v ш Конча С., Каньяс Р., Макуер Дж., Торрес М.Дж., Эррада А.А., Джаметт Ф., Ибаньес С. (май 2017 г.). "Профилактика заболеваний: возможность расширить производство пищевых вакцин на растительной основе?". Вакцина. 5 (2): 14. Дои:10.3390 / Vacines5020014. ЧВК 5492011. PMID 28556800.
  2. ^ а б c d е ж г час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac объявление ае аф аг ах ай эй ак Мишра Н., Гупта П.Н., Хатри К., Гоял А.К., Вьяс С.П. (июль 2008 г.). «Съедобные вакцины: новый подход к пероральной иммунизации». Индийский журнал биотехнологии. 7 (3): 283–294.
  3. ^ а б c d е ж г час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac объявление ае аф Де Силва ГО, Апонсо М.М., Абейсундара А.Т. (01.07.2017). «Обзор съедобных вакцин: новый подход к пероральной иммунизации в качестве замены обычных вакцин». Международный журнал пищевых наук и питания. 2 (4): 19–22.