کاربردهای بالقوه زیست فناوری گیاهی در مقابلSARS-CoV-2

علیرضا ایرانبخش^* و صبا مهربانی فر

تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

چکیده

سندروم تنفسی حاد کروناویروس2 (SARS-CoV-2)(Severe acute respiratory syndrome coronavirus-2) از یک کروناویروس جدید  ناشی می­شود و اکنون باعث ایجاد یک دنیا­گیری (pandemic) انسانیِ درحال پیشرفت (کووید-19) شده است. درحال­حاضر، تلاش­های بین­المللی زیادی برای توسعه عوامل یا معرف­های تشخیصی و نیز کشف واکسن و داروهای ضدویروسی به­منظور کاهش سرعت شیوع بیماری و نجات جان انسان­ها درحال انجام هستند. بخشی از این تلاش­های بین­المللی، شامل محققانی می­شود که روی گیاهان کار می­کنند. آن­ها درواقع دانشمندان و شرکت­های تجاری و سرمایه­گذاری را از سراسر جهان گرد هم آورده­اند تا سریعا به منبعی از پروتئین­های آنتی­ژنی و آنتی­بادی­ها برای ساخت کیت­های تشخیصی و نیز سیستم­های تولیدیِ مقیاس­پذیر برای ساخت با فوریت واکسن­ها و داروهای ضدویروسی، دست پیدا کنند. ما در این­جا بعضی از روش­هایی را مرور می­کنیم که گیاهان می­توانند در آن­ها برای مبارزه با کووید-19 به­کار گرفته شده یا می‍شوند.

کلیدواژگان: گیاهی، کووید-19، زیست فناوری، سندروم تنفسی حاد کروناویروس2

* مترجم مسئول، پست الکترونیکی: Iranbakhsh@iau.ac.ir

کووید-19: چگونه زیست فناوری گیاهی

می­تواند در این زمینه کمک کند و مفید واقع شود؟

شیوع ویروسِ بالقوه کشندهِ کروناویروس (SARS-CoV-2، واژه نامه را ببینید) در شهر ووهان (Wuhan) چین در دسامبر 2019 باعث ایجاد یک همه­گیری (کووید-19) شد و دولت­های سراسر جهان را در وضعیتی فوق­العاده قرار داد، به­طوری که مجبور شدند وضعیت را اورژانسی اعلام کنند و اقدامات کنترلی را انجام دهند تا بتوانند شرایط را تحت کنترل درآورند. دولت­ها، اقدامات کنترل­کننده را انجام دادند و هدف از این اقدامات کنترلی، به تعویض انداختن شیوع عفونت و در نتیجه کاهش فشار و بار شدید بر تخت­های بیمارستانی، خط مقدم درمان، کارمندان و منابع پزشکی بود. کاهش سرعت شیوع عفونت و در نتیجه کاهش تعداد کل موارد حاد در هر زمانی می­تواند به جلوگیری از ازهم­پاشیدگی سیستم­های بهداشتی و درمانی ملی کمک کند. همچنین این تاکتیک­ها، زمان بیشتری را در اختیار محققان قرار می­دهند تا روش­های آزمایشی موثری را برای شناسایی ناقلین بیماری توسعه دهند، و همچنین درمان­هایی را بیایند تا بتوانند شدت علائم را کاهش داده و عفونت را سریع­تر برطرف کنند. ازطرفی، این زمان می­تواند به محققان اجازه دهد تا واکسن­های کاندید را برای محافظت از بخش­هایی از جمعیت که در معرض بیماری نبوده­اند، معرفی کنند. محققانی که روی کاربردهای گیاهان کار می­کنند می­توانند نقش مهمی در این ایام حیاتی ایفا کنند: آن­ها می­توانند از دانش و زیرساخت های علمی موجود به­عنوان ابزاری برای توسعه روش­های تشخیصی و درمانی جدید استفاده کنند. پس گیاهان می­توانند به عنوان چارچوبی برای ساخت چنین معرف­هایی در بازه زمانی چند هفته­ای عمل کنند و این زمان، نسبت به زمان مورد نیاز برای سیستم­های مبتنی بر سلول که چند ماه یا حتی چند سال زمان می برد، خیلی به صرفه و عاقلانه به­نظر می­رسد. در این­جا، سه حوزه­ای را که گیاهان می­توانند در آن سهم عمده­ای داشته باشند، مرور می­کنیم: معرف­های تشخیصی برای شناسایی افراد آلوده یا بهبودیافته، کشف واکسن برای جلوگیری از عفونت و ساخت ضدویروس­ها برای درمان علائم.

چرا گیاهان؟

بیش از 30 سال است که از گیاهان به­عنوان چارچوب یا اساسی برای تولید معرف­های تشخیصی و پروتئین­های دارویی استفاده می­شود که اغلب به این روش، "کشاورزی (زراعت) مولکولی[1]" می­گویند (1،2). از جمله شرکت Agrenvec (اسپانیا، مادرید)، شرکت Diamante ( ورونا، ایتالیا)، شرکت ژنتیکی ORF(ایسلند) و شرکت Ventria Bioscience/Invitria (فورت کالینز، ایالات متحده امریکا) چندین شرکت کشاورزی مولکولی، متخصص تولید پروتئین­های مشتق­شده از گیاهان به­عنوان معرف­های تشخیصی هستند. علاوه­بر این، محصولات چندگانه در کارآزمایی­های بالینی مورد آزمایش قرار گرفته­اند و حتی اخیراً تعداد کمی از آن­ها به­عنوان وسایل پزشکی و دارویی به بازار راه یافته­اند (1،2). مثلاً یک IgA/G آمیژه ای[2] تولید شده در گیاهان تنباکوی تراریخته به عنوان ابزاری پزشکی (CaroRX) برای جلوگیری از پوسیدگی دندان وارد بازار شده­است(3). از طرف دیگر، فُرم نوترکیب آنزیم انسانی گلوکوسربروسیداز[3]  تولید شده در کشت­های سوسپانسیونی سلول گیاهی به­عنوان دارویی (نام دارو: تالیگلوسراز آلفا[4] از شرکت Elelyso) برای بیماران مبتلا به بیماری گوچر[5] در بازار عرضه می­شود (4). پیشگامان کشاورزی مولکولی، مزیت­های استفاده از گیاهان را این­گونه برمی­شمارند: گیاهان به لحاظ اقتصادی، مقرون به­صرفه و از طرف دیگر مقیاس­پذیر و ایمن هستند. می­توان گیاهان را بدون این­که به رشد عوامل بیماری­زای انسانی، کمک کنند، با هزینه کم و در مقیاس­های بزرگ، کشت کرد (5). اما این مزایا آن­قدر قانع­کننده نیستند تا باعث شوند که گیاهان در همه صنایع تولیدی زیستی به­عنوان اساس و چارچوب تولید مورد استفاده قرار بگیرند. معمولاً اکثر صنایع زیستی از باکتری اشریشیاکلی[6]  و چند میکروب دیگر و نیز رده­های مختلف سلولی پستانداران به­عنوان بنیادها و چارچوب­های مقرر استفاده می­کنند زیرا چارچوب­های نظارتی و کنترلی قوی  برای این سیستم­ها وجود دارد (6). با این حال گیاهان در یک رشته موارد دارای کُنام[7] خود هستند زیرا می­توانند مواد زیستی را با پیکره­بندی[8] گلیکانی مناسب تولید کنند (مانند تالیگلوسراز آلفا)(4،7)، همچنین می­توانند تولیداتی را در مقیاس گسترده ایجاد کنند (همان چیزی که برای میکروب­کُش­ها[9]ی HIV مورد نیاز است). یک مزیت گیاهان که به وضعیت فعلی هم مربوط می شود این است که گیاهان در سیستم­هایِ بیانِ گذرا می­توانند با سرعت زیادی افزایش مقیاس دهند تا بتوانند تقاضاهای ناگهانی و پیش­بینی­نشده را برآورده کنند(10). این، یک حالت ایده­آل برای تولید معرف­های تشخیصی، واکسن­های کاندید و داروهای ضدویروسی در مواجهه با یک بیماری همه­گیر است که به سرعت در حالِ گسترش است.

عوامل تشخیصی

شیوع سریع کووید-19 نیاز ناگهانی و عظیمی برای کیت­های تشخیصی ایجاب کرد و از کمبودِ شدیدِ معرف­ها  و ابزارِ تولیدِ آنها پرده برداشت. به طور کلی، دو سنجش تشخیصی اصلی مورد نیاز است: یکی تشخیصِ خودِ ویروس و در نتیجه شناسایی جمعیت آلوده و گسترش­دهنده­های بالقوه بیماری و دیگری تشخیص آنتی­بادی­های مقابله­کننده با ویروس و در نتیجه شناسایی افراد بهبودیافته و افراد با ایمنی بالقوه.

آزمایشهای شناسایی خود ویروس دو دسته اند: آزمایش‍های مبتنی بر تشخیص RNA ژنگانی ویروس هستند و آنهایی که بر اساس شناسایی پروتئین­های ویروس­اند. روش مبتنی بر RNA بلافاصله بعد از انتشار توالی SARS-CoV-2 در بانک ژنگانی یا GenBank (توالی مرجع پایگاه NCBI: NC_054412.2) توسعه یافت زیرا ویروس توسط RT-PCR تشخیص داده می­شود و تنها اجزای سنجش اختصاصی، پرایمرها هستند که به راحتی سنتز می­شوند. بااین­حال، یکی از مشکلات این آزمایش، نبود یک کنترل مثبت عمومی است که بتواند استانداردسازی را بین آزمایشگاه­های مختلف فراهم آورد. یک گروه در مرکز John Innes (در نوریچِ انگلستان) به سرپرستی جرج لومونوسف[10] و هادرین پیریت[11] در حال تولید یک عامل کنترل تشخیصی برای کووید-19 هستند که بر اساس ذرات شبه ویروسی (VLPs[12]) مشتق شده از ویروس موزاییک نوعی نخود فرنگی (CPMV[13]) است. ذرات شبه ویروسی همان ساختار ویروس والدینی را دارد اما فاقد ژنگان اصلی (native genome) است و در نتیجه قادر به تکثیر نیست. گروه JIC با استفاده از روشی که برای اولین بار برای شیوع بیماری ویروسی پا و دهان (11) توسعه یافته بود، یک RNA مصنوعی را بسته­بندی کردند که شامل همه مناطق ژنگانی SARS-CoV-2 است که توسط کیت­های آزمایشگاهی سازمان جهانی بهداشت (WHO) در داخل VLPs های مشتق شده از CPMV شناسایی شده­اند، و درگیاهان، تولید و مونتاژ می­شوند. VLPsها در مقابل حرارت باثبات­اند، قابلیت تولیدمجدد و تکثیر بالایی دارند و معرف­های استاندارد بسیار مقیاس­پذیری دارند که می­توانند به عنوان منبع RNA کنترل مثبت در آزمایشات RT-PCR مورد استفاده قرار بگیرند(جرج لومونوسف و هادرین پیریت، ارتباطات شخصی[14]، 2020).

توسعه کیت برای تشخیص پروتئین­های ویروسی، نیازمند لیگاندهای اختصاصی است و دسترسی به آن­ها با شناسایی آنتی­بادی­های مربوطه میسر می­شود. یک ذره بالغ SARS-CoV-2 شامل چهار پروتئین ساختاری است که با عنوان پوشش[15](E)، غشا[16](M)، نوکلئوکپسید[17](N) و ساختار گُرزی شکل[18](S) شناخته می­شوند اما از دیدگاه تشخیصِ مبتنی بر آنتی­بادی، پروتئین S از همه مهم­تر است زیرا از سطح ویریون بیرون می­زند) و دُمین اتصال به گیرنده یا RBD[19] را در معرض سیستم ایمنی قرار می­دهد (شکل 2). تزریق کل ضروریات SARS-CoV-2 یا پروتئینS / RBD نوترکیب یا جداسازی­شده به موش­ها می­تواند برای تولید کلون­های هیبریدوما[20]مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین می­توان از پروتئین S/RBD برای غربال­گری کتابخانه آنتی­بادیِ فاژ یا سیستم­های مشابه استفاده کرد. در نهایت این باعث تولید توالی­هایی از آنتی­بادی­هایی می­شود که تمایل زیادی به پروتئین S دارند. تولید مقیاس­یافته چنین آنتی­بادی­هایی باعث تولید کیت­های تشخیص ویروسی می­شود که به قالب­های راحت­تر و سریع­تری مثل ELISAs، سنجش­های جریان جانبی[21] و یا سنجش­های مبتنی بر تراشه­های پروتئینی[22] نیاز دارند. با استفاده از پروتئین­های نوترکیب ویروسی و بیان گذرای آنتی بادی در گیاهان، می­توان یک بستر بیانِ به­شدت مقیاس­پذیر برای تقویت سطح تولید در زمان کوتاه ایجاد کرد. نیاز به منابع پرحجم­تر و طولانی مدت نیز توسط گیاهان تراریخته برآورده می­شود.

تاریخچه کشاورزی مولکولی، بیش از 30 سال پیش با انتشار مقاله­ای درباره تولید آنتی­بادی­ها در تنباکو (Nicotiana tabacum) آغاز شد (14) و اغلب، این طبقه از محصولات هستند که بیشتر بیان می­شوند و دارای تنوع گسترده ای در ارتباط با قالب آنتی­بادی، استراتژی بیان و گونه­های میزبان/بستره هستند. بنابراین تولید آنتی­بادی تشخیصی SARA-CoV-2 در گیاهان می­تواند مزایای زیادی داشته­باشد؛ مثل دانش گسترده و دانش مجتمع شده برای تضمین این موضوع که آنتی­بادی­های مشتق­شده از گیاهان، پایدار و عملکردی هستند و با بازده بالا تولید می­شوند.

همچنین انتشار توالی SARS-CoV-2 ، اطلاعات مورد نیاز برای تولید پروتئین­های نوترکیب ویروسی به­عنوان معرف­های تشخیصی را فراهم آورد. در دسترس­بودن چنین پروتئین­هایی، این امکان را فراهم می کند تا تشخیص آنتی­بادی­های سرم در بیماران بهبود­یافته صورت گیرد، به­خصوص آنتی­بادی­هایی که علیه پروتئین S تولید شده­اند. گیاهان، وسیله­ای برای تولید این پروتئین­ها در مقیاس عظیم و فقط در عرض چند هفته هستند، سپس می­توان کیت­ها را برای توزیع در مراکز آزمایشگاهی، تولید و ذخیره کرد. در مقابل، اگر بخواهیم همان معرف­ها را با استفاده از رده­های سلولی بیان کنیم، چند ماه طول می­کشد، از طرف دیگر برای بالا بردن ظرفیت تولید به سطح لازم، شاید به سال­ها زمان نیاز باشد. پس ما سناریویی را در ذهن مجسم می­کنیم که در آن از سیستم­های بیان گذرا برای رفع نیاز مبرم به مقادیر زیاد این معرف­ها در مدت زمان کوتاه (2تا6 ماه) استفاده می­شود. این سناریو با استفاده از گیاهان تراریخته جهت رسیدن به تولید در مقیاس­های بزرگتر و برای مدت طولانی، کامل می­شود. به­عنوان نمونه به یک رویکردی که قبلا پیاده شده اشاره می­کنیم: شرکت زیست فناوری ایتالیایی به نام Diamante از تنباکو برای بیان آنتی­ژن­های مبتنی بر SARS-CoV-2 RBD برای استفاده در تست­های ELISA به­منظور شناسایی آنتی­بادی­های سرمی استفاده می­کند.

واکسن­های کاندید

یک رویکرد متعارف برای توسعه  واکسن،  براساس  سویه

های غیرفعال یا ضعیف­شده SARS-CoV-2 است اما برای این­که این رویکرد منجر به تولید واکسن به مقدار کافی شود، زمان زیادی لازم است. از طرف دیگر، چنین واکسنی عوارض جانبی و معایب زیادی خواهد داشت، مثل خطر ابتلای مجدد به ویروس(15،16). یک جایگزین ایمن­تر و سریع­تر، تولید واکسن­های زیرواحدی مبتنی بر پروتئین ویروس است که می­توانند یا به­صورت آنتی­ژن­های SARS-CoV-2 و در یک الگوی از اول تقویت شده[23]به همراه یک ترکیب کمکی مناسب ارائه شود، یا به­صورت VLPs با چندین کپی از آنتی­ژن­های SARS-CoV-2 که روی یک سطح، مرتب و ردیف شده­اند. درحال­حاضر از هر دو استراتژی به­عنوان ابزاری برای مبارزه با همه­گیری کووید-19 استفاده می­شود. هر چهار پروتئین ساختاری SARS-CoV-2 می­توانند باعث ایجاد آنتی­بادی­های خنثی­کننده[24]و پاسخ CD4⁺/CD8⁺ سلول­های T شوند (17). با این­حال تحقیق درباره سویه اصلی SARS-CoV نشان داده است که پروتئین N، نامناسب است زیرا در بین اعضای خانواده CoV، بسیار حفاظت شده­است (از جمله مواردی که اغلب به شکل سرماخوردگی با آن­ها روبرو می­شویم). آنتی­بادی­هایی که در مقابل پروتئین N ترشح می­شوند، ایمنی محافظتی ایجاد نمی­کنند درحالی­که آنتی­بادی­های مقابله­کننده با پروتئین­های E و M، فقط پاسخ­های محافظتی ضعیفی ایجاد می­کنند (18). SARS-CoV-2 یک ویژگی غیرمعمول در بین کروناویروس­ها دارد: پروتئین S که به­صورت پروتئولیتیک به یک زیر واحد S1(685 آمینواسید) و یک زیرواحد S2 بسته شده به غشا (588 آمینواسید) می­شکند که زیرواحد S2 در بین اعضای خانواده CoV، بسیار محافظت شده (99%) است. در مقابل، S1 فقط 70% شباهت را به سایر سویه­های CoV انسانی نشان می­دهد و تفاوت­ها عمدتا مربوط به RBD هستند که با اتصال به آنزیم 2 تبدیل­کننده آنژیوتانسین (ACE2[25]) در سطح سلول، ورود ویروس را تسهیل می­کند(19). بلوکه­کردن ورود ویروس، یک استراتژی موفق برای کنترل عفونت است و به همین دلیل، بیشترین واکسن­های کاندید برای SARS-CoV اصلی، پروتئین S را هدف می­گیرند. این واکسن­ها معمولا چنین عمل می کنند: خنثی­سازی پاسخ­های آنتی­بادی یا سمیت سلولی به­واسطه سلول و وابسته به آنتی­بادی (نوعی سمیت سلولی که هم به واسطه سلول است و هم وابسته به آنتی بادی می باشد) (ADCC[26])/ارائه متقابل. و بدین ترتیب به ایمنیِ سلولیِ حفاظت­کننده دست می­یابند (20).

بسیاری از واکسن­های کاندیدِ زیرواحدی، قبلا در گیاهان تولید شده­اند، مثلا چندین واکسن برای مقابله با سویه­های فصلی یا همه­گیر ویروس آنفولانزا با بیان گذرا در تنباکو تولید شده­اند. واکسن­ها طی سه هفته پس از دریافت توالی­های هموگلوتینین و نورآمینیداز ساخته شدند (21) و با استفاده از وکتورهای شکسته­شده مبتنی بر ویروس موزاییک تنباکوی دریافت شده توسط Agrobacterium tumefaciens (اساس این رویکرد فناورانه، 20 سال پیش توسعه یافته است) تولید شدند (22). به ازای هر کیلوگرم برگ تازه، 200 میلی گرم پروتئین تولید شد (23). تصور می­شود که حداقل یکی از شرکت­هایی که روی تولید واکسن کووید-19 کار می­کنند، کارش بر اساس بیان زیرواحدهای پروتئینی SARS-CoV-2 در گیاهان تنباکو باشد. این شرکت، Kentucky BioProcessing (اوونزبورو، کنتاکی، ایالات متحده امریکا) نام دارد که از شرکت­های تابعه تنباکوی آمریکایی می­باشد (24). با این­که درحال­حاضر، جزییات در دسترس عموم نیست، اما احتمالا هدف، توالی پروتئینی S1 به­عنوان یک پلی­پپتید کامل یا RBD کوچکترِ داخل آن است. پروتئین­های S1 مربوط به SARS-CoV و SARS-CoV-2 به­شدت گلیکوزیله هستند (25، 26) و گلیکان­ها، ترکیبی از پیکره­بندی­های پیچیده و غنی از مانوز هستند که باعث لزوم بیان S1 نوترکیب و RBD در سیگنال پپتیدهای N-ترمینال می­شوند که ترشح پروتئین­ها به سیستم داخل غشایی را تضمین می­کنند (27). هنوز معلوم نیست که آیا تفاوت ساختاری گلیکان­های پیچیده در انسان و گیاهان می­تواند باعث تفاوت در موثربودن واکسن­های SARS-CoV-2 مبتنی بر گیاهان بشود یا نه، با این­حال، ساختار گلیکان­های غنی از مانوز در بین یوکاریوت­های پیشرفته بسیار محافظت شده­است به­طوری که می­توان گفت که این اپی­توپ­ها، پایدار هستند. تنها یک گزارش قبلی که در مورد پروتئین S کروناویروس بیان­شده در گیاهان وجود دارد: اکتودمینِ[27] کروناویروسِ مسریِ خوکیِ ایجاد کنندهِ التهاب روده (TGEV[28]) که در رده­های تراریخته آرابیدوبسیس تالیانا[29] بیان شد. این آنتی­ژنِ نوترکیب باعث ترشح آنتی­بادی­هایِ اختصاصیِ TGEV در موش شد و ثابت کرد که آنتی­ژن­هایِ ایمنی زا (برانگیزنده سیستم ایمنی) کروناویروس می­توانند در گیاهان تولید شوند (28).

توسعه VLPsهایی که دارای آنتی­ژن­های SARS-CoV-2 بودند، به عنوان واکسن، دارای چندین مزیت بود، زیرا این ذرات به دلیل اندازه­های­شان، به شکل موثری توسط سلول­های حاوی آنتی­ژن جذب می­شوند و باعث تحریک سیستم ایمنی تطبیقی می­شوند و ساختارهای پروتئینی منظم به­عنوان سیگنال­های خطر شناسایی، می­توانند پاسخ­های قوی سلولی و همورال را تحریک کنند (29). VLPsهای مبتنی بر ویروس­های گیاهی، یک لایه ایمنی اضافی فراهم می­آورند زیرا حتی ذرات بومی هم نمی­توانند در انسان تکثیر شوند؛ پس می­توان مقدار زیادی از آن­ها را از طریق کشاورزی مولکولی در گیاهان تولید کرد (30). یک پلت فرم VLP که در آن از گیاهان تنباکو به­عنوان میزبان تولید استفاده می­شود، توسط شرکت Medicago (کِبِک، کانادا) توسعه یافته­است و آن­ها به یک نقطه عطف مهم در تولید دست یافته­اند و توانسته­اند بیش از 10 میلیون دوز واکسن را در طول یکماه برای مقابله با آنفولانزای H1N1 تولید کنند و این پروژه بخشی از برنامه­ای به نام فرشته آبی DARPA[30] بود (31). اخیرا Medicago اعلام کرده که قصد دارند از پلت فرم­هایشان برای تولید سریع واکسن­های مبتنی بر VLP برای مقابله با SARS-CoV-2 استفاده کنند، اگرچه ماهیت دقیق VLPها، هنوز هم محرمانه باقی مانده­است (32). به­طور مشابه، شرکت iBio (TX، آمریکا) هم درحال توسعه یک واکسن مبتنی بر VLP بر پایه تنباکو است و این کار را با تکیه بر سیستم اختصاصی "داروسازی سریع[31]" خود انجام می­دهد.

در حالی­که آنتی­ژن­های زیرواحدهای ویروس و VLPsها به این منظور طراحی شده­اند که هنگام مواجهه با طبیعت باعث ایجاد پاسخ ایمنی در مقابل عامل بیماری­زا شوند، تزریق آنتی­بادی­های نوترکیب نیز در مقابل SARS-CoV-2 می­تواند به کاهش سرعت عفونت کمک کند و به بدن فرصت دهد تا پیش از این­که در مقابل بیماری تسلیم شود، آنتی­بادی­های خود را ترشح کند. این استراتژی توسط مجموعه ای از یافته­های علمی که اخیراً کشف شده­اند، پشتیبانی و تایید می­شود. این یافته­ها عبارت اند از: سرم بیماران بهبودیافته مورد استفاده برای کاهش شدت علائم بیماری و سرعت بخشیدن به دوره بهبودی مورد استفاده قرار بگیرد (34، 35). بنابراین گیاهان می­توانند برای تولید آنتی­بادی­ها، نه تنها به­عنوان معرف­های تشخیصی ویروس، بلکه به­عنوان نوعی ایمنی درمانی غیرفعال مورد استفاده قرار بگیرند. طرحِ این رویکرد توسط شرکت Mapp Biopharmaceutical (سانتیاگو، کالیفرنیا، آمریکا) و بازوی تجاری آن، یعنی LeafBio در سال 2014 و درحین شیوع ویروس ابولا در غرب آفریقا، بنیان­گذاری شد. شرکت، یک کوکتل از سه آنتی­بادیِ خنثی­کننده به­نام ZMpp (36) را طراحی کرد که به دلیل پتانسیل نجات­بخشی (حفظ حیات) و نبود گزینه­های دیگر، برای استفاده­های انسان­دوستانه، تأیید شد (37،38). برای این منظور، دوزهای بالای (بالای 10 میلی گرم برای هر بیمار) آنتی­بادی مورد نیاز است، این بدین معناست که تنها گیاهان تراریخته رشدیافته در مقیاس­های گسترده می­توانند برای تولید چنین محصولاتی، صرفه اقتصادی داشته­باشند. به­طور مشابه، پتانسیل تولید بزرگ­مقیاس آنتی­بادی­های اختصاصی HIV که به­طور گسترده­ای خاصیت خنثی­کنندگی دارند؛ مثل 2G12 و 2F5، در گیاهان تراریخته تنباکو (39)، ذرت (40،41) و برنج (Oryza sativa) (42) ثابت شده­است.

دولت آلمان، به شرکت Fraunhofer IME برای تولید 2G12 در تنباکو برای کارآزمایی بالینی فاز اول انسانی، نوعی لیسانس یا پروانه ساخت به نام GMP[32] (آزمایش ساخت خوب) اعطا کرده، و می­توان از مشابه این مدل برای آنتی­بادی­های خنثی­کننده برای مقابله با SARS-CoV-2 استفاده کرد. علاوه­بر­این، اخیرا از برنج به­عنوان یک وسیله تطبیق­پذیر و همه­کاره برای تولید 2G12 به همراه دو لکتین ضدویروسی (بخش بعدی را ببینید) استفاده شده، که می­تواند هزینه کوکتل­های از پیش فرموله شدهِ مواد فعال را کاهش دهد (43). علاوه­بر تولید آنتی­بادی­هایی که به­طور مستقیم، ویروس را خنثی می­کنند، می­توان از گیاهان برای تولید مقادیر زیاد آنتی­بادی­های درمانی استفاده کرد که

طوفان  سایتوکاینی  ناشی  از  عفونت SARS-CoV-2 را در

بسیاری از موارد شدید و کشنده، مهار می­کنند.

دو آنتی­بادی که می­توانند با این هدف برای درمان کووید-19 مورد استفاده قرار بگیرند، Sarilumab/Kevzara و tocilizumab/Actemra هستند که هردوی آن­ها به گیرنده اینترلوکین-6 (IL-6R) وصل می شوند و برای درمان آرتریت روماتوئید مورد استفاده قرار می­گیرند. هردوی آنها در مرحله کارآزمایی بالینی برای کووید-19 هستند (44،45).

ضدویروس­ها

داروهای ضدویروسی، چرخه تکثیر ویروس را مهار می‍کنند، بنابراین سرعت عفونت را کاهش می­دهند و به سیستم ایمنی بدن، زمان بیشتری برای پاسخگویی می­دهند. بسیاری از داروهای ضدویروسی، واحدهای کوچک شیمیایی هستند که با استفاده موثر از فرآیندهای سنتزی و نیمه­سنتزی تولید شده­اند و بعید است که تغییر روش به سمت تولید مبتنی بر گیاهان، مفید یا حتی علمی باشد. با این­حال، برخی از پروتئین­ها می­توانند به­عنوان ضدویروس مورد استفاده قرار بگیرند، مثل پروتئین­های متصل­شونده به کربوهیدرات­های (لکتین­ها) حاصل از گیاهان. لکتین­ها به­عنوان عواملی  شناخته شده­اند که به طیف گسترده­ای از ویروس­ها وصل می­شوند و با بلوکه کردن ساختارهای گلیکانی موجود بر سطح ویروس­ها، آن­ها را غیرفعال می­کنند (46). مثلا، گریفیستین، یک لکتین 121 آمینواسیدی است که توسط یک جلبک قرمز از جنس Griffithsia است.

گریفیستین به­عنوان مهارکننده ویروس­های متعددی عمل می­کند که هیچ واکسنی برای آن­ها وجود ندارد: شامل HIV (47)، ویروس ابولا (48) و کروناویروس مسئول شیوع SARS اصلی (SARS-CoV) (49) و شیوع بعدی آن، یعنی سندروم تنفسی خاور میانه (MERS-CoV)(50). گریفیستین دارای فعالیت قدرتمندی در مقابل این ویروس­هاست، سمیت کم آن برای سلول­های انسانی، یک دیدگاه درمانی گسترده و مفید را به ما ارائه می­دهد.

هنوز معلوم نیست که آیا گریفیستین، SARS-CoV-2 را غیرفعال می­کند یا نه، اما پروتئین سطحی S در SARS-CoV و SARS-CoV-2 بسیار حفاظت شده­است و دارای برخی موقعیت­های گلیکانی منحصربه­فرد و بسیار حفاظت­شده است (25، 26).

شکل 1- کاربرد گیاهان برای تولید معرف­های تشخیصی، واکسن­های کاندید و پروتئین­های ضدویروسی برای هدف قراردادن همه­گیری کووید-19. فلش­های آبی، نشان­دهنده مسیرهای بالقوه برای معرف­های تشخیصی هستند. فلش­های سیاه نشان­دهنده مسیرهای اضافی برای واکسن­ها و عوامل درمانی برای کاربردهای انسانی هستند. یک گیاه تنباکو هم نشان داده شده که نشان­دهنده دو چیز است: بیان گذرا و گیاهان تراریخته که به شکل پایداری به­ پلت­فرم­های تولید، تبدیل شده­اند. این شکل شامل عکس­هایی از Biorender است (http://biorender.com/). ساختار گریفیتسین متصل به گلیکان­های غنی از مانوز با استفاده از بیننده NGL مبتنی بر فایل بانک اطلاعات پروتئینی 3LL2 طراحی شده­است.

شکل 2- ساختار SARS-CoV-2 که نشان­دهنده موقعیت غالب پروتئین قلابیِ تریمری است.این تصویر در ابتدا توسط مرکز کنترل بیماری در آتلانتای امریکا ارائه شده است.