Vírusy si v priebehu desaťročí poznamenaných niekoľkými pandémiami vyslúžili povesť neželaného spoločníka spôsobujúceho mnohé závažné ochorenia. Viaceré nedávne príklady však svedčia o tom, že vírusy nie sú len naším nepriateľom, ale vedia byť aj dobrým pomocníkom.
Prudký rozmach molekulárnej biológie v druhej polovici 20. storočia priniesol mnoho poznatkov nielen o štruktúre nukleových kyselín, ale aj prvé pokusy o ich cielenú modifikáciu a prípravu rekombinantných molekúl DNA. Pojem klonovanie sa stal bežnou súčasťou slovníka vedcov v celom spektre vedných odborov zažívajúcich turbulentné obdobie molekulárnej renesancie.
S príchodom nových možností sa tak zrodila myšlienka genetickej manipulácie vírusových genómov, ktorá odštartovala éru vírusových vektorov. Tie predstavujú mimoriadne užitočný nástroj cielenej introdukcie želanej genetickej informácie do vybraného typu buniek alebo organizmu, vďaka čomu našli svoje uplatnenie v širokej škále aplikácií, napríklad v génovej terapii, vývoji vakcín alebo syntéze rekombinantných proteínov.
Od transgenózy po dekonštruované vírusy
Komerčná produkcia rekombinantných proteínov sa v súčasnosti spolieha na konvenčné hostiteľské systémy, ako sú baktérie, kvasinky alebo živočíšne bunkové kultúry. Medzi ich hlavné obmedzenia patrí predovšetkým riziko kontaminácie patogénnymi mikroorganizmami, nevyhovujúca miera posttranslačných modifikácií či nákladná prevádzka fermentačných zariadení. Sľubnú alternatívu tradičných platforiem predstavujú rastliny, ktoré ponúkajú predovšetkým lacnú a nenáročnú kultiváciu.
Spočiatku bola expresia cudzorodých génov v rastlinách navodzovaná ich stabilnou integráciou do ich jadrového genómu – transgenózou. Ide však o zdĺhavý proces a expresia integrovaného génu je vo vysokej miere negatívne ovplyvnená vlastnou reguláciou génovej expresie pri rastlinách. Tranzientná (dočasná) expresia umožňuje okamžitú expresiu cieľového génu v rastline bez potreby jeho integrácie, čo možno veľmi efektívne docieliť jeho vložením do genómu rastlinného vírusu. Vírus predstavuje samostatný replikón, ktorý sa v rastline aktívne množí a zabezpečuje expresiu tak vlastnej, ako aj vloženej genetickej informácie. Expresia želaného génu tak môže byť nastolená všade tam, kde aj vírusová infekcia.
Kľúčovým prínosom bolo zavedenie metódy agroinfiltrácie, ktorá umožnila simultánnu introdukciu vírusových konštruktov do veľkého množstva buniek súčasne. Schopnosť medzibunkového aj systémového šírenia vírusu tak stratila svoje opodstatnenie, čo viedlo k prvým snahám o dekonštrukciu genómov. Tá spočívala v redukcii genómu nahradením neesenciálnych (na replikácii sa nepodieľajúcich) génov inzertom, čo umožnilo efektívnejšiu expresiu dlhších génových úsekov, prípadne viacerých génov súčasne. Dekonštruované genómy rastlinných vírusov sú v súčasnosti primárnym nástrojom vysoko efektívnej heterologickej expresie v rastlinách, pričom niektoré z nich sú dostupné na komerčnej báze. Ako najznámejšie možno uviesť tobamovírusové vektory magnICON alebo comovírusové pEAQ.
Medicína v zelenom šate
Globálny dopyt po dostupnejších liečivách peptidovej povahy viedol k zvýšenému záujmu o alternatívne expresné platformy. S príchodom nových generácií vírusových vektorov bol preukázaný nepopierateľný potenciál rastlín konkurovať tradičným expresným systémom. Posledné dve desaťročia priniesli množstvo publikovaných prác demonštrujúcich úspešnú rastlinnú expresiu desiatok druhov proteínov rôznej štruktúry a pôvodu vrátane vakcinačných antigénov, monoklonálnych protilátok či enzýmov.
Prečo však naďalej uprednostňujeme baktérie alebo kvasinky? Zatiaľ čo mikrobiálne bioreaktory sú z hľadiska správnej výrobnej praxe dobre optimalizované a dostatočne implementované na priemyselnej úrovni, rastliny predstavujú relatívne nový a málo preskúmaný koncept. Ich komercializácii bráni predovšetkým chýbajúca legislatívna regulácia.
Nie je však všetko čierno-biele. Príkladom je vakcína Covifenz® proti ochoreniu kovid-19 od kanadskej spoločnosti Medicago Inc., ktorá sa len nedávno stala vôbec prvou schválenou ľudskou vakcínou produkovanou v rastlinách. Práve tento pioniersky úspech môže byť významným míľnikom pre ďalšie ambiciózne projekty doposiaľ zatienené právnymi bariérami.
Prečo je tento výskum dôležitý? Rastliny predstavujú nádej predovšetkým pre rozvojové krajiny, ktoré každoročne zápasia s nedostatkom vakcín a liečiv. Možnosť expresie antigénov v jedlých druhoch rastlín navyše otvára možnosti perorálnej administrácie vakcín – tzv. jedlé vakcíny. Rastlinné expresné systémy zrejme ľudstvo nespasia, ale môžu významne prispieť svojím dielom v oblasti modernej medicíny. Nepôjde to však inak než ruka v ruke s naším častým nepriateľom – vírusmi.
Text a foto Mgr. Adam Achs
Biomedicínske centrum SAV
Problematiku tranzientnej heterologickej expresie v rastlinách pomocou vírusového vektora riešime v rámci projektu podporovaného Vedeckou grantovou agentúrou MŠVVaŠ SR a SAV (VEGA 2/0003/22).
Článok vznikol v spolupráci s platformou Mladí vedci SAV.
