Автоматизированная фабрика растений для производства вакцин
Молекулярное земледелие — это простой, быстрый и безопасный метод производства вакцин и терапевтических белков в растениях. Команда исследователей Fraunhofer из США создала соответствующую правилам надлежащей производственной практики (GMP) фабрику растений.
Нехватка вакцин во время пандемии свиного гриппа в 2009 году показала, что хотя производство в куриных яйцах — надежный метод, в глобальной чрезвычайной ситуации оно занимает слишком много времени и не дает достаточного количества вакцины. Требуются альтернативные методы с более коротким временем производства и большей мощностью, например, производство вакцин и терапевтических агентов в растениях. Молекулярное земледелие — это просто, быстро и безопасно: генетическая информация, необходимая для производства целевого белка, вводится в растение с помощью вирусных векторов, безвредных для человека. Кроме того, растения имеют аппарат синтеза белка, сходный с человеческим, и могут продуцировать сложные белки.
«Мы используем растения табака, потому что они хорошо размножаются и поддерживают наши вирусные векторы. Кроме того, они быстро растут, давая большое количество биомассы за короткий период времени», — говорит Видади Юсибов из Центра молекулярной биотехнологии Fraunhofer (CMB). В лаборатории уже было показано, что метод хорошо работает. Но можно ли масштабировать этот подход для массового производства? Исследователи уже преодолели первые препятствия: они разработали полностью интегрированное, автоматизированное, соответствующее GMP предприятие — фундаментальное условие для производства биофармацевтических препаратов.
Растения предсказуемого качества — в любое время, в любом месте
Решающим моментом стало получение контракта от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) правительства США, которое искало альтернативы производству вакцин. «После преодоления первоначальных трудностей во взаимопонимании нашим командам биологов и инженеров удалось построить нашу автоматизированную фабрику по производству вакцин на основе растений. Теперь у нас есть растения, которые последовательно растут и производят белки одного и того же предсказуемого качества, раз за разом, когда и где нам угодно», — говорит Андре Шарон из Fraunhofer CMI.
Растения растут в лотках с гидропонными культурами на минеральной вате, в специально разработанных модулях роста. Свет, вода и питательные вещества точно дозируются и распределяются. Специально разработанные роботы перемещают растения от станции к станции для выполнения различных этапов — от помещения крошечных семян и вакуумной инфильтрации до сбора урожая и экстракции.
Растения растут четыре недели, прежде чем вектор вводится с помощью вакуумной инфильтрации. Этот процесс происходит следующим образом: робот поднимает лоток с растениями, переворачивает его вверх дном и погружает растения табака «вниз головой» в воду. «Эта вода содержит вектор (биологический носитель) с генетической информацией, которая указывает растениям, какой белок они должны производить. Затем создается вакуум, отсасывая воздух из воды и растений. Как только мы выключаем вакуум, растения всасывают воду вместе с вектором. Это занимает всего несколько секунд», — объясняет Шарон. Затем растения возвращают в модуль роста для дальнейшего роста. Примерно через неделю они производят белки. После сбора урожая листья нарезают на мелкие кусочки и гомогенизируют в полностью автоматизированных процессах. Это дает жидкость, из которой экстрагируют белки. Конечный продукт — прозрачная жидкость.
Пилотная установка способна производить до 300 килограммов биомассы в месяц, что примерно соответствует 2,5 миллионам доз вакцины.