Plants have considerable advantages for the production of antigenic proteins because they provide an inexpensive source of protein and an easy administration of vaccine. Since a publication describing edible plant vaccine of HBsAg in 1992, a number of laboratories around the world have studied the u...
Plants have considerable advantages for the production of antigenic proteins because they provide an inexpensive source of protein and an easy administration of vaccine. Since a publication describing edible plant vaccine of HBsAg in 1992, a number of laboratories around the world have studied the use of plants as the bioreactor to produce antigenic proteins of human or animal pathogens. Over the last ten years, these works have been mainly focused on three major strategies for the production of antigenic proteins in plants: stable genetic transformation of either the nuclear or plastid genome, or transient expression in plants using viral vectors. As many antigenic proteins have been expressed in tobacco, also several laboratories have succeeded to express genes encoding antigenic proteins in other crop plants: potato, tomato, maize, carrot, soybean and spinach. At present many works for the production of edible plant vaccine against bacteria-mediated diseases have mostly performed the studies of enterotoxins and adhesion proteins. Also the development of new-type antigens (pili, flagella, surface protein, other enterotoxin and exotoxin etc.) is required for various targets and more efficacy to immunize against microorganism pathogens. Many works mostly studied in experimental animals had good results, and phase I clinical trial of LTB clearly indicated its immunogenic ability. On the other hand, edible plant vaccines have still problems remained to be solved. In addition to the accumulation of sufficient antigen in plants, human health, environment and agriculture regulation should be proven. Also oral tolerance, the physiological response to food antigens and commensal flora is the induction of a state of specific immunological unresponsiveness, needs to be addressed before plant-derived vaccine becomes a therapeutic option.
Plants have considerable advantages for the production of antigenic proteins because they provide an inexpensive source of protein and an easy administration of vaccine. Since a publication describing edible plant vaccine of HBsAg in 1992, a number of laboratories around the world have studied the use of plants as the bioreactor to produce antigenic proteins of human or animal pathogens. Over the last ten years, these works have been mainly focused on three major strategies for the production of antigenic proteins in plants: stable genetic transformation of either the nuclear or plastid genome, or transient expression in plants using viral vectors. As many antigenic proteins have been expressed in tobacco, also several laboratories have succeeded to express genes encoding antigenic proteins in other crop plants: potato, tomato, maize, carrot, soybean and spinach. At present many works for the production of edible plant vaccine against bacteria-mediated diseases have mostly performed the studies of enterotoxins and adhesion proteins. Also the development of new-type antigens (pili, flagella, surface protein, other enterotoxin and exotoxin etc.) is required for various targets and more efficacy to immunize against microorganism pathogens. Many works mostly studied in experimental animals had good results, and phase I clinical trial of LTB clearly indicated its immunogenic ability. On the other hand, edible plant vaccines have still problems remained to be solved. In addition to the accumulation of sufficient antigen in plants, human health, environment and agriculture regulation should be proven. Also oral tolerance, the physiological response to food antigens and commensal flora is the induction of a state of specific immunological unresponsiveness, needs to be addressed before plant-derived vaccine becomes a therapeutic option.
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문제 정의
2004). 본 논문에서는 세균성 질병 예방을 위한 식물 경구백신의 개발 현황을 재고하고 앞으로 개선점과 전망에 대해서 논하고자 한다.
제안 방법
인체에 대한 항원력 증가 효과를 조사하기 위하여 형질 전환 감자를 직접 투여한 14명의 지원자들에서 단 한번의 형질 전환 감자투여로 비형질 전환 감자를 투여한 대조군에 비해서 IgG anti-LT ASC와 IgA anti-LT ASC의 증가를 관찰하였다. 또한 투여 후 1주일 안에 '11 명중 9명과 6명에서 증가된 항LTIgG와 IgA의 역가를 측정하였다. 또한 지원자 10명중 5명의 대변에서 대조군에 비하여 slgA 역가가 4배 증가됨을 측정하였다.
또한 공격 접종 실험 (challenge test)에서 형질 전환 감자를 먹인 생쥐가 비형질 전환 감자를 먹인 생쥐 보다 유의성 있게 Gut/Carcass 비율이 감소되었다. 인체에 대한 항원력 증가 효과를 조사하기 위하여 형질 전환 감자를 직접 투여한 14명의 지원자들에서 단 한번의 형질 전환 감자투여로 비형질 전환 감자를 투여한 대조군에 비해서 IgG anti-LT ASC와 IgA anti-LT ASC의 증가를 관찰하였다. 또한 투여 후 1주일 안에 '11 명중 9명과 6명에서 증가된 항LTIgG와 IgA의 역가를 측정하였다.
생쥐를 이용한 동물실험에서 미리 sLTB로 피하 주사한 군의 혈청과 변에서 IgGl 의 증가를 확인하였고, 괴경 추출물로 의해서 booster한 군의 대변에서 IgA 증가가 확인되었다. 저자들은 괴경에 의해 직접적인 점막 면역이 일어나지 않는 요인으로 적은 항원양과 낮은 booster 효과 및 낮은 항원력에 기인하는 것으로 추측하고 있으며, 이를 극복하는 방안으로 복강 주사로 초기 면역 반응을 유도한 후 구강 투여법으로 점막 면역 반응을 유도하는 방안을 제시하였다. Chikwamba 등 (2002)은 microprojectile bombardment법으로 형질 전환하여 pho- sphinothricin (PPT)에 저항성을 갖는 옥수수 배형성 캘러스를 선발하였다.
대상 데이터
Walmsley 등 (2003)은 .sLTB와 생쥐 ZP3 epitope (ZP33W42)을 발현하는 토마토와 애기장대를 선발하였다. 또한 Walmsley등 (2003)은 토마토에서 발현된 LTB항원이 경구로 어미 생쥐를 면역 시킨 후에 어 린 생쥐 (생 후 21 일)로 항체 전이가 나타났음을 증명하였다.
성능/효과
형질 전환된 감자로 면역 반응이 유도된 생쥐의 비장세포에서 IL-2와 INF 7 가 증가되었는데 이는Th 1-lymphocyte가 중제된 면역 반응이 유도되었기 때문이다. Flow cytometer를 이용한 비장 세포 분석 결과 CD4+ 기억세포는 증가 하였으나 CD8+ 기억세 포의 증가는 나타나지 않았다. 저자들은 바이러스 (rotavirus SA11)를 이용한 공격접종 실험에서 형질전환 감자를 투여한 어미로부터 태어난 어린 생쥐의 바이러스 방어 효과를 확인하였고 경구 백신이 모체에 항체 생성 반응을 유도한 후 어린 태아에게 항체가 전이될 수 있는 수동 면역의 가능성을 최초로 보고하였다.
형질전환 감자를 투여한 군에서 비형질 전환 감자를 투여한 대조군에 비해 fecal IgA와 혈청 IgG가 2배 정도 되었다. 또한 공격 접종 실험 (challenge test)에서 형질 전환 감자를 먹인 생쥐가 비형질 전환 감자를 먹인 생쥐 보다 유의성 있게 Gut/Carcass 비율이 감소되었다. 인체에 대한 항원력 증가 효과를 조사하기 위하여 형질 전환 감자를 직접 투여한 14명의 지원자들에서 단 한번의 형질 전환 감자투여로 비형질 전환 감자를 투여한 대조군에 비해서 IgG anti-LT ASC와 IgA anti-LT ASC의 증가를 관찰하였다.
또한 Kang 등 (2004)은 enterotoxin의 독성이 없는 돌연변이인 LTK63을 담배 엽록체에 형질전환 하여 생성된 재조합 단백질이 GMI-ganglioside를 이용한 ELISA에서 항원력을 갖고 있음을 확인 하였다. 또한 동일 저자들은 합성된 LTB를 담배에서 발현 하여 native LTB를 사용하여 발현한 양보다 200배 높게 발현을 유도하였다.
또한 투여 후 1주일 안에 '11 명중 9명과 6명에서 증가된 항LTIgG와 IgA의 역가를 측정하였다. 또한 지원자 10명중 5명의 대변에서 대조군에 비하여 slgA 역가가 4배 증가됨을 측정하였다. 그러나 항원 양의 증가에 따른 항체 양의 증가는 나타나지 않았는데 이러한 결과는 개체 차이에 따른 문제와 지원자 수가 작은 것에 기인 한다고 보고하고 있다(Tacket et al.
Chikwamba 등 (2002)은 microprojectile bombardment법으로 형질 전환하여 pho- sphinothricin (PPT)에 저항성을 갖는 옥수수 배형성 캘러스를 선발하였다. 발현된 LTB의 재조합 단백질 분자량은 박테리아에서 발현된 것과 같은 55 kDa로 확인되었다. 즉 재조합 단백질은 대장균에서 발현된 것과 같은 pentamer로 형성됨을 제시하고 있다.
있음을 알았다. 생쥐 코를 이용한 점막 면역 실험 결과, 혈청 항체 IgG증가와 코와 장점막에서 항체 IgA가 증가됨을 관찰하였다.
이러한 결과는 앞선 Mason 등 (1998)의 연구와 유사한 발현양상을 보였다. 생쥐를 이용한 동물실험에서 미리 sLTB로 피하 주사한 군의 혈청과 변에서 IgGl 의 증가를 확인하였고, 괴경 추출물로 의해서 booster한 군의 대변에서 IgA 증가가 확인되었다. 저자들은 괴경에 의해 직접적인 점막 면역이 일어나지 않는 요인으로 적은 항원양과 낮은 booster 효과 및 낮은 항원력에 기인하는 것으로 추측하고 있으며, 이를 극복하는 방안으로 복강 주사로 초기 면역 반응을 유도한 후 구강 투여법으로 점막 면역 반응을 유도하는 방안을 제시하였다.
즉 재조합 단백질은 대장균에서 발현된 것과 같은 pentamer로 형성됨을 제시하고 있다. 생쥐를 이용한 동물실험에서 혈액 내의 IgG와 IgA의 증가 및 대변 내에서 IgA의 증가를 확인하였으며 LTB에 의해서 유도된 항원이 cholera toxin (CT)에 대해서도 억제 효과가 있으며, LTB와 CTB의 유사한 항 원력에 의해서 생성된 항체가 교차반응을 통하여 억제 효과를 나타낼 수 있는 의미 있는 결과를 보였다. Walmsley 등 (2003)은 .
발현된 단백질 양은 앞선 실험에 비하여 약 20배에 달하는 것으로 보고하고 있다. 형질전환 감자를 투여한 군에서 비형질 전환 감자를 투여한 대조군에 비해 fecal IgA와 혈청 IgG가 2배 정도 되었다. 또한 공격 접종 실험 (challenge test)에서 형질 전환 감자를 먹인 생쥐가 비형질 전환 감자를 먹인 생쥐 보다 유의성 있게 Gut/Carcass 비율이 감소되었다.
후속연구
2003). 복잡한 항원 구조를 가지고 있는 미생물에 있어서는 비교적 구조가 간단한 enterotoxin (LT, CT, PA, Lkt66, TetC) 이나 미생물의 부착에 필요한 부착성 단백질 (K88ac, K99)들을 이용해 왔으나 앞으로 다양한 미생물의 항원 (예, pili, surface protein, flagella, 감염 숙주에 따른 다른 adhesion protein, 감염균에 따른 다른 enterotoxin 등)의 개발이 필요하고 복잡한 구조의 항원들의 식물체 내 발현을 위해 IRES를 이용한 벡타 시스템(van der Velden et al. 1999; Toth et al. 2001; Chen et al. 2005; Pisarev et al. 2005) 응용 연구가 필요할 것으로 예상된다. 또한 경구백신으로 사용되는 재조합 단백질의 위장 내 분해 문제를 극복하기 위한 발현양 증대를 위해 plastid의 발현 시스템 (Daniell, et al.
2004) 기술의발전이 요구되고 있다. 이러한 기술적인 연구이외에 현재 식물 경구 백신의 상용화의 문제점으로 크게 대두되는 점은 백신 학자인 Plotkin가 주장하는 장내에서 일어나는 음식물 내성 (fbod tolerance)에 대한 정확한 기작 연구에 대해서 주의를 필요로 하며 연구가 되어져야 할 것이다. 이러한 내복 내성 (oral tolerance)에 대한 실례로 ovalbumin을 과량 투여하면 항체가 유도되지 않은 결과도 있다.
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