Čeští vědci používají ječmen jako továrnu na proteiny
Molekulární farmaření, produkce konkrétních proteinů v rostlinách, představuje nadějný směr, jak nahradit jejich často nákladnou výrobu v laboratoři.
Aktuálně mají vědci pro molekulární farmaření schválený pozemek o velikosti 1500 metrů čtverečních. Letos ale ve spolupráci s akreditovanou komerční firmou obhospodařují pouze zlomek – 25 metrů čtverečních. „Měli jsme málo osiva – zkoušíme novou, vylepšenou variantu ječmene produkující katelicidin,“ vysvětluje Ivo Frébort. | foto Viktor Čáp
Vyrobit jednoduše, levně a ve velkém množství; sen všech výrobců, jenž se některým splní – na poli. Řeč je o molekulárním farmaření, rozvíjejícím se oboru, který umožňuje určité proteiny „nechat vyrůst“ v rostlinách.
Dnes se většina rekombinantních (v laboratoři připravovaných) proteinů vyrábí v mikrobiálních nebo buněčných kulturách. „Jejich hlavní nevýhodou je cena, pokud potřebujete získat větší objemy,“ říká Ivo Frébort z výzkumného centra CATRIN při Univerzitě Palackého v Olomouci. „Samozřejmě pokud se jedná o terapeutické proteiny, které lidem zachraňují životy, je to jasná volba. Ale existuje řada aplikací, kde je cena klíčová, a výroba v rostlinách se zdá geniálním řešením,“ říká vědec, který se k molekulárnímu farmaření dostal přes výzkum ječmene – jeho vývoje, odolnosti vůči suchu a hormonálních regulací.
„Díky tomu jsme se již před patnácti lety naučili techniky, jak vkládat cizorodé geny, které například zvyšují odolnost vůči suchu. Produkce konkrétních proteinů v ječmeni pak už byla přirozený vývoj a další krok,“ říká vedoucí výzkumné skupiny.
Začalo to tabákem
První výzkumy na využití rostlin pro produkci proteinů začaly již před dvaceti lety. „Začalo to výrobou proteinů v listech tabáku – hlavní výhodou této rostliny je snadná genetická manipulovatelnost, navíc roste rychle a produkuje velkou biomasu,“ říká Frébort. Tabákovník ale neumí vyrobit všechny typy proteinů, a navíc obsahuje velké množství fenolických (nežádoucích) látek, které se z výsledného produktu musejí složitě odstraňovat.
Tým českých vědců k prvním optimalizačním experimentům také používal tabák, ale jeho cílem i vzhledem k českému podnebí a zdravotní nezávadnosti bylo od začátku pěstování v ječmeni. Jako ideální se zdála produkce žádaných proteinů v zrnech, která umíme jednoduše sklízet a uchovávat. Záhy se ale ukázalo, že to není tak jednoduché.
„Semena obiloviny mají největší množství proteinů ve stadiu mléčné zralosti, při dozrávání jsou odbourávány a nahrazovány škrobem. Takže pro naše účely musíme sklízet velmi brzy,“ vysvětluje Frébort. „To je ve výsledku výhodou z hlediska legislativy a nakládání s geneticky modifikovanými organismy – ze zeleného zrna nikdy nic nevyroste, což zjednodušuje další zpracování.“
Rostlinný biotechnolog a biochemik profesor Ivo Frébort se k molekulárnímu farmaření dostal přes základní výzkum ječmene.
foto CETRIN (publikováno se svolením)
Jak to tak ale ve vědě bývá, na komplikace vědci narazili hned v dalším kroku. Jak uchovávat zelená zrna? „Původně jsme si mysleli, že budeme z obilek lisovat šťávu a z ní následně izolovat vyrobené proteiny. Velmi rychle se ale ukázalo, že buněčné enzymy, které se lisováním uvolní, jsou mnohem rychlejší než my a vyprodukované proteiny ihned rozloží.“
Nakonec se jako ideální postup jeví: sklidit, usušit mrazem a rozemlít. „Takto jsou naše vyprodukované proteiny stabilní již 1,5 roku při uchování v chladu. Navíc to jsou vše běžně dostupné a průmyslově využívané techniky,“ zdůrazňuje vedoucí výzkumného týmu.
Cílem je krém
Aktuálně olomoucký tým čeká na udělení evropského patentu na výrobu katelicidinu – antimikrobiálního peptidu lidské kůže, který podporuje hojení ran. Dokáže totiž narušit buněčnou membránu bakterií a dalších patogenních mikroorganismů, a způsobit tak jejich smrt. Účinkuje i na některé kmeny, které si vytvořily odolnost vůči antibiotikům. „Již umíme katelicidin vyrobit a uchovat ve větším množství, teď musíme optimalizovat další kroky, které vedou ke konkrétním produktům. Naším cílem je v prvním kroku kosmetický krém a v dalším i velmi čistý protein využitelný ve farmaceutickém průmyslu,“ uvádí Frébort.
Zájem trhu je prý obrovský – katelicidin pomáhá při léčbě mnoha kožních onemocnění včetně bércových a diabetických vředů, ale i dalších infekčních onemocnění kůže. „Problémem je cena – dnes se pohybuje kolem tisíce eur za miligram. Pro léčbu kožních onemocnění by byla spotřeba několik miligramů týdně, to je finančně neudržitelné. Výroba katelicidinu na poli by tak mohla tuto léčbu zpřístupnit.“
Očkování ryb
Dalším využitím molekulárního farmaření je výroba veterinárních vakcín. Chov zvířat s sebou přináší riziko šíření nemocí, kterým je nejvýhodnější preventivně předcházet právě očkováním. „Velká hospodářská zvířata je možné vakcinovat injekčně, ale jak byste chtěli očkovat mladé ryby o velikosti sotva pár centimetrů, kdy jsou nejnáchylnější k nemocem? Orální vakcinace se zdá jako ideální řešení,“ říká Frébort, který s kolegy z CATRIN a ve spolupráci s pracovištěm Jihočeské univerzity ve Vodňanech a Biologickým centrem Akademie věd ČR v Českých Budějovicích připravuje první „jedlé vakcíny“ proti nemocem ryb. V rostlinách produkují části obalových proteinů několika rybích virů, které napadají kapra a lososa. Vzniklou rostlinnou kaší pak letos v létě plánují v rámci prvních experimentů imunizovat ryby.
„Ještě nás ale čeká mnoho práce a optimalizačních experimentů, musíme vymyslet vhodnou úpravu, aby orální vakcíny ryby žraly a zároveň byly účinné a ve vhodném dávkování,“ říká Ivo Frébort, podle kterého molekulární farmaření otvírá mnoho nových možností, tradiční postupy jen tak nevymizí. „Pěstování vakcín pro použití v humánní medicíně se moc nevyplácí – trvá to dlouho a je potřeba extrémní kontrola kvality. Kupříkladu RNA vakcíny jsou mnohem elegantnější řešení, které je i jednodušší na výrobu. I tak se ale vyvíjejí, například v Kanadě si již můžete vybrat rostlinnou vakcínu proti covidu-19.“
Další produkty molekulárního farmaření se dnes již komerčně vyrábějí pro kosmetický průmysl nebo nejrůznější výrobní procesy. S proteinem s pomyslným označením „vyrobeno na poli“ se tak pravděpodobně budeme setkávat stále častěji.
