新冠疫情在全球的瘋狂肆虐，世界各界也在與病毒做著不懈鬥爭，來自不同國家的研究人員繼續尋找著新的方法，以預防病毒對人類的感染。不同廠商采用不同的技術研發他們各自的新冠疫苗，許多人已經從這些疫苗中獲得對新冠病毒很好的保護效力，然而，這是不夠的，因為疫苗供給量目前遠遠滿足不了世界人民的迫切需求量，病毒也在發生著不斷地變異，給這些已經上市的疫苗帶來了很大的一些挑戰。為了讓疫苗具有更好的保護作用、可以應對迅速變異的傳染力更強的病毒，有一些廠商也開始嚐試著用其他的原料研發疫苗，正如這篇文章所要介紹的內容：用植物為原料研製一種特殊的新冠疫苗不失為一個非常好的方法。

        Hugues Fausther-Bovendo和Gary Kobinger兩位作者最近在《Science》雜誌發表了一篇題目為“Plant-made vaccines and therapeutics”的文章，在這篇論文中，他們論述了用植物為原料製作的疫苗會給人類帶來怎樣的不一樣的好處，同時也講述了可以用什麼具體方法研製出這樣的疫苗：

        治療性蛋白質，如：疫苗、抗體、激素和細胞因子，它們都通常是在細菌或真核生物係統中產生的，這些環境包括：雞蛋、哺乳動物，或者是昆蟲細胞培養物，這些蛋白質在具有上述特性的環境可以有很高的產量。這裏引入一個概念：分子農業，它是在1986年提出的一種生物製造方法，簡言之，這種方法就是運用植物栽培來促進治療性蛋白質的產生。隨著這種特殊的方法在實踐中的不斷檢驗，它的有效性和實用性越來越得到科學界的認可。2012年，曆史上首個也是唯一一個用於人類的植物源治療蛋白被批準用於戈謝病的治療;2019年，一種由植物生產的流感就在病毒疫苗完成了3期臨床試驗，並且取得了非常令人振奮的成效。就在今年，針對新冠肺炎，以植物為原料製造出的有佐劑疫苗(CoVLP)也於3月開始了3期試驗。這些成功的實踐再度激起了科學界對用植物為原料來研發可供人類使用的藥物的興趣，這些藥物也可能包括可食用藥物。

        這裏先介紹一下分子農業是在什麼樣的環境下誕生的。在最初提出這種方法的時候，主要是由於三方麵的原因。首先，植物的生長隻需要光照、土壤和水分(或者人工支持)，由此看來，栽培植物是不需要什麼繁雜的手續的，而且，采購溫室的價格比采購細菌、哺乳動物和昆蟲細胞培養係統所需的生物反應器套件的價格更便宜，這使得分子農業對那些經濟條件稍弱的發展中國家特別有吸引力。此外，這種分子農業比較靈活，易於人們控製，因為它產量可以根據種植的植物數量來擴大或減少。還有重要的一點是：這種分子農業的方式與傳統的生產係統不同，因為這種方式阻斷了人畜共患的病原體感染植物，從而很好地避免了這些病原體成為分子農業衍生產品的汙染源。

        隨著現代科學的日新月異的變化，許多技術手段的進步都很大程度促進了分子農業的進一步提升。比如：密碼子優化、細胞器特異性啟動子的加入、n -聚糖的人性化、瞬時轉染係統等等技術的突破都促使分子農業的性能得到了很大的優化，這使它的產量超過了1 mg/g新鮮植株的重量。相比之下，如果將這一生產過程置於用於製造單克隆抗體的哺乳動物中國倉鼠卵巢細胞培養中，治療性蛋白質的產量通常可以達到5至20克/升。瞬時轉染係統也提高了分子農業的生產速度，使得治療性蛋白質在轉染成體植株後的幾天之內就會有收成，這種速度是在之前達不到的：之前，可能要等上好幾個月，直到找到穩定表達才會有收成。分子農業的生產速度是這一整個過程中具有決定性的因素。毋庸置疑，用這種植物生產的方式研發那些可以應對新型病原體或新出現毒株的疫苗會很容易，第一批候選疫苗通常在3周內就能生產出來。分子種植的這種速度特別適合個性化藥物的研發，在這些情況下，藥物是需要為個別患者量身定製的，比如：用於治療癌症的藥物。

        構建能夠在符合GMP(藥品生產質量管理規範)標準的設施是很重要的，這種設施能夠純化植物中產生的治療性蛋白，這也是對植物疫苗和治療方法臨床評估的一種驗證。更重要的是，符合GMP的設施雖然價格昂貴，但是這些設施是這一過程所必需的，它能滿足分子農業的提取、純化和填充的過程的需要;在這種情況下，植物生長過程中的簡易性和低成本就成為了一個顯著的優勢，因為這就為那些昂貴、更優良的符合GMP標準的設施節省了很多成本。相比之下，如果使用那些會帶來較低生產量、局限性很大的監管指南，購買廉價的低質量的設施，加上全球的生產能力很有限這種現狀，都會抑製人們對采用分子農業這種方法的動力。

        就疫苗研發目的而言，植物產生的蛋白質相比細菌、哺乳動物或昆蟲係統產生出的蛋白質，具有幾個優勢。與細菌不同，植物具有的能力之一是在轉化後再進行修複，植物表達不同的聚糖，這使得植物源蛋白比哺乳動物源蛋白更具有免疫原性。在植物製造的疫苗中，會產生病毒樣顆粒，包括目標病原體的相關蛋白(免疫原)及顆粒內的植物成分。病毒樣顆粒的這些植物成分，如凝集素、聚糖、皂苷和熱休克蛋白，具有佐劑特性，可進一步增強對植物疫苗的免疫應答，並很大可能地減少疫苗配方中佐劑的需要。

        這種免疫刺激被增強，就容易導致接種者對植物成分產生的超敏反應，也就是過敏反應。然而，一些臨床試驗，包括有佐劑疫苗(CoVLP)的第一階段試驗和植物製流感病毒疫苗的第三階段試驗將這種擔憂大大減緩了。在這些大型的3期臨床試驗中，觀察並研究了超過20000位年齡在18到94歲的成年人,這些參與實驗研究的群體都分別接種過這四種單獨的病毒樣顆粒其中的一種，這四種病毒樣顆粒都包含選定季節性流感病毒株中的血凝素蛋白,這種血凝素蛋白實在煙草中產生的，試驗的結果表明：這種病毒樣顆粒對那20000人的作用類似於現有的流感疫苗的效果。在這裏，值得注意的是,與接種已經被批準的流感病毒疫苗的個體相比，使用這種四價病毒樣顆粒配方進行免疫不會促成更多的不良事件或者更強的過敏反應。

        我們預估，這種可以幫助人類對抗流感病毒和新冠病毒的“植物疫苗”會是史上首個研發過程全部在植物裏進行、並且可供人類使用的治療性蛋白。糖腦苷酶是一種可注射的蛋白質藥物，它被稱為taliglucerase alfa，主要是用於戈謝病的治療，這種酶不是在實際的植物中合成的，而是在胡蘿卜細胞培養中產生的。幾種植物生產的獸用疫苗已經被研發出來了，其中一種疫苗已經獲得美國農業部的批準，可以用於為雞接種新城疫疫苗。然而，在降低農場動物銷售價格的方麵仍然存在著競爭，因此這種植物製造的獸用疫苗成本需要大幅降低，從而確保這些疫苗可以在農場動物中廣泛接種。

        雖然植物蛋白免疫原性的增強對疫苗是有益的，但卻對治療蛋白存在著危害，因為著可能會降低疫苗藥物在體內的療效，並且特別容易導致一些不良事件。盡管有這些問題的限製，抗艾滋病毒和埃博拉病毒的單克隆抗體已經達到臨床發展階段。在人體試驗中，靜脈注射(埃博拉病毒)或陰道內注射(艾滋病毒)這些抗體一般耐受性都會良好;在靜脈給藥後會觀察到輕度不良事件，如低血壓和發熱;僅在238例接受艾滋病毒或埃博拉病毒抗體治療的單個受者中報道了危及生命的反應，如過敏性休克。在靜脈輸注植物生產的藥物前使用抗組胺劑和退熱(退熱)藥物已減輕了嚴重不良事件發生的概率。

        使用轉基因植物表達人類聚糖也降低了植物蛋白的免疫原性。值得注意的是，獨立於生產係統，靜脈注射的克抗體可能胡導致一些不良事件，甚至在哺乳動物細胞中產生的抗體也能觀察到這些不良事件。植物單克隆抗體的另一個障礙是它的生產能力是有限的。與疫苗不同，單克隆抗體配方通常需要更大的劑量(50至150毫克/公斤)，有時甚至需要重複給藥。為了達成所需的植物製造抗體的規模，需要大幅擴大目前的生產能力，目前全球僅僅有15個符合GMP標準的設施。美國國防高級研究計劃局(DARPA)資助了美國三大用於生產植物疫苗GMP設施，類似於這樣的資助在現在確實是大量需要的。