Někdo vám ze stánku nabídne šťavnaté jablko, tak se s chutí zakousnete. Je sladké a v ústech křupe přesně tak, jak od jablka čekáte. Gratulujeme, právě vás naočkovali proti covidu. Nebo jakékoliv jiné nemoci. A ani to nebolelo.
Kdyby to vědci nemysleli zcela vážně, mohl by to být skvělý námět pro sci-fi povídku. Jenže rostliny s účinky vakcín a léků možná budeme používat v blízké budoucnosti. Na rozdíl od vakcín, které se vyrábí z určitých rostlinných extraktů, jež se dále zpracovávají a nakonec vpraví do těla skrz injekci, se v tomto případě bavíme o kompletních jedlých plodinách obsahujících účinnou látku, která se po konzumaci uvolní do těla skrz žaludek.
Tak alespoň vypadá představa o cíli molekulárního farmaření. Vědci chtějí využít genetické inženýrství a syntetickou biologii k vyšlechtění rostlin s účinky vakcín a léků. To ale vyžaduje zcela nový biochemický přístup k buňkám jako takovým, protože aby to fungovalo, musí se změnit v mikroskopické bioreaktory.
Levné, rychlé, účinné
Původní nápad pochází z roku 1986, ale pokračování se dočkal až o tři dekády později ve chvíli, kdy americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv schválil první a zatím jediný léčivý protein. Ten pomáhá se zvládáním Gaucherovy choroby, což je genetická porucha bránící organismu štěpit tuky. Podle doktorů Huguese Fausther-Bovenda a Garyho Kobingera z Lavalovy univerzity v Québecu i podle jejich kolegů z Galvestonské národní laboratoře v Texasu jsme jako lidstvo teprve začali. Dvojice už stačila v časopise Science publikovat článek o rostlinách jako o dosud přehlíženém zdroji pro biologickou výrobu.
Plodiny mají spoustu výhod: jsou levné, rychle rostou a přežijí většinu druhů kontaminace, kterých se bojí vedoucí farmaceutických výrobních závodů. Účinné látky se po úspěšné syntéze většinou uloží do semen nebo listů rostliny, takže se dají snadno usušit a přepravovat i bez sterilních mrazáků, přičemž na váhu je v sušině víc účinné látky než ve tradiční vakcíně. Především se však přírodniny umí rychle přizpůsobit. Kanadské firmě Medicago trvalo tři týdny vyrobit z rostlinného základu další potenciální vakcínu proti covid-19. Očkovací látka se tváří jako vnější obal viru, což probudí imunitní systém. Zda to funguje, je zatím předmětem rozsáhlých klinických zkoušek.
Molekulární farmaření už teď vzbudilo u americké vládní agentury DARPA tak silný zájem, že nyní financuje tři rozsáhlá zařízení na výrobu rostlinných vakcín. „Budoucnost tohoto odvětví nezanedbatelně ovlivní zdraví lidí i zvířat,“ uvedli autoři článku.
Vakcína upečená z mouky vajec a droždí
Ve jménu světlých zítřků tak vědci berou do rukou misky droždí. Obyčejné kvasinky hrají v jejich experimentech roli miniaturních „vesmírných lodí“, které přenáší nové geny, takzvané vektory, takže vědci mohou vymýšlet nové a nové biochemické cesty vedoucí do nitra kvasinkové buňky. V nedávné studii provedl stanfordský tým čtyřiatřicet změn v DNA kvasinek, takže droždí nyní oplývá širokospektrálními účinky na lidské svaly, žlázy a tkáně.
Ostatní protilátky či vakcíny se spoléhají na celou skupinu přenašečů od strašidelně znějících hmyzích buněk až po celkem neškodná vajíčka. Očkovací látka proti chřipce se například v 80 % případů kultivuje ve slepičím vejci, kde oslabený virus roste a krmí se podobně jako kuře, aby se jednou vyklubal a dal lekci něčím bílým krvinkám. Slibovaná vakcína proti covid-19 funguje stejně.
Nicméně každému, kdo někdy viděl špatně zkvašený alkohol, musí dojít, že proces není bez rizika. Přestože se dnes pro biovýrobu běžně používají kvasinky nebo tkáně savců, je to nákladná operace. Buňky plní masivní rotující konve v přísně kontrolovaném prostředí, protože v průběhu celé činnosti hrozí nákaza bakteriemi a viry, která by vmžiku zničila celou nádobu.
Zemědělské know-how
Použití rostlin místo bioreaktorů je proto výsledkem jednoduchého výpočtu: Jsou levné a dají se lehce nahradit. Plodiny vyžadují pouze světlo, vodu a půdu. I pokud by je výzkumníci pravidelně hnojili a postavili jim skleníky, pořád by pěstování bylo ekonomicky mnohem výhodnější než bioreaktor.
Navíc jako druh máme po tisících let zemědělství s péčí o rostliny jistou zkušenost. Proto vědcům nedá tolik práce odhadnout, jak bude třeba upravovat tabákový list, aby produkoval protilátky, jak modifikovat bramboru, aby obsahovalo protijed, nebo jak přimět sóju syntetizovat vakcíny. V rozvojových zemích by pak bylo možné upravené rostliny prostě zasít na pole nebo vysadit na hydroponické farmy. Při sklizni se z rostlin vytáhnou účinné látky pomocí mrazového sušení, rozdrtí se na prach a uskladní, aby se mohly rozvézt do nemocnic.
Je to jednoduché, levné a nevyžaduje to žádné speciální vybavení. I kdyby se lidé vydali do vesmíru, bude pro ně mnohem výhodnější s sebou vézt sáček se semínky než celou lékárnu. Nemluvě o tom, že kdyby byl inzulín jedlý, diabetikům by odpadla nutnost si každý den píchat injekce, a kdyby stačilo sníst třeba rajče s vakcínou, přičemž by člověk nemusel chodit k lékaři, mnoho lidí, kterým se jinak nechce, by se nechalo očkovat například proti chřipce.
Genetické úpravy
Molekulární farmaření navazuje na boom posledních let, kdy se jednotlivé laboratoře předhánějí v genetických úpravách různých materiálů. Proces pěstování léků se podobá genetické modifikaci plodin. Začíná aplikací vektoru do celé rostliny nebo do jejích buněk, které pak začnou na základě nové genetické informace začnou produkovat například léčivé proteiny nebo vakcínu. Podle typu vektoru se nová DNA buď začlení do vlastního genomu rostliny a trvale ho změní, nebo ve tkáni zůstává jen tak dlouho, aby buňkám předala instrukce o tom, co mají syntetizovat. Na druhé možnosti je nejlákavější její rychlost – podle výzkumníků se díky ní dají vakcíny extrahovat už po několika týdnech růstu.
Další výhoda rostlinných vakcín vědce překvapila. Látky z rostlin, ať už jde o očkování nebo o monoklonální protilátky, jako jsou ty, kterými se léčí těžké případy covidu, jsou mnohem silnější než „konkurence“ vyrobená ve vejcích či kvasinkách. V současnosti většina vakcín potřebuje pomocné látky – to je většinou ještě molekula navíc, která nutí imunitní systém k odpovědi. Rostliny v sobě ale namíchají celý salát biochemikálií. Tyto přírodní molekuly plní stejnou funkci jako pomocné látky, takže zjednodušují složení vakcíny a celou výrobu zlevňují.
Jenže s tím přichází i velká zodpovědnost. Přestimulování imunitního systému může mít vážné vedlejší účinky. Zatím testem prošly jednodruhové vakcíny proti HIV a ebole, které během klinickým zkoušek neměly téměř žádné vedlejší účinky kromě zvýšené teploty.
Očkování sirupem
Jedlé očkovací látky se osvědčily už v minulosti. Sabinova vakcína proti dětské obrně měla formu sladkého sirupu a podávala se u nás od roku 1960 do roku 2007, kdy byl koktejl z oslabených živých virů nahrazen hexavakcínou (kombinované očkování proti proti záškrtu, tetanu, černému kašli, hepatitidě B, hemofilové nákaze a poliomyelitidě). Zdánlivě obyčejná tekutina na lžíci do roku 2002 dokázala vymýtit dětskou obrnu z Evropy.
V šestiletém rozpětí na přelomu století se jedlé vakcíny proti žloutence typu B, vzteklině a norovirům na rostlinném základě staly nadějí pro spoustu odborníků na biotechnologie. Jenže jejich očekávání se zatím příliš nenaplnila. „Procento modifikovaných buněk, které vyvolají odpověď imunitního sytému (…) je mnohem nižší než při klinických zkouškách standardních vakcín,“ uvedli autoři článku.
Neveselou situaci by měla změnit metoda CRISPR a další chirurgicky přesné nástroje pro genetické úpravy. V mnoha testech se v poslední době používala jako první dávka očkování klasická vakcína společně s jedlou očkovací látkou vyrobenou z rýže, obilí nebo kukuřice. Ta zesílila účinky injekce.
Testy
Jedlé vakcíny z rostlin jsou stále v preklinické fázi testování. Potvrdilo se, že technicky je jejich výroba proveditelná, ale autoři vynálezu se obávají protestů ze strany veřejnosti, protože masové odmítání geneticky upravených organismů jen tak nezmizí. Také se musí ještě mnohokrát potvrdit přesné postupy výroby, aby rostlinné vakcíny byly opravdu bezpečné.
Pokud by se však podařilo na molekulárních farmách doopravdy pěstovat léky, zmizí nerovnost v přístupu k lékařské péči. Rozvojové státy a zemědělci z odlehlých oblastí už nebudou bojovat s tím, že na ně nezbyly léky a nedostanou se do nemocnice. Budou si moci prostě koupit semena a očkování pro celou vesnici si vypěstovat na poli. Autoři říkají, že se musíme dívat dopředu, ne se ohlížet na současné problémy výzkumu: „Výroba farmaceutických proteinů bude ve firmách převažovat dál… dokud je ekonomická výhodnost molekulárních farem nepřesvědčí o opaku.“
