Vacinas comestíveis - Edible vaccines
A frase vacinas comestíveis foi usada pela primeira vez por Charles Arntzen em 1990 e se refere a qualquer alimento; normalmente plantas , que produzem vitaminas , proteínas ou outros alimentos que atuam como uma vacina contra uma determinada doença . Uma vez que a planta, fruta ou produto derivado de planta é ingerido por via oral, estimula o sistema imunológico. Especificamente, estimula os sistemas imunológico mucoso e humoral. As vacinas comestíveis são culturas geneticamente modificadas que contêm “imunidade” adicional para doenças específicas. As vacinas comestíveis oferecem muitos benefícios em relação às vacinas tradicionais, devido ao seu menor custo de fabricação e à ausência de efeitos colaterais negativos. No entanto, existem limitações, pois as vacinas comestíveis ainda são novas e estão em desenvolvimento. Mais pesquisas precisarão ser feitas antes que eles estejam prontos para o consumo humano generalizado. Vacinas comestíveis estão actualmente a ser desenvolvidos para o sarampo , a cólera , a febre aftosa , hepatite B e hepatite C .
Benefícios
As vacinas comestíveis diferem das vacinas tradicionais em muitos aspectos e superam muitas de suas limitações. As vacinas tradicionais podem ser muito caras ou restritas para fabricar e desenvolver em certos países. Em contraste, as vacinas comestíveis são fáceis de produzir, purificar, esterilizar e distribuir. Como não exigem equipamentos caros de fabricação, apenas solo rico, o custo de cultivo das vacinas é significativamente reduzido. Além disso, as vacinas comestíveis não requerem instalações de produção esterilizadas ou os padrões de biossegurança exigidos para cultivar certos agentes patogênicos para vacinas tradicionais que são caras para implementar e manter. Eles também são mais fáceis e mais baratos de armazenar, uma vez que não requerem armazenamento estritamente refrigerado. Esta necessidade de armazenamento em cadeia de frio cria muitos problemas em países do terceiro mundo. As sementes de uma planta de vacina comestível também podem ser facilmente desidratadas e preservadas para distribuição rápida e barata, o que as torna facilmente acessíveis em momentos de necessidade.
As vacinas comestíveis também oferecem uma grande quantidade de benefícios potenciais à saúde em relação às vacinas tradicionais. Comer uma vacina é um meio de administração mais simples do que a injeção, o que os torna extremamente econômicos. Isso reduz a necessidade de pessoal médico e condições de injeção esterilizadas que nem sempre são possíveis nos países em desenvolvimento. As vacinas comestíveis são consideradas um “alimento farmacêutico”, uma fonte alimentar que aumenta a saúde ao mesmo tempo que combate as doenças. O benefício do uso de plantas é que as plantas são vetores eficientes para a produção de vacinas. Muitas vacinas tradicionais que são desenvolvidas a partir de células de mamíferos em cultura podem levar à contaminação com vírus animais. No entanto, as vacinas comestíveis eliminam esse problema porque os vírus das plantas não afetam os humanos. Além disso, como resultado da integração de vários antígenos, as células M são estimuladas aleatoriamente; levando à possibilidade de vacinas de segunda geração.
As vacinas comestíveis não requerem elementos subsidiários para estimular uma resposta imunológica como as vacinas tradicionais. Algumas das principais preocupações com as vacinas tradicionais são os efeitos colaterais potenciais, por exemplo, reações alérgicas. Como as vacinas comestíveis carecem de certos compostos tóxicos e contêm apenas proteínas terapêuticas, que são livres de patógenos e toxinas, o risco de efeitos colaterais e reações alérgicas em potencial é bastante reduzido.
Limitações
As vacinas comestíveis também têm várias desvantagens em comparação com as vacinas tradicionais. Uma vez que as vacinas comestíveis ainda estão em sua infância, ainda existem muitas incógnitas a serem descobertas. A dosagem adequada e o tempo de duração ainda são indeterminados. A dosagem varia devido a muitos fatores, incluindo: a geração da planta, a planta individual, o teor de proteína, a maturação da fruta e a quantidade de comida. A dosagem também varia devido à dificuldade em padronizar a concentração do antígeno no tecido vegetal; pode ser entediante produzir de forma consistente e em grande escala. A concentração de antígeno também pode variar significativamente entre frutas individuais em uma planta, plantas individuais e entre gerações de plantas. Doses baixas resultam no consumo de menos anticorpos, mas uma dose alta resulta no estabelecimento de uma tolerância oral e imunológica às proteínas da vacina. A logística de controle de dosagem, qualidade e consistência ainda precisa ser determinada e verificada.
Por ser um campo tão novo, os efeitos de longo prazo ainda são desconhecidos. Além disso, os efeitos e o risco do uso de pesticidas nas plantas podem ser negativos tanto para a vacina vegetal quanto para o consumidor. Há também o risco de fuga de transgênicos para o meio ambiente; no entanto, isso poderia ser reduzido pela regulamentação das práticas e locais de cultivo. Muitas plantas não são comidas cruas e o cozimento pode enfraquecer ou destruir as proteínas da vacina. Em um estudo, verificou-se que após ferver uma batata por 5 minutos, metade da vacina sobreviveu, mostrando que nem todas as vacinas comestíveis devem ser ingeridas cruas se as dosagens levarem em conta os tempos de cozimento e as temperaturas. Também existe a preocupação de que as enzimas gástricas e o ambiente ácido do estômago quebrem a vacina antes que ela possa ativar uma resposta imunológica. Além disso, surgiram preocupações em relação ao comportamento da vacina ser diferente devido aos diferentes padrões de glicosilação de plantas e humanos.
Produção
As vacinas comestíveis são vacinas de subunidades; eles contêm as proteínas do antígeno para um patógeno, mas não possuem os genes para o patógeno completo se formar. Os primeiros passos para fazer uma vacina comestível são a identificação, isolamento e caracterização de um antígeno patogênico. Para ser eficaz, o antígeno precisa induzir uma resposta imune forte e específica . Uma vez que o antígeno é identificado e isolado, o gene é clonado em um vetor de transferência. Um dos vetores de transferência mais comuns para DNA sendo usado para vacinas comestíveis é Agrobacterium tumefaciens . A sequência do patógeno é inserida no DNA de transferência (T-DNA) para produzir a proteína antigênica. Ele é então inserido no genoma, expresso e herdado de forma mendeliana, o que resulta na expressão do antígeno na fruta ou planta. A partir daí, métodos e técnicas tradicionais de vegetação são usados para cultivar as plantas e propagar a linha genética.
Técnicas
Todo o gene é inserido em um vetor de transformação de planta para permitir a transcrição ou o epítopo dentro do antígeno é identificado e o fragmento de DNA pode ser usado para construir genes por fusão com um gene de proteína de revestimento de um vírus de planta. Então, o vírus recombinante pode infectar outras plantas. O epítopo é primeiro identificado e, em seguida, a codificação do fragmento de DNA é usada para construir genes por fusão com um gene de proteína de revestimento de vírus de planta (TMV ou CMV). O transgene pode ser expresso por meio de um sistema de transformação estável ou por meio de um sistema de transformação transiente com base em onde o transgene foi inserido na célula.
Transformação estável
Uma transformação estável envolve uma integração nuclear ou plasmídica na qual ocorrem mudanças permanentes nos genes das células receptoras e o transgene direcionado é integrado no genoma das células vegetais hospedeiras.
Transformação transitória
Uma transformação transiente envolve um sistema de plasmídeo / vetor usando Agrobacterium tumefaciens que integra os genes exógenos no T-DNA e, em seguida, infecta o tecido vegetal. Agrobacterium é a técnica comum usada atualmente porque é uma bactéria patogênica do solo que infecta as plantas naturalmente e transfere seus genes (T - DNA) para o núcleo da planta. A. tumefaciens é a cepa mais preferida porque carrega plasmídeos indutores de tumor . Os genes serão transformados em um plasmídeo Ti neutralizado e o gene heterólogo é inserido para formar um vetor plasmídeo recombinante. O vetor é então transformado na cepa desejada com a ajuda dos genes de virulência da bactéria. É então transferido e integrado no DNA genômico da planta hospedeira por recombinação não homóloga em locais aleatórios. Esse método tem baixo rendimento e é um processo lento, sendo mais eficaz quando usado com plantas dicotiledôneas, como tomate , batata e tabaco .
Método de bombardeio
Outra técnica é o método de bombardeamento de microprojéteis, em que sequências de DNA selecionadas são processadas e penetradas no genoma do cloroplasto. O gene contendo partículas de metal revestidas de DNA são disparados contra as células vegetais usando uma arma genética. As plantas absorvem o DNA, crescem em novas plantas e são clonadas para produzir um grande número de safras geneticamente idênticas. A transferência gênica é independente, podendo expressar antígenos por meio da transformação nuclear e cloroplástica.
Métodos adicionais
Existem algumas outras técnicas que foram testadas, no entanto, as três técnicas descritas acima são mais comuns e práticas. Um dos métodos alternativos é a transformação nuclear. É quando o gene desejado é inserido no núcleo da planta por meio de recombinação não homóloga. Além disso, a eletroporação foi considerada, mas não é comum porque a parede celular tem que ser enfraquecida antes que os pulsos e a inserção de DNA possam ocorrer. Por último, pensa-se que a agricultura molecular pode ser usada para que as plantas possam ser usadas como fábricas de proteína.
Resposta imune
Após a vacina ser ingerida por via oral, ela atinge a mucosa do trato digestivo e estimula o sistema imunológico da mucosa. Eles fornecem a primeira linha de defesa contra o ataque de patógenos. As células M (encontradas nas placas de Peyer) nas membranas mucosas dos tecidos linfoides empurram os antígenos para as células apresentadoras de antígenos nos tecidos subjacentes. Os epítopos antigênicos são então mostrados na superfície das células apresentadoras de antígenos e as células T ativam as células B. As células B ativadas então se movem para os linfonodos mesentéricos onde se tornam células plasmáticas e se movem para a membrana mucosa para produzir imunoglobulina A (IgA) (um tipo de anticorpo). Em seguida, as células M canalizam o antígeno. À medida que as células vão em direção ao lúmen, o IgA se combina com os componentes secretores para formar o IgA secretório (sIgA). Então, o sIgA e os epítopos antigênicos específicos trabalham juntos para eliminar o patógeno indesejado.
Pesquisar
A pesquisa atual tem se concentrado em uma variedade de tipos diferentes de plantas, a fim de determinar qual é a mais elegível e eficiente. A planta deve ser robusta, nutritiva, apetitosa, transformável e idealmente doméstica. Alguns exemplos de culturas que estão sendo testadas incluem: milho, tomate, arroz, cenoura, soja, alfafa, mamão, quinua, ervilha, maçã, algas, trigo, alface, batata, banana e tabaco; sendo os últimos quatro os mais comuns. Ao observar quais plantas são as melhores, há muitos fatores que devem ser levados em consideração. A partir da pesquisa, os cientistas começaram a associar safras a doenças. Eles acreditam que as vacinas comestíveis podem ser feitas para muitas doenças; como rotavírus, cólera, gastroenterite, doenças autoimunes, malária e raiva. Por exemplo, eles acham que as vacinas de reforço podem ser distribuídas através da alface. Também é essencial encontrar alimentos que possam ser comidos crus, pois acredita-se que o cozimento desnaturaria as proteínas. Por causa disso, bananas e tomates tornaram-se as principais opções viáveis. Embora as bananas sejam produtivamente baratas e nativas em muitos países subdesenvolvidos, os tomates têm a capacidade de preservar os processos de cura porque são imunes ao processo térmico; isso os torna ótimos para antígenos do HIV. Eles são uma colheita ideal porque contêm beta-amilóide. Mesmo que as safras pareçam ótimas, também é necessário olhar para os subprodutos. Por exemplo, descobriu-se que o tabaco é bom para a produção de proteínas recombinantes, não é adequado para a produção de vacinas porque a planta também produz compostos tóxicos. Além disso, a batata tem sido o foco principal para vacinas comestíveis, tanto que os testes clínicos com a batata já começaram.
Vacinas em desenvolvimento
Atualmente, existem vacinas comestíveis para sarampo, cólera, febre aftosa e hepatite B, C e E. No entanto, embora existam vacinas comestíveis, elas são testadas predominantemente em testes em animais e em fases de desenvolvimento, com alguns humanos ensaios clínicos em andamento. Como mencionado acima, os testes em humanos giraram em torno das batatas. Em um estudo de cólera, adultos receberam batatas transgênicas com várias quantidades de LT-B para ver como suas quantidades de IgA anti-LT e IgA anti LT mudaram. Além disso, eles estão na fase II de um reforço da vacina da batata para a hepatite B. Os antígenos de superfície da hepatite B foram expressos nas batatas e administrados a pacientes já vacinados. Foi então observado se ocorreu uma resposta imunológica. 95% dos voluntários apresentaram alguma forma de resposta imune e 62,5% apresentaram aumento nos títulos de anti-HBsAg. A partir desses estudos, o Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas defendeu que as vacinas comestíveis podem desencadear com segurança uma resposta imune, no entanto, também se sabe que elas estão longe de ser capazes de iniciar testes em humanos em larga escala para doenças infecciosas e autoimunes.
Teste animal
Muitos estudos em animais já foram desenvolvidos. Por exemplo, animais experimentais receberam bananas transgênicas com anticorpos específicos anti-hemaglutinação para combater o sarampo. Verificou-se que as bananas iniciaram uma resposta imunológica. Além disso, os ensaios em ratos começaram como um método para tratar Alzheimer usando tomates que sofreram transformação nuclear mediada por agrobacterium. Além disso, coelhos foram imunizados por via oral com vacina comestível para pasteurelose pneumônica bovina, e houve resposta positiva. Embora esses sejam dois estudos específicos, em geral, pesquisas usando modelos de ratos estão sendo conduzidas para tratar cólera e diabetes tipo 1.
Disponibilidade
Embora a consciência pública sobre as vacinas comestíveis esteja aumentando, elas ainda não estão disponíveis para uso do consumidor. Atualmente, eles apenas desenvolveram e começaram a testar vacinas comestíveis para algumas doenças. Durante três dos recentes surtos de doenças em todo o mundo, vacinas comestíveis foram desenvolvidas para testes em animais, mas não chegaram a testes em humanos. Além disso, foi descoberto que uma empresa de biotecnologia começou a desenvolver uma patente e está trabalhando no início de testes clínicos para um vírus da gastroenterite transmissível.