分子制药过程利用常见植物病原体（根癌农杆菌）和植物宿主（本氏烟草）之间的宿主-病原体相互作用，将编码所需蛋白质产物的基因输送到植物细胞中。这些产品通常是治疗性蛋白质，包括抗体、疫苗和酶，目前在多个领域，包括医疗、兽医、农业等广泛应用。尽管利用了自然感染过程和与植物系统相关的优势，但植物制药技术的广泛使用仍然有限。具体而言，由于植物对病原入侵的天然防御反应，包括T-DNA转移前防御基因的转录激活、重组蛋白的表达和积累受到限制、H2O2产生增加、过敏反应和蛋白水解降低了生物产量。为了利用分子制药生产管道，需要对植物防御反应机制进行进一步的定义，以最大限度地减少这些防御的有害影响并促进靶蛋白的生产和积累。近日，国际著名期刊plant biotechology journal在线发表了一篇题为“Bacterial growth-mediated systems remodelling of Nicotiana benthamiana defines unique signatures of target protein production in molecular pharming”的研究论文。在这项研究中，作者使用最先进的基于质谱的蛋白质组学与串联质谱标记分析相结合，来确定在根癌农杆菌渗透之前，用摇瓶或生物反应器中生长的根癌农杆菌渗透的本氏烟蛋白质产生的时间变化。此外，定义了通过蛋白质组学分析揭示的特定靶标的基因操作潜力，以抑制宿主防御并增加分子制药中的重组蛋白产量。

 

为了研究根癌农杆菌生长条件对曲妥珠单抗重链和轻链（即靶蛋白）产生的作用，并评估宿主防御反应的变化，作者对农杆菌渗入的本氏烟进行了时间定量蛋白质组学和代谢组学分析（图1）。旨在确定可能限制靶蛋白积累的特定蛋白质和代谢产物，以及植物和病原体系统之间的相互作用在整个分子制药过程中如何波动。

图1 基于质谱的OMIC工作流程

与摇瓶生长（即3 dpi）相比，在细菌生物反应器生长后的早期时间点（即1 dpi），曲妥珠单抗重链和轻链的产量显著增加。随着农杆菌渗透后时间的增加，细胞壁分解代谢过程、防御反应、脂肪酸ß-氧化和谷胱甘肽代谢过程显著正富集。这些数据表明植物和病原体在农杆菌渗透后的时间重塑，在3 dpi时产生曲妥珠单抗，与细菌毒力因子的产生一致（图2）。

图2 摇瓶与生物反应器培养的根癌农杆菌的差异蛋白质组

另外作者发现生物反应器细菌生长条件影响曲妥珠单抗重链和轻链的快速和持续生产以及早期经典细菌毒力因子的生产，而植物代谢产物，包括酚类化合物和萜类化合物的产生是由时间而非细菌生长条件驱动的（图3）。天冬氨酸蛋白酶在调节曲妥珠单抗生产中的重要作用。这些发现表明，细菌生长条件可以调节植物的特定细胞过程，影响其防御反应和靶蛋白的产生。

图3 在摇瓶与生物反应器中生长的农杆菌渗入的本氏烟生长过程中代谢产物图谱

总体而言，在生物反应器中的生长的细菌可能支持植物逃避对根癌农杆菌的早期防御反应，并影响农杆菌渗透后早期时间点曲妥珠单抗重链和轻链的产生。在分子制药行业中，将生物反应器细菌生长与快速组织收集相结合，以提高靶蛋白产量的潜力。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14342

文章来源：植物生物技术Pbj