PNAS：綠藻中的抗癌藥物

　　加州大學圣迭戈分校的生物學家成功對綠藻進行了基因工程改造，使其能夠大量生產一種復雜而昂貴的癌癥治療藥物。這項研究開辟了低成本大量合成復雜蛋白藥物的新途徑，文章提前發表在美國國家科學院院刊PNAS雜志的網站上。

　　“這種抗癌藥物的生產一般使用哺乳動物細胞，而我們能夠在綠藻中生產完全一樣的藥物，這有望大大降低藥價，”加州大學圣迭戈分校生物學教授Stephen Mayfield說。

　　人們甚至可以在綠藻中采用新的藥物生產策略，合成其他系統無法合成的蛋白，用于治療癌癥或其他人類疾病。“我們不能在細菌中生產這類藥物，因為細菌不能將蛋白折疊出如此復雜的三維結構，” Mayfield說。“也不能用哺乳動物細胞生產，因為毒素會殺死細胞。”

　　研究人員經過七年努力，發現在生物實驗室廣泛用作遺傳學模式生物的綠藻Chlamydomonas reinhardtii能夠生產多種人類藥用蛋白，比細菌或哺乳細胞的產量更大成本更低。

　　五年前，研究人員完成了首個突破，在綠藻中生產了血清淀粉樣蛋白。一年后，他們又用綠藻中生產了一種人類抗體蛋白。2010年，他們成功在綠藻中生產了復雜的藥用蛋白，例如用于治療肺氣腫的血管內皮生長因子VEGF。今年五月，Mayfield的研究團隊與人合作，用綠藻生產了更復雜的蛋白，一種能夠預防瘧疾的新型疫苗，瘧疾是目前世界上最流行的疾病之一。

　　而在這項新研究中，科學家們利用綠藻生成了帶有兩個結構域的復雜三維蛋白，其中一個結構域有追蹤并附著癌細胞的抗體，而另一個結構域含有殺死癌細胞的毒素。目前制藥公司生產這種蛋白需要兩個步驟，先在Chinese hamster或CHO細胞中生產抗體部分并將其純化。隨后用化學方式將抗體部分與細胞外的毒素相連，再純化最終蛋白。

　　研究人員指出，他們的方法具有兩大優勢。其一，將抗體和毒素融合在一個基因中形成一種蛋白，因此只需純化一次。其二，在綠藻而非CHO細胞中進行生產，大大降低了蛋白生產成本。

　　經驗證，綠藻產的化合物與制藥公司生產的化合物完全一樣，能夠在小鼠體內追蹤癌細胞并抑制腫瘤發展。研究人員指出，之所以不能在哺乳動物CHO細胞中生產上述融合蛋白，是因為毒素會殺死細胞。但綠藻中該蛋白是在葉綠體合成的，其中的毒素被隔離起來不會殺死綠藻。葉綠體是綠藻和植物細胞用來進行光合作用的場所。如果葉綠體中的蛋白泄露出去，毒素就會殺死細胞，而事實是葉綠體中的數千蛋白拷貝無一泄漏。

　　“我們能否在綠藻中合成更多結構域的人工設計蛋白呢，我想是可以的。從某種程度上說，這種藥物設計有點像裝配電腦，將不同模塊組合在一起以實現特定目標。我們可以用蛋白中的一個結構域靶標細胞，而其他結構域則負責特殊功能。”Mayfield說。