Kan tobakksplanten redde liv?

Ved å bruke tobakksplanter som vaksinefabrikker kan en utskjelt næring få et nytt og mer positivt bein å stå på.

Publisert
Tobakksplanten er velegnet til vaksineproduksjon. (Foto: Bioforsk)
Tobakksplanten er velegnet til vaksineproduksjon. (Foto: Bioforsk)

Fakta om kloroplaster, transgen og genomer

Genom
Et genom er hele den arvemessige informasjonen til en organisme som er kodet inn i organismens DNA, eller hos noen virus, i deres RNA. Dette omfatter både RNA- og protein-kodende gener og ikke-kodende sekvenser. Hos en art omfatter genomet artens samlede forråd av nedarvede DNA-sekvenser.

Transgen
Et transgen er DNA som ved hjelp av genteknikk er overført fra en organisme til en annen.

Kloroplaster
Kloroplaster er en type celleorganeller som finnes i planteceller. Kloroplastene inneholder klorofyll og deres primære oppgave er å omdanne sollys, vann og karbondioksid til energi og oksygen gjennom fotosyntese.

I likhet med cellekjernene, har kloroplastene et genom som består av DNA-molekyler. I planter inneholder genomet vanligvis 110-120 gener. Et gen kan defineres som en arvemessig og fysisik avgrenset enhet av et kromosom, som kreves for produksjon av et funksjonelt produkt. Kloroplastgenomet er vanligvis sirkulært med størrelse fra 120 til 220 kb. Hittil har 120 kloroplastgenomer blitt fullstendig sekvensert og sendt til GenBank.
 

Hvert år fødes 30 millioner barn som ikke får tilbud om tilstrekkelig vaksinering.

Nå håper forskerne at bruk av tobakksplanter skal gi en mer kostnadseffektiv vaksineproduksjon som kan bidra til å bedre folks helse i den fattige delen av verden.

– Vanligvis produseres vaksiner i gjær, cellekulturer eller bakteriekulturer, forteller seniorforsker Jihong Liu Clarke ved Bioforsk Plantehelse.

Slike produksjonsanlegg er imidlertid svært kostbare og forskerne er derfor på jakt etter nye metoder for en mer kostnadseffektiv vaksineproduksjon.

Spiselig vaksine

En mulighet er å benytte planter som vaksinefabrikker. Tradisjonelt dyrkes planter som mat for mennesker og dyr, men grønne planter kan også brukes til å produsere vaksiner, biofarmasøytika og andre proteiner.

– Kostnaden ved å produsere vaksine i grønne blader er om lag en hundredel av kostnaden ved å produsere i tradisjonelle cellekulturer, forteller Clarke.

Dersom man lager en “spiselig” vaksine, for eksempel i salat, er det imidlertid mulig å redusere kostnadene ytterligere.

- Særlig egnet

Men vi kommer ikke til å spise tobakksplanter med det første. Stoffene som plantefabrikken produserer, hentes ut gjennom en renseprosess. Dette er mer eller mindre den samme prosessen som når vaksiner produseres på tradisjonelle måter.

– Tobakksplanten viser seg særlig egnet til vaksineproduksjon, forteller Clarke.

Tobakk dyrkes innendørs, bladene høstes før blomstring og avfall behandles ved autoklavering, en metode for fjerning av bakterier og virus ved koking under trykk.

Det er også et poeng at tobakksplanten verken benyttes til mat eller dyrefôr. Tobakk forbindes vanligvis med hjerte- og karsykdommer, kreft og andre helseproblemer. I fremtiden kan vaksineproduksjon imidlertid gi tobakksnæringen et nytt og mer positivt bein å stå på.

Nærbilde av Aedes aegypti som suger blod fra armen til em mann. Det er kun hunnen som stikker. (Foto: James Gathany, Centers for Disease Control and Prevention)
Nærbilde av Aedes aegypti som suger blod fra armen til em mann. Det er kun hunnen som stikker. (Foto: James Gathany, Centers for Disease Control and Prevention)

Kloroplasttransformasjon

En av de mest effektive metodene for å produsere vaksine i planter er ved såkalt kloroplasttransformasjon.

Kloroplaster er en type celleorganeller som finnes i alle grønne planteceller som utfører fotosyntese. I likhet med cellekjernen inneholder også kloroplastene DNA. Det er om lag 100 kloroplaster i hver celle og minst 100 DNA-kopier i hver kloroplast.

Dermed vil et fremmed gen som settes inn i kloroplastgenomet finnes i om lag 10 000 kopier i hver eneste plantecelle.

Når planten har flere gener som koder for de ønskede stoffene, blir den desto mer effektiv til å produsere dem. Det er fordi DNA ikke bare fungerer som en oppskrift, men også går inn som en ingrediens i plantens produksjonsapparat.

Mange DNA-kopier gjør altså kloroplasttransformasjon til en svært effektiv metode for produksjon av ønskede stoffer - enten det er proteiner til vaksiner eller stoffer som kan virke som medisiner.

Begrenser spredningsrisiko

Hos de fleste planter arves kloroplaster i sin helhet fra morssiden fordi de finnes i eggcellene, men ikke i pollen. Dette betyr at risikoen for genspredning til ville planter i naturen er svært liten.

Risikoen kan reduseres ytterligere ved å fjerne det grønne bladverket før blomstring.

Ved hjelp av kloroplasttransformasjon har man allerede klart å produsere en rekke biofarmasøytiske proteiner og vaksiner mot blant annet HIV.

Denguefeber

Bioforsk Plantehelse leder vaksineprosjektet PlantVaccine der norske, indiske og østerrikske forskere ser på muligheten av å benytte tobakksplanter som fabrikk for produksjon av denguefeber-vaksine.

Jakten på en ny vaksine. Fra venstre Even Sannes Riiser, Sonja Klemsdal og Jihong Liu Clarke. (Foto: Erik Lysøe)
Jakten på en ny vaksine. Fra venstre Even Sannes Riiser, Sonja Klemsdal og Jihong Liu Clarke. (Foto: Erik Lysøe)

Dette er en virussykdom som overføres fra mygg og har vært på frammarsj i de senere år. Dengue utgjør en helserisiko for over 40 prosent av verdens befolkning, og Verdens Helseorganisasjon (WHO) regner med minst 50 millioner nye tilfeller og 25 000 dødsfall årlig.

- Det finnes fire typer av dengue virus, DEN1 til DEN4, forteller Clarke.

Disse har alle beslektede antigen. Et antigen er et stoff som fremkaller antistoffer når det for eksempel kommer inn i menneskekroppen. Dermed læres immunsystemet vårt opp, og vi blir vaksinert.

Fire gener

Clarke og kollegaene setter derfor inn fire gener i tobakksplantene som koder fire ulike antigener.

Per i dag foreligger det ingen lisensiert vaksine mot denguefeber, men testing pågår og i fremtiden håper forskerne å ha en vaksine klar som kan virke på alle de fire virustypene, nemlig en såkalt tetravalent vaksine. 

Denguefeber-prosjektet ved Bioforsk Plantehelse finansieres blant annet av Norges Forskningsråd gjennom forskningsprogrammet GLOBVAC – Global Health and Vaccination Research.

Lenker:

PlantVaccine

GLOBVAC