Atualmente, várias proteínas terapêuticas recombinantes produzidas em plantas estão em estudo, incluindo anticorpos, vacinas, proteínas bioativas, enzimas e pequenos polipeptídeos 1,2,3,4,5,6. As plantas estão se tornando uma plataforma cada vez mais utilizada para a produção de proteínas terapêuticas devido à sua segurança, baixo custo e capacidade de escalar rapidamente a produção 7,8. A expressão e modificação de proteínas em sistemas vegetais, juntamente com a purificação de proteínas, são fatores críticos que determinam a produtividade dos biorreatores vegetais 9,10. Aumentar a produtividade das plantas e obter proteínas-alvo de alta pureza são os principais desafios enfrentados pelos sistemas de produção à base de plantas11,12.
A localização subcelular e a modificação de proteínas recombinantes dependem do peptídeo sinal específico codificado no terminal N, que direciona a proteína para seu destino final de organela durante a expressão gênica. As proteínas recombinantes são projetadas para se localizar no apoplasto, retículo endoplasmático (RE), cloroplasto, vacúolo ou citoplasma, com base em suas propriedades únicas13. Para antígenos e anticorpos, as proteínas secretadas são preferidas. Antes da secreção, as proteínas progridem através de ER e Golgi para dobramento correto e modificações pós-traducionais 14,15,16.
Após a produção em plantas, as proteínas recombinantes devem ser purificadas a partir de extratos vegetais. Normalmente, as proteínas são purificadas a partir de extratos vegetais solúveis totais, que contêm proteínas intracelulares abundantes, produtos mal dobrados e não modificados e citocromos17. Para remover as impurezas, os extratos vegetais passam por um extenso fracionamento, incluindo cromatografia de afinidade específica da ribulose-1,5-bifosfato carboxilase / oxigenase (RuBisCO), precipitação de fitato, precipitação de polietilenoglicol e ajuste de temperatura e pH18,19. Essas etapas de remoção de impurezas são trabalhosas e podem comprometer a qualidade da proteína.
O compartimento da célula vegetal além da membrana plasmática é definido como o apoplasto, abrangendo a parede celular, os espaços intercelulares e o xilema20. A fase aquosa é comumente chamada de fluido de lavagem apoplasto (AWF). AWF contém moléculas secretadas pelas células para regular vários progressos biológicos, como transporte, metabolismo da parede celular e respostas ao estresse21,22. Em contraste com o TSP, os constituintes moleculares do AWF são menos complexos. A extração de proteínas recombinantes da AWF pode evitar a contaminação por proteínas intracelulares, produtos mal dobrados e remanescentes citoplasmáticos. Resumidamente, o lipídio de extração entra nas folhas através dos estômatos sob pressão negativa, e o AWF é coletado por centrifugação suave23. Embora o isolamento de AWF seja amplamente empregado para estudar o progresso biológico dentro do apoplast 24,25,26,27, ele não foi explorado em sistemas de produção baseados em plantas.
Melhorar a produtividade das plantas e obter proteínas-alvo de alta pureza são desafios centrais para os sistemas de produção de plantas28. Normalmente, as proteínas são purificadas a partir de extratos vegetais solúveis totais contendo grandes quantidades de proteínas intracelulares, produtos mal dobrados e não modificados e citocromos29, que requerem grandes custos para purificação subsequente30. O uso de métodos de extração de proteínas AWF para a extração de proteínas recombinantes exógenas secretadas em apoplasto pode efetivamente melhorar a homogeneidade das proteínas recombinantes e reduzir o custo da purificação de proteínas. Aqui, usamos um peptídeo sinal PR1a para permitir a secreção de proteínas exógenas no espaço apoplastoso e introduzimos um método detalhado para purificação de proteínas recombinantes do AWF de N. benthamiana.