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PNAS绿藻中的抗癌药物

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来源: 作者: 2019-05-16 18:59:29

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加州大学圣迭戈分校的生物学家成功对绿藻进行了基因工程改造,使其能够大量生产一种复杂而昂贵的癌症医治药物。这寒潮中珠三角局部现用工荒
项研究开辟了低成本大量合成复杂蛋白药物的新途径,文章提早发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志的站上。

“这种抗癌药物的生产一般使用哺乳动物细胞,而我们能够在绿藻中生产完全一样的药物,这有望大大下降药价,”加州大学圣迭戈分校生物学教授StephenMayfield说。

人们乃至可以在绿藻中采取新的药物生产策略,合成其他系统没法合成的蛋白,用于治疗癌症或其他人类疾病。“我们不能在细菌中生产这类药物,因为细菌不能将蛋白折叠出如此复杂的三维结构,”Mayfield说。“也不能用哺乳动物细胞生产,由于毒素会杀死细胞。”

研究人员经过七年努力,发现在生物实验室广泛用作遗传学模式生物的绿藻Chlamydomonasreinhardtii能够生产多种人类药用蛋白,比细菌或哺乳细胞的产量更大成本更低。

五年前,研究人员完成了首个突破,在绿藻中生产了血清淀粉样蛋白。1年后,他们又用绿藻中生产了一种人类抗体蛋白。2010年,他们成功在绿藻中生产了复杂的药用蛋白,例如用于医治肺气肿的血管内皮生长因子VEGF。今年五月,Mayfield的研究团队与人合作,用绿藻生产了更复杂的蛋白,一种能够预防疟疾的新型疫苗,疟疾是目前世界上最流行的疾病之一。

而在这项新研究中,科学家们利用绿藻生成了带有两个结构域的复杂三维蛋白,其中一个结构域有追踪并附着癌细胞的抗体,而另一个结构域含有杀死癌细胞的毒素。目前制药公司生产这种蛋白需要两个步骤,先在Chinesehamster或CHO细胞中生产抗体部分并将其纯化。随后用化学方式将抗体部份与细胞外的毒素相连,再纯化最终蛋白。

研究人员指出,他们的方法具有两大优势。其一,将抗体和毒素融会在一个基因中构成一种蛋白,因此只需纯化一次。其二,在绿藻而非CHO细胞中进行生产,大大降低了蛋白生产成本。

经验证,绿藻产的化合物与制药公司生产的化合物完全一样,能够在小鼠体内追踪癌细胞并抑制肿瘤发展。研究人员指出,之所以不能在哺乳动物CHO细胞中生产上述融合蛋白,是因为毒素会杀死细胞。但绿藻中该蛋白是在叶绿体合成的,其中的毒素被隔离起来不会杀死绿藻。叶绿体是绿藻和植物细胞用来进行光合作用的场所。如果叶绿体中的蛋白泄漏出去,毒素就会杀死细胞,而事实是叶绿体中的数千蛋白拷贝无一泄漏。

“我们能否在绿藻中合成更多结构域的人工设计蛋白呢,我想是可以的。从某种程度上说,这种药物设计有点像装配电脑,将不同模块组合在一起以实现特定目标。我们可以用蛋白中的一个结构域靶标细胞,而其他结构域则负责特殊功能。”Mayfield说。

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