1999年在圣路易斯举行的第16届国际植物学会议上，有两项新的进展，植物担当起蛋白质工厂的任务：其一，促使植物的根系分泌出蛋白质；其二，就是利用烟草花叶病毒，把新的基因引进植物体内。
神圣同盟？
很难想象用烟草和病毒的组合物能治愈人类的疾病。美国加利福尼亚瓦卡维尔生物资源技术公司的盖伊 · 德拉乔帕(Guy dellα-Cioppa)在大会上报告了他的方略。他的研究组设计出这种似乎不太可能的“联盟”——带有人类基因的烟草花叶病病毒(TMV)工程，并使该病毒在烟草植株中生长，从而制成治疗用的产品。
至今，该生物资源研究组已经生产出可能用来治疗两种不同疾病的蛋白：法布里氏病——缺乏一种叫做α-半乳糖苷酶的稀有的遗传病，这种疾病常常导致肾衰竭，心力衰竭或者中风而死亡；另一种疾病叫做非霍奇金氏淋巴瘤血癌，由于成熟植株在大田或者温室中很容易被TMV感染。该公司认为，这一过程比许多常规的基因工程技术培养细菌或者哺乳动物细胞制成蛋白，更为迅速和廉价。
加利福尼亚斯坦福华盛顿卡内基研究所的克里斯 · 萨默维尔(Chris Somerville)说：“这是一种极好的应用方法。”然而，他却警告说：“但它也有局限性。”这种蛋白会被有害的过敏原所污染，而且用基因工程的病毒喷撒于田间，还会增加对环境的影响，虽然该公司曾经说，他们的早期试验证明能够减轻影响。
公司的科学家们在制造工程TMV时，把人的基因任意连接到适于病毒壳蛋白的调节基因，或者是壳蛋白基因本身上，就能感染大量的细胞。早在1990年的一次大田试验中，研究人员发现户外小试验区内的植株，被一种病毒产生的、他们称之为“可观”数量的α-括楼素所感染。他们对此进行了研究，认为这种蛋白可能作为治疗艾滋病的药物。还有使人更为振奋的事情，经过2~3天后，他们发现在植株外部布满了未经查明的其它病毒。由此表明，前种病毒不大可能散布到环境中去。
从那时起，生物资源研究组就使用这种技术制作α-半乳糖苷酶，其动力来自马里兰贝西斯达的国家卫生研究所(NIH)的罗斯科 · 布雷迪(Rosoe Brady)。因为他的研究组要审查这种酶对治疗法布里氏病患者是否有效。德拉乔帕说，夏季生物资源大田试验安排在肯塔基欧文斯博罗的生物资源生产基地，提出感染的烟草植株数量要满足每亩烟草能够产生“数10克”蛋白的要求。NIH的研究人员目前正在用缺乏α-半乳糖苷酶的白鼠TMV酶做试验，以期作为人类试验的前奏。
生物资源CE0的罗伯特 · 埃尔文(Robert Erwin)说，上述情况虽然给予了生物资源表明其技术具有现实可行的机会。但是，法布里氏病的患者太少，α-半乳糖苷酶不可能成为赚钱的东西。然而，生物资源的研究人员和来自斯坦福的研究组认为能够开发出较大的市场。
10多年来，免疫学家罗纳德 · 利维(Ronald Levy)曾经试验用患者自身的免疫系统去破坏肿瘤细胞，以防治非霍金氏淋巴瘤，并由此获得抗体产生的B细胞，以上情况包括注射过疫苗，具有自身特点的肿瘤抗原患者。利维研究组曾经从患者身上收集肿瘤细胞制成抗原——实际上唯一的抗体是由恶性B细胞中出现的——让它们和永久性细胞杂交，结果得到所谓的杂交瘤，用以生产抗体——所有过程需要9~12个月。
对比起来，使用TMV方法不到30天就可以从患者肿瘤细胞克隆出来的抗体基因进入TMV，使植物产生抗原；另外，只要1~2天或稍多一点时间，就可以提纯。更有甚者，埃尔文说：“我们能使仅占一张桌面的植株数量，就完成接种的全部过程。”据他估计，到明年春季就能使烟草产生的抗原进入临床治疗，并且可能通过美国联邦食品与药品管理局的批准。
但是，得克萨斯学院的植物生物化学家伊丽莎白 · 胡德(Eizabeth Hood)却提出警告，在提纯过程中有可能增加病原体和过敏原逃逸的可能性。然而，德拉乔帕说，其污染的机会并不比用细菌和哺乳动物细胞产生蛋白的方法更多，而其提纯过程也和其它任何情况下大致相同。如果他是正确的，生物资源技术就会给烟草和病毒二者增加声誉的机会。
从根系获得物质
科学家们把人的基因穿梭似地注入像烟草和玉米这类植物，希望把植物改变成药用蛋白工厂之后，“制造型植物”一词就出现了全新的含义。虽然，基因转移通常都是成功的。但从植物成分中提取纯粹的蛋白，并不能完全排除掉病原体或者过敏原。因此，代价可能是昂贵的。目前，有些研究组提出了转向植物根系的方法来解决这一问题。
在植物学大会上，新泽西布伦斯威克特拉格大学的伊尔雅 · 拉斯金(Ilya Raskin)说，他的研究组曾经诱导烟草根系分泌出3种不同的异种蛋白。如果用营养液水培法栽培，则可以从水培液中提纯蛋白。提纯过程的花费能按最小限度估算，因为无需收割植株就能取得蛋白，并能使植物尽其生命长度保持生产状态。新近，该研究组更扩展了他们的研究工作，用戳刺植物根系的方法，使之分泌出它们自身的防御化学物质，其中有些可能成为潜在的抗微生物和抗癌的药物。
伍斯特俄亥俄农业研究和开发中心的植物遗传学家约翰 · 芬纳(John Finer)写了一篇附有1999年5月出版的《自然生物技术》杂志上拉斯金研究组论文的报道。他说：“那是一项具有不寻常途径和特殊应用方法的研究工作。”但是，芬纳仍然警告说：“还需要有大量的研究来证明其在商业范围内的实用性。”
这项研究的第一阶段，拉斯金和他的同事们只简单地说明了植株能够从它们的根系中分泌出异种蛋白。其后，德国盖特斯莱本植物遗传研究所的尤威 · 索恩沃尔德研究组，用这种烟草的种子做了试验，使用微生物基因编码的一种叫做木聚糖酶的酶，它能够消化染上蓝色的木聚糖并使之消色。当烟草种子从发芽皿中覆盖有蓝色糖的营养层中出苗后，这种转基因植株的根际周围就会出现“消色区"，从而表明它们确实分泌出了这种酶。
不久，他们又制成了两种转基因烟草品系。他们把适于绿色荧光蛋白(GFP)的基因引入了一个品系；而把人类基因用一种叫做分泌碱性磷酸酶(SEAP)进行编码，引人另一个品系，随着调节顺序，就会让这些基因在植株中表达。和木聚糖的情况一样，研究组把CFP连接到一小段DNA编码的“信号顺序”上，它能告诉细胞分泌蛋白，而SEAP也具有自己的分泌信号。
用水培法培养带有CFP的植株根系分泌出的蛋白，把水培液变成了亮荧光绿色。而SEAP转基因植株甚至能产生更多的蛋白，每天每克干的根系能产生出平均5. 8微克的酶。如果再用不同基因组成更强的启动区，其产出就会跃升至20微克。与此相比较，拉斯金说工程玉米所产生的抗生物素蛋白，每克干种子大概为230微克。据他估计，即使如此在烟草的整个生命周期中，烟草根系却具有较高的生产效率，其产量能超过转基因玉米。
拉斯金的研究组又在一个新的方向上扩展了分枝：适当地处理植株根系，制出许多比植株本身所具有的?更高水平的防御化合物。在这次会议上，拉斯金用他尚未公开发表的试验结果说明，他们采用包含细菌细胞壁碎片或真菌的毒素水培液中的植株根系来完成上述工作的。他说：“从根本上讲，我们强迫性地使用了不同的化学触发剂，然后观察会出现什么情况。”
拉斯金研究组迄今已经从700个不同物种的根系中收集了将近5,000种渗出物质。其中有些已被国家癌症研究所的自然产品分部筛选过，发现有些物质的提取物在实验室的培养条件下，能够杀死多种癌细胞。
无论这种方法能否产生新的抗癌剂或其它什么药物，仍然需要继续进行观察。尽管这样，有些植物研究者还是警告说，用这种方法生产的自然化合物或工程蛋白，都没有可能产生经济可行性的局面。胡德曾经帮助在玉米中开发出抗生物素蛋白。她称拉斯金的技术是“一个美妙的主意”。但是，产品要“依靠温室空间和水培法未免过于昂贵。”
拉斯金反驳了这种说法，他说许多超市产品，包括番茄和黄瓜，都是用水培法生产的，而消费者并未对价格产生异议。他还指出，在培养箱和消毒条件下，用哺乳动物或者细菌细胞制成的治疗用蛋白可能更为昂贵。他坚定地说：“根系分泌法不会研究所有的蛋白，但是却会研究其中的一部分。”
[Science，1999年8月27日]
