VACCINE CÓ THỂ ĂN ĐƯỢC, TẠI SAO KHÔNG?   


Vaccine có thể ăn được, tại sao không? 

Nguyễn Thị Tuyết

Trường đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp. HCM

Các loại vaccine truyền thống đã và đang đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn sự bùng phát của các đại dịch và giảm tỷ lệ tử vong do các bệnh truyền nhiễm do vi khuẩn gây ra. Tuy nhiên, các loại vaccine truyền thống vẫn có những mặt hạn chế về chi phí sản xuất, bảo quản, giá thành cao và đòi hỏi phải có nhân viên y tế để tiêm phòng vaccine. Chính vì những khó khăn này mà các nước nghèo, nước đang phát triển và các vùng xa xôi, khó khăn vẫn chưa tiếp xúc được với việc phòng bệnh bằng vaccine và nhiễm khuẩn là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu ở các nước nghèo và nước đang phát triển [1]. Trong hai thập kỷ qua, nghiên cứu vaccine có nguồn gốc thực vật đã mở ra hy vọng cho việc phát triển một loại vaccine an toàn hơn, rẻ hơn và có thể “ăn” được [2]. Hai ưu điểm nổi bật của loại vaccine này - đưa vào cơ thể qua đường miệng và đặc tính ổn định nhiệt - là sự lựa chọn để có thể phổ biến vaccine cho các nước đang phát triển và các nước nghèo [1], [2]. Chính vì thế, nhiều loại vaccine thực vật được nghiên cứu và một trong số chúng đang trong giai đoạn thử nghiệm. Và hy vọng rằng, một ngày nào đó, chúng ta sẽ được “ăn” vaccine thay vì bị “tiêm” vaccine.

Nghiên cứu và sản xuất vaccine từ thực vật

Vaccine là một trong những thành tựu y học lớn nhất ở thế kỷ thứ 18 và đóng vai trò quan trọng đến ngày nay. Trước khi vaccine được tạo ra, nhiễm trùng là nguyên nhân chính gây tử vong ở người và động vật [1]. Đa phần các vaccine hiện nay gây đáp ứng miễn dịch bằng con đường tiêm và có nhược điểm lớn khiến cho các nước đang phát triển và các nước nghèo khó tiếp cận. Nhược điểm đó là: hệ thống sản xuất, vận chuyển và bảo quản tốn kém [3]. Chính vì điều này mà các quốc gia nghèo và các vùng xa xôi rất khó khăn trong việc tiếp cận với vaccine. 

Việc nghiên cứu vaccine thực vật có thể khắc phục được nhược điểm trên. Chính vì thế, vaccine thực vật đã được bắt đầu nghiên cứu từ những năm 1990s [2]. Và đến năm 1995, quy trình nghiên cứu vaccine thực vật được mô tả bởi Mason và Arntzen trong hình 1 [4]:

 

Hình 1: Quy trình nghiên cứu vaccine thực vật được mô tả bởi Mason và Arntzen [2]. Vaccine thực vật được tạo ra bằng cách chèn gen của vi sinh vật vào tế bào thực vật thông qua các plasmid của vi khuẩn hoặc các epitope của virus và được biểu hiện gen ở các mô thực vật. Sau đó, các mô thực vật được thu nhận và tinh sạch để thu nhận kháng nguyên.

Để sản xuất vaccine thực vật, thì lựa chọn gen và lựa chọn thực vật là hai yếu tố cần xem xét kỹ lưỡng. Thực vật được lựa chọn thường là những giống cây phổ biến, dễ tìm và dễ trồng ở địa phương [5]. Ngoài ra, cây được lựa chọn nên thuộc dòng cây dễ biến đổi, có khả năng biểu hiện gen cao và không chứa độc tố [2], [3]. Gen được lựa chọn để sản xuất vaccine thực vật ngoài việc cần gây được đáp ứng miễn còn phải có khả năng tồn tại trong virus, plasmid và khả năng gây được đáp ứng miễn dịch ở vùng niêm mạc hoặc đường tiêu hóa [3]. 

Có hai phương pháp chủ yếu để chèn gen vi sinh vật vào thực vật. Cách thứ nhất, các gen cấu trúc (hay gen kháng nguyên) được chèn vào một vector biến đổi thực vật [2], [5]. Sau đó, vector này được đưa vào tế bào thực vật bằng phương pháp tích hợp nhiễm sắc thể Agrobacterium tumefaciens hoặc bằng kỹ thuật bắn phá vi chất. Cách thứ hai, các vector virus có biểu hiện tạm thời được sử dụng  [3], [5] . DNA mã hóa cho các epitope của vi sinh vật được chèn vào một virus gây bệnh ở thực vật. Sau đó, các virus biến đổi gen sẽ xâm nhập vào các tế bào ở thực vật và tạo ra các protein cần thiết bên trong các tế bào thực vật bị xâm nhiễm.

Các thực vật được biến đổi gen trong phòng thí nghiệm sẽ được trồng trên các cánh đồng vaccine và sau đó sẽ được thu hoạch [2], [5]. Vaccine được biểu hiện trong mô của thực vật và có thể ăn trực tiếp hoặc được nấu lên [6]. Hoặc, các vaccine này có thể được tinh chế bằng nhiều cách và được đóng gói thành các dạng viên uống hoặc dược phẩm. Tuy nhiên, khi đưa vaccine thực vật vào thương mại hóa thì cũng cần phải xem xét lại tính an toàn cũng như kiểm tra khả năng hoạt động và độc tích của sản phẩm trên mô hình động vật [2]. 

Cơ chế hoạt động của vaccine thực vật

Đường tiêu hóa và hệ thống miễn dịch niêm mạc là nơi thích hợp để kích thích đáp ứng miễn dịch một cách có hệ thống cho vaccine thực vật [2]. Kháng nguyên trong các tế bào thực vật được hấp thụ dưới dạng các thực phẩm như trái cây và rau củ. Thành cứng của tế bào của thực vật có thể bảo vệ được kháng nguyên khỏi sự phân hủy của các enzyme ở dạ dày [3]. Sau đó, chúng sẽ được giải phóng và hấp thu tại ruột. 

Tại ruột, các kháng nguyên được hấp thu bởi các tế bào M hoặc các tế bào vi mô nằm trong biểu mô liên kết với nang tế bào Peyer [2] , [4]. Các tế bào hấp thu kháng nguyên trong ruột sẽ chuyển kháng nguyên cho các đại thực bào và các tế bào trình diện kháng nguyên cho các tế bào lympho T và B cục bộ [7]. Sau khi nhận diện kháng nguyên, các tế bào lympho B biệt hóa thành các tế bào plasma để tổng hợp kháng nguyên IgA ở bề mặt tế bào niêm mạc để trung hòa các kháng nguyên trong ruột [7]. Mặc khác, các kháng nguyên cũng được trình diện bởi các tế bào tua DC và được nhận diện bởi các tế bào lympho T [2] , [3]. Và các kháng nguyên IgG sẽ được sản xuất, và kết quả là đáp ứng miễn dịch toàn thân. 

Hình 2: Cơ chế của vaccine thực vật [8]. (A) Vaccine thực vật, (B) vaccine thực vật trong GIT (gastrointestinal), (C) kháng nguyên được giải phóng trong ruột, (D) kháng nguyên được hấp thu bởi các tế bào M, (E) Các tế bào M truyền các kháng nguyên cho các tế bào trình diện kháng nguyên (APC), (F) tế bào lympho T và B được kích hoạt, (G) tế bào B được biệt hóa thành tế bào plasma, (H) sản xuất kháng thể IgA; (I) trung hòa kháng nguyên.

Tình hình nghiên cứu của vaccine thực vật

Hiện nay, vaccine thực vật được nghiên cứu để ngăn ngừa các bệnh gây ra bởi vi khuẩn, virus, kí sinh trùng và các bệnh tự miễn. Một số bệnh thường gặp bởi nhiễm khuẩn như: uốn ván, sốt thương hàn, bạch hầu, giang mai, dịch tả, bệnh do thực phẩm, bệnh phong và bệnh lao [2]. Một số protein và peptide mục tiêu từ các mầm bệnh đang được nghiên cứu phát triển nhanh chóng từ các mầm bệnh vi khuẩn đã được biểu hiện bởi thực vật. Một số trong số chúng được liệt kê trong bảng sau: 

Bảng 1: Vaccine thực vật cho các bệnh do nhiễm khuẩn (tham khảo [5], [6], [7])

Tác nhân gây bệnh

Protein/peptide mục tiêu

Thực vật

Enterotoxigenic Escherichia coli

Tiểu đơn vị enterotoxin B nhạy nhiệt (LT-B)

Thuốc lá

LT-B

Khoai tây

LT-B

Thuốc lá

LT-B

Hạt ngô

LT-B

Đậu nành

Vibrio cholera

Độc tố dịch tả B-tiểu đơn vị (CT-B)

Khoai tây

CT-B

Thuốc lá

CT-B

Cà chua

CT-B

Gạo 

Clostridium tetani

TetC

Thuốc lá

Yersinia pestis

Kháng nguyên F1 và LcrV

Thuốc lá

Borrelia burgdorferi

OspA, OspA-T

Thuốc lá

Staphylococcus aureus

D2 peptide of fibronectin-binding protein FnBP

Thuốc lá

Pseudomonas aeruginosa

Peptide của protein màng ngoài F

Thuốc lá

Mycobacterium tuberculosis

LT-B và kháng nguyên tiết sớm

Arabidopsis thaliana

Virus là một yếu tố gây bệnh đáng sợ ở người và động vật. Nhiễm virus rất khó điều trị, vì chúng phát triển bên trong tế bào chủ và nhanh chóng thích nghi với môi trường mới bằng cách thay đổi cấu trúc. Virus gây suy giảm miễn dịch ở người, virus viêm gan, virus dại, virus variola, virus bại liệt và virus viêm não nhật bản là một số mầm bệnh virus phổ biến [2], [3]. Những mầm bệnh virus này gây nên các bệnh nghiêm trọng ở người và dẫn đến nhiều trường hợp tử vong trên toàn thế giới. Một số vaccine thực vật được nghiên cứu để ngừa các bệnh virus đang được nghiên cứu: 

Bảng 2: Vaccine thực vật ngừa các bệnh do virus (tham khảo [5], [9], [10])

Virus gây bệnh

Protein/peptide mục tiêu

Thực vật

Virus viêm gan B

Bề mặt

Thuốc lá

Bề mặt

Potato

Bề mặt

Carrot

Bề mặt

Banana

Bề mặt

Tomato

Virus HIV loại 1

Vòng lặp V3 của protein gp120

Lá thuốc lá

Vòng lặp V3 của protein gp120

Lá thuốc lá

Nucleocapsid protein p24

Lá thuốc lá

protein Tat

Rau bi na

Rotavirus

(VP6) protein

Cỏ linh lăng

Virus Variola

B5 antigenic domain (pB5)

Lá thuốc lá 

Virus viêm não Nhật Bản

Protein vỏ

Gạo

Virus cúm gia cầm gây bệnh

H5N1

Thuốc lá

Lyssavirus

Glycoprotein

Ngô

Virus gây ung thư vú loại 16

E7 oncoprotein

Lá thuốc lá

Virus gây bệnh dại

Glycoprotein

Lá và trái cà chua

Glycoprotein và nucleoprotein

Lá thuốc lá và rau bi na

Vaccine thực vật được phát triển để điều trị hai bệnh tự miễn thường gặp là tiểu đường và viêm khớp

Bảng 3: Vaccine thực vật điều trị bệnh tự miễn (tham khảo [5])

Bệnh tự miễn

Protein/peptide mục tiêu

Thực vật

Bệnh tiểu đường liên quan đến decarboxylase kháng nguyên glutamic acid

GAD liên kết với tiểu đơn vị B vô hại của độc tố V. cholerae

Cây thuốc lá và cây khoai tây

Viêm khớp

Hoại tử chống ung thư

Tế bào cà rốt

 

Tiểu đường 

Insulin 

Cây hồng hoa

(Safflower)

 

Ưu điểm của vaccine thực vật

Vaccine thực vật được tạo ra bằng phương pháp chuyển gen và được sản xuất, lưu trữ, vận chuyển bằng các kỹ thuật nông nghiệp đơn giản [8]. Chính vì điều này, vaccine thực vật có hiệu quả chi phí cao hơn về sản xuất, lưu trữ và vận chuyển. Mặc khác, cây chuyển gen cung cấp năng suất protein kháng nguyên cao hơn so với nuối cấy tế bào động vật (tùy vào từng loại cây mà lượng kháng nguyên biểu hiện cao hơn) [2], [3], [8]. 

Vaccine thực vật ổn định hơn ở nhiệt độ phòng, và do đó không cần hệ thống trữ lạnh [2]. Đối với các loại ngũ cốc biến đổi gen có chứa protein kháng nguyên có thể được lưu trữ ở nhiệt độ phòng trong gần một năm [10]. 

Vaccine từ thực vật hay vaccine đường uống thường không cần đến y tá để tiêm vaccine. Tại các nước nghèo hoặc các nước đang phát triển, việc sử dụng lại kim tiêm để tiêm vaccine vẫn còn tồn tại do việc thiếu kinh phí và vật tư phục vụ cho tiêm phòng vaccine. Sử dụng vaccine thực vật có thể giảm khả năng nhiễm trùng và lây lan các bệnh như HIV, sốt rét, brucellosis, giang mai, bệnh toxoplasmosis, v.v. [2], [11]. Ngoài ra, Vaccine từ thực vật có thể giảm tải được ô nhiễm môi trường từ việc thải rác thải y tế của vaccine như ống kim tiêm, ống đựng vaccine. 

Nhược điểm của vaccine thực vật

Tuy vaccine thực vật có thể khắc phục các nhược điểm lớn của vaccine tiêm, nhưng vẫn còn tồn tại một số hạn chế nhất định như [3], [5], [11]: 

  • Vaccine thực vật có thể không sử dụng được cho các trẻ sơ sinh.

  • Liều lượng của vaccine thực vật trong cây (hay năng suất biểu hiện kháng nguyên) có thể thay đổi theo độ tuổi của cây, kích thước sản phẩm (trái và củ).

  • Lượng kháng nguyên biểu hiện và tích lũy ít do hiện tượng gen lặn.

  • Có thể xảy ra vấn đề môi trường về việc phát tán nguồn gen và gây ô nhiễm gen nguồn lương thực.

  • Vaccine thực vật có thể bị ô nhiễm bởi thuốc trừ bệnh hại trên cây.

Tài liệu tham khảo

 

[1] 

Andre FE (2008).  Vaccination greatly reduces disease, disability, death and inequity worldwide. Bull World Health Organ, p. :140–146 

[2] 

L. a. Gaurav Kumar (2018). Plant Vaccines: An Overview. Microbial Bioprospecting for Sustainable Development, pp. 249-264 

[3] 

Erna Laere (2016). Plant-Based Vaccines: Production and Challenges. Journal of Botany 

[4] 

Rachel K. Chikwamba (September 16, 2003). Localization of a bacterial protein in starch granules of transgenic maize kernels. PNAS, vol. 19, no. 100, pp. 11127-11132 

[5] 

Haq TA (1995). Oral immunization with a recombinant bacterial antigen produced in transgenic plants. Science , vol. 268, p. :714–716  

[6] 

Kang TJ (2003). Expression of the B subunit of E. coli heat-labile enterotoxin in the chloroplasts of plants and its characterization. Transgenic Res, vol. 12, p. 683–691 

[7] 

Moravec T (2007). Production of Escherichia coli heat labile toxin (LT) B subunit in soybean seed and analysis of its immunogenicity as an oral vaccine.  Vaccine , vol. 25, p. 1647–1657 

[8] 

Mishra N (2008). Edible vaccines: a new approach to oral immunization. Indian J Biotechnol , vol. 7, p. 283–294 

[9] 

Richter LJ (2000). Production of hepatitis B surface antigen in transgenic plants for oral immunization. Nat Biotechnol , vol. 18, p. 1167–1171

[10] 

Wang L (2009). Generation and immunogenicity of Japanese encephalitis virus envelope protein expressed in transgenic rice. Biochem Biophys Res Commun, vol. 380, p. 292–297 

[11] 

Webster DE1 (2005 Jun). Is there a role for plant-made vaccines in the prevention of HIV/AIDS?. Immunol Cell Biol, vol. 3, no. 83, pp. 47-239 



 

Category: