Bitki Türevli Yenilebilir Aşılar
Ebru GEÇGEL- Genetik ve Biyomühendislik Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Trakya Üniversitesi
Dünyada her sene yaklaşık olarak 57 milyon kişi ölmektedir ve yaklaşık 15 milyonu (>%25) enfeksiyon hastalıklarından hayatını kaybetmektedir. Aşılar, enfeksiyon hastalıklarla mücadelede en önemli araçlardan biri olarak dünya genelinde kabul görmektedir. Bulaşıcı hastalıklar; insan ve hayvan sağlığı için ciddi problem haline dönüşmüştür. Fakat mevcut aşıların kullanılmasıyla bulaşıcı hastalıkların ortaya çıkışı engellenmesinde önemli rol oynamaktadır. Biyoteknolojinin gelişmesiyle beraber hali hazırda bulunan aşıların getirdiği problemleri üstündesin gelmek adına alternatif yollara başvurulmuş ve geleneksel enjekte edilen aşılar yerine, bitki türevli aşılar ön plana çıkmıştır [1,2].
Bitki türevli aşılar; besleyici özelliklerinin yanında, vitamin ve protein açısından zengin olup aşı görevi gören gıdalardır. Bir bitkinin parçası, meyvesi ya da bu bitkiden türetilen alt ürünler gibi yenebilir biçimde üretilen tüm aşıları kapsamaktadır. En önemli özelliği ise oral (ağız yoluyla) olarak alınımıdır. Bu nedenle, son yıllarda genetiği değiştirilmiş bitki aşılarının araştırılması ve uygulanması önemli bir konu haline gelmektedir [1-4].
Bir Bitkiyi Aday Yapan Nedir?
Bitki seçimi, yenilebilir aşılar için en önemli aşamalardan biridir. Aşı üretimi için bitkiyi aday yapan birçok faktör vardır [3]. Bunlar;
Bitkinin aşı yapımında kullanılacak kısımlarının uzun süre bozulmadan saklanmalıdır.
Yavaş sürede büyüyen ve olgunlaşan bitkiler aşı yapımı için uygun değildir. Seçilen bitkinin hızlı şekilde büyümesi gerekmektedir.
Laboratuvar aşamasında çalışan bitkinin dönüştürme teknikleri kolayca absorbe edebilen bitkiler uygun adaydır.
Aşı Modelinde Kullanılan Başlıca Bitki Türleri
Patates: Dünyanın her yerinde kuraklığın olduğu bölgelerde dahil olmak üzere, en çok yetiştirilen yumrulu bir bitkidir. Çiğ olarakta tüketilebildiği için protein denatürasyonu önlenir. Fakat bazı kaynaklara göre, pişirmeden yenilmediği için antijenlerin denatüre ettiğinden dolayı dezavantaj olarak sayılmaktadır. Hepatit B, tetanoz, difteri, Norwalk virüsüne karşı aşı üretmek için uygun bir bitkidir [2,3].
Pirinç: Temel gıdalardan en önemlilerinden biri olan pirinç özellikle Asya ülkelerinde çok rağbet görmektedir. Bu nedenle Asya ülkelerinde bitki türevli aşılarda daha çok pirinç üzerinde çalışılmaktadır. Pirinç ’in diğer bitkilere göre en önemli avantajlarından biri antijen ekspresyonunda yaygın olarak kullanılması ve çok uzun süreler soğutma işlemine gerek olmaksızın saklanabilmektedir [2,3].
Mısır: Hareket kabiliyeti açısından transgenik sistemlere en mükemmel örneğidir. Çünkü çok uzun süreler zarar görmeden saklanabilir ve proteinlerin seviyesini ifade etme kabiliyetine sahiptir. Bu kadar avantajları olmasına rağmen; mısır bitkisinin büyümesi için uygun koşullar sağlanmalı ve uzun sürede yetiştirildiğinden dolayı dezavantaj olarak sayılmaktadır [2,3].
Tütün: Günümüzde Nicotina Benthamiana (tütün) yenilebilir aşı olarak kullanılmamaktadır. Daha çok yenilebilir aşıları geliştirmesinde model olarak kullanılan bitkidir. Hızlı büyümesi gibi avantajları vardır [2,3].
Marul: İnsanlarda ve hayvanlarda E coli’nin sebep olduğu enterik hastalıkların (sinir sistemi hastalıkları) tedavisinde oldukça tesirli bir örnektir. Bitki türevli aşı yapımında kullanabilecek en etkili bitkidir. Ayrıca hepatit B virüsüne karşı oldukça etkilidir [2,3].
Şekil 1: İnsan klinik deneylerinde çeşitli hastalıklar için yenilebilir bitki aşıları [3].
Çalışma Mekanizması
Transgenik bitkilerdeki antijenler biyo-kapsül şekline getirilerek ağız yoluyla verilmektedir. Mukozal immun sistem (MIS) aracılığıyla bitki hücrelerin antijenleri, mide salgılarından korunarak bağırsak hücrelerin parçalanan kısımlarının midenin sert dış duvarına verilir. Burada antijenler salınır, sindirim sistemindeki lenfoid dokuyu (GALT) örten bağırsak astarındaki M hücreleri tarafından alınmaktadır. Başta makrofajlar olmak üzere diğer antijen sunan hücrelere aktarılır. Bölgeye özgü lenfosit hücreleri; Gerçek bulaşıcı ajanların saldırısı, serum IgG ve IgE tepkileri, lokal IgA tepkileri yok etmektedir ve tekrar bu hücrelerle karşılaşınca aynı tepkiyi vermek üzere bellek hücrelerini dönüşmektedir [5].
Şekil 2: Yenilebilir bir aşı ve bir bağışıklık tepkisi elde etmekle ilgili prosedürler. Yenilebilir aşı gelişimi, antijenik proteini kodlayan genin tanımlanması ve besini işleyecek (yenilebilir aşılar) bitkiye girmesiyle başlar ve bu daha sonra potansiyel olarak küresel olarak dağıtılabilir. Yenilebilir bir aşı tüketildikten ve ardından antijenik proteinin, antijenlerin dendritik hücrelere verilmesinde uzmanlaşmış M hücrelerinden geçişinden sonra, bireyin bağışıklık sistemi, ana faktörler olarak B hücrelerini ve T yardımcı hücrelerini içeren bir yanıtı tetikler. Basitlik açısından, diğer antijen verme yolları ihmal edilmiştir [5].
Bitki Türevli Aşı Üretimi
Bitki yapımı aşılar, transgenik olarak seçilen bitki hücresine dahil edilmesiyle üretilebilir. Seçilen bitkiye ilgili genin aktarılması 2 yolla mümkündür;
Doğrudan gen sağlama yöntemi
Dolaylı gen sağlama yönetimi
Aşıların klinik veya hayvan uygulamalarında Çin Rekombinant bitki sistemleri kullanılarak üretilmektedir. Bu sistemler;
Nüklear trangenik teknoloji
Kloroplast transplatomik teknolojisi
Bitki viral teknolojisi
Yukarıdaki sistemlerde antijenlerin veya terapötiklerin yapımında bitki dokuları kullanılır. Saflaştırma işleminden sonra, doğrudan veya oral olarak kullanılabilir. Diğer ökaryotik sistemler olduğu gibi bitkide üretilen aşılarda post translasyonel modifikasyon geçirmiş antijenlerden üretilebilmektedir. Uygun katlanma ve disülfid bağ oluşumu kloroplastlarda ya da ER ‘de gerçekleşmektedir. Kloroplastlarda aşı antijenlerine uygun lipit modifikasyonları gözlenmektedir. Fakat terapötik proteinler kloroplasta Glikozilasyon gerçekleşmemektir. Terapötik protein hedef olarak Endoplazmik Retikulumu seçerse glikozilasyon gerçekleşmektedir. Ancak memeli sistemlerde glikozillenme olayı farklılık göstermektedir [6].
Şekil 3: Bitkilerde aşı antijenleri ve biyofarmasötik üretiminin şematik gösterimi ve hayvan modellerinde fonksiyonel değerlendirmesi. Eksplantlar, olgun bitkilerde yenilenme potansiyeline sahip dokulardır. Burada örnek olarak marul ve tütün vermektedir [6].
Sonuç
Aşılar enfeksiyonların önlenmesinde kilit rol oynamaktadır. Bulaşıcı hastalıkların ölümle sonuçlanmasının yolu aşılarla beraber minimum düzeye indirilmiştir [7]. Tam bu bağlamla gelişen teknolojiyle beraber yeni aşı türleri ortaya çıkmıştır. Yenilebilir bitkilerden üretilen aşılar klasik aşılara göre güvenli ve oldukça etkili bir yoldur. Klasik aşılara göre yenilebilir bitki türevli aşılar daha avantajlıdır [2,3]. Her alanda olduğu gibi bitki türevli aşıların dezavantajları bulunmaktadır. Biyoteknoloji’nin gelişmesiyle dezavantajlar en aza çekilmiştir. Pek çok farmasötik protein ve farklı birçok bitkiden yararlanarak ekspresyon sistemleri geliştirilmiştir. Enjeksiyon aşılar tek bir bağışıklık sistemi etkilerken bitki türevli aşılar mukozal ve sistematik bağışıklığı daha önce rastlanmamış yeni yanıtlar oluşturmaktadır [5]. Klinik öncesi ve klinik çalışmalarda umut vadeden sonuçlar vermektedir. Günümüzde başta fakir ülkeler olmak üzere dünyanın birçok yerinde sağlık açısından hayati önem taşıyan; sıtma, HIV vb. aşılara erişebilir sınırlıdır. Bu aşamada yenilebilir aşılar devreye girmektedir [3]. Üretilmesi kolay bir bitkiden rahatlıkla yapılabilen bu aşılar, dünyanın birçok yerine kolayca taşılabilir ve depolanmaktadır. Hatta sağlık personeline gerek kalmadan ağız yoluyla verilebilir. Gerekli önem verildiği takdirde pek çok hastalığı ortadan kaldırabilir ve milyonlarca insanın hayatı kurtulabilir [7,8].
Referanslar
Aryamvally A, Gunasekaran V, Narenthiran KR, Pasupathi R. New Strategies Toward Edible Vaccines: An Overview. J Diet Suppl. 2017 Jan 2;14(1):101-116. doi: 10.3109/19390211.2016.1168904. Epub 2016 Apr 11. PMID: 27065206.
Kurup VM, Thomas J. Edible Vaccines: Promises and Challenges. Mol Biotechnol. 2020 Feb;62(2):79-90. doi: 10.1007/s12033-019-00222-1. PMID: 31758488; PMCID: PMC7090473
Gunasekaran B, Gothandam KM. A review on edible vaccines and their prospects. Braz J Med Biol Res. 2020 Jan 24;53(2):e8749. doi: 10.1590/1414-431X20198749. PMID: 31994600; PMCID: PMC6984374.
Guan ZJ, Guo B, Huo YL, Guan ZP, Dai JK, Wei YH. Recent advances and safety issues of transgenic plant-derived vaccines. Appl Microbiol Biotechnol. 2013 Apr;97(7):2817-40. doi: 10.1007/s00253-012-4566-2. Epub 2013 Mar 1. PMID: 23447052; PMCID: PMC7080054.
Concha C, Cañas R, Macuer J, Torres MJ, Herrada AA, Jamett F, Ibáñez C. Disease Prevention: An Opportunity to Expand Edible Plant-Based Vaccines? Vaccines (Basel). 2017 May 30;5(2):14. doi: 10.3390/vaccines5020014. PMID: 28556800; PMCID: PMC5492011.
Daniell H, Singh ND, Mason H, Streatfield SJ. Plant-made vaccine antigens and biopharmaceuticals. Trends Plant Sci. 2009 Dec;14(12):669-79. doi:10.1016/j.tplants.2009.09.009. Epub 2009 Oct 14. PMID: 19836291; PMCID: PMC2787751.
Lal P, Ramachandran VG, Goyal R, Sharma R. Edible vaccines: current status and future. Indian J Med Microbiol. 2007 Apr;25(2):93-102. doi: 10.4103/0255-0857.32713. PMID: 17582177.
Shakoor S, Rao AQ, Shahid N, Yaqoob A, Samiullah TR, Shakoor S, Latif A, Tabassum B, Khan MAU, Shahid AA, Husnain T. Role of oral vaccines as an edible tool to prevent infectious diseases. Acta Virol. 2019;63(3):245-252. doi: 10.4149/av_2019_301. PMID: 31507189.