大米也能抵抗 HIV 了?但你肯定猜不到它的正確用法
2018年08月24日10:48
基因改造水稻能夠表達 3 種可以阻止 HIV 進入人體細胞的蛋白質 圖片來源:EvangeliaVamvaka
基因改造水稻能夠表達 3 種可以阻止 HIV 進入人體細胞的蛋白質 圖片來源:EvangeliaVamvaka

  來源:科研圈

  除了填飽肚子和釀酒,大米也能抵抗 HIV 了?!8 月 14 日發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences,PNAS)上的一項研究成功對一種水稻進行了基因改造,讓水稻種子也就是大米表達出了 3 種不同的抗病毒蛋白,以阻止人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)進入人體細胞。

  這三種蛋白質包括一種 HIV 中和抗體及兩種能與 HIV 的殼膜蛋白 gp120 直接結合的凝集素,它們在體外聯合使用能夠與兩種不同血清型的 HIV 結合併中和其毒性。只要將這種抗 HIV 大米簡單加工,就能夠製成抵抗 HIV 感染的外用藥膏,為預防 HIV 傳播提供了更加便利和低成本的選項。

圖片來源:aids.nlm.nih.gov
圖片來源:aids.nlm.nih.gov

  抗HIV大米的誕生

  由於缺乏有效的 HIV 疫苗,目前預防病毒傳播的主要方法是防護隔絕(如避孕套)或口服藥物。為了侵入易感細胞,HIV 的殼膜蛋白 gp120 能夠識別免疫細胞――CD4+淋巴 T 細胞表面的 CD4 分子,隨後啟動病毒與免疫細胞的融合,最終侵入並破壞淋巴 T 細胞。因此,只要抑製 HIV 殼膜蛋白 gp120 與免疫細胞的結合,就能有效抵抗 HIV 對免疫細胞的入侵。

  目前有效的抑製劑包括廣泛中和單複製抗體(broadly neutralizing monoclonal antibody),如 2G12;凝集素(lectin),如 griffithsin(GRFT)和氰基病毒-N(cyanovirin-N,CV-N)。其實早在 2009 年,PNAS 就已經有研究將 griffithsin 的基因轉入菸草,這種抗 HIV 菸草的提取物可以和 HIV 的 gp120 結合併阻止 HIV 進入細胞(doi: 10.1073/pnas.0901506106)。然而,獲得這類提取物必須進行大量純化,使得其成本和售價都非常昂貴。

  被轉入了 3 種抗 HIV 蛋白基因的水稻則有效地解決了這一問題。這種水稻的種植條件簡單、安全性較高,其粗提物可直接投入應用――這類穀物種子可能是最適合發展中國家的 HIV 侵入抑製劑生產載體。

圖片來源:vecteezy.com
圖片來源:vecteezy.com

  Evangelia Vamvaka 是加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley)的博士後研究員,同時也是該研究團隊的成員,她在博士期間證明了水稻中能有效地單獨表達 2G12,GRFT 和 CV-N,並且最大產量與其他植物(例如玉米胚乳和菸草)中產生的相同組分相當,為這個項目奠定了基礎。。

  但是,讓這 3 種抗HIV蛋白在水稻中單獨表達還不夠。由於 HIV 病毒具有多種血清型,因此其病毒表面存在許多不同的抑製劑結合位點,因此使用單一抑製劑有可能導致“漏網之魚”的出現。因此研究人員希望能在同一植株中同時表達 3 種 HIV 侵入抑製劑,這樣既能夠較為全面的阻斷 HIV 進入免疫細胞,還可以避免多重複雜的後續生產加工過程,有效降低生產成本。

  想要達到這一目標,研究團隊就必須證明在同一植株中共存的3種抗HIV蛋白在表達過程中不存在互相影響帶來的負效應。

實驗確定3種蛋白質與gp120結合活性 圖片來源:論文
實驗確定3種蛋白質與gp120結合活性 圖片來源:論文

  實驗結果表明,3 種蛋白質和 HIV 殼膜蛋白 gp120 均為獨立結合,沒有相互抑製結合或者協同結合的情形。凝集素 CV-N 和 GRFT 之間不會影響彼此與 gp120 的結合;GRFT 也不會影響中和抗體 2G12 與 gp120 的結合;CV-N 和 2G12 同時表達,也不會導致這些組分之間的任何交叉阻礙效應。體外 HIV 病毒的中和實驗也證明:三合一大米粗提物的病毒中和效果比單一使用 GRFT 更好。

  不用吃,直接塗!

  普通的水稻,在經曆基因改造之後,能夠生產出集三種 HIV 侵入抑製劑於一身的大米。它將脫離食物的角色,經過簡單加工就可以變成外用抗病毒凝膠,在性交之前施用就能達到防止 HIV 的性傳播的效果。

  在愛滋病治療和直接防護難以獲得的地區,這顯然能成為價值和意義更高的方法和選擇。Vamvaka 說,HIV 感染率高的地區,男性有時不願意使用安全套,但抗病毒凝膠的供應會使女性能夠保護自己免受感染。

  能表達 3 種 HIV 侵入抑製劑的水稻一旦種植,獲得的大米可以在現場加工製成含有這 3 種蛋白質的外用塗抹物,塗在病毒可能侵入的粘膜表面上即能讓它們保護人們免受感染,阻止病毒與人體細胞相互作用。生活在感染區域的人們可以根據需要種植大米,然後製作糊狀物並自己塗抹。

  值得注意的是,研究團隊指出,這種基因改造的水稻需要進一步測試,以確保基因改造過程不會引入可能對人體有害的其他未知化學物質。他們還承認,由於近年來轉基因作物的負面新聞,一些人可能會對使用這種大米的想法產生抵製。在世界各地種植和使用這種水稻的過程中,也需要克服法律和政策上的障礙。

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