《PNAS》：神奇转基因水稻！可生产预防艾滋病的杀微生物剂

2018年7月31日，PNAS杂志在线发表了来自的西班牙莱里达大学Teresa Capell等课题组合作题为“Unexpected synergistic HIV neutralization by a triple microbicide produced in rice endosperm”研究论文。

杀微生物剂是一种含有抗HIV等病原体成分的制剂，是目前国际上公认的、可有效预防艾滋病性传播的干预技术。

该研究开发了表达三种HIV感染抑制剂（HIV中和抗体2G12和凝集素griffithsin和cyanovirin-N）的转基因水稻品系，通过提取水稻种子的粗提取物就可以直接用于制作杀微生物剂预防艾滋病，避免了下游加工和纯化的巨大成本。 这种开创性的策略能够以低成本制造艾滋病杀微生物剂的唯一途径，为发展中国家提供了一种持久部署抗HIV药物的方法。

虽然近年来HIV-1感染率正在下降，但2015年仍有210万新病例。由于目前还没有有效的疫苗，HIV病毒仍然继续在传播，导致预暴露预防仍主要依赖于屏障方法或口服替诺福韦/恩曲他滨。HIV的感染原理是：当病毒表面糖蛋白gp120与淋巴细胞表面的CD4结合，然后与辅助受体CCR5或CXCR4结合后，跨膜亚基gp41介导膜融合导致HIV-1进入易感细胞。因此，与gp120 / gp41结合的分子可以作为HIV感染抑制剂，也适合作为局部杀微生物剂，而杀微生物剂是一种含有抗HIV等病原体成分的制剂，是目前国际上公认的、可有效预防艾滋病性传播的干预技术。很多抑制剂已经得到验证，如广泛使用的中和单克隆抗体2G12、凝集素GRF、TCV-N。

然而作为HIV-1抑制剂的抗体和凝集素的部署需要大规模的廉价生产。几种HIV中和抗体（包括2G12）和凝集素（包括GRFT和CV-N）分别作为重组蛋白在哺乳动物细胞和微生物系统中产生，但是这些都很昂贵，因为产品必须进行大量纯化。此外，有效的杀微生物剂需要三种或更多种靶向不同表位的组分以确保HIV菌株的广泛覆盖并防止“逃逸突变体”的出现，甚至进一步增加了生产成本。植物可以通过在同一组织中廉价生产多种HIV-1感染抑制剂，然后直接应用粗提取物来避免纯化成本来解决这些问题。谷物种子可能是发展中国家最适合生产杀微生物剂的平台，因为种植基础设施到位，谷物种子“通常被认为是安全的”（GRAS）状态，因此粗提物会被认为是直接申请安全的。

之前该研究组实现了在在水稻中单独表达了2G12，GRFT和CV-N，其最大产量与其他植物中产生的相同组分（和其他HIV中和抗体）相当，而该研究在此基础上，通过转含有2G12重链和轻链，GRFT和CV-N的编码序列的四种载体共转化，每种载体由胚乳特异性启动子控制基因方式在水稻的胚乳中表达所有的三种组分。研究表明，三重转基因品系种子的粗提物通过ELISA在体外显示与gp120结合活性，说明了三种蛋白质被正确折叠并且能够在水稻胚乳提取物的背景下结合其靶标。另一方面，发现水稻胚乳的粗提取物可以增加GRFT和2G12的gp120结合活性以及当存在所有三种组分时的协同中和。同时，表达所有三种蛋白质的转基因植物的提取物也显示出与gp120体外结合的增强和协同HIV-1中和。水稻提取物的分级实验表明增强的gp120结合依赖于水稻蛋白，主要是球蛋白部分。因此，与传统平台相比，在水稻中生产HIV-1杀微生物剂不仅可以降低成本，而且还可以在杀微生物效力方面提供功能益处。

原文链接：Unexpected synergistic HIV neutralization by a triple microbicide produced in rice endosperm