Kako nam je duhan pomogao u liječenju Gaucherove bolesti
Objavu posvećujem jednoj osobi iz grupe koja silno želi prestati pušiti. Njeni pokušaji simpatičan su spoj iskrenosti i teatralnosti. U ratu protiv pošasti pušenja neprijatelja treba upoznati, a ne odbaciti, zavoljeti fine nijanse same suštine bića duhana, njegovu drevnu dušu koja je zagrlila posebnu skupinu pacijenata na način koji nismo nikada mogli sanjati. Na tom putu, ako bude imalo sreće, ta će osoba zavoljeti duhan i ta ljubav može nadići primitivni nivo dima, postati veća i osuđena na lutanje kao što ćemo i mi sebe osuditi na lutanje u ovom članku.
Lutat ćemo svi zajedno stopama Indijanaca Sjeverne Amerike, skočiti na tren u Pariz i sa Aškenazi Židovima vratit ćemo se u njihovu domovinu Izrael i potom natrag preko Francuske u Québec.
Godine 1882. mladi daroviti student medicine u Parizu otkrio je u tridesetdvogodišnjoj pacijentici neobično uvećanu slezenu. Mladac je prvo pretpostavio kako je uvećana slezena posljedica leukemije, no nakon njene skore i tužne smrti shvatio je kako uzrok bolesti i smrti nije bila leukemija. Slezena je sadržavala neobične velike stanice.
Osamdeset godina kasnije otkrivena je biokemija te bolesti. Pacijentica je imala genetski manjak enzima glukocerebrozidaze. Taj enzim razgrađuje normalno prisutne tvari koje zovemo sfingolipidi i koje nalazimo, primjerice, u živčanom sustavu gdje igraju važnu ulogu u membrani stanice. U normalnim okolnostima, višak sfingolipida razgradimo tim enzimom, a to pogotovo efikasno rade imunološke stanice makrofagi. Kada tog enzima nedostaje, siroti makrofagi „jedu“ sfingolipide, ali ih ne mogu probaviti odnosno razgraditi. Sfingolipidi se nakupljaju u makrofagima i te stanice zbog toga rastu i povećava se njihov broj.
Mladi francuski liječnik pod mikroskopom je vidio upravo makrofage „prežderane“ sfingolipidima. Tadašnji talentirani student zvao se Phillipe Gaucher, a nasljedna bolest je dobila ime po njemu, Gaucherova bolest. Jedini lijek je enzim glukocerebrozidaza. U Philipeovo doba, enzim koji bi liječio bio je nedostižni san znanstvene fantastike budućnosti. Ta znanstvena fantastika budućnosti smo mi danas u ovom vremenu u kojem živimo.
Duhan je za neke od Indijanskih naroda Sjeverne Amerike bio sveta biljka. Koristili su ih ritualno kako bi pomogli svijesti u odlukama bitnim za preživljavanje zajednice. Nikotin, jedna od molekula duhana, djeluje na živčani sustav. Zahvaljujući nikotinu i duhanu znanost je kasnije otkrila i pojam neurotransmitera, glasnika u živčanom sustavu. Nikotin je pomogao u procesu otkrivanja receptora preko koji ti glasnici djeluju. Indijanci, doduše, nisu mogli vidjeti budućnost gdje će se duhan pretvoriti u „smrdljive štapiće koji se dime“ i koji će nekad rijetki ritual pretvoriti u svakodnevnu sprdnju rituala. Svaki dan dvajs’ rituala. Siroti duhan nije stvorio nikotin zato da bismo ga mi pušili. On je to napravio u nuždi samoobrane.
Duhan je majstor samoobrane u biljnom svijetu. Nikotin je otrovan povelikom broju vrsta i time je otjerao brojne male i velike biljojede. Ipak, neke vrste insekata adaptirale su se na nikotin. Kada takvi insekti napadnu duhan, on je spreman. Stvarat će druge za insekte otrovne spojeve poput gama-aminomaslačne kiseline. Ako i to ne uspije otjerati dosadne insekte, ispustit će tvari koje počnu privlačiti kukce koji pak napadaju kukce koje napadaju sam duhan. Te tvari iz jedne biljke proširit će se okolišem i signalizirati drugim jedinkama duhana da naprave isto i tako spriječe napad kukaca. Lukav je taj duhan, možda je to razlog njegove upornosti u igrama ljudskih ovisnosti. Siroti duhan nikada nije mogao pretpostaviti da će se ljudi navući na – insekticid.
Lijek za Gaucherovu bolest je enzim koji takvim pacijentima genetski nedostaje. Prvi pokušaji su bili vrlo grubi, ali prikladni XX. stoljeću. Glukocerebrozidaza je osamdesetih godina pročišćena iz ljudske posteljice (placente) ostale nakon poroda. U današnje doba vidimo porast teorija zavjera oko posteljice. Sreća je da su tadašnje generacije majki bile mudrije od nekih današnjih i da nije bilo njih, dio pacijenata bio bi mrtav.
Razvitkom rekombinantne tehnologije o kojoj smo pisali ovdje, glukocerebrozidazu smo počeli stvarati kao rekombinantni protein. Tu je postojao mali problem. Neki uobičajeni mikroorganizmi koji nam služe kao „tvornice“ rekombinantnih proteina, poput Escherichia coli, ne stvaraju aktivni enzim. One mogu napraviti točan slijed aminokiselina koje grade proteine, ali ne mogu doraditi taj enzim i oblikovati ga da bude aktivan. Mi tu „doradu“ nazivamo post-translacijske modifikacije i one su presudne za aktivnost enzima. Stoga se protein mogao proizvoditi samo u stanicama evolucijski razvijenijih bića.
Gaucherova bolest je česta među Aškenazi Židovima i jedna je od pet najčešćih nasljednih bolesti te populacije. Prateći trag i boli svojih predaka, izraelski su znanstvenici bili posebno motivirani da stvore dobar lijek, glukocerebrozidazu. Glavna prepreka je visoka cijena jer je proizvodnja vrlo skupa. Izraelska tvrtka Protalix odlučila je pokucati na vrata Indijanaca i stvorila je rekombinantni protein u stanicama korijena jedne vrste duhana, Nicotiana benthamiana. Biljne stanice duhana sve su radile savršeno, sve te zahtjevne post-translacijske modifikacije razmaženog enzima. 2012. godine dobili smo prvi rekombinantni lijek iz biljke o kojem ovisi život bolesnika.
To nije bio prvi primjer stvaranja rekombinantnog proteina u biljci, ali je bio prvi lijek iz te klase proteina. Godine 2002. u stanicama kukuruza proizveden je goveđi tripsin. Enzim je simpatično nazvan TrypZean, prema latinskom nazivu za kukuruz (Zea mays). U proizvodnji nekih cjepiva, poput MMR/MPR cjepiva, tripsin se koristi kao enzim tijekom pasaže staničnih linija. Podsjetite se priče o staničnim linijama na sljedeće linku. Nakon uspjeha glukocerebrozidaze počeo se proizvoditi i ljudski protein kolagen I u duhanu. Kao i glukocerebrozidaza, kolagen I je vrlo kompliciran protein čija funkcija ovisi o ćudljivim post-translacijskim modifikacijama. Duhan to radi jednako dobro kao i čovjek. Kolagen I koristi se u za obnovu ozljeda i rana.
Znanje se nadograđuje na prethodne uspjehe i grupa znanstvenika iz Francuske i kanadskog Québeca došla je na kreativnu ideju da se cjepiva mogu proizvesti opet u – duhanu, Nicotiana benthamiana. Svoju su tvrtku nazvali Medicago, a Medicago je rod u kojoj se nalazi slavna biljka lucerna. Kanada je jedan od većih proizvođača te biljke koja se koristi u prehrani životinja. No postoje razlike od koncepta izraelskog Protalixa i koncepta proizvodnje cjepiva. Izraelski koncept koristi staničnu kulturu biljke, slično staničnim linijama koje se koriste u proizvodnji cjepiva. Koncept proizvodnje cjepiva je drugačiji.
Bakterija Agrobacterium tumefaciens napada samo biljke na mjestu ozljede i agronomi je dobro poznaju. Bakterija je zanimljiva jer „tjera“ biljku da proizvodi vlastiti protein koji joj omogućuje život u biljci. To uspijeva zahvaljujući „komadiću“ svoje DNK nazvanom Ti plazmid koji tjera biljku da stvara protein koji bakterija želi. Plazmidi kao malene molekule DNK su nam jako spretne i lako ih možemo mijenjati. U plazmid se ugradi gen koji želimo. To može biti hemaglutinin raznih sojeva virusa gripe. Ove godine znanstvenici su ugradili i gen za spike protein SARS-CoV-2 virusa (koronavirusa). Bakterija se u kontroliranim uvjetima prenese u duhan, ona „naredi“ biljci da stvara protein koji želimo i doslovce uzgajate cjepivo u stakleniku.
Pristup uzgoja rekombinantnih cjepiva u biljci donosi više prednosti. Biljke lako rastu u kontroliranim uvjetima. Kada trebamo novi antigen (cjepivo), ne treba stvarati genetski modificiranu biljku jer to oduzima vrijeme. Puno je brži put stvoriti Agrobacterium tumefaciens u kojeg ćemo ugraditi gen za protein koji želimo. Sam postupak je brz i biljka proizvodi velike količine proteina koji se lako pročisti. Ipak, čarobnjak duhan je još spretniji. Protein koji želimo, poput proteina virusa gripe ili spikeprotein SARS-CoV-2 virusa, duhan slaže u neobičnu česticu koju nazivamo česticom sličnom virusu. Engleski je naziv VLP, virus-like particle. U strukturi VLP protein bude „posložen“ u prostoru tako da sliči samom virusu. To mu omogućava bolje poticanje imunološke reakcije. Cjepivo protiv HPV-a (humanog papiloma virusa) efikasno je upravo zbog takvog VLP oblika u kojem se nalazi.
Trenutno ne postoje registrirana cjepiva proizvedena u biljkama jer njima tek pripada budućnost. Neka od potencijalnih cjepiva ispitana su ranim kliničkim fazama i daju dovoljno razloga za optimizam, a cjepivo iz biljaka ispituje se za niz bolesti: norovirus, bjesnoća, hepatitis B, patogena Esherichia coli, kolera, gripa te virus SARS-CoV-2. Duhan nije jedina vrsta u kojoj nastaju takva cjepiva. Japanci su kreirali potencijalno cjepivo u njima omiljenoj riži, ali se kreiraju i u špinatu, rajčici, kukuruzu i zelenoj salati.
Siguran sam da će članica naše grupe i dalje teatralno bacati ujutro punu kutiju u smeće, a potom popodne skrušeno i s grižnjom savjesti popodne kupiti „pljuge“ u kiosku. Svi smo mi bivši pušači prošli taj put i trenutni neuspjeh nikada ne treba biti razlog za odustajanje. Razloga je puno, od straha od bolesti, financija pa sve do besmislenosti samog čina pušenja. Indijancima je duhan bio sveta biljka i bili su u pravu. U magli dima u wigwamu pred puno stoljeća osjećala se intenzivna prisutnost budućnosti, vizija kako će duhan jednom poslužiti za nešto puno više od dima. Ta je vizija bila nejasna i maglovita, budućnost će ju doraditi. Ne postoji definicija svetosti. Kada je žena iz prošlosti rekla Jean-Luc Picardu: „zavidim na budućnosti iz koje dolazite“, on je mudro odgovorio: „zavidim vam na prvim koracima u taj svijet.“ Sveta je možda nit razumijevanja i prihvaćanja koja povezuje prošlost i sadašnjost u savršenu cjelinu. Nit koja nam omogućuje da zavolimo ono što trebamo odbaciti.
Korisna literatura:
Int J Mol Sci. 2018 Jul; 19(7): 1972.
Bioengineered. 2014 Jan 1; 5(1): 49–52.
Ther Adv Vaccines. 2015 Sep; 3(5-6): 139–154.
Plant Biotechnology Journal (2017) 15, pp. 285–296
Slika: cvijet duhana
5/5