Как сделать антитела в растениях
Технология, разработанная российскими исследователями, позволяет получить дешёвые и эффективные антитела против раковых клеток.
Мы знаем, что антителами называют специальные иммунные белки, которые помогают нам избавиться от инфекции. Смысл их работы в том, чтобы специфично узнать чужеродную молекулу (которая может быть или бактериальным токсином, или белком, формирующим оболочку вируса, или чем-то ещё). Связанные с антителами «нехорошие» молекулы и их владельцы-патогены обезвреживаются и уничтожаются иммунными клетками.
Иммунитет в привычном нам виде – со специальными органами, с огромным числом разных клеток и белков – считается характерной чертой животных, да и то не всех, а преимущественно позвоночных (хотя некоторые элементы иммунной системы можно обнаружить и у беспозвоночных). Поэтому мы бы сильно удивились, расскажи нам кто-нибудь про растительные антитела. Тем не менее, такие существуют, и у них есть даже специальное название на английском: «plantibody» – «plant», растение + «antibody», антитело (на русском получится что-то вроде «раститело»). Однако речь тут идёт не о собственных антителах растений, а о животных белках-иммуноглобулинах, гены которых вставили в растительный организм.
Зачем это понадобилось? Не будет преувеличением сказать, что без разнообразных методов, основанных на использовании антител, современные биотехнология и медицина были бы как без рук. Иммуноглобулины используются повсеместно, от очистки нужных молекул от сопутствующего «мусора» до диагностики: например, если нам нужно обнаружить какого-нибудь паразита в биологическом образце, то с помощью высокоспецифичных и прочно связывающихся с паразитом антител можно определить даже ничтожное его количество. Простого перечисления всех аналитических и препаративных методов с антителами хватило бы на полноценную статью, даже если не упоминать об иммунотерапии, когда антитела используются для борьбы с опухолями или с паразитами.
Но где их взять? Очевидный ответ – из иммунизированных животных: мы вводим крысе, или козе, или кролику какой-нибудь антиген (например, бактериальный белок), а потом очищаем из крови животного нужные нам иммуноглобулины. Однако иммунитет в ответ на антиген вырабатывает множество разновидностей антител, и потом приходится нужную разновидность с нужными характеристиками отделять от других. Существует ещё технология моноклональных антител, когда мы получаем клон иммунных клеток, синтезирующих только один вариант иммуноглобулинов. Однако такой метод сам по себе тоже не прост, достаточно сказать, что он основан на слиянии двух клеток в одну: В-лимфоцит, несущий информацию о нужном антителе, объединяется с раковой миеломной клеткой. Полученный гибрид получает от миеломы бессмертие и способность бесконечно делиться, и одновременно он производит антитела. Но, если мы хотим получить много антител – например, для клинического лечения – то возникает новая проблема: если делать их по гибридомной технологии, то это займёт довольно много времени.
В общем, обычные методы получения антител с нужными характеристиками довольно трудоёмки и сравнительно непросты. Поэтому в какой-то момент исследователям пришла в голову мысль использовать здесь достижения генной инженерии. То есть взять ДНК, кодирующую иммуноглобулин с нужными характеристиками, и вставить в растение. Практика показала, что получать антитела в растениях будет намного проще, дешевле и безопаснее: большое количество иммуноглобулинов можно получить, не прибегая к иммунизации, не используя патогены и вакцины – растительные клетки сами насинтезируют нужный белок. А получать трансгенные растения намного проще, чем трансгенных животных.
В прошлом году растительные антитела упоминались в связи с лихорадкой Эбола. Экспериментальный препарат ZMapp, который спас жизнь нескольким больным, представляет собой гуманизированные иммуноглобулины против инфекции, полученные из растений. Сначала мышей заражали вирусом, после чего мышиные В-клетки, начавшие синтез иммуноглобулинов против Эболы, проводили через гибридомный метод и получали множество клонов, которые производили много видов разнокачественных антител против одного и того же вируса. Среди них выбирали самых лучших, и из клеток, которые их синтезировали, доставали иммуноглобулиновый ген. Поскольку принадлежал он животному, в нём меняли некоторые фрагменты на человеческие – потому такие антитела и называют гуманизированными, что они представляют собой животно-человеческую химеру. Делают так для того, чтобы иммуноглобулины, происходящие из чужого организма, сами не провоцировали иммунную систему человека на агрессивный ответ. Наконец, полученный ген вводили в растения табака, производившие большое количество антител.
Как снабдить растительную клетку чужим геном? Сначала последовательность, кодирующую иммуноглобулин, вставляют в ДНК бактерии Agrobacterium tumefaciens. Сама по себе она – патоген, вызывающий появление корончатых галлов – опухолевых образований на растении. При этом у неё есть замечательная с точки зрения генной инженерии особенность: бактерия может часть своего генома передавать растительной клетке, причём бактериальная ДНК встраивается в растительную хромосому. То есть A. tumefaciens представляет собой природный генноинженерный инструмент, приспособленный для работы с растениями. Всё, что требуется от человека – сделать так, чтобы нужный ген (например, ген иммуноглобулина) оказался в том куске бактериальной ДНК, который будет внедрён в ДНК растительной клетки.
Не менее важно, чтобы бактерия смогла успешно проникнуть в растение, инфицировать его. У растений же есть свои способы, как противостоять инфекционному вторжению. Поэтому исследования, посвящённые общим проблемам взаимодействия растения и бактерии, оказываются очень кстати для такой, казалось бы, чисто прикладной задачи, как получение растительных антител. Так что неудивительно, что проект сотрудников НИИ физико-химической биологии им. Белозерского Татьяны Комаровой и Екатерины Шешуковой, который так и называется: «Фундаментальные и биотехнологические аспекты взаимодействия растения и патогена», на днях получил премию правительства Москвы для молодых учёных. В рамках проекта уже удалось получить некоторые важные результаты: например, оказалось, что газообразный метанол, который растения выделяют при повреждении, необходим для защиты от бактерий. Более того, метанол служит сигналом, с помощью которого повреждённое растение предупреждает соседей об опасности. То есть, если вы хотите ввести в растительные ткани бактерию с иммуноглобулиновым геном, вам нужно учитывать метанольную систему защиты и оповещения.
Новые данные о том, как растение защищается от вторжения патогена, позволили разработать биотехнологическую платформу для производства вакцин и антител в клетках растений. В 2011 году Татьяна Комарова и её коллеги из Института физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского, Института генетики имени Н.И. Вавилова и Онкоцентра им Н.Н. Блохина опубликовали в PLoS ONE статью, где описывали получение растительных антител, используемых при лечении рака груди. Сам по себе такой препарат существует давно под названием трастузумаб, или «Герцептин» – связываясь с онкобелком одной из разновидностей опухолей, иммуноглобулины подавляют рост рака. Авторы работы получили трансгенные растения табака, которые синтезировали эти антитела. Тесты подтвердили, что растительный трастузумаб так же прекращает деление опухолевых клеток и останавливает развитие болезни. Исследователи пошли дальше и «научили» растения синтезу ещё трёх видов антител: первое блокирует развитие кровеносных сосудов в опухоли, тем самым тормозя её рост, два других направлены против самих клеток рака молочной железы. Опыты на животных показали, что новые иммуноглобулины обладают более высокой противораковой активностью, чем коммерческий «Герцептин». После клинических испытаний они могут быть рекомендованы как диагностические и терапевтическое средство при лечении злокачественной опухоли (разумеется, если результаты испытаний окажутся положительными).
Растительные антитела могут стать дешёвой и эффективной альтернативой обычным клиническим препаратам, причём не только при онкозаболеваниях, но и в случае инфекций, вроде сезонного гриппа. Хотя, разумеется, применение растительных антител в онкологии вызывает наибольший интерес. Авторы проекта уверяют, что с помощью их технологии можно обеспечить персонифицированную иммунотерапию, то есть за довольно непродолжительное время (около 6 недель) можно создать вакцину, нацеленную против индивидуального варианта онкозаболевания. Остаётся только пожелать исследователям удачи в дальнейших экспериментах.
