Производство высокоценных фармацевтических белков в растениях — иногда называемое молекулярной фармой — даёт преимущества перед некоторыми другими методами производста, в частности низкую стоимость и относительную лёгкость расширения производства для удовлетворения спроса. Однако экспрессия большого количества чужеродных белков в растениях также может привести к проблемам, таким как дегидратация (обезвоживание) и преждевременная гибель клеток листьев.
Команда исследователей под руководством профессора Кенджи Миура из Цукубского университета выяснила, что опрыскиваение листьев высокими концентрациями аскорбиновой кислотой (витамин С) может в три раза или даже больше увеличить производство белка. Они описали свои открытия в статье в журнале Plant Physiology.
Команда работала с близким родственником табака Nicotiana benthamiana, который широко используется для производства белка, потому что это растение хорошо растёт в теплицах и относительно легко воспринимает чужеродные гены. Исследователи заставили листья производить новый белок с помощью процесса, который называется агро-инфильтрация: в листья вводят бактерии Agrobacterium, которые несут кодирующую нужные белки ДНК в клетки растения. Далее клетки декодируют ДНК и используют это для производство новых белков.
Тогда как некоторые чужеродные белки несут за собой мало последствий для клеток растений, другие могут привести к побочным эффектам, которые, по всей видимости, связаны с избытком повреждающих ткани активных форм кислорода. Применение аскорбиновой кислоты в качестве антиоксиданта нейтрализует серьёзные последствия и позволяет существенно повысить скорость производства белка.
«Мы протестировали этот метод на нескольких различных типах белков, — сказал профессор Миура. — Мы использовали зелёный флуоресцентный белок (обычный лабораторный инструмент) и два человеческих белка: Cul1 и F-box. Опрыскивание листьев аскорбиновой кислотой имело на удивление большое значение, но только при условии высоких концентраций антиоксиданта. Кажется, что аскорбиновая кислота предотвращает гибель клеток, а также уменьшает расщепление чужеродных белков, что повышает итоговый выход».
Команда продолжила эксперимент и успешно произвела как тяжёлую, так и лёгкую цепочку белка антител. Они показали, что образующиеся в листьях цепочки правильно собраны в функциональное антитело (состоящее из двух тяжелых и двух легких цепей), и аскорбиновая кислота не влияет на его иммунологические свойства.
«Мы в восторге от наших результатов, — сказал профессор Миура. — Так как данный метод опрыскивания настолько прост, мы ожидаем что это может широко распространиться и помочь улучшить производство многих ценных разновидностей белков для исследований и медицинских применений».
_______________
Перевод Екатерина Хананова , редакторы Антон Меньшенин .
Исследование — Shohei Nosaki et al. Prevention of necrosis caused by transient expression in Nicotiana benthamiana by application of ascorbic acid, Plant Physiology (2021). DOI: 10.1093/plphys/kiab102
Источник — Plants as protein factories: Antioxidant boosts the yield of valuable biologics