Appunti Biotecnologie delle colture erbacee

PIANTE COME BIOREATTORI

Le piante possono essere utilizzate come BIOREATTORI: "macchine" biologiche capaci di produrre elevate quantità di sostanze. Crescono velocemente e possono generare una BIOMASSA considerevole.

La produzione delle sostanze può essere indirizzata verso specifici compartimenti. Molte sostanze sono prodotte nei semi che garantiscono accumulo e protezione nel tempo.

Molti anticorpi (plantbodies) sono prodotti nelle piante: mantenimento di un corretto "ripiegamento", aggiunta di eventuali modificazioni post-traduzionali (non possibili in E.coli), ovvero nessun rischio di contaminazione con patogeni umani.

Svantaggio: Difficile la purificazione delle proteine ricombinanti prodotte.

Soluzione: Produzione di proteine ricombinanti con tag molecolari (cromatografia [tag è una sequenza proteica che ci permette di purificare la proteina d'interesse])

Utilizzo: Produzione di prodotti biofarmaceutici, anticorpi, vaccini

PRODUZIONE DI...

ANTICORPI

Le piante rappresentano una risorsa teoricamente illimitata di anticorpi monoclonali, rinominati secondo la terminologia anglosassone "plantibody", per la terapia umana ed animale e per applicazioni diagnostiche e trattamenti antitumorali.

tabacco

Il è una specie idonea per sviluppare sistemi versatili di produzione di forme diverse di molecole anticorpali quali: igG e igA (immunoglobulina A) che possono essere complete, chimeriche, secretorie, frammenti Fv a singola catena o fusi mediante un peptide (Linker), frammenti Fab e domini variabili di catene H.

erba medica, patata, soia, riso e frumento.

Altre specie idonee per la produzioni di anticorpi: frumento.

I vantaggi che derivano dall'utilizzo delle foglie o semi, in quanto questi sono i compartimenti in cui vengono inglobati gli anticorpi, sono legati alla produttività della specie poiché: il tabacco fornisce un elevatissimo numero di semi, mentre l'erba medica può fornire durante l'anno

Una produzione di biomassa pari a 25 tonnellate ad ettaro. I semi essendo più poveri di complessi fenolici, proteici e lipidici rispetto alle foglie rendono più semplice i processi di purificazione per ottenere la sostanza, ed inoltre semi e tuberi possono essere conservati per periodi più lunghi.

Negli ultimi decenni, anticorpi monoclonali diretti contro diversi tipi di cancro sono stati espressi in modo efficiente in sistemi vegetali.

- Uno dei primi esempi di produzione di un anticorpo ricombinante anti-cancro è rappresentato da un'immunoglobulina diretta contro il marker tumorale CEA (antigene carcino-embrionario) prodotta in tabacco.

- Altri esempi sono l'anticorpo TheraCIM specifico per il recettore del fattore di crescita (EGF-R) o un anticorpo per il trattamento del linfoma non-Hodgkin.

- Gli anticorpi possono essere utilizzati anche per combattere malattie fungine, batteriche e virali.

Uno dei primi esempi è l'anticorpo secretorio.

IgG in (Guy's13) diretto Streptococcus mutans contro una proteina (adesina) del batterio agente causale dell'acarie dentale. Tale molecola è stata trasformata da una società biotecnologica statunitense (PlanetBiotechnologyInc.) in un prodotto biofarmaceutico dal nome CaroRX™, che ha recentemente ottenuto l'approvazione europea per l'impiego come dispositivo medico nella prevenzione della carie.

Risultati promettenti sono stati anche ottenuti con un anticorpo in grado di neutralizzare il virus HIV che è stato prodotto in piante di tabacco.

Un altro esempio è la produzione di un anticorpo contro l'herpes simplex che è stato prodotto in soia geneticamente modificata ed è risultato efficace nel prevenire la trasmissione vaginale di questo virus.

Un altro esempio si ha nel frumento che è stato trasformato per esprimere un frammento di una singola catena chiamata scFV contro i recettori CD4 e CD28 per il trattamento di disordini oculari.

piante transgeniche che esprimono anticorpi contro antigeni tumorali sono utilizzatisia a scopo diagnostico sia in specifiche terapie di immunizzazione per stimolare unarisposta immunitaria contro le cellule cancerose.Per la produzione commerciale di anticorpi di origine vegetale, oltre che all’iterautorizzativo molto lungo, l’altro problema è legato ai costi che dipendono da quandola proteina trasngenica è espressa e dal sistema di purificazione utilizzato.

PRODUZIONE DI VACCINI

Sono la classe più ampia di biofarmaci ricombinanti.Come tutti i vaccini vengono prodotti tramite un agente antigenico derivato dalpatogeno che è in grado di indurre una risposta immunogenica. Questi prendono ilnome di vaccini verdi.I primi vaccini autorizzati sono stati quelli in ambito veterinario poiché i controlli sonopiù semplici. Newcastle Disease virusNel 2006 è stato approvato un vaccino per i polli contro il(NDV) tabaccoche è stato

Componenti del seme per incrementare la concentrazione dell'antigene, contenendo quindi il volume delle dosi.

La scelta della specie vegetale condiziona il prodotto da usare come alimento in quanto molti prodotti possono essere consumati così come sono, mentre altri richiedono processi di trasformazione.

Qualora si utilizzino trattamenti ad alte temperature o pressioni elevate ci può essere la distruzione totale o parziale dell'antigene.

La quantità di materiale vegetale che è equivalente alla dose del vaccino deve avere un volume appropriato in maniera tale da essere consumato in maniera agevole.

Per raggiungere questo obiettivo, ossia alti livelli di espressione della proteina nella pianta, si possono adottare diverse strategie come l'allestimento di costrutti molecolari che hanno specifiche regioni di regolazione da impiegare nella trasformazione genetica oppure ricorrendo ad incroci controllati.

E' necessario che ogni componente del vaccino sia correttamente formattato utilizzando i tag HTML appropriati.

mantenga la propria dimensione e forma nativa nelle cellule della pianta transgenica. La stabilità delle proteine ricombinanti e l'assemblaggio di più proteine diverse dipende anche dall'ambiente cellulare e subcellulare di immagazzinamento; i siti più favorevoli per l'espressione/immagazzinamento sono la superficie cellulare, il reticolo endoplasmatico, l'apparato di Golgi e i plastidi.

PRODUZIONE DI PRODOTTI BIOFARMACEUTICI E DI PROTEINE UMANE NELLE PIANTE

Nella lattuga transgenica è stato prodotto un antigene ricombinante dell'epatite B che però ha indotto una produzione di anticorpi molto limitata nell'uomo. Norwalk Nei tuberi di patata è stata prodotta una proteina del capside del virus di che hanno causato una immunizzazione preventiva quando le patate sono state consumate come alimento, ma ancora i livelli di espressioni sono troppo bassi per la somministrazione su larga scala.

In tabacco è stato introdotto

Un gene che codifica per il fattore di crescita dell'epidermide umana, solo che un'espressione troppo bassa. Dato che l'espressione di quest'ultimi due (proteine del capside del virus e del gene in tabacco) è bassa, l'alternativa è rappresentata dall'espressione di transgeni nel genoma dei plastidi delle piante. I plastidi quando trasformati sono in grado di accumulare la proteina ricombinante fino al 45% rispetto alle proteine contenute in un organo fotosintetizzante (foglie). In questo caso si ha una buona resa e si previene la dispersione del transgene. Con questo metodo, tabacco e lattuga sono stati ingegnerizzati per la subunità B della tossina del colera e la proteina PA dell'antrace. Per quanto riguarda i vaccini per l'uomo, ancora non esistono prodotti in commercio, ma molti sono in fase di sperimentazione. Risultati promettenti si hanno per: - il virus HIV; - epatite B; E. coli Plasmodium- subunità B

dell’enterotossina di la cui subunità è l’antigene delche è l’agente responsabile della malaria che viene contrastato tramite l’espressionedi proteine in grado di formare all’interno delle cellule vegetali delle virus-like particle(VLP) che hanno forti proprietà immunogenica.Per concludere, gli anticorpi e i vaccini prodotti dalle piante non sono ancoradisponibili per il commercio per via dei costi e dei bassi livelli di espressioni.

7° CAPITOLO

BIOPRODUZIONE DI POLIMERI

Cosa sono le biotecnologie? Le biotecnologie sono tutte quelle tecniche utilizzate per produrre sostanzespecifiche a partire da organismi viventi o da loro derivati. A partire dalla meta del ‘900 grazie allo sviluppo della biologia molecolare si ebbero glistrumenti per lo sviluppo dell’ingegneria genetica. Le biotecnologie nascono agli inizi degli anni ’70 grazie alla scoperta degli enzimi direstrizione che permettono di tagliare sequenze di DNA.