Professor Simon Geir Møller ved Universitetet i Stavanger har teke patent på ein metode for å genmodifisere plantar slik at dei blir fabrikkar som lagar protein som kan fungere som vaksinar. Målet er å gjere vaksinering enklare og billegare.
Av Audrun Utskarpen GENialt 1/2011
I 1990 vart det laga eit protein til medisinsk bruk i ein genmodifisert plante. Denne planten var ein tobakksplante. Sidan har det vore forska mykje på å bruke plantar som proteinfabrikkar, men ingen vaksinar eller medisinar er komne på marknaden enno. GENialt har snakka med Simon Geir Møller, som er ein av dei som jobbar med slik teknologi. I 2007 starta han bioteknologifirmaet Plastid AS.
Fordelar med plastid
For å få plantane til å produsere dei nye proteina set Møller og medarbeidarane dei nye gena inn i DNA-et i plastida i cellene og ikkje i cellekjernen. Plastid er organellar (småorgan) som finst i planteceller og som har sitt eige genom (sjå tekstboks under).
– Fordi det er så mange plastid i kvar celle, produserer plantane mykje meir protein enn om det nye genet vart sett inn i DNA-et i cellekjernen, og du får såleis laga meir vaksine, forklarer Møller. – Plastid finst dessutan ikkje i pollen. Derfor kan ikkje dei framande gena spreie seg med pollen til andre plantar, noko som er ein stor fordel.
Det er òg svært liten risiko for at gen skal gå over frå plastida til cellekjernen i planten, ifølgje Møller.
Plastid stammar frå bakteriar og har derfor eit system for å lage protein frå DNA som liknar på systemet i bakteriar og skil seg noko frå systemet i plante- og dyreceller. Det nye genet kan tilpassast for å bli sett inn på ein bestemt stad i plastidgenomet.
– Viss du set inn det nye genet i DNA-et i cellekjernen, kan det hamne fleire stader. Da må du slite meir for å dokumentere kor dei nye gena er vortne av, noko som gjer det meir tungvint å få den genmodifiserte planten godkjent for dyrking, forklarer Møller.
Fordi plastida stammar frå bakteriar, passar dei ikkje til å lage alle typar protein. Til dømes får ein ikkje hekta på sukkermolekyl som ein del protein treng for å halde seg intakte eller vere biologisk aktive. I andre tilfelle kan det vere ein fordel at slike sukkermolekyl ikkje blir hekta på.
Genkanon
Møller og medarbeidarane bruker ein såkalla genkanon for å setje dei nye gena inn i plantane (sjå figur under). Først festar dei gena som kodar for dei nye proteina, på gullpartiklar. Så lader dei genkanonen med desse partiklane og skyt dei på planten. Blada, som har tusenvis av celler, blir dermed bombarderte med gullpartiklar med DNA, men berre nokre av gullpartiklane treffer slik at dei trengjer inn i plastida i cellene. Neste gong desse cellene lagar protein frå DNA-et sitt, lagar dei òg det nye proteinet i tillegg til dei vanlege proteina. Så gjeld det å velje ut dei genmodifiserte cellene, som har fått det framande DNA-et, og la det vekse opp nye plantar frå desse cellene. Plantane dyrkar dei i vekstkammer, som er skap på om lag éin kubikkmeter der ein kan regulere lys, fukt og temperatur.
Ny teknologi
Kva skil dykkar teknologi frå teknologien til konkurrentane?
– Vi har patentert ein ny metode for å velje ut plantecellene som er vortne genmodifiserte, og dyrke nye plantar frå desse cellene. Utveljingsteknikken vår er raskare, og systemet verkar i fleire plantar. Tobakk, tomat, salat og gulrot har vore mykje brukte som proteinfabrikkar i forskinga, og nokre av desse plantane er svært vanskelege å genmodifisere. Med teknologien vår kan vi òg bruke gras- og kornplantar som allereie blir dyrka i stor monn i landbruket.
Gen for antibiotikaresistens har vore mykje brukt for å velje ut plantar som er vortne genmodifiserte, men ein har vore redd for at gena skal spreie seg til bakteriar som så blir motstandsdyktige, slik at ein ikkje lenger kan behandle sjukdommar med antibiotika.
– Når vi skal velje ut dei plantane som er vortne genmodifiserte, utnyttar vi hormon som allereie finst i planten, seier Møller. – Dermed treng vi ikkje å setje inn gen for resistens mot antibiotika.
Fiskevaksine
Eitt av proteina som Plastid AS lagar, er ein vaksine mot fiskevirus. Plastid AS samarbeider med Noregs veterinærhøgskole og ein fiskefôrprodusent om dette prosjektet. Oppdrettsfisk får allereie ein del av fôret sitt frå plantar, så tanken er å ha noko av den genmodifiserte planten i fôret, slik at oppdrettslaksen får i seg vaksinen når han et.
– Med ein slik vaksine vil fleire fiskar overleve vaksineringa. Oppdrettsfisken får først vaksine når han er liten, men fordi verknaden blir borte etter ei tid, må fisken vaksinerast igjen like før han skal slaktast. Det er lett å skade stor fisk når ein vaksinerer med ei nål, og ein misser ein del av fisken i oppdrettsanlegget på denne måten.
Møller og medarbeidarane har allereie greidd å lage vaksinen i tobakksplantar. Dei ønskjer òg å lage han i soya eller andre plantar som allereie blir brukte i fiskefôr. Utfordringa er da å unngå at vaksinen blir broten ned i magesekken til fisken før han blir teken opp i tarmcellene og går over i blodet. Løysinga kan vere å ha vaksinen i kapslar, men denne delen av prosjektet er det samarbeidspartnarane som tek seg av.
– Eg trur det kan bli vanskeleg å få løyve til å bruke sjølve den genmodifiserte planten i fiskefôr i Noreg, men eit alternativ er å reinse proteinet frå plantane og så tilsetje det reine proteinet i fôret, seier Møller. – Da blir ikkje fôret rekna som genmodifisert. På same vis blir heller ikkje vaksinar som er laga i bakteriar eller gjærceller, rekna som genmodifiserte.
Plantar kontra bakteriar
Dei siste tretti åra har industrien brukt genmodifiserte bakteriar eller dyreceller for å produsere protein i stor skala, både til vaksinar og andre formål. Insulin til menneske med diabetes vart til dømes tidlegare teke frå grisar, men blir no framstilt på fabrikkar. På fabrikkane dyrkar dei genmodifiserte bakteriar i ei suppe med næringsstoff i store tankar. Etterpå reinsar dei proteinet ved å filtrere vekk bakterierestar og næringsstoff.
– Den største fordelen med å bruke plantar i staden for bakteriar til å lage protein, er at plantar er eit billeg system, seier Møller. – Ein dyrkar plantane på åkeren eller i drivhus og treng derfor ikkje investere så mykje pengar som i eit fabrikkanlegg. Gartnarar kan passe plantane, og det er lett å hauste dei. På utgifter til reinseteknologi kan ein spare mykje. Om etterspurnaden minkar eller aukar eit år, er det dessutan enklare å tilpasse omfanget av produksjonen enn når du har bygd opp ein fabrikk.
Dyrkar ein plantane i drivhus, kan ein dessutan styre vatning og vekst, og det er mindre risiko for at plantane spreier seg i naturen.
– Fordi industrien med hell har brukt gjær og bakterieceller til å lage protein i årevis, skal det litt til for at dei store selskapa legg vekk alt dei har bygd opp og satsar på plantar, meiner Møller. – Generell skepsis til genmodifiserte plantar spelar nok òg ei rolle.
Ein viktig grunn til at dei store farmasiselskapa kvir seg for å satse på plantar, er at kliniske studiar kostar mykje pengar, meir enn sjølve produksjonen, og da er det lettare å halde seg til eit velprøvd system. Alle legemiddel må gjennom tre fasar med kliniske studiar på pasientar for å verte godkjende. For å produsere vaksinar i plantar må ein i tillegg til å følgje reglar for å få godkjent legemiddel òg følgje reglar for dyrking av genmodifiserte plantar. Anlegg og utstyr må vere sertifiserte i tråd med standard for god tilverkingspraksis, og ein må ha faste prosedyrar for kva som skal gjerast frå start til slutt.
Medisin frå gulrotceller
Det israelske firmaet Protalix lagar eit protein som verkar som medisin mot den sjeldne, arvelege stoffskiftesjukdommen Gauchers sjukdom, i celler frå gulrotplanten. Cellene blir dyrka i store plastsekker innandørs. Da har ein enda meir styring over celleveksten og treng ikkje følgje regelverk for dyrking av genmodifiserte plantar. Medisinen kan produserast billegare enn medisinen som er i bruk i dag. Han er no i siste fase av dei kliniske studiane, og kan hende blir dette den første medisinen frå plantar som blir teken i bruk på menneske.
Kommersialisering
Vaksineutvikling tek lang tid, og Møller reknar med at det tek fleire år å få eit produkt som er utvikla med teknologien til Plastid AS, på marknaden.
– Det tek om lag ti år frå ein byrjar å utvikle ein plante til han er klar for marknaden. Vi satsar på å utvikle teknologien i Noreg, men vi har ikkje kapasitet til å gjere alt sjølv. Så når vi har fått til å lage proteina i plantane, håper vi at eit større firma skal ta over og kommersialisere plantane, kanskje helst i USA i første omgang.
FAKTA – Vaksinar med genteknologi
For inntil 25 år sidan brukte ein berre uskadeleggjorte heile eller delar av virus eller bakteriar i vaksinar. Med genteknologi kan ein i staden lage enkeltprotein (antigen) frå virus eller bakteriar som skaper ein reaksjon i immunsystemet. Immunsystemet lagar antistoff som vernar mot infeksjon frå viruset eller bakterien i framtida. Slik er det mogleg å vaksinere mot sjukdommar ein ikkje kunne vaksinere mot tidlegare. Likevel blir dei fleste vaksinane framleis laga på den gamle måten.
FAKTA – Plastid
Plastid er ein type organellar (småorgan) som finst i planteceller. Plastida har ulike oppgåver. Nokre produserer og lagrar feitt, stivelse og anna materiale som cellene treng. Fotosyntesen skjer i plastid med grøne stivelseskorn som blir kalla kloroplastar. Plastid har to membranar, den eine utanpå den andre, og har sitt eige sirkelforma DNA, men dei fleste plastidproteina blir laga frå DNA-et i cellekjernen. Ei celle har mellom 50 og 100 plastid, og kvart plastid har om lag 100 kopiar av det same plastidgenomet.
Genmodifisering av plastid
I ei celle blir det 5000 til 10 000 gen som lagar det nye proteinet. Slik kan ein plante produsere over 250 milligram nytt protein til saman i plastida, noko som kan utgjere opptil 30–40 prosent av proteinet i planten.
I første omgang vil ikkje alle dei 100 genoma i plastidet bli modifiserte, men under celledelinga lagar plastid-DNA-et kopiar av seg sjølv, og til slutt vil alle dei 100 genoma ha det nye genet. Det skal derfor nokre rundar med utveljing til før ein har ein plante med flest mogleg modifiserte plastid. Det nye DNA-et i plastidet blir sett inn ved såkalla homolog rekombinasjon. Det vil seie at ein kan designe det nye genet slik at det passar inn på ein bestemt stad i genomet. Plastida har protein som klipper opp plastidgenomet der det nye genet skal setjast inn, vernar dei lause DNA-endane og limar inn det nye genet. Cellekjernen har ikkje desse proteina, og eit nytt gen kan derfor hamne på ein vilkårleg stad. Sjå òg GENialt 4/2006 (pdf).
FAKTA – Malariaprotein
Plastid AS har òg prosjekt som går ut på å lage andre typar protein i plantar. Dei lagar mellom anna malariaprotein for Medical Research Council i London. Malaria er ein infeksjonssjukdom som blir overført med ein parasitt, og Medical Research Council har forskingsgrupper som jobbar med malaria og leitar etter protein som kan brukast til å finne ein medisin. Dei har funne tre viktige enzym (protein som fører til ein kjemisk reaksjon utan sjølv å bli endra), som parasitten treng for å overleve. Enzyma har vore vanskelege å få laga, men no har Møller og medarbeidarane lykkast med å framstille dei i tobakksplantar. Forskarane i London bruker eit bibliotek med ulike molekyl til å finne stoff som gjer at enzyma ikkje fungerer og derfor drep malariaparasitten.
UNDERSAK – Plantevaksinar alternativ for utviklingsland?
Folk i utviklingsland har ofte ikkje råd til dei tradisjonelle vaksinane. Vaksinar laga i genmodifiserte frukter eller grønsaker har derfor vore foreslått som eit alternativ.
Dagens vaksinar må haldast avkjølte, og det er dyrt å transportere dei i frysebehaldarar til avsidesliggjande strøk og lagre dei der. Viss ein kan produsere vaksinen på staden og bruke blad frå planten direkte utan å reinse proteinet, slepp ein kostnader både til reinsing, sterilisering og frysing. Blad eller frø kan tørkast, og når vaksineringa skjer utan sprøyter, sparar ein pengar og hindrar infeksjonar.
Ulempa er at det er vanskeleg å hindre at vaksinen blir broten ned i fordøyingssystemet før han kjem over frå tarmen til blodet, utan å ha han i kapslar. Viss ein brukar frukt eller blad, er det heller ikkje lett å kontrollere kor stor dose med vaksine folk får i seg, fordi produksjonen av vaksine kan variere frå år til år og frå plante til plante. Da blir det eit etisk dilemma om det er rett å tillate mindre trygge vaksinar for menneske i utviklingsland enn det ein ville ha godkjent her. Ein utveg kan vere å male opp alle plantane etter kvar hausting og måle vaksinemengda i kvart parti.
Dersom ein nyttar matplantesortar, må ein òg passe på å halde dei vaksineproduserande plantane åtskilte frå dei som skal etast, både på åkeren og under transport og prosessering. Tidleg på 2000-talet var det til dømes fleire uhell med vaksineproduserande plantar som spreidde seg under feltforsøk i USA.
Snöballfilm har i samarbeid med Bioteknologinemnda og fleire andre laga ein film om vaksinar. Du kan sjå filmen på www.bioteknologiskolen.no.
Kjelder
- www.plastid.no
- Biologisk institutt, Universitetet i Oslo
- Bock, R. et al. (2010) Solar-powered factories for new vaccines and antibiotics, Trends Biotechnol 28 (5), 246–52.
- Franconi R. et al. (2010) Plant-derived vaccines and other therapeutics produced in contained systems, Expert Rev. Vaccines 9 (8), 877–892.
- Kaiser J. (2008) Is the drought over for pharming?, Science 320 (5875), 473–475.
- Ma J. K. et al. (2005) Plant-derived pharmaceuticals – the road forward, Trends Plant Sci., 10 (12), 560–561. 12 // 1–2011
