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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Nous présentons ici un protocole pour produire un candidat vaccin oral contre le diabète de Type 1 dans une plante comestible.
Moléculture végétale est l’utilisation des plantes pour produire des molécules d’intérêt. Dans cette perspective, plantes peuvent servir aussi bien comme des bioréacteurs pour la production et la purification ultérieure du produit final et la livraison directe par voie orale de protéines hétérologues lors de l’utilisation des espèces de plantes comestibles. Dans ce travail, nous présentons le développement d’un vaccin oral contre le diabète de Type 1 (T1D) dans les systèmes de plantes comestibles en utilisant la technologie de base de virus recombinant DNA plante déconstruite, livrée avec infiltration sous vide. Nos résultats montrent que la betterave rouge est un hôte approprié pour l’expression transitoire d’un auto-antigène dérivée humaine associée à T1D, considéré comme un candidat prometteur comme vaccin T1D. Feuilles produisant l’auto-antigène ont été soigneusement caractérisés pour leur résistance à la digestion gastrique, la présence d’une charge bactérienne résiduelle et leur profil métabolique secondaire, ce qui donne une vue d’ensemble de la production de processus pour l’utilisation potentielle des plantes pour la prestation orale directe d’une protéine hétérologue. Notre analyse a montré une dégradation presque complète du vaccin oral candidat lyophilisés après une digestion gastrique simulée, ce qui suggère qu’il faut une stratégie d’encapsulation dans la fabrication du vaccin GAD végétale.
Depuis la révolution de la biologie moléculaire végétale dans les années 1980, les systèmes à base de plantes pour la fabrication de produits biopharmaceutiques peuvent être considérés comme une alternative aux systèmes traditionnels basés sur des cellules microbiennes et mammifères1. Plantes affichent plusieurs avantages sur les plateformes traditionnelles, avec l’évolutivité, de rentabilité et de sécurité étant les plus pertinents2. Le produit recombinant peut être purifié à partir de tissus végétaux transformés et ensuite administré, soit par voie parentérale ou par voie orale et, en outre, plante comestible transformée peut être utilisé directement pour administration par voie orale. Voie orale favorise simultanément l’immunité muqueuse et systémique, et il élimine le besoin d’aiguilles et de personnel médical spécialisé. En outre, prestation orale élimine le traitement complexe en aval, qui représente normalement 80 % du coût total de fabrication d’une protéine recombinante3. Tous ces avantages peuvent se traduire par des économies dans la production, des fournitures et du travail en réduisant les coûts de chaque dose, rendant la drogue abordables pour la plupart de la population mondiale.
Plusieurs stratégies, tant pour la transformation stable et expression transitoire, ont été développés pour la production de protéines recombinantes dans des plantes. Parmi eux, un système d’expression de base de virus de plante déconstruite à haut rendement (p. ex., magnICON) offre des performances supérieures entraînant des rendements élevés de protéines recombinantes des échelles de temps relativement court,4. Beaucoup d’exemples d’expression transitoire dans le système d’expression de base de virus de plante Nicotiana benthamiana plants est signalés, étant l’hôte de production de l’étalon-or. Cependant, cette plante de modèle n’est pas considérée comme une espèce comestible en raison des alcaloïdes et d’autres métabolites toxiques qui sont accumulent dans ses feuilles.
Dans ce travail, nous décrivons la comparaison entre deux systèmes de plantes comestibles, betterave rouge (Beta vulgaris cv Moulin Rouge) et épinards (Spinacea oleracea cv Industria), pour l’expression de deux formes de candidat de l’isoforme 65 kDa de l’acide glutamique décarboxylase (GAD65), réalisée par l’usine base de virus vecteurs5. GAD65 est un auto-antigène majeur lié au diabète de Type 1 (T1D) et il est actuellement sous enquête dans des essais cliniques humains pour prévenir ou retarder T1D en induisant la tolérance6. La production de GAD65 chez les plantes a été étudiée chez les espèces de plantes modèle Nicotiana tabacum et N. benthamiana4,5,6,7. Nous décrivons ici l’utilisation d’espèces végétales comestibles pour la production de la molécule dans les tissus qui peut être signifié pour une livraison directe par voie orale. D’un point de vue technique, nous avons étudié et sélectionné le système plante agroinfiltration et la plate-forme de plantes comestibles pour la production de GAD65 en évaluant les différents paramètres : les niveaux de l’expression de protéine recombinante, la charge microbienne résiduelle en usine tissu destiné à l’administration orale, la résistance de GAD65 à la digestion gastrique et la bioéquivalence des plantes transformées avec le type sauvage.
1. rouge culture de betterave et des épinards
2. transitoire expression grâce à la technologie de base de virus de plante déconstruite
3. analyse de l’expression recombinant protein
4. traitement des matériaux végétaux
5. analyse d’intégrité de simulation et de la cellule gastrique digestion
6. dosage de la charge microbienne
7. extraction de métabolite
8. chromatographie à la spectrométrie de masse analyse et traitement des données
Dans ce travail, le flux de travail pour l’élaboration d’un vaccin oral dans les tissus végétaux comestibles est présenté. L’objectif de ce travail est l’expression d’une protéine cible dans une espèce de plante hôte comestibles et la caractérisation du potentiel vaccin oral.
La première étape consistait à l’évaluation de la pertinence de la technologie d’expression à base de virus de plante pour prod...
Dans cette étude, nous avons montré une analyse préliminaire pour la conception d’un candidat-vaccin oral pour diabète auto-immun. La protéine cible pour cette expérience a été une forme mutante de l’humain 65 kDa Glutamate Décarboxylase, dont la production et la fonctionnalité sont facilement détectable et mesurable12. Son expression dans des tissus différents végétaux comestibles a été véhiculée par les vecteurs5, qui véhiculent un haut niveau de pr...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par le projet commun « L’utilisation des plantes pour la production d’un vaccin comestible de diabète auto-immun (eDIVA) » (projet ID : 891854) financé par l’Université de Vérone, dans le cadre de l’appel de 2014.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2-μm Minisart RC4 membrane filters | Sartorius-Stedim | 17764 | |
2–mercaptoethanol | Sigma | M3148 | Toxic; 4 % to make loading buffer with glycerol, SDS and Tris-HCl |
4-Morpholineethanesulfonic acid (MES) | Sigma | M8250 | pH 5.5 |
96-well plate | Sarstedt | 833924 | |
Acetic acid | Sigma | 27221 | Corrosive |
Acetonitrile LC-MS grade | Sigma | 34967 | |
Acetosyringone | Sigma | D134406 | Toxic – 0.1 M stock in DMSO |
Agar Bacteriological Grade | Applichem | A0949 | 15 g/L to make LB medium (pH 7.5 with NaOH) with Yeast extract, NaCl and Tryptone |
Ammonium formate | Sigma | 70221 | |
Anti-eGFP antibody | ABCam | ab290 | |
Anti-GAD 65/67 antibody | Sigma | G5163 | |
Anti-LHCB2 antibody | Agrisera | AS01 003 | |
Brilliant Blue R-250 | Sigma | B7920 | |
C18 Column | Grace | - | Alltima HP C18 (150 mm x 2.1 mm; 3 μm) Column |
C18 Guard Column | Grace | - | Alltima HP C18 (7.5 mm x 2.1 mm; 5 μm) Guard Column |
CalMag Grower | Peter Excel | 15-5-15 | Fertilizer |
Carbenicillin disodium | Duchefa Biochemie | C0109 | Toxic |
Chemiluminescence imaging system | BioRad | 1708370 | ChemiDoc Touch Imaging System |
Chloroform | Sigma | C2432 | |
Detergent | Sigma | P5927 | Polysorbate 20 |
Fluorescence reader | Perkin-Elmer | 1420-011 | VICTOR Multilabel Counter |
Formic acid LC-MS grade | Sigma | 94318 | |
Glycerol | Sigma | G5516 | 15 % to make loading buffer with Tris-HCl, SDS and 2–mercaptoethanol |
GoTaq G2 polymerase | Promega | M7841 | |
HCl | Sigma | H1758 | Corrosive |
HILIC Column | Grace | - | Ascentis Express HILIC (150 mm x 2.1 mm; particles size 2.7 μm) Column |
HILIC Guard Column | Grace | - | Vision HT HILIC (7.5 mm x 2.1 mm; 3 μm) Guard Column |
Horseradish peroxidase (HRP)-conjugate anti-rabbit antibody | Sigma | A6154 | Do not freeze/thaw too many times |
HPLC Autosampler | Beckman Coulter | - | System Gold 508 Autosampler |
HPLC System | Beckman Coulter | - | System Gold 128 Solvent Module HPLC |
Isopropanol | Sigma | 24137 | Flamable |
Kanamycin sulfate | Sigma | K4000 | Toxic |
KCl | Sigma | P9541 | 2 g/L with NaCl , Na2HPO4 and KH2PO4 to make PBS |
KH2PO4 | Sigma | P9791 | 2.4 g/L with NaCl , Na2HPO4 and KCl to make PBS |
Loading Buffer | |||
Luminol solution | Ge Healthcare | RPN2232 | Prepare the solution using the ECL Prime Western Blotting System commercial kit |
Lyophilizator | 5Pascal | LIO5P0000DGT | |
Mass Spectometer | Bruker Daltonics | - | Bruker Esquire 6000; the mass spectrometer was equipped with an ESI source and the analyzer was an ion trap |
Methanol | Sigma | 32213 | |
MgSO4 | Sigma | M7506 | |
Milk-blocking solution | Ristora | - | 3 % in PBS |
Na2HPO4 | Sigma | S7907 | Use with NaH2PO4 to make Sodium Phospate buffer |
NaCl | Sigma | S3014 | 80 g/L with KCl, Na2HPO4 and KH2PO4 to make PBS; 10 g/L to make LB medium (pH 7.5 with NaOH) with Yeast extract, Tryptone and Agar Bacteriological Grade |
NaH2PO4 | Sigma | S8282 | Use with Na2HPO4 to make Sodium Phospate buffer; 14.4 g/L to make PBS |
NaOH | Sigma | S8045 | |
Nitrocellulase membrane | Ge Healthcare | 10600002 | |
Pepsin from porcine gastric mucosa | Sigma | P7000 | |
Peroxidase substrate ECL | GE Healthcare | RPN2235 | Light sensitive material |
Pump Vacuum Press | VWR | 111400000098 | |
Reagent A | Sigma | B9643 | Use 50 parts of this reagent with 1 part of reagent B to prepare BCA working solution |
Reagent B | Sigma | B9643 | Use 1 part of this reagent with 50 parts of reagent A to prepare BCA working solution |
Rifampicin | Duchefa Biochemie | R0146 | Toxic – 25 mg/mL stock in DMSO |
SDS (Sodium dodecyl sulphate) | Sigma | L3771 | Flamable, toxic, corrosive-10 % stock; 3 % to make loading buffer with Tris-HCl, Glycerol and 2–mercaptoethanol |
Sodium metabisulphite | Sigma | 7681-57-4 | |
Sonicator system | Soltec | 090.003.0003 | Sonica® 2200 MH; frequency 40 khz |
Syringe | Terumo | - | |
Transparent fixed 300-µL insert glass tubes | Thermo Scientific | 11573680 | |
Trizma Base | Sigma | T1503 | Adjust pH with 1N HCl to make Tris-HCl buffer, use 1,5M Tris-HCl (pH 6.8) to make loading buffer with SDS, Glycerol and 2–mercaptoethanol |
Tryptone | Formedium | TRP03 | 10 g/L to make LB medium (pH 7.5 with NaOH) with Yeast extract, NaCl and Agar Bacteriological Grade |
Vacuum concentrator | Heto | 3878 F1-3 | Speed-vac System |
Water LC-MS grade | Sigma | 39253 | |
Yeast extract | Sigma | Y1333 | 5 g/L to make LB medium (pH 7.5 with NaOH) with Tryptone, NaCl and Agar Bacteriological Grade |
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