撰写者|随着基因工程的发展，现代生物技术已经实现了细胞驯化为生物工厂。常用的表达平台包括用于制造相对较小且简单的治疗性蛋白质的大肠杆菌，以及用于制造更复杂分子的酵母和哺乳动物细胞。决定是否使用新的表达平台取决于是否有方法对生物体进行基因改造以实现外源蛋白的稳定高效表达。它还取决于该生物体是否适合大规模生产和商业化。生物学特性。转基因植物具有与培养细胞不同的质量特征，例如光合作用生长和易于扩大规模。然而，由于遗传方法繁琐、生长速度慢、产量低和监管限制，转基因植物的潜力尚未发挥出来。在生物技术应用中，藻类被视为植物的替代品，但藻类难以进行基因改造，而且外源蛋白的表达水平较低且往往不稳定。迄今为止，还没有利用藻类平台的商业化生物治疗药物。光合螺旋藻是世界上唯一一种商业化种植的食品微生物，其蛋白质含量超过所有其他粮食作物，使其成为高水平表达治疗性蛋白质的有力候选者。螺旋藻的营养繁殖降低了基因逃逸到食物链的风险，以及相关的食品安全和监管问题。因此，螺旋藻有望展示植物在生物制药中的优势，有可能克服其他基于作物或藻类的平台的挑战和局限性。 2022年3月21日，美国Lumen生物技术公司的James Roberts等人在《Nature Biotechnology》上发表了题为“Development of spirulina for the Manufacturing andoral Delivery of Protein Therapy”的研究论文。他们提出了螺旋藻的基因工程方法，包括利用无标记同源重组将外源基因整合到螺旋藻染色体中，稳定高水平表达治疗蛋白，包括生物活性肽、单链抗体和酶。信号蛋白和疫苗抗原。作者介绍了在动态良好生产规范（cGMP）下利用螺旋藻进行大规模药品生产的室内培养技术的发展，并进一步报道了针对空肠弯曲菌引起的胃肠道感染的可食用抗体药物的开发，以证明螺旋藻的应用该平台可满足紧迫的医疗需求，包括弯曲杆菌病动物模型的验证以及第一阶段人体临床试验的安全性和药代动力学演示。

作者的研究发现，尽管螺旋藻被认为难以进行基因改造，但它实际上具有天生的转化能力。他们将螺旋藻（UTEX LB1926 和NIES-39）在带有融合载体的液体培养基中孵育，该融合载体包括选择性标记和侧翼与螺旋藻染色体同源的序列的感兴趣基因。转化的DNA 通过同源重组过程进行靶向整合，用插入位点侧翼的引物对染色体DNA 进行测序表明，这种转化方法产生了大约100 个独立的转化体。在连续选择的条件下，多倍体螺旋藻在转化后8-10周发生纯合分离，此后转基因得到稳定的遗传表达。连续繁殖1年以上的9株菌株均未发现转基因序列发生变化，甚至有2株连续繁殖3年以上（800代细胞）也未发现转基因序列发生任何变化。值得注意的是，螺旋藻只有在与微生物共培养时才表现出转化能力。因此，作者使用外源菌株进行基因转化，使用非菌株进行蛋白质生产。通过用外源链霉素抗性基因（aadA）替换螺旋藻KmR基因的一段，然后用串联的KmR基因和目的基因替换addA，可以开发一种无标记基因工程方法来修饰螺旋藻。改造菌株的目的基因整合在KmR基因的一侧，没有其他外源基因。作者使用多种外源DNA载体导入螺旋藻基因组，包括单基因、串联基因、操纵子等。最大的转化DNA盒达到6.0 kb，包含7个基因的c-藻蓝蛋白操纵子。多种不同的外源蛋白，包括生物活性肽、抗原结合结构域等，可以在细胞内稳定表达。其中，使用来自c-藻蓝蛋白基因座（Pcpc600）的强启动子表达的蛋白质占总可溶性蛋白质的累积比例。 29%。作者利用修饰螺旋藻（SP526）表达可用于预防弯曲杆菌病的抗体药物，并在小鼠模型中验证了口服药物的预防效果。他们发现SP526 治疗可以将粪便中的弯曲杆菌减少到3 至3 4 个数量级，并显着减少肠道炎症的两种生物标志物，脂蛋白2 (LCN-2) 和髓过氧化物酶(MPO)。对照组所有小鼠均出现腹泻，但口服SP526的小鼠未出现腹泻。剂量范围实验表明，口服2 mg 干SP526 可预防弯曲菌病。这在攻击后24 小时加速了弯曲杆菌从肠道的排泄，并在72 小时后减少了弯曲杆菌的排泄。为了试验大规模可持续生产，作者开发了模块化、室内、160-2000 升垂直平板光生物反应器，其中pH 值和空气混合可以控制。商业规模的制造可以通过增加反应器的数量而不是其体积来实现。生长后，用海藻糖溶液冲洗螺旋藻浆液并喷雾干燥。通过优化干燥效率、湿度和抗体活性保留等参数设计，抗体活性保留率达到90%以上。收集干粉，密封于避光防潮的包装中，42下抗体活性保持至少6个月。最后将粉末封装在素食胶囊中。产品生产过程严格遵循cGMP。作者发现，当螺旋藻用于递送抗体药物时，在模拟胃环境中孵育两个小时后，超过70%的药物保持完整，这表明螺旋藻涂层可以为药物提供保护。在模拟十二指肠的较高pH环境下，螺旋藻可在60分钟内释放90%以上的药物。此外，首次人体临床安全性试验也取得了良好的结果。这项研究发现螺旋藻可用于配制和高效表达蛋白质药物。其产能和功效是其他食品平台的十倍甚至百倍，为口服蛋白药物的生产提供了新的有力工具。

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https://doi.org/10.1038/s41587-022-01249-7 制版者：11

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