Παραγωγή ανθρώπινων πρωτεϊνών από ρίζες φυτών
Rhizobium rhizogenes είναι ένα βακτήριο που προσβάλλει τραυματισμένους μίσχους φυτών. Η μόλυνση έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη ριζών στο σημείο του τραύματος (εικόνα 1). Αυτές οι ρίζες διαφέρουν από τις κανονικές ρίζες των φυτών επειδή δεν αναπτύσσονται προς το έδαφος και φέρουν πολλές τρίχες ρίζας, εξ ου και το όνομά τους «τριχωτές ρίζες» (HRs). Τα HR μπορούν να αποκοπούν από ένα μολυσμένο φυτό και να αναπτυχθούν σε υγρό μέσο καλλιέργειας σε φιάλες ή σε τρυβλία Petri (εικόνα 2). Σε αντίθεση με άλλους φυτικούς ιστούς που καλλιεργούνται in vitro , έχουν αόριστη ανάπτυξη χωρίς φυτοορμόνη.
Αυτά τα ιδιόμορφα χαρακτηριστικά των HRs οφείλονται στην έκφραση λίγων βακτηριακών γονιδίων στο γονιδίωμα των κυττάρων HR. Αυτά τα βακτηριακά γονίδια ενσωματώνονται στο γονιδίωμα ενός φυτικού κυττάρου τη στιγμή της μόλυνσης από το βακτήριο. Κάθε μολυσμένο κύτταρο στη συνέχεια εξελίσσεται σε HR. Όταν ένα ξένο γονίδιο προστίθεται στο βακτήριο, μπορεί επίσης να μεταφερθεί στο μολυσμένο φυτικό κύτταρο και να εκφραστεί στο αναπτυσσόμενο HR, το οποίο στη συνέχεια μπορεί να πολλαπλασιαστεί σε μεγάλη κλίμακα.
Η έκφραση του ξένου γονιδίου σε HRs θα έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή της ξένης πρωτεΐνης. Αυτό το σύστημα HR έχει χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ορισμένων πρωτεϊνών, μερικές από αυτές ανθρώπινης προέλευσης. Σε αντίθεση με τα διαγονιδιακά φυτά που γενικά καλλιεργούνται στο έδαφος και παράγουν γύρη ή σπόρους που μπορούν να μεταφέρουν το διαγονίδιο στο περιβάλλον, τα διαγονιδιακά HRs περιέχονται πλήρως σε αγγεία και δεν θα μπορούσαν να αναπτυχθούν έξω. Αποτελούν ως τέτοια, μια ασφαλή εναλλακτική λύση στα διαγονιδιακά φυτά.
Οι λιπάσες είναι ένζυμα που αποδομούν τα λιπίδια στο γαστρεντερικό σωλήνα. Μερικοί άνθρωποι στερούνται παγκρεατικής λιπάσης λόγω μιας μετάλλαξης που φέρουν στο γονίδιο που κωδικοποιεί το ένζυμο. Αυτή η ανεπάρκεια μπορεί να οδηγήσει σε διάφορες ασθένειες, όπως η κυστική ίνωση. Στους ασθενείς χορηγούνται συμπληρώματα παγκρεατικής λιπάσης που εξάγεται από ζώα. Τα ζωικά προϊόντα ενέχουν τον κίνδυνο μετάδοσης μολυσματικών στοιχείων όπως ιοί ή πριόν. Μια εναλλακτική λύση στη χρήση ενζύμων από ζώα ως θεραπευτικά συμπληρώματα στον άνθρωπο είναι τα ένζυμα που παράγονται από τα φυτά. Σε αυτό στοχεύει αυτή η μελέτη. Η ανθρώπινη γαστρική λιπάση επιλέχθηκε επειδή μπορεί να διατηρήσει και να είναι ενεργή στο όξινο υγρό του στομάχου και μπορεί να συμπληρώσει αποτελεσματικά την ανεπάρκεια της παγκρεατικής λιπάσης.
Προηγούμενη εργασία στο εργαστήριό μας είχε δείξει ότι το γογγύλι και το Arabidopsis , και τα δύο μέλη της οικογένειας φυτών Brassicaceae, ήταν πολύτιμα είδη για τη δημιουργία HR που παράγουν ξένες πρωτεΐνες. Μια βελτίωση του συστήματος ήταν να πάρει την πρωτεΐνη που εκκρίνεται στο μέσο καλλιέργειας HR. Αυτό επιτεύχθηκε με τη σύντηξη του ξένου γονιδίου με μια σύντομη αλληλουχία DNA που κωδικοποιεί ένα πεπτίδιο σήματος που κατευθύνει την πρωτεΐνη προς την εκκριτική οδό των κυττάρων. Το σύστημα HR αξιολογήθηκε αρχικά χρησιμοποιώντας μια πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη μέδουσας ως μοντέλο.
Η φθορίζουσα πρωτεΐνη ήταν άφθονη στο μέσο των HR που εκφράζει το γονίδιο (εικόνα 3) και βρέθηκε ότι η προσθήκη 2,4-D στο μέσο καλλιέργειας είχε ως αποτέλεσμα την παρουσία περισσότερης πρωτεΐνης στο μέσο καλλιέργειας. Το 2,4-D είναι ένα ζιζανιοκτόνο που έχει ισχυρή ορμονική δράση στα φυτά. Όταν οι HR υποβλήθηκαν σε θεραπεία με χαμηλή δόση 2,4-D, εμφανίστηκαν μικρά εξογκώματα πάνω τους (εικόνα 4). Αυτοί οι νέοι ιστοί συνέβαλαν στην παραγωγή της ξένης πρωτεΐνης σε υψηλό επίπεδο.
Στη συνέχεια παρήχθησαν HR που περιείχαν το γονίδιο ανθρώπινης γαστρικής λιπάσης. Κάποια δραστηριότητα λιπάσης μετρήθηκε στο μέσο καλλιέργειας αυτών των ριζών. Όταν υποβλήθηκαν σε αγωγή με 2,4-D, παρήγαγαν πάνω από διπλάσια ποσότητα λιπάσης από ό,τι οι HR χωρίς θεραπεία. Καθώς τα μικρά εξογκώματα στα HR έμοιαζαν με calli που συχνά αναπτύσσονται σε φυτικούς ιστούς που έχουν υποστεί επεξεργασία με ορμόνες, προτείναμε να ονομάσουμε αυτό το νέο σύστημα παραγωγής πρωτεϊνών που βασίζεται σε HR "rhizocalli".
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Ενισχυμένη παραγωγή ανασυνδυασμένης ανθρώπινης γαστρικής λιπάσης σε τριχωτές ρίζες γογγύλι, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). Επικεφαλής αυτού του έργου ήταν ο François Guerineau από το Université de Picardie Jules Verne.
