華南植物園揭示表達腸出血性大腸桿菌O157:H7抗原的轉基因生菜具有口服疫苗功效

       出血性大腸桿菌（Enterohemorrhagic Escherichia coli，EHEC）O157: H7是一種危害嚴重的食源性致病菌，能引發腹瀉、出血性結腸炎，以及溶血性尿毒綜合癥等。該病原菌的宿主是以牛為主的反芻動物，可隨宿主糞便排放到環境中，通過食物、水感染人類。面對EHEC O157: H7的感染，尚缺乏有效的治療方案，給宿主接種疫苗則能較好地預防相關疾病暴發。迄今為止，只有兩種牛用皮下接種疫苗實現了商品化，但是復雜、昂貴的接種程序使這些傳統疫苗未能被市場接受。鑒于EHEC O157: H7在動物粘膜表面定植，能激活粘膜免疫反應且成本低、使用方便的植物口服疫苗或能取代傳統疫苗真正地走入市場。
       中國科學院華南植物園聯合阿根廷Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular INTA-CONICET的研究人員自2015年起致力于研發O157: H7的植物口服疫苗。他們首先選擇了能有效激活免疫反應的EspB和γ-intimin C280作為抗原基因，設計了帶有不同啟動子、終止子等元件組合的表達載體（圖1）。然后利用容易種植、生物量大且能直接食用或制成凍干粉的生菜為作寄主植物，通過農桿菌介導的遺傳轉化方法獲得了能穩定遺傳并能高表達抗原蛋白的生菜株系。蛋白檢測結果表明，抗原在嫩葉中的含量最高：在苗齡為30天的T2植株的未完全展開的葉片中，EspB和γ-intimin C280含量分別達到32和51 μg/ g鮮重。若用含< 3 μg抗原蛋白的生菜粉末對小鼠進行連續6天的經口灌胃（圖2），即可誘導小鼠產生粘膜免疫反應，并減少EHEC O157: H7的定植（圖3）。由此可見，這些轉基因生菜均具有制成動物口服疫苗的潛力。為提高轉基因生菜的生物安全性，研究人員在轉基因株系中加入了重組位點lox、RS2（圖1），以便日后能使用Cre-lox和CinH-RS2的重組系統對標記基因和整串轉基因進行刪除，以避免轉基因的漂移所帶來危害。此外，由于這些轉基因株系中還含有attP重組位點（圖1），因此，人們還能通過Bxb-att和Cre-lox系統的綜合使用，定點整合新的抗原基因或者利用新基因替換舊基因，升級生菜口服疫苗。
       相關研究成果以題為“Enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7 antigens produced in transgenic lettuce effective as an oral vaccine in mice”于近期發表在SCI雜志Theoretical and Applied Genetics（《理論與應用遺傳學》）（ (2023): 136: 214）上。該研究由華南植物園蘇韻琳博士（第一作者）等研究人員在區永祥博士（通訊作者）的指導下完成，華南植物園為第一完成單位。該研究獲得了廣東省基礎與應用基礎研究基金區域聯合基金青年基金項目、國家重點研發計劃項目、中國科學院前沿科學重點研究項目以及阿根廷國家科學技術促進機構項目基金的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s00122-023-04460-5