Pharming (genetik) - Pharming (genetics)

Pharming , en portmantå för "jordbruk" och " läkemedel ", hänvisar till användningen av genteknik för att infoga gener som kodar för användbara läkemedel i värddjur eller växter som annars inte skulle uttrycka dessa gener, vilket skapar en genetiskt modifierad organism (GMO) . Pharming är också känt som molekylär jordbruk , molekylär pharming eller biopharming .

Produkterna från pharming är rekombinanta proteiner eller deras metaboliska produkter. Rekombinanta proteiner produceras oftast med hjälp av bakterier eller jäst i en bioreaktor , men pharming erbjuder producenten fördelen att det inte kräver dyr infrastruktur, och produktionskapaciteten kan snabbt skalas för att möta efterfrågan, till kraftigt reducerade kostnader.

Historia

Det första rekombinanta växtbaserade proteinet (PDP) var humant serumalbumin , som ursprungligen producerades 1990 i transgena tobak och potatisväxter . Öppna odlingsförsök med dessa grödor började i USA 1992 och har ägt rum varje år sedan. Medan USA: s jordbruksdepartement har godkänt plantering av läkemedelsgrödor i varje stat har de flesta tester ägt rum på Hawaii, Nebraska, Iowa och Wisconsin.

I början av 2000 -talet var pharmingindustrin robust. Proof of concept har fastställts för produktion av många terapeutiska proteiner , inklusive antikroppar , blodprodukter , cytokiner , tillväxtfaktorer , hormoner , rekombinanta enzymer och mänskliga och veterinärvacciner . År 2003 utvecklades flera PDP-produkter för behandling av mänskliga sjukdomar av nästan 200 biotekniska företag, inklusive rekombinant gastrisk lipas för behandling av cystisk fibros och antikroppar för förebyggande av tandkaries och behandling av non-Hodgkins lymfom .

Men i slutet av 2002, precis som ProdiGene höjde produktionen av trypsin för kommersiell lansering, upptäcktes det att frivilliga växter (kvar från den tidigare skörden) av en av deras GM -majsprodukter skördades med den konventionella sojabönor som senare planterades i det fält. ProdiGene fick böter på 250 000 dollar och beställdes av USDA att betala över 3 miljoner dollar i saneringskostnader. Detta väckte furor och satte tillbaka pharming -fältet dramatiskt. Många företag gick i konkurs eftersom företag hade svårt att få tillstånd för fältförsök och investerare flydde. Som reaktion införde APHIS strängare regler för pharming-fältförsök i USA 2003. År 2005 hotade Anheuser-Busch med att bojkotta ris som odlats i Missouri på grund av planer från Ventria Bioscience att odla farmris i staten. En kompromiss nåddes, men Ventria drog tillbaka sitt tillstånd att anlägga i Missouri på grund av orelaterade omständigheter.

Industrin har långsamt återhämtat sig genom att fokusera på pharming i enkla växter som odlas i bioreaktorer och på att odla GM -grödor i växthus. Vissa företag och akademiska grupper har fortsatt med öppna fältförsök med GM-grödor som producerar läkemedel. År 2006 fick Dow AgroSciences USDA-godkännande för att marknadsföra ett vaccin mot fjäderfä mot Newcastlesjuka , producerat i växtcellodling-det första växtproducerade vaccinet som godkänts i USA

Hos däggdjur

Historisk utveckling

Mjölk är för närvarande det mest mogna systemet för att producera rekombinanta proteiner från transgena organismer. Blod, äggvita, sädesplasma och urin är andra teoretiskt möjliga system, men alla har nackdelar. Blod, till exempel, från 2012 kan inte lagra höga nivåer av stabila rekombinanta proteiner, och biologiskt aktiva proteiner i blod kan förändra djurens hälsa. Uttryck i mjölk hos ett däggdjur, såsom en ko, får eller get, är en vanlig tillämpning, eftersom mjölkproduktion är riklig och rening från mjölk är relativt lätt. Hamstrar och kaniner har också använts i förstudier på grund av deras snabbare avel.

Ett tillvägagångssätt för denna teknik är skapandet av ett transgent däggdjur som kan producera det biofarmaceutiska läkemedlet i sin mjölk (eller blod eller urin). När ett djur har producerats, vanligtvis med hjälp av den pronukleära mikroinjektionsmetoden, blir det effektivt att använda kloningsteknik för att skapa ytterligare avkommor som bär det gynnsamma modifierade genomet. I februari 2009 beviljade den amerikanska FDA marknadsföringsgodkännande för det första läkemedlet som skulle produceras i genetiskt modifierade boskap. Läkemedlet kallas ATryn , vilket är antitrombinprotein som renats från mjölk från genetiskt modifierade getter . Marknadsföringstillstånd beviljades av European Medicines Agency i augusti 2006.

Patenterbarhetsfrågor

Som anges ovan har vissa däggdjur som vanligtvis används för matproduktion (som getter, får, grisar och kor) modifierats för att producera icke-livsmedelsprodukter, en metod som ibland kallas pharming. Användning av genetiskt modifierade getter har godkänts av FDA och EMA för att producera ATryn , dvs rekombinant antitrombin , ett antikoagulant proteinläkemedel . Dessa produkter "som produceras genom att förvandla djur till drogtillverkande" maskiner "genom att genetiskt modifiera dem" kallas ibland biofarmaka .

Patenterbarheten för sådana biofarmaka och deras tillverkningsprocess är osäker. Förmodligen är själva biofarmaceutiska läkemedlen själva så patenterade, förutsatt att de är kemiskt identiska med de redan existerande läkemedlen som de imiterar. Flera 1800 -talets högsta domstolsbeslut i USA hävdar att en tidigare känd naturprodukt som tillverkas med artificiella medel inte kan patenteras. Ett argument kan dock göras för patenterbarheten för processen för tillverkning av ett biofarmaceutiskt läkemedel, eftersom genetiskt modifierande djur så att de kommer att producera läkemedlet är olikt tidigare tillverkningsmetoder; dessutom verkar ett beslut i Högsta domstolen hålla den möjligheten öppen.

Å andra sidan har det föreslagits att det senaste Högsta domstolsbeslutet i Mayo v. Prometheus kan skapa ett problem i och med att domen i det fallet "kan sägas att sådana och sådana gener tillverkar detta protein i på samma sätt som de alltid gjorde hos ett däggdjur, producerar de samma produkt, och den genetiska modifieringstekniken som används är konventionell, så att processens steg ”inte tillför något till naturlagarna som inte redan finns. Om argumentet rådde i domstol skulle processen också vara berättigad till patentskydd. Denna fråga har ännu inte avgjorts i domstolarna.

I växter

Växtframställda läkemedel (PMP), även kallad pharming, är en undersektor inom bioteknikindustrin som involverar processen för gentekniska anläggningar så att de kan producera vissa typer av terapeutiskt viktiga proteiner och associerade molekyler som peptider och sekundära metaboliter. Proteinerna och molekylerna kan sedan skördas och användas för att producera läkemedel. [2]

Arabidopsis används ofta som modellorganism för att studera genuttryck i växter, medan den faktiska produktionen kan utföras i majs , ris , potatis , tobak , lin eller safflor . Tobak har varit ett mycket populärt val av organismer för uttryck av transgener, eftersom det lätt omvandlas, producerar rikliga vävnader och överlever bra in vitro och i växthus. Fördelen med ris och lin är att de är självpollinerande, och därmed undviks genflödesproblem (se nedan). Men mänskliga misstag kan fortfarande leda till att farmgrödor kommer in i livsmedelsförsörjningen. Genom att använda en mindre gröda som safflor eller tobak undviks det större politiska trycket och risken för livsmedelsförsörjningen med användning av basgrödor som bönor eller ris. Uttryck av proteiner i växtceller eller håriga rotkulturer minimerar också risken för genöverföring, men till en högre produktionskostnad. Sterila hybrider kan också användas för biokonfinering av transgena växter, även om stabila linjer inte kan fastställas. Korngrödor väljs ibland för uppfarmning eftersom proteinprodukter riktade mot spannmålets endosperm har visat sig ha hög värmestabilitet. Denna egenskap gör dem till ett tilltalande mål för produktion av ätbara vacciner , eftersom virala pälsproteiner lagrade i korn inte kräver kylförvaring som många vacciner för närvarande gör. Att upprätthålla en temperaturstyrd försörjningskedja av vacciner är ofta svårt när man levererar vacciner till utvecklingsländer.

Vanligtvis utförs växttransformation med Agrobacterium tumefaciens . Proteinet av intresse uttrycks ofta under kontroll av blomkålsmosaikvirus 35S -promotorn ( CaMV35S ), en kraftfull konstitutiv promotor för att driva uttryck i växter. Lokaliseringssignaler kan kopplas till proteinet av intresse för att orsaka ackumulering på en specifik subcellulär plats, såsom kloroplaster eller vakuoler. Detta görs för att förbättra avkastningen, förenkla rening eller för att proteinet ska vika ordentligt. Nyligen har införandet av antisense -gener i expressionskassetter visat sig ha potential för att förbättra växtfarmningsprocessen. Forskare i Japan transformerade ris med en antisense SPK -gen, som stör stärkelseansamlingen i risfrön, så att produkter skulle samlas i en vattnig saft som är lättare att rena.

På senare tid har flera växter som inte är grödor, såsom ankfågeln Lemna minor eller mossan Physcomitrella patens, visat sig vara användbara för produktion av biofarmaka. Dessa sparsamma organismer kan odlas i bioreaktorer (i motsats till att odlas på åkrar), utsöndra de transformerade proteinerna i tillväxtmediet och därmed väsentligt minska bördan för proteinrening vid framställning av rekombinanta proteiner för medicinskt bruk. Dessutom kan båda arterna konstrueras för att orsaka utsöndring av proteiner med mänskliga mönster av glykosylering , en förbättring jämfört med konventionella växtgenuttryckssystem. Biolex Therapeutics utvecklade en ankbaserad uttrycksplattform; den sålde den verksamheten till Synthon och förklarade konkurs 2012.

Dessutom har ett israeliskt företag, Protalix, utvecklat en metod för att producera läkemedel i odlade transgena morot- eller tobaksceller. Protalix och dess partner, Pfizer, fick FDA -godkännande för att marknadsföra sitt läkemedel, taligluceras alfa (Elelyso), behandling för Gauchers sjukdom , 2012.

Förordning

Regleringen av genteknik avser regeringens tillvägagångssätt för att bedöma och hantera riskerna med utveckling och utsläpp av genetiskt modifierade grödor. Det finns skillnader i regleringen av genetiskt modifierade grödor - inklusive de som används för pharming - mellan länder, med några av de mest markanta skillnaderna mellan USA och Europa. Regleringen varierar i ett givet land beroende på den avsedda användningen av produkter från genteknik. Till exempel granskas en gröda som inte är avsedd för livsmedelsanvändning i allmänhet inte av myndigheter som ansvarar för livsmedelssäkerhet.

Kontrovers

Det finns kontroverser kring genetiskt modifierade organismer i allmänhet på flera nivåer, inklusive om de är etiska, frågor som rör immateriella rättigheter och marknadsdynamik. miljöeffekter av genetiskt modifierade grödor; och genetiskt modifierade grödors roll i det industriella jordbruket mer allmänt. Det finns också specifika kontroverser kring pharming.

Fördelar

Växter bär inte patogener som kan vara farliga för människors hälsa . Dessutom, på nivån av farmakologiskt aktiva proteiner , finns det inga proteiner i växter som liknar humana proteiner. Å andra sidan är växter fortfarande tillräckligt nära besläktade med djur och människor så att de kan bearbeta och konfigurera både animaliska och humana proteiner korrekt. Deras frön och frukter ger också sterila förpackningsbehållare för de värdefulla läkemedlen och garanterar en viss lagringstid.

Den globala efterfrågan på läkemedel ligger på nivåer utan motstycke. Att utöka de befintliga mikrobiella systemen, även om det är möjligt för vissa terapeutiska produkter, är inte ett tillfredsställande alternativ av flera skäl. Många proteiner av intresse är för komplexa för att framställas av mikrobiella system eller genom proteinsyntes . Dessa proteiner produceras för närvarande i animaliska cellkulturer , men den resulterande produkten är ofta oöverkomligt dyr för många patienter. Av dessa skäl har vetenskapen undersökt andra alternativ för att producera proteiner av terapeutiskt värde.

Dessa läkemedelsgrödor kan bli extremt fördelaktiga i utvecklingsländer. Den Världshälsoorganisationen uppskattar att nästan 3 miljoner människor dör varje år av vaccin preventable sjukdom, främst i Afrika. Sjukdomar som mässling och hepatit leder till dödsfall i länder där människor inte har råd med de höga vaccinkostnaderna, men apoteksgrödor kan hjälpa till att lösa detta problem.

Nackdelar

Medan molekylär jordbruk är en tillämpning av genteknik , finns det oro som är unika för det. När det gäller genetiskt modifierade (GM) livsmedel fokuserar bekymmer på livsmedels säkerhet för konsumtion . Som svar har det hävdats att de gener som förbättrar en gröda på något sätt, såsom torkmotstånd eller bekämpningsmedelsresistens , inte tros påverka själva maten. Andra genetiskt modifierade livsmedel i utveckling, till exempel frukt som är avsedda att mogna snabbare eller växa sig större, tros inte påverka människor annorlunda än icke-GM-sorter.

Däremot är molekylär jordbruk inte avsett för grödor avsedda för näringskedjan . Det producerar växter som innehåller fysiologiskt aktiva föreningar som ackumuleras i växtens vävnader. Stor uppmärksamhet är därför inriktad på den återhållsamhet och försiktighet som krävs för att skydda både konsumenternas hälsa och den biologiska mångfalden .

Det faktum att växterna används för att producera läkemedel larm aktivister . De oroar sig för att när de börjar producera, kan de förändrade växterna hitta in i livsmedelsförsörjningen eller korsbestämma med konventionella, icke-GM-grödor. Dessa bekymmer har historisk validering från ProdiGene -incidenten och från StarLink -incidenten, där GMO -majs av misstag hamnade i kommersiella livsmedelsprodukter. Aktivister är också oroade över affärsmakt. Enligt den kanadensiska livsmedelsinspektionen , i en ny rapport, säger att USA: s efterfrågan ensam på biotekniska läkemedel expanderar med 13 procent årligen och för att nå ett marknadsvärde på 28,6 miljarder dollar 2004. Pharming förväntas vara värt 100 miljarder dollar globalt år 2020 .

Lista över upphovsmän (företag och universitet), forskningsprojekt och produkter

Observera att denna lista inte är uttömmande.

Dow AgroSciences - fjäderfävaccin mot Newcastlesjukdomsvirus (första PMP som godkändes för marknadsföring av USDA Center for Veterinary Biologics Dow hade aldrig för avsikt att marknadsföra vaccinet. "Dow Agrosciences använde djurvaccinet som ett exempel för att fullständigt genomgå processen. En ny plattform måste godkännas, vilket kan vara svårt när myndigheterna kommer i kontakt med den för första gången, förklarar växtfysiologen Stefan Schillberg, chef för Molekylärbiologisk avdelning vid Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology Aachen. "
Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology, med platser i Tyskland, USA och Chile, är ledande institut för Pharma Planta -konsortiet med 33 partnerorganisationer från 12 europeiska länder och Sydafrika, finansierat av Europeiska kommissionen. Pharma Planta utvecklar system för växtproduktion av proteiner i växthus inom det europeiska regelverket. Det samarbetar om biosimilars med Plantform och PharmaPraxis (se nedan).
Genzyme - antitrombin III i getmjölk
GTC Biotherapeutics - ATryn (rekombinant humant antitrombin) i getmjölk
Icon Genetics producerar läkemedel i tillfälligt infekterade Nicotiana benthamiana (släkting till tobak) växter i växthus i Halle, Tyskland eller på åkrar. Första produkten är ett vaccin mot cancer, non-Hodgkins lymfom .
Iowa State University-immunogent protein från E. coli- bakterier i pollenfri majs som ett potentiellt vaccin mot E. coli för djur och människor
Kentucky Bioprocessing övertog anläggningar i storskalig biologi i Owensboro, Kentucky, och erbjuder tjänster för biotillverkning i entreprenad i tobaksväxter, odlade i växthus eller på öppna fält.
Medicago Inc.- Pre-kliniska prövningar av influensavaccin gjorda på tillfälligt infekterade Nicotiana benthamiana (släkting till tobak) växter i växthus. Medicago odlar virusliknande partiklar i det australiensiska ogräset, Nicotiana benthamiana för utveckling av ett kandidatvaccin mot COVID-19-viruset , och inledde en klinisk fas I-studie i juli 2020.
PharmaPraxis - Utveckla biosimilars i samarbete med PlantForm (se nedan) och Fraunhofer .
Pharming - C1 -hämmare , humant kollagen 1, fibrinogen (med amerikanska Röda Korset ) och laktoferrin i komjölk Den immateriella egendomen bakom fibrinogenprojektet förvärvades från PPL Therapeutics när PPL gick i konkurs 2004.
Phyton Biotech använder växtcellsodlingssystem för att tillverka aktiva farmaceutiska ingredienser baserade på taxaner , inklusive paklitaxel och docetaxel
Planet Biotechnology - antikroppar mot Streptococcus mutans , antikroppar mot doxorubicin och ICAM 1 -receptor i tobak
PlantForm Corporation - biosimilar trastuzumab i tobak - Det utvecklar biosimilars i samarbete med PharmaPraxis (se ovan) och Fraunhofer .
ProdiGene - utvecklade flera proteiner, inklusive aprotinin , trypsin och ett veterinärt TGE -vaccin i majs. Var i färd med att lansera trypsinprodukt 2002 när senare samma år dess fältprovgrödor förorenade konventionella grödor. Det gick inte att betala kostnaden för saneringen på 3 miljoner dollar, den köptes av International Oilseed Distributors 2003 International Oilseed Distributors kontrolleras av Harry H. Stine, som äger ett av de största genetiska företagen i sojabönor i USA. ProdiGenes majsproducerade trypsin, med varumärket TrypZean säljs för närvarande av Sigma-Aldritch som forskningsreagens.
Syngenta - Betakaroten i ris (detta är " Golden ris 2"), som Syngenta har donerat till Golden Rice Project
University of Arizona - Hepatit C -vaccin i potatis
Ventria Bioscience - laktoferrin och lysozym i ris
Washington State University - laktoferrin och lysozym i korn
European COST Action on Molecular Farming-COST Action FA0804 on Molecular Farming tillhandahåller ett paneuropeiskt samordningscenter som förbinder akademiska och statliga institutioner och företag från 23 länder. Syftet med åtgärden är att främja området genom att uppmuntra vetenskapliga interaktioner, ge expertutlåtanden och uppmuntra kommersiell utveckling av nya produkter. COST -åtgärden ger också bidrag som gör det möjligt för unga forskare att besöka deltagande laboratorier i hela Europa för vetenskaplig utbildning.
Mapp Biopharmaceutical i San Diego, Kalifornien , rapporterades i augusti 2014 att utveckla ZMapp , ett experimentellt botemedel mot den dödliga Ebola -virussjukdomen . Två amerikaner som hade smittats i Liberia rapporterades förbättras med drogen. ZMapp tillverkades med hjälp av antikroppar producerade av GM -tobaksväxter.

Projekt som är kända för att överges

Agragen, i samarbete med University of Alberta - docosahexaensyra och humant serumalbumin i lin
Chlorogen, Inc. - kolera , mjältbrand , och pestvacciner , albumin, interferon för leversjukdomar inkluderande hepatit C , elastin , 4HB, och insulinliknande tillväxtfaktor i tobaks kloroplaster . Gick ur drift 2007.
Dow Chemical Company gjorde en överenskommelse med Sunol Molecular 2003 för att utveckla antikroppar mot vävnadsfaktor i växter och i däggdjurscellodling och för att jämföra dem. År 2005 sålde Sunol alla sina vävnadsfaktorantagonister till Tanox , som i sin tur köptes av Genentech 2003. Genentech licensierade vävnadsfaktorprogrammet till Altor 2008 Altor är i sig en spinnout från Sunol. Produkten under utveckling, ALT-836, tidigare känd som TNX-832 och Sunol-cH36, är inte den växtproducerade antikroppen, utan är däggdjursantikropp, närmare bestämt en chimär antikropp producerad i ett hybridom.
Epicyte - spermicidala antikroppar i majs Epicyte köptes av Biolex 2004, då beskrevs Epicytes portfölj som "fokuserad på upptäckten och utvecklingen av humana monoklonala antikroppsprodukter som behandlingar för ett brett spektrum av infektions- och inflammatoriska sjukdomar."
Large Scale Biology Corporation (LSBC) ( konkurs ) -använde Tobaksmosaikvirus för att utveckla reagenser och patientspecifika vacciner för Non-Hodgkins lymfom , Papillomavirusvaccin , parvovirusvaccin , alfa galaktosidas för Fabrys sjukdom , lysosomal syra lipas , aprotinin , interferon Alpha 2a och 2b-, G-CSF- och hepatit B- vaccinantigener i tobak. 2004 tillkännagav LSBC ett avtal med Sigma-Aldritch enligt vilket LSB skulle producera rekombinant aprotinin i växter från tobaksfamiljen och Sigma-Aldrich skulle kommersiellt distribuera LSBC: s rekombinanta produkt till sina kunder på FoU-, cellodlings- och tillverkningsmarknaderna. Från och med oktober 2012 har SIgma fortfarande proteinet på lager.
Meristem Therapeutics - Lipas , laktoferrin , plasmaproteiner, kollagen , antikroppar (IgA, IgM), allergener och proteashämmare i tobak. Avvecklades 2008.
Novoplant GmgH - terapeutiska proteiner i tobak och foderärter. Utförde fältförsök i USA av foderärtor för grisar som producerade antibakteriella antikroppar. Tidigare CSO är nu med ett annat företag; verkar som att Novoplant är i drift.
Monsanto Company - övergav utveckling av farmaceutiskt producerande majs
PPL Therapeutics- Alpha 1-antitrypsin för cystisk fibros och emfysem i fårmjölk . Detta är företaget som skapade fåret Dolly , det första klonade djuret. Gick i konkurs 2004. Tillgångar förvärvades av Pharming och en investeringsgrupp inklusive University of Pittsburgh Medical Center.
SemBioSys - insulin i safflor. I maj 2012 avslutade SemBioSys sin verksamhet.

Se även

Referenser

Vidare läsning

Bioteknikföretaget skjuter upp risgrödan här, men företaget säger att det planerar att så nästa år . St. Louis Post-Dispatch . 29 april 2005. Sid. A3.
Biotechpotatis ger hepatitvaccin . Atlanta Journal-Constitution . 15 februari 2005. Sid. 3A.
Bioteknik Venture Hits Oväntade Snags . New York Times . 23 november 2001. Sid. 5.
Kanadensiska forskare tillverkar insulin från växter: "Bio-pharming" kommer att möta den stora efterfrågan på diabetes till lägre kostnad . Ottawa -medborgaren. 27 februari 2005. Sid. A1.
GM majs inställd på att stoppa människan att sprida sitt frö . Observatören. 9 september 2001. Sid. 1.
Pharming planer transgena först . Ekonomiska tider. 3 maj 2005. Sid. 18.
USDA säger att skyddet för biogrödor är hårdare ProdiGene är tillbaka i Nebraska med testplott . Omaha World Herald. 2 juni 2004 sid. 01D
Frisläppningstillstånd för läkemedel, industrier, mervärdesproteiner för konsumtion av människor eller för fytoremediering beviljad eller väntande av APHIS från och med 29 mars 2006 . [3]

Languages

In other projects