Растения как фабрики белков: антиоксидант повышает выход ценных биопрепаратов

Высокий выход фармацевтических белков в растениях — метод, иногда называемый "молекулярным фармингом", — имеет преимущества перед другими способами производства, такие как низкая стоимость и легкость масштабирования. Однако экспрессия больших количеств "чужеродных" белков в растениях иногда приводит к проблемам, например, к обезвоживанию и преждевременной гибели клеток листьев.

Команда под руководством профессора Кендзи Миуры из Университета Цукубы обнаружила, что опрыскивание листьев высокими концентрациями антиоксиданта аскорбиновой кислоты (витамина C) может увеличить продукцию белка в три раза и более. Результаты опубликованы в Plant Physiology.

Исследователи работали с родственником табака, Nicotiana benthamiana, который широко используется для подобных целей, так как хорошо растет в теплицах, и в него относительно легко вводить чужеродные гены. Экспрессию новых белков в листьях индуцировали методом агроинфильтрации: листья инъецировали бактерией Agrobacterium, несущей ДНК, кодирующую целевые белки. Клетки листа считывали эту ДНК и начинали производить новые белки.

В то время как одни чужеродные белки почти не вызывают проблем, другие приводят к побочным эффектам, которые, по-видимому, вызваны избытком повреждающих активных форм кислорода. Применение аскорбиновой кислоты в качестве антиоксиданта нейтрализует вредное воздействие и позволяет добиться значительно более высоких уровней продукции белка.

"Мы протестировали метод на нескольких различных типах белков, — говорит профессор Миура. — Мы использовали зеленый флуоресцентный белок (распространенный лабораторный инструмент) и два человеческих белка, Cul1 и F-бокс белок. Опрыскивание листьев аскорбиновой кислотой дало удивительно большой эффект, но только при применении высоких концентраций антиоксиданта. Похоже, аскорбиновая кислота предотвращает гибель клеток и также снижает деградацию чужеродных белков, поэтому выход выше".

Команда также успешно произвела как тяжелую, так и легкую цепи антитела. Они показали, что цепи, произведенные в листьях, правильно собрались в функциональное антитело (состоящее из двух тяжелых и двух легких цепей), и аскорбиновая кислота не повлияла на его иммунологические свойства.

"Мы довольны нашими результатами, — говорит профессор Миура. — Поскольку этот метод опрыскивания листьев очень прост, мы ожидаем, что он может быть широко внедрен и должен помочь улучшить производство многих типов ценных белков для исследований и медицинского применения".