新冠肺炎疫苗如遇產(chǎn)能瓶頸這些植物可成為“代工廠”嗎？

文／趙漢斌

研制植物疫苗，就是利用基因工程技術(shù)，把病原微生物的抗原基因?qū)胫参锘蚪M中，使抗原蛋白能在植物的可食用部分穩(wěn)定地長出來，從而培育出可吃的口服疫苗。

隨著新冠肺炎疫苗研發(fā)進入人體臨床階段，人們開始思考另一個難題：一旦疫苗研發(fā)取得成功，其生產(chǎn)能力如何滿足全世界幾十億人的使用需求？

疫苗生產(chǎn)有諸多路徑，是多管齊下，還是一枝獨秀？全世界都在焦急地觀察、等待。近日，一種上世紀九十年代發(fā)明的疫苗制備方法，再次進入人們的視野，那就是植物疫苗。自1983年世界首例經(jīng)基因工程技術(shù)改造的植株誕生以來，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展迅速，至今已有一百多種病原微生物的抗原基因被相繼整合到植物基因組中，部分基因產(chǎn)物經(jīng)動物實驗證實具有免疫原性。

有人相信，它可能是解決新冠病毒大流行最快最省錢的辦法，但也有人表示質(zhì)疑。

腦洞大開，用煙草快速“造”疫苗

在腦洞所及的情況下，煙草以破壞健康而非拯救生命聞名，這也是為什么當(dāng)總部位于倫敦的英美煙草公司（BAT）宣稱自己研制新冠肺炎疫苗時，人們會訝異了。

BAT旗下的美國子公司“肯塔基生物處理”（KBP）不久前宣布，他們正在研究一種針對新冠肺炎的潛在疫苗，并進入臨床前的測試階段。如果成功，在適合的合作伙伴與政府機構(gòu)的支持下，從6月開始有望每周可以生產(chǎn)100萬至300萬劑疫苗。

英美煙草公司科學(xué)研究主任大衛(wèi)·奧萊利博士表示：“我們正在跟美國食物與藥品管理局（FDA）接洽，尋求行動指導(dǎo)，同時還與英國衛(wèi)生和社會保障部（DHSC）以及美國衛(wèi)生和公眾服務(wù)部下屬的生物醫(yī)學(xué)高級研究及發(fā)展管理局（BARDA）合作，為加快開發(fā)針對新冠肺炎的疫苗提供支持通道?！?/p>

這家機構(gòu)表示，他們已克隆了新冠病毒基因序列的一部分，用來促進潛在抗原的形成，使其在人體內(nèi)引起免疫反應(yīng)并產(chǎn)生抗體，并將該抗原插入煙草植株中進行繁殖，當(dāng)植株成熟后，就會獲得經(jīng)過純化的抗原。英美煙草公司還解釋，由于煙草植株內(nèi)可引起人類疾病的病原體無法生存，因此技術(shù)更安全、抗原成分在煙草植株中積累得更快，這種生產(chǎn)方式也更加高效。

“抗原的基因編碼在6周前被注入煙草，如今已經(jīng)被收割并進行蛋白質(zhì)萃取。”奧萊利博士稱，開發(fā)疫苗是很艱巨和復(fù)雜的工作，然而他們已有了突破性進展。

這家公司直接或間接披露的信息還有待證實，一個月后能否生產(chǎn)300萬劑疫苗還有待觀望，但這已不是英美煙草公司第一次研制對抗流行病毒的藥物。6年前，同為英美煙草公司子公司的“雷諾茲美國”，就曾經(jīng)研制出一種名為ZMapp的藥物，用于抵御埃博拉病毒。

優(yōu)點多多，植物疫苗造價低更安全

早在1992年，乙型肝炎表面抗原在植物中成功表達的研究成果就已經(jīng)引爆了學(xué)術(shù)界，利用基因改造后的植物作為生物反應(yīng)器生產(chǎn)疫苗，從此成為疫苗研制的熱點。

乙型肝炎是由乙型肝炎病毒感染引起的傳染病，是當(dāng)前威脅人類健康的重要傳染病。研究表明，編碼乙型肝炎病毒表面抗原基因可在煙草、番茄、馬鈴薯、羽扇豆和萵苣等植物中成功表達。近年來，對乙型肝炎疫苗的研究更加深入，中國研究人員已成功將乙型肝炎病毒表面抗原基因?qū)霗烟?、蘋果、馬鈴薯和番茄，獲得基因改造過的植株并表達出有活性的乙型肝炎病毒表面抗原蛋白。目前，這種表面抗原在馬鈴薯中表達量最高。

來自西安文理學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院的羅雯和劉瑞琪，在關(guān)于利用植物生產(chǎn)疫苗研究進展的一項綜述中介紹，植物疫苗研制主要包含以下幾個步驟：克隆目的基因，將之連接入可在植物中表達的載體上，構(gòu)建高效植物表達載體；通過基因工程技術(shù)將外源基因?qū)胫参铮怪仓陻y帶特定抗原的編碼基因，實現(xiàn)植物細胞的遺傳轉(zhuǎn)化和受體細胞的組織培養(yǎng)與植株再生；檢測抗原蛋白基因在植物中的表達，并對目的產(chǎn)品進行分離純化與純度鑒定，以及植物表達產(chǎn)物的抗原性及免疫原性檢測。

換個通俗的說法，這一路徑就是利用植物基因工程技術(shù)，把病原微生物的抗原基因?qū)胫参锘蚪M中，使抗原蛋白能在植物的可食用部分穩(wěn)定地長出來，從而培育出可表達特異性抗原的植株，它們能刺激人和動物的機體產(chǎn)生相應(yīng)的免疫應(yīng)答，使其具有特異的抗病能力，這種植物或果實及其制品也成為可吃的疫苗。

利用基因工程研制植物疫苗主要包含兩類：一類是借助植物生物反應(yīng)器大量產(chǎn)生蛋白質(zhì)抗原，后經(jīng)分離純化制備疫苗；另一類是直接構(gòu)建經(jīng)基因改造的植株，將整株或某一部分直接食用，制備成口服疫苗，不需對抗原蛋白進行分離純化。

據(jù)現(xiàn)有報道，目前利用基因工程技術(shù)在植物中生產(chǎn)的疫苗至少已達十?dāng)?shù)種，針對我們熟悉的乙型肝炎病毒表面抗原、口蹄疫病毒、狂犬病病毒糖蛋白、結(jié)核桿菌、輪狀病毒等都可生產(chǎn)植物疫苗。

西北大學(xué)教育部西部資源生物學(xué)與生物技術(shù)教育部重點實驗室的關(guān)正軍告訴記者，基于基因改造后植物的可食用疫苗，是新型疫苗中最有前途的方向之一。與傳統(tǒng)疫苗相比，植物疫苗不僅造價低廉，表達在植物體內(nèi)的抗原蛋白還無需提取純化和冷藏，大大降低了制備和運輸?shù)馁M用，而且相對安全有效。

仍有不確定性，或許還有更好的策略

日趨成熟的植物基因工程技術(shù)，為口服疫苗的研究帶來了廣闊的發(fā)展前景。比如味美價廉營養(yǎng)好的番茄，就是基因工程技術(shù)中最常用的受體材料之一，可以直接生食，避免了加熱過程對外源蛋白的損傷。

但與此同時，疫苗的安全性、可靠性始終是第一位的。近年，人們也看到植物口服疫苗仍存在諸多不確定的因素，如外源蛋白表達量不高、口服時可能被消化降解以及安全性問題等，其熱度也有所下降。如何成功解決這些問題，也成為植物口服疫苗發(fā)展過程中的重大考驗。

而面對各國科學(xué)家正殫精竭慮急欲攻克的新冠肺炎疫苗，制備手段尚不是最大的難點，其核心在于復(fù)雜、漫長又耗用大量資金和研發(fā)資源的過程。對新冠病毒的認知、疾病的復(fù)雜性、人類免疫系統(tǒng)對于新冠病毒的反應(yīng)方式及其機制，一系列的因素都會影響疫苗的研制速度，而研制呼吸系統(tǒng)疾病疫苗的時間一般會更長。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授張林琦告訴科技日報記者，我國新冠肺炎疫苗的技術(shù)路徑大致上跟國外相似。因為疫情的態(tài)勢，疫苗需求量肯定會很大。每一種疫苗策略都有它的優(yōu)勢和劣勢，有的比較快，有的比較傳統(tǒng)。

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，截至4月底，全球新冠疫苗研發(fā)項目已有44個，至少有96家公司和學(xué)術(shù)團體在同時開發(fā)。我國的科研攻關(guān)組布局了病毒的滅活疫苗、核酸疫苗、重組蛋白疫苗、腺病毒載體疫苗及減毒流感病毒載體疫苗五條技術(shù)路線。目前，全球共有7個新冠肺炎疫苗獲批進行臨床試驗。值得注意的是，在這次的疫苗研制“賽跑”中，領(lǐng)先的幾支隊伍都選擇了mRNA疫苗作為研究方向。

斯微生物負責(zé)人李航文介紹，所謂mRNA疫苗，指的是在體外合成病毒的相關(guān)序列mRNA，將mRNA傳遞到人體細胞內(nèi)形成免疫。如此一來，生產(chǎn)抗原的過程就從體外變到體內(nèi)，“這形成了mRNA疫苗在新型冠狀病毒中的速度優(yōu)勢。而由自體合成的蛋白更像是‘原裝貨’，所生成抗體的‘質(zhì)量’也會更好”。

但是，無論疫苗研發(fā)有多快，每一步都是最難走、也是不可或缺的一步，必須經(jīng)過實驗室研制，臨床前研究，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期臨床研究過程和步驟，全部安全通過之后，疫苗才能算研發(fā)成功。