Растения табака могут дёшево и быстро наработать много гибридного белка для производства вакцины.

Смысл вакцины в том, чтобы подготовить иммунитет к будущей борьбе с патогенами. Для этого берут убитый или ослабленный патоген и вводят его в организм — иммунитет запомнит, как он выглядит, и потом, если столкнётся уже с настоящим, полноценным вирусом или бактерией, сможет быстро от них избавиться. Можно поступить иначе: поскольку иммунная система узнаёт те же вирусы по отдельным белкам, или, точнее, по отдельным участкам в молекулах белков (их называют антигенами), то и вакцину можно сделать на основе этих молекулярных фрагментов.

Многие вакцины против коронавируса именно так и работают: они показывают иммунным клеткам фрагмент вирусного S-белка. С помощью S-белка коронавирус проникает в клетку, и в белке есть участок, необходимый для того, чтобы вирусная частица провзаимодействовала с клеточным рецептором. Именно этот белковый фрагмент-антиген и есть действующее вещество вакцины.

Однако просто реакции на вирусный антиген бывает мало: реакция должны быть сильной, в противном случае иммунитет плохо запомнит того, с кем нужно будет бороться. Чтобы усилить иммунную реакцию, используют так называемые адъюванты — органические и неорганические добавки, позволяющие расшевелить иммунитет. Один из вариантов адъюванта — белок флагеллин, который входит в состав жгутиков бактерий. На флагеллин иммунная система реагирует весьма активно, и если его соединить с вакцинным антигеном, это сильно повысит эффективность вакцины. То есть здесь усилитель-адъювант не плавает отдельно от действующего вещества, а соединён с ним в химерную молекулу: фрагмент вирусного белка плюс бактериальный флагеллин. Такие молекулярные гибриды используют, например, в прививках от вируса гриппа типа A.

Гибридную молекулу делают так: ДНК, в которой она закодирована, вводят в какие-нибудь клетки, которые интенсивно размножаются и синтезируют нужный белок. В качестве клеток-«фабрик» используют бактерий, дрожжей, млекопитающих. Ещё можно использовать растительные клетки, только тут работают не с культурой клеток, а с целыми растениями. Именно так поступили сотрудники Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН (ФИЦ Биотехнологии РАН): они соединили в ДНК тот самый фрагмент S-белка коронавируса с флагеллином Salmonella typhimurium, получившуюся ДНК ввели в геном вируса, который заражает бактерии Agrobacterium tumefaciens, а уже эти бактерии отправили в один из видов табака. Дальше оставалось выделить насинтезированный белок из табачных листьев: за четыре дня на один грамм листьев удалось получить 110–140 микрограмм белка, который можно использовать в вакцине. Результаты экспериментов описаны в журнале Plants.

У биотехнологического производства белков в растениях есть свои преимущества: оно не требует сложного оборудования и его легко можно расширить до промышленных масштабов. Белок в растениях получается более полноценным, чем в клетках бактерий, его не нужно никак дорабатывать после выделения; кроме того, можно не бояться, что полученный с помощью растений препарат будет загрязнен патогенами — растительные инфекции людям не страшны.

Обычно ген стараются ввести в геном самого растения, однако такой способ не вполне удачен: трансгенные растения синтезируют мало белка, а чтобы получить такое растение, может уйти несколько месяцев. Но если ген идёт в виде вирусно-бактериальной посылки, это позволяет ускорить процесс и повысить «урожайность» белка. В целом же растения давно стараются превратить в биотехнологические заводы по производству нужных белков: несколько лет мы рассказывали, как тот же табак заставляют синтезировать антитела против раковых клеток.