基因改造水稻能够表达 3 种可以阻止 HIV 进入人体细胞的蛋白质
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撰文 | 徐文慧 王思菲
编辑 | 魏潇
来源 | 科研圈
除了填饱肚子和酿酒，大米也能抵抗 HIV 了？！
8 月 14 日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究成功对一种水稻进行了基因改造，让水稻种子也就是大米表达出了 3 种不同的抗病毒蛋白，以阻止人类免疫缺陷病毒（HIV）进入人体细胞。
这三种蛋白质包括一种 HIV 中和抗体及两种能与 HIV 的壳膜蛋白 gp120 直接结合的凝集素，它们在体外联合使用能够与两种不同血清型的 HIV 结合并中和其毒性。只要将这种抗 HIV 大米简单加工，就能够制成抵抗 HIV 感染的外用药膏，为预防 HIV 传播提供了更加便利和低成本的选项。
抗HIV大米的诞生
由于缺乏有效的 HIV 疫苗，目前预防病毒传播的主要方法是防护隔绝（如避孕套）或口服药物。为了侵入易感细胞，HIV 的壳膜蛋白 gp120 能够识别免疫细胞——CD4 淋巴 T 细胞表面的 CD4 分子，随后启动病毒与免疫细胞的融合，最终侵入并破坏淋巴 T 细胞。因此，只要抑制 HIV 壳膜蛋白 gp120 与免疫细胞的结合，就能有效抵抗 HIV 对免疫细胞的入侵。
目前有效的抑制剂包括广泛中和单克隆抗体，如 2G12；凝集素（lectin），如 griffithsin（GRFT）和氰基病毒-N（cyanovirin-N，CV-N）。其实早在 2009 年，PNAS 就已经有研究将 griffithsin 的基因转入烟草，这种抗 HIV 烟草的提取物可以和 HIV 的 gp120 结合并阻止 HIV 进入细胞。然而，获得这类提取物必须进行大量纯化，使得其成本和售价都非常昂贵。
被转入了 3 种抗 HIV 蛋白基因的水稻则有效地解决了这一问题。这种水稻的种植条件简单、安全性较高，其粗提物可直接投入应用——这类谷物种子可能是最适合发展中国家的 HIV 侵入抑制剂生产载体。
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Evangelia Vamvaka 是加州大学伯克利分校的博士后研究员，同时也是该研究团队的成员，她在博士期间证明了水稻中能有效地单独表达 2G12，GRFT 和 CV-N，并且最大产量与其他植物（例如玉米胚乳和烟草）中产生的相同组分相当，为这个项目奠定了基础。。
但是，让这 3 种抗HIV蛋白在水稻中单独表达还不够。由于 HIV 病毒具有多种血清型，因此其病毒表面存在许多不同的抑制剂结合位点，因此使用单一抑制剂有可能导致“漏网之鱼”的出现。因此研究人员希望能在同一植株中同时表达 3 种 HIV 侵入抑制剂，这样既能够较为全面的阻断 HIV 进入免疫细胞，还可以避免多重复杂的后续生产加工过程，有效降低生产成本。
想要达到这一目标，研究团队就必须证明在同一植株中共存的3种抗HIV蛋白在表达过程中不存在互相影响带来的负效应。
实验确定3种蛋白质与gp120结合活性
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实验结果表明，3 种蛋白质和 HIV 壳膜蛋白 gp120 均为独立结合，没有相互抑制结合或者协同结合的情形。凝集素 CV-N 和 GRFT 之间不会影响彼此与 gp120 的结合；GRFT 也不会影响中和抗体 2G12 与 gp120 的结合；CV-N 和 2G12 同时表达，也不会导致这些组分之间的任何交叉阻碍效应。体外 HIV 病毒的中和实验也证明：三合一大米粗提物的病毒中和效果比单一使用 GRFT 更好。
不用吃，直接涂！
普通的水稻，在经历基因改造之后，能够生产出集三种 HIV 侵入抑制剂于一身的大米。它将脱离食物的角色，经过简单加工就可以变成外用抗病毒凝胶，在性交之前施用就能达到防止 HIV 的性传播的效果。
在艾滋病治疗和直接防护难以获得的地区，这显然能成为价值和意义更高的方法和选择。Vamvaka 说，HIV 感染率高的地区，男性有时不愿意使用安全套，但抗病毒凝胶的供应会使女性能够保护自己免受感染。
能表达 3 种 HIV 侵入抑制剂的水稻一旦种植，获得的大米可以在现场加工制成含有这 3 种蛋白质的外用涂抹物，涂在病毒可能侵入的粘膜表面上即能让它们保护人们免受感染，阻止病毒与人体细胞相互作用。生活在感染区域的人们可以根据需要种植大米，然后制作糊状物并自己涂抹。
值得注意的是，研究团队指出，这种基因改造的水稻需要进一步测试，以确保基因改造过程不会引入可能对人体有害的其他未知化学物质。他们还承认，由于近年来转基因作物的负面新闻，一些人可能会对使用这种大米的想法产生抵制。在世界各地种植和使用这种水稻的过程中，也需要克服法律和政策上的障碍。
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