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PNAS：绿藻中的抗癌药物
加州大学圣迭戈分校的生物学家成功对绿藻进行了基因工程改造，使其能够大量生产一种复杂而昂贵的癌症治疗药物。这项研究开辟了低成本大量合成复杂蛋白药物的新途径，文章提前发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志的网站上。
“这种抗癌药物的生产一般使用哺乳动物细胞，而我们能够在绿藻中生产完全一样的药物，这有望大大降低药价，”加州大学圣迭戈分校生物学教授Stephen Mayfield说。
人们甚至可以在绿藻中采用新的药物生产策略，合成其他系统无法合成的蛋白，用于治疗癌症或其他人类疾病。“我们不能在细菌中生产这类药物，因为细菌不能将蛋白折叠出如此复杂的三维结构，” Mayfield说。“也不能用哺乳动物细胞生产，因为毒素会杀死细胞。”
研究人员经过七年努力，发现在生物实验室广泛用作遗传学模式生物的绿藻Chlamydomonas reinhardtii能够生产多种人类药用蛋白，比细菌或哺乳细胞的产量更大成本更低。
五年前，研究人员完成了首个突破，在绿藻中生产了血清淀粉样蛋白。一年后，他们又用绿藻中生产了一种人类抗体蛋白。2010年，他们成功在绿藻中生产了复杂的药用蛋白，例如用于治疗肺气肿的血管内皮生长因子VEGF。今年五月，Mayfield的研究团队与人合作，用绿藻生产了更复杂的蛋白，一种能够预防疟疾的新型疫苗，疟疾是目前世界上最流行的疾病之一。
而在这项新研究中，科学家们利用绿藻生成了带有两个结构域的复杂三维蛋白，其中一个结构域有追踪并附着癌细胞的抗体，而另一个结构域含有杀死癌细胞的毒素。目前制药公司生产这种蛋白需要两个步骤，先在Chinese hamster或CHO细胞中生产抗体部分并将其纯化。随后用化学方式将抗体部分与细胞外的毒素相连，再纯化最终蛋白。
研究人员指出，他们的方法具有两大优势。其一，将抗体和毒素融合在一个基因中形成一种蛋白，因此只需纯化一次。其二，在绿藻而非CHO细胞中进行生产，大大降低了蛋白生产成本。
经验证，绿藻产的化合物与制药公司生产的化合物完全一样，能够在小鼠体内追踪癌细胞并抑制肿瘤发展。研究人员指出，之所以不能在哺乳动物CHO细胞中生产上述融合蛋白，是因为毒素会杀死细胞。但绿藻中该蛋白是在叶绿体合成的，其中的毒素被隔离起来不会杀死绿藻。叶绿体是绿藻和植物细胞用来进行光合作用的场所。如果叶绿体中的蛋白泄露出去，毒素就会杀死细胞，而事实是叶绿体中的数千蛋白拷贝无一泄漏。
“我们能否在绿藻中合成更多结构域的人工设计蛋白呢，我想是可以的。从某种程度上说，这种药物设计有点像装配电脑，将不同模块组合在一起以实现特定目标。我们可以用蛋白中的一个结构域靶标细胞，而其他结构域则负责特殊功能。”Mayfield说。
