概述
基因食物疫苗，又稱疫苗食品，是基因工程界針對傳統疫苗的種種局限性，通過細胞工程、基因改良等生物工程技術開發出來的食品，對增進人類健康和延長壽命具有積極的意義。疫苗食品生產技術是將微生物的有關蛋白質(抗原)基因，通過轉基因技術導人某些植物或動物受體細胞中，並使其在受體細胞中得以表達，從而使受體直接成為能抵抗相關疾病的疫苗。
這一概念來源於人們對於嬰兒生長的研究。嬰兒在母體無菌的狀態下出生後，難免會遇到各種致病微生物的侵襲，但是大多數嬰兒能夠在6個月左右的時間裡保持健康的狀態。這是因為母乳(尤其是產後7 d內的初乳)中含有豐富的免疫球蛋白等抗體成分，以及乳鐵蛋白和溶菌酶等生物活性物質。絕大多數的哺乳動物都具有這樣的特徵。將特異性免疫與非特異性免疫的研究成果向食品中延伸，期望只需咀嚼食物而不是打預防針就可以得到免疫，從而可用疫苗食品挽救無數因缺乏傳統接種而死亡的生命。
從20世紀90年代初到目前為止，很多國家都在致力於疫苗食品的開發。1990年，Curtiss和Cardineau第一次報導了植物中抗原的表達，他們使變異鏈球菌( Streptococcu Mutans)表面蛋白抗原A(surface protein antigen，Spa A)在菸草中表達，再把這種菸草餵紿老鼠吃後，黏膜免疫反應(mucosal immune response)導致了老鼠體內Spa A的出現。之後，又有肝炎抗原(hepatitis antigen)在菸草和萵苣中表達，狂犬病抗原(rabies antigen)在番茄中表達，霍亂相關抗原(cholera antigen)在菸草和馬鈴薯中表達，人類巨細胞病毒抗原(human cytomegalovirus antigen)在菸草中表達的報導。表達病原菌抗原的轉基因植物作為食物被吃後，可產生黏膜免疫反應。國外已經有將B型肝炎病毒表面抗原、大腸桿菌熱敏腸毒素B亞單位、霍亂毒素B亞單位、Norwalk病毒衣殼蛋白和傳染性胃腸炎病毒、口蹄疫病毒(FMDV)、兔出血病病毒相關蛋白在植物中表達的報導。
發展歷程
美國的疫苗食品開發技術居於世界領先水平，現已成功地將外源疫苗基因植入大麥、玉米植物內。Yasmin Thanavala將表達B型肝炎表面抗原的轉基因馬鈴薯餵食老鼠，發現在老鼠體內產生了相應的抗體反應。英國遺傳學家培育出一種可以預防霍亂的苜蓿苗，通過對小白鼠的餵養實驗證實，其免疫功能令人滿意。我國研究人員通過花粉管道使外源疫苗導入植物細胞的方法，已初步套用于洋蔥、黃瓜、大豆等作物上，開始疫苗食品的試生產。
1989年，一株改變了遺傳性狀的番茄正確合成了功能性老鼠抗體的重鏈和輕鏈，使植物產生治療性抗體成為可能。在近十幾年的研究過程中，證明了在生產重組蛋白(抗體)方面，植物是一種既容易操作，又經濟實惠的生物反應器。但是，也有潛在的不利因素，如環境問題和植物產生的抗體的副作用等問題。而近期的研究表明，套用植物產生的抗體是非常安全的。近年來。植物生產的治療性產品大多數都是在玉米和菸草中產生的，而生產食品疫苗，馬鈴薯和番茄是最常見的宿主。
利用植物生產疫苗的簡要步驟是先將編碼保護性反應蛋白的結構基因克隆入Ti質粒．然後用這種重組質粒轉化的桿菌或利用病毒載體作暫時表達．再用攜有這種重組質粒的桿菌或病毒感染植物細胞，就可能把導入的外源基因整合到植物細胞染色體上，建立起穩定裝達的植株．通過無性或有性繁殖生產大量的轉基因植物，也可通過雜交獲得產生多種抗原醮多價複合疫苗。也可建立瞬時表達的植株，如用菸草花葉病毒作表達載體，轉染植物細胞瞬時表達產量較高。
1997年，美國食品與藥品管理局同意從轉基因的植物中獲得的食品疫苗第一次在人類臨床實驗中套用。轉基因馬鈴薯表達了痢疾桿菌抗原，在第一階段由志願者進行口服實驗。開發動物“食品疫苗”是一個迅速發展起來的新領域。其主要技術是將製造疫苗、醫襲品和激素等抗原的目的基因轉移到動物體內，當動物生長發育後。獲得的母乳食品、肉類食品中也就帶有疫苗成分了。而將抗原注射到動物體內是產生抗體的最簡單的方法。研究人員通過注射或口服把某種抗原輸入乳牛體內，刺激其免疫系統，使其分泌的乳汁特異性抗體含量提高。為保持牛奶中這些特異性抗體和活性物質的生理活性，需採用低溫噴霧乾燥拱術。最終產生各種免疫奶粉，如抗感染免疫奶粉、抗炎免疫奶粉和防齲齒免疫奶粉。美國利學家還培育出乳汁中富含人體蛋白的母山羊。其乳汁中含有的抗蛋白酶可以防治肺氣腫。
作用原理
大多數病原菌的傳播都是通過污染食物、水或性接觸，都是從皮膚或黏膜表面(消化管道、呼吸道和泌尿生殖道)開始感染。在那裡病原菌遇到人體的第一個、也是最有效的抵抗。胃腸道、呼吸道、泌尿生殖道及其他外分泌腺的黏膜中存在大量的淋巴組織和散在的淋巴細胞，由於受黏膜部位複雜且特殊的抗原環境影響，形成了一些獨特的免疫機制，使得黏膜潲巴系統成為一個相對獨立的免疫體系，即黏膜免疫系統(mucosal immune system，MIS)。因此食品疫苗的成功作用需要黏膜免疫系統的感應。黏膜淋巴系統由大小不等的淋巴小紿和散在的淋巴細胞構成，其中的B細胞多屬Ig A型；散在細胞中有豐富的CD4 T細胞，而且大約50%帶有γ/δ型TCR。膜免疫系統接受抗原不通過血液和淋巴，而是經由一種具有吞噬功能的扁平上皮細胞(稱膜細胞或M細胞)從黏膜表面獲取。而這些細胞在淋巴組織的黏膜內。M細胞使抗原移到下面的組織，在那些組織中出現抗原的細胞使抗原在內部產生。某一克隆淋巴細胞在某部位黏膜濾泡中受抗原誘導而分化增殖後，很快就會在全身其他黏膜淋巴組織發現同樣抗原反應性和相似分布的致敏淋巴細胞。黏膜的這種免疫共享機制稱為共同膜免疫機制(common mucosal immune mechanism)。結果抗原決定簇在APC表面出現，在T細胞的幫助下激活B細胞，B細胞移到腸系膜淋巴腺節點，在那裡成為血漿細胞並移到黏膜，產生免疫球蛋白A，IgA通過黏膜上皮移到內腔，與膜被的分泌成分結合形成分泌性免疫球蛋白A(SIgA)。在黏膜應答的高峰期，SIgA的分泌量相當驚人。它們在局部與各種性質的抗原結合。阻止了抗原對機體的損害，增加了抗原降解及排泄的機會，從而抑制病理效應，這種功能稱為免疫清除作用。免疫清除作用在無害地清除病原微生物、變應原、致癌物等方面起著非常重要的作用。選擇性SIgA缺乏者，易患消化道和呼吸道感染，過敏症和惡性腫瘤的發病率也明顯增高。SIgA是黏膜免疫系統中最主要的抗體，與特殊的抗原決定簇相互作用來抑制入侵病原菌。除IgA外，其他類型Ig在膜系統免疫中也起作用。黏膜存在產生IgM的B細胞，所分泌的IgM也可通過分泌成分(secretory component，SC)介導的轉運機制釋放入黏膜腔。在選擇性IgA缺陷的個體．這種分泌性IgM在某種程度上可替代SIgA產生的黏膜免疫效應；黏膜組織還可合成IgG和IgE。但這些非IgA類抗體在清除抗原時容易激活補體產生病理效應。在接種初期，免疫系統發現疫苗中帶入的外來物質後會立即採取行動，動員所有力量消滅外來入侵者。這種回響會很快平息下來，結果留下了所謂“記憶細胞”。這些細胞會保持警覺。如果發現病原體侵人人體，會及時釋放出整個“防禦部隊”。
