زیست فناوری میکروبی و مهندسی زیستی

زیست فناوری میکروبی و مهندسی زیستی

مروری بر استفاده از ریزجلبک ها به عنوان حامل واکسن های خوراکی

نوع مقاله : مروری

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد علوم و مهندسی صنایع غذایی دانشکده کشاورزی دانشگاه گیلان، رشت، ایران
2 گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکدۀ علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت
چکیده
افزایش شیوع بیماری‌های عفونی و مزمن در دهه‌های اخیر، ضرورت توسعه‌ی واکسن‌های ایمن، مؤثر و مقرون‌به‌صرفه را دو چندان کرده است. در این راستا، استفاده از ریزجلبک‌ها به‌عنوان بستری نوین برای تولید واکسن‌های خوراکی، توجه بسیاری را به خود جلب نموده است. این مقاله مروری با هدف بررسی قابلیت‌های ریزجلبک‌ها در تولید واکسن‌های نوترکیب طراحی شده است. در این مطالعه، مقالات منتشرشده در پایگاه‌های علمی طی سال‌های اخیر بررسی شدند و اطلاعات مرتبط با سیستم‌های بیان ژنی، انواع واکسن‌های تولیدشده در ریزجلبک‌ها و پاسخ‌های ایمنی حاصل از آن‌ها استخراج و تحلیل گردید. بررسی‌ها نشان می‌دهد که ریزجلبک‌هایی نظیر کلامیدوموناس رینهاردتی قادر به بیان مؤثر آنتی‌ژن‌ها در ژنوم‌های هسته‌ای و کلروپلاستی هستند. واکسن‌های تولیدشده علیه پاتوژن‌هایی مانند استافیلوکوکوس اورئوس، ویروس‌های HPV، زیکا، آنفلوآنزا، انگل مالاریا و عامل بیماری شاگاس نتایج امیدوارکننده‌ای در مدل‌های حیوانی داشته‌اند. همچنین در برخی مطالعات، استفاده از ریزجلبک‌ها در تولید پپتیدهای ضد فشار خون بالا و ایمونوژن‌های ضد سرطان سینه نیز موفقیت‌آمیز گزارش شده است. نتایج این مرور نشان می‌دهد که ریز جلبک‌ها، به‌ویژه به‌عنوان کارخانه‌های زیستی خوراکی، قابلیت بالایی در تولید واکسن‌های نسل جدید دارند و می‌توانند جایگزینی پایدار و کم‌هزینه برای سامانه‌های بیانی رایج ارائه دهند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A Review of the Use of Microalgae as Carriers for Oral Vaccines

نویسندگان English

Hossein shayan beh 1
Abbas Abedfar 2
1 M.Sc student, Department of Food Science & Technology, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Department of Food Science & Technology, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده English

The rising prevalence of infectious and chronic diseases in recent decades has heightened the need for developing safe, effective, and cost-efficient vaccines. In this context, the use of microalgae as a novel platform for producing oral vaccines has garnered significant attention. This review article aims to evaluate the potential of microalgae in producing of recombinant vaccines. In this study, articles published in scientific databases in recent years were reviewed, and information related to gene expression systems, types of vaccines produced in microalgae, and the resulting immune responses was extracted and analyzed. The findings indicate that microalgae, such as *Chlamydomonas reinhardtii*, are capable of effectively expressing antigens in nuclear and chloroplast genomes. Vaccines produced against pathogens such as *Staphylococcus aureus*, HPV, Zika, influenza, malaria parasites, and the causative agent of Chagas disease have shown promising results in animal models. Additionally, some studies have reported the successful use of microalgae in producing antihypertensive peptides and immunogens for breast cancer treatment. The results of this review suggest that microalgae, particularly as edible biofactories, hold significant potential for producing next-generation vaccines and could serve as a sustainable, low-cost alternative to conventional expression systems.

کلیدواژه‌ها English

Oral vaccination
Microalgae
Recombinant vaccine
Gene expression systems
Chloroplast
Edible biological systems
1.Wang EY, Sarmadi M, Ying B, Jaklenec A, Langer R. Recent advances in nano- and micro-scale carrier systems for controlled delivery of vaccines. Biomaterials. 2023;303:Article 122345. doi:10.1016/j.biomaterials.2023.122345
2.Liu Y, Lam DM, Luan M, Zheng W, Ai H. Recent development of oral vaccines: A review. Exp Ther Med. 2024;27(2):223. doi:10.3892/etm.2024.12511
3.Charoonnart P, Purton S, Saksmerprome V. Applications of microalgal biotechnology for disease control in aquaculture. Biology (Basel). 2018;7(2):24. doi:10.3390/biology7020024
4.Koyande AK, Chew KW, Rambabu K, et al. Microalgae: A potential alternative to health supplementation for humans. Food Sci Hum Wellness. 2019;8(1):16–24. doi:10.1016/j.fshw.2019.03.001
5.Kusmayadi A, Leong YK, Yen HW, et al. Microalgae as sustainable food and feed sources for animals and humans – Biotechnological and environmental aspects. Chemosphere. 2021;271:129800. doi:10.1016/j.chemosphere.2021.129800
6.Díaz CJ, Douglas KJ, Kang K, et al. Developing algae as a sustainable food source. Front Nutr. 2023;9:1029841. doi:10.3389/fnut.2022.1029841
7.Food and Agricultural Organization of the United Nations. Global seaweeds and microalgae production, 1950–2019. Rome: FAO; 2021
8.Costa JAV, Moreira JB, Fanka LS, et al. Microalgal biotechnology applied in biomedicine. In: Ozcan K, editor. Handbook of Algal Science, Technology and Medicine. Mathew Deans; 2020. p. 429–439. doi:10.1016/B978-0-12-818305-2.00027-9
9.Jabłońska-Trypuć A. Algae as crop plants being a source of bioactive ingredients of pharmaceutical and dietary importance. Agronomy. 2024;14(5):895. doi:10.3390/agronomy14050895
10.Ramos-Vega A, Angulo C, Monreal-Escalante E, Bañuelos-Hernández B. Microalgae-made vaccines
 
 
 
against infectious diseases. Algal Res. 2021;58:102408. doi:10.1016/j.algal.2021.102408
11.Kim J, Kwak HS, Sim SJ, Jin E. Overexpression of malic enzyme isoform 2 in Chlamydomonas reinhardtii PTS42 increases lipid production. Bioresour Technol Rep. 2019;6:100427. doi:10.1016/j.biteb.2019.100239
12.Jan N, Shafi F, Hameed O, Muzaffar K, Dar SM, Majid I. An overview on edible vaccines and immunization. Austin J Nutr Food Sci. 2016;4(2):1078
13.Wannathong T, Waterhouse JC, Young RE, Economou CK, Purton S. New tools for chloroplast genetic engineering allow the synthesis of human growth hormone in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. Appl Microbiol Biotechnol. 2016;100(12):5467–5477. doi:http://dx.doi.org/10.1007/s00253-016-7354-6
14.Mishra N, Gupta P, Khatri K, Goyal AK, Vyas SP. Edible vaccines: A new approach to oral immunization. Indian J Biotechnol. 2008;7(3):283–294
15.Kim Y, Kang J, Lee SG, Kim GT. COVID 19 vaccination related small vessel vasculitis with multiorgan involvement. Z Rheumatol. 2022;81:509–512. doi:10.1007/s00393-022-01159-8
16.Radhakrishnan A, Vaseeharan B, Ramasamy P, Jeyachandran S. Oral vaccination for sustainable disease prevention in aquaculture—An encapsulation approach. Aquacult Int. 2022;31(2):867–891. doi:10.1007/s10499-022-01004-4
17.Dini I. The potential of algae in the nutricosmetic sector. Molecules. 2023;28(10):4032. doi:10.3390/molecules28104032
18. González Fernández LA, Castillo Ramos V, Sánchez Polo M, Medellín Castillo NA. Fundamentals in applications of algae biomass: A review. J Environ Manage. 2023;338:117830. doi:10.1016/j.jenvman.2023.117830
19.Pereira AG, Otero P, Echave J, Carreira-Casais A, Chamorro F, Collazo N, et al. Xanthophylls from the sea: Algae as source of bioactive carotenoids. Mar Drugs. 2021;19(4):188. doi:10.3390/md19040188
20.Chekanov K. Diversity and distribution of carotenogenic algae in Europe: A review. Mar Drugs. 2023;21(2):108. doi:10.3390/md21020108
21.Liang ZC, Liang MH, Jiang JG. Transgenic microalgae as bioreactors. Crit Rev Food Sci Nutr. 2020;60(18):3195–3213. doi:10.1080/10408398.2019.1680525
22.Dreesen IAJ, Hamri GC, Fussenegger M. Heat-stable oral alga-based vaccine protects mice from Staphylococcus aureus infection. J Biotechnol. 2010;145(3):273–280. doi:10.1016/j.jbiotec.2009.12.006
23.Dyo YM, Purton S. The algal chloroplast as a synthetic biology platform for production of therapeutic proteins. Microbiology. 2018;164(2):113–121. doi:http://dx.doi.org/10.1099/mic.0.000599
24.Jiji MG, Ninan MA, Thomas VP, Thomas BT. Edible microalgae: Potential candidate for developing edible vaccines. Vegetos. 2023;37(3):788–793. doi:10.1007/s42535-023-00636-y
25.Trujillo E, Monreal-Escalante E, Angulo C. Microalgae-made human vaccines and therapeutics: A decade of advances. Biotechnol Adv. 2023;61:108066. doi:10.1002/biot.202400091
26.Sirohi D, Kuhn RJ. Zika virus structure, maturation, and receptors. J Infect Dis. 2017;216(Suppl. 10):S935–S944. doi:http://dx.doi.org/10.1093/infdis/jix515
27. McKinstry KK, Strutt TM, Kuang Y, Brown DM, Sell S, Dutton RW, et al. Memory CD4+ T cells protect against influenza through multiple synergizing mechanisms. J Clin Invest. 2012;122(8):2847–2856. doi:http://dx.doi.org/10.1172/JCI63689
28. Jiménez P, Jaimes J, Poveda C, Ramírez JD. A systematic review of the Trypanosoma cruzi genetic heterogeneity, host immune response and genetic factors as plausible drivers of chronic chagasic cardiomyopathy. Parasitology. 2019;146(3):269–283. doi:http://dx.doi.org/10.1017/S0031182018001506
29. Carrizalez-López C, González-Ortega O, Ochoa-Méndez CE, Galván-Moreno FU, Rosales-Mendoza S, Monreal-Escalante E, et al. Expression of multiple antihypertensive peptides as a fusion protein in the chloroplast of Chlamydomonas reinhardtii. J Appl Phycol. 2018;30(3):1701–1709. doi:10.1007/s10811-017-1339-4
30. Siegel RL, Miller KD, Wagle NS, Jemal A. Cancer statistics, 2023. CA Cancer J Clin. 2023;73(1):17–48. doi:http://dx.doi.org/10.3322/caac.21763
 
 
 
دوره 1، شماره 1
اردیبهشت 1405
صفحه 83-72

  • تاریخ دریافت 07 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 14 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 01 آذر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 15 دی 1404