Relatórios da indústria indicam que treze dos vinte medicamentos de maior bilheteria nos Estados Unidos eram biológicos (medicamentos à base de proteína), dos quais nove eram anticorpos. Em 2019, foram mais de 570 terapêuticas de anticorpos (Ab) em várias fases de desenvolvimento clínico1,2,3. As vendas globais globais da Ab excedem 100 bilhões de USD, e o mercado terapêutico monoclonal Ab (mAb) deve gerar até 300 bilhões de USD até 20251,4. Com uma demanda tão alta e aumentos projetados na receita, pesquisadores têm trabalhado para desenvolver maneiras de produzir a terapêutica Ab em uma escala cada vez maior, com maior qualidade e custos mais baixos. Os sistemas de expressão à base de plantas têm várias vantagens sobre as linhas tradicionais de células mamíferas para a fabricação acessível e em larga escala da terapêutica Ab5,6. A produção de terapêutica proteica em plantas ("pharming molecular") não requer bioreatores caros ou instalações de cultura celular, assim como as técnicas tradicionais de cultura celular de mamíferos7,8. As plantas não podem contrair patógenos humanos, minimizando a contaminação potencial9. Tanto a expressão proteica transitória quanto transgênica à base de plantas pode ser utilizada como alternativas de menor custo aos sistemas de produção de mamíferos ou bacterianos10. Embora as plantas transgênicas sejam preferidas para a produção de culturas, a produção de proteínas recombinantes usando este método pode exigir de semanas a meses. Os avanços na expressão transitória utilizando vetores virais através da seringa ou da agroinfiltração a vácuo permitem a produção em pequena e grande escala, respectivamente, da proteína desejada nos dias11,12,13,14. A produção de mAbs contra o Ebola, a Dengue e o Zika, e inúmeras outras proteínas recombinantes, foram produzidas e purificadas de forma rápida e eficiente utilizando expressão transitória nas plantas de N. benthamiana 15,16,17,18,19. Essas circunstâncias tornam a expressão transitória baseada em plantas uma opção atraente para o desenvolvimento de múltiplas terapêuticas Ab e os métodos demonstrados neste protocolo20.
Os mAbs de primeira geração eram de derivação de murina, o que resultou em imunogenicidade não específica quando utilizados em testes em humanos21. Com o tempo, quiméricos, humanizados e, eventualmente, abs totalmente humanos foram produzidos para diminuir a imunogenicidade induzida pela terapêutica ab. Infelizmente, alguns desses Abs ainda causam imunogenicidade hospedeira devido a diferenças na glicossylation21. A evolução da engenharia vegetal permitiu a modificação dos glicos ab, o que é essencial, uma vez que a estabilidade e a função de um Ab podem ser significativamente afetadas pelo seu estado de glicosylation22. Os avanços permitiram a produção em sistemas vegetais de expressão de alto nível de mAbs humanizados, contendo glicanos humanos e, consequentemente, os traços biológicos desejados de um farmacêutico humano produzido em massa19,21.
Além do Abs recombinante, as moléculas de fusão Ab (fusões Ab) têm sido exploradas para vários propósitos nas últimas décadas. As fusões abs geralmente consistem em um fragmento ab ou ab fundido a uma molécula ou proteína e são projetadas para obter respostas de células efeitos imunológicos23. Essas moléculas foram criadas como potenciais intervenções terapêuticas para tratar diversas patologias, como câncer e doenças autoimunes24,25,26,27. Os complexos imunológicos recombinantes (RICs) são outra classe de fusões Ab que têm sido empregadas como candidatos à vacina28. Os RICs aproveitam a capacidade do sistema imunológico de reconhecer regiões de fusões ab e têm sido encontrados para melhorar a imunogenicidade quando combinados com outras plataformas de vacinas29,30,31.
Proteína Fluorescente Verde (GFP) é uma proteína bioluminescente derivada da água-viva Aequorea Victoria, que emite luz verde quando excitada pela luz ultravioleta32,33. Ao longo dos anos, o uso do GFP como marcador visual da expressão genética expandiu-se da expressão em Escherichia coli para numerosos sistemas de expressão proteica, incluindo as plantas N. benthamiana 34,35,36,37,38. Marcadores visíveis, como o GFP, têm implicações abundantes no ensino e aprendizagem de conceitos científicos. Inúmeros alunos de nível básico descrevem dificuldades para compreender conceitos científicos quando a ideia que está sendo ensinada não é visível a olho nu, como os conceitos de biologia molecular e campos relacionados39. Marcadores visuais, como o GFP, podem, assim, contribuir para o processamento de informações relacionadas aos processos científicos e podem ajudar a diminuir as dificuldades que os alunos relatam na aprendizagem de inúmeros conceitos científicos.
Embora o GFP seja frequentemente usado como marcador para indicar gene e expressão in vivo,é difícil visualizá-lo nos processos a jusante se usar condições ácidas. Esta circunstância é principalmente porque a GFP não mantém sua estrutura e fluorescência resultante a um pH40baixo . Ambientes ácidos temporários são frequentemente necessários em diversos processos de purificação, como proteína G, proteína A e cromatografia proteica L, muitas vezes utilizada para purificação de Ab41,42,43,44. Mutantes GFP têm sido usados para reter fluorescência sob condições ácidas45,46.
Aqui descrevemos um método simples de expressão, extração e purificação de proteínas de fusão IgG recombinantes em plantas N. benthamiana. Produzimos gfp tradicional fundido ao N-terminus de uma cadeia pesada IgG humanizada, criando uma fusão GFP-IgG. Simultaneamente, desenvolvemos a fusão de uma sequência otimizada por don de plantas para um GFP ácido-estável (asGFP) para o N-terminus de uma cadeia pesada IgG humanizada, criando uma fusão asGFP-IgG. As vantagens da produção de GFP-IgG incluem a capacidade de visualizar a presença de uma proteína alvo durante a expressão, enquanto asgFP-IgG permite ver a presença de proteína recombinante não apenas nas etapas de expressão e extração, mas também nas etapas de purificação da proteína. Este protocolo pode ser adaptado para a produção, purificação e visualização de uma gama de proteínas de fusão GFP produzidas em N. benthamiana e purificadas usando técnicas de cromatografia que requerem baixo pH. O processo também pode ser adaptado a várias quantidades de material de folha. Embora as proteínas abs e de fusão marcadas com GFP ou asGFP não sejam destinadas a ser usadas para terapias, esses métodos podem ser úteis como controles durante experimentos e também podem ser utilizados como uma ferramenta de ensino para biologia molecular e celular e biotecnologia, tanto presencialmente quanto virtualmente.