加州大學(xué)圣迭戈分校的生物學(xué)家成功對(duì)綠藻進(jìn)行了基因工程改造，使其能夠大量生產(chǎn)一種復(fù)雜而昂貴的癌癥治療藥物。這項(xiàng)研究開辟了低成本大量合成復(fù)雜蛋白藥物的新途徑，文章提前發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊PNAS雜志的網(wǎng)站上。

“這種抗癌藥物的生產(chǎn)一般使用哺乳動(dòng)物細(xì)胞，而我們能夠在綠藻中生產(chǎn)完全一樣的藥物，這有望大大降低藥價(jià)，”加州大學(xué)圣迭戈分校生物學(xué)教授Stephen Mayfield說。

人們甚至可以在綠藻中采用新的藥物生產(chǎn)策略，合成其他系統(tǒng)無法合成的蛋白，用于治療癌癥或其他人類疾病?！拔覀儾荒茉诩?xì)菌中生產(chǎn)這類藥物，因?yàn)榧?xì)菌不能將蛋白折疊出如此復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，” Mayfield說。“也不能用哺乳動(dòng)物細(xì)胞生產(chǎn)，因?yàn)槎舅貢?huì)殺死細(xì)胞。”

研究人員經(jīng)過七年努力，發(fā)現(xiàn)在生物實(shí)驗(yàn)室廣泛用作遺傳學(xué)模式生物的綠藻Chlamydomonas reinhardtii能夠生產(chǎn)多種人類藥用蛋白，比細(xì)菌或哺乳細(xì)胞的產(chǎn)量更大成本更低。

五年前，研究人員完成了首個(gè)突破，在綠藻中生產(chǎn)了血清淀粉樣蛋白。一年后，他們又用綠藻中生產(chǎn)了一種人類抗體蛋白。2010年，他們成功在綠藻中生產(chǎn)了復(fù)雜的藥用蛋白，例如用于治療肺氣腫的血管內(nèi)皮生長因子VEGF。今年五月，Mayfield的研究團(tuán)隊(duì)與人合作，用綠藻生產(chǎn)了更復(fù)雜的蛋白，一種能夠預(yù)防瘧疾的新型疫苗，瘧疾是目前世界上最流行的疾病之一。

而在這項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們利用綠藻生成了帶有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的復(fù)雜三維蛋白，其中一個(gè)結(jié)構(gòu)域有追蹤并附著癌細(xì)胞的抗體，而另一個(gè)結(jié)構(gòu)域含有殺死癌細(xì)胞的毒素。目前制藥公司生產(chǎn)這種蛋白需要兩個(gè)步驟，先在Chinese hamster或CHO細(xì)胞中生產(chǎn)抗體部分并將其純化。隨后用化學(xué)方式將抗體部分與細(xì)胞外的毒素相連，再純化最終蛋白。

研究人員指出，他們的方法具有兩大優(yōu)勢。其一，將抗體和毒素融合在一個(gè)基因中形成一種蛋白，因此只需純化一次。其二，在綠藻而非CHO細(xì)胞中進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了蛋白生產(chǎn)成本。

經(jīng)驗(yàn)證，綠藻產(chǎn)的化合物與制藥公司生產(chǎn)的化合物完全一樣，能夠在小鼠體內(nèi)追蹤癌細(xì)胞并抑制腫瘤發(fā)展。研究人員指出，之所以不能在哺乳動(dòng)物CHO細(xì)胞中生產(chǎn)上述融合蛋白，是因?yàn)槎舅貢?huì)殺死細(xì)胞。但綠藻中該蛋白是在葉綠體合成的，其中的毒素被隔離起來不會(huì)殺死綠藻。葉綠體是綠藻和植物細(xì)胞用來進(jìn)行光合作用的場所。如果葉綠體中的蛋白泄露出去，毒素就會(huì)殺死細(xì)胞，而事實(shí)是葉綠體中的數(shù)千蛋白拷貝無一泄漏。

“我們能否在綠藻中合成更多結(jié)構(gòu)域的人工設(shè)計(jì)蛋白呢，我想是可以的。從某種程度上說，這種藥物設(shè)計(jì)有點(diǎn)像裝配電腦，將不同模塊組合在一起以實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)。我們可以用蛋白中的一個(gè)結(jié)構(gòu)域靶標(biāo)細(xì)胞，而其他結(jié)構(gòu)域則負(fù)責(zé)特殊功能。”Mayfield說。