PLoS One：美科学家利用工程藻类生产疟疾疫苗

美国加利福尼亚州圣地亚哥的生物学家成功地在工程藻类上生产出一种潜在的候选疫苗，该疫苗可以预防导致疟疾发生的病原体的传播，对于数十亿人免于遭受这种世界上最流行和使人衰弱的疾病之一的疟疾来说，这是一种很成功的廉价的治疗方式。初步实验证实这种疫苗可以预防疟疾的传播。

疟疾是一种由蚊子传播的疾病，由疟原虫属原虫寄生虫引起感染。全世界热带和亚热带地区大约有超过2.25亿人受到该疾病的影响，出现发热、头痛以及严重的昏迷和死亡。尽管在那些地区经常有昂贵的抗疟疾药出售给游客以防止感染，但一种能够具有较高水平保护作用的疫苗却一直未得以问世。

今天的开放期刊PLoS ONE发表了这一成果，即利用藻类来生产疟疾的蛋白质，从而在实验室小鼠身上诱导出能对抗疟原虫的抗体来预防疟疾的传播。这项研究进展源自于加州大学圣地亚哥两组生物学家的一次不同寻常的跨学科合作，一组来自于生命科学部和圣地亚哥藻类生物技术中心，该小组在之前曾利用藻类开发出生物制品和生物燃料；另一组生物学家来自于医学院热带医学和急性感染性疾病中心，该中心一直致力于寻找疟疾的诊断、预防和治疗方法。

开发一种对抗疟疾疫苗的困难之处部分在于需要一个系统能够生产出结构复杂的三维立体蛋白质，而且该蛋白质和疟原虫天然生产的蛋白质类似，而后在利用这些合成蛋白质来诱导产生抗体，从而来干扰疟疾的传播。绝大多数通过工程菌生产的疫苗都是相对简单的蛋白质，这些蛋白质会刺激机体的免疫系统产生抗体来对抗细菌的入侵和感染。虽然也能生产出许许多多的结构更复杂的蛋白质，但这需要用到昂贵的哺乳动物细胞培养过程，再利用一种叫做糖基化的过程将这些细胞所生产的蛋白质包被上糖。

领衔该项研究的加州大学圣地亚哥分校生物学教授Stephen Mayfield说：“疟疾由疟原虫产生的复杂蛋白质而引起，但不论到底是何种原因，这种寄生虫不可能在那些蛋白质外面包被上糖。如果你得到一种包被了糖的蛋白质并将其作为一种疫苗注射到体内，那么机体就会倾向于对所包被的糖产生抗体，而非对你想抑制的入侵生物体的蛋白质骨架氨基酸产生抗体。研究人员已经制造出这样的无糖包被的疫苗，同时他们也在努力将这些蛋白质重新折叠成正确的三维结构，但这是一个昂贵的构想，而且也并没有很好地起到作用。”

相反，生物学家们则期望能借助可使用绿藻来生产出他们想要的蛋白质。衣藻一直是实验室广泛应用的一种遗传模式生物，像果蝇和大肠杆菌(E. coli)。两年前，加州大学圣地亚哥分校藻类生物技术中心主任Mayfield领衔的一个研究小组寻找从藻类开发运输燃料，并发表了具有里程碑意义的研究结果，结果表明许多复杂的人类治疗性蛋白质，如单克隆抗体和生长荷尔蒙，都可以通过衣藻来生产。

这引起了一位在Mayfield 实验室工作的博士后研究员James Gregory的关注，想知道是否一个复杂的可以防治疟原虫的蛋白质也可以由衣藻产生。20亿人生活在这样的地区，这些地区疟疾存在，而给予它们疟疾疫苗则又非常昂贵且后勤保障上也非常困难，而更大的问题则是疫苗的生产成本昂贵。因此，加州大学圣地亚哥分校的生物学家们正是基于此出发，希望能确定是否这样的一种藻类、一种有机体能够非常廉价地生产出复杂的蛋白质，或者说能够生产出抑制疟疾感染的疟疾蛋白。

Mayfield解释说：“利用目前的生产技术制造20亿人份的疫苗，其成本实在太大了。事实上，一种疟疾疫苗能够被实际应用的唯一途径就是能否将生产成本降低为目前成本的一小部分。藻类有这种潜在的希望，因为藻类可以在这个星球上任何一个池塘甚至浴缸里生长。”

研究小组与加州大学圣地亚哥分校医学教授、热带病首席专家Joseph Vinetz合作，Joseph Vinetz教授一直致力于疟疾疫苗的开发，研究人员证实由藻类产生的蛋白质注入实验鼠体内会诱导产生抗体，该抗体可以阻断疟疾的经由蚊子传播。

Gregory说：“现在还很难说这些蛋白质是很完美的，但是我们由藻类生产的蛋白质而诱导产生的抗体可以识别疟原虫以及蚊子体内的天然蛋白质，从而阻断疟原虫的发展，同时蚊子也将无法传播这种疾病。”

Mayfield说：“这篇研究论文告诉我们两件事情：我们这里由藻类所生产的蛋白质作为候选疫苗是可行的，我们至少有机会生产这种疫苗给予20亿人注射用，而没有其他任何系统可以让你开始展开如此美好的想像。”

这些生物学家们对他们的研究发现提交了专利申请，他们说下一步还将继续探讨这些藻类蛋白能否对人类预防疟疾起到作用，然后再看看是否他们能修饰这些蛋白质，并在食用这些藻类而非注射时即能诱导产生同样的抗体反应。