Development of Transgenic Carrot Oral Vaccine to Protect against Diarrhea of Piglets

We are trying to develop a transgenic carrot with aims of production and delivery of oral vaccine against microbial enteropathogen using a K88ac pilin gene. A K88ac antigen (pilin) gene was isolated by PCR from the K88ac genomic DNA. The pilin gene was constructed in pGA748 and introduced via Agrobacterium tumefaciens to the explants of carrot hypocotyl and then 494 transgenic lines were established. The amounts of the K88ac antigen produced in each of the cell lines were determined by western and two elite cell lines (M1-17, Y14-1) were selected based on higher levels of expression of the antigens as well as rate of cell growth and efficiency of embryogenesis. In order to test an immunization induced by oral administration of the transgenic carrot, serum of the mice fed with the carrot vaccine were tested in ELISA. It tumed out that the mice fed with 3 g of transgenic carrot showed a similar level of antibody compared to those applied with 10 $\mu\textrm{g}$ of the purified recombinant pilin protein. Besides, various clinical responses were measured after challenging with ETEC K88ac strain to the piglets experiencing an oral immunization with the transgenic carrot. The piglets fed with carrot vaccine showed a lower level of diarrhea in fecal score compared to those fed with non-transgenic carrot. A higher level of increase in weight of the piglets fed with the transgenic carrot vaccine was observed comparing to those fed with non-transgenic carrot as control.

자돈 설사병 방지를 위한 경구백신용 형질전환 당근 개발

병독성 대장균 (K88ac)의 pilin gene을 분리하여 이를 당근에 도입한 후 이의 발현을 유도하여 자돈 설사병 예방 및 치료를 위한 당근경구백신 개발을 목적으로 하였다. 형질전환을 통해 494 세포주를 확립하였고, western분석을 통하여 0.1~4 $\mu\textrm{g}$/g의 pilin 단백질 발현을 확인하였으며 백신식물 생산에 적합한 세포주 2종 (M1-17, Y14-1)을 선발하여 포장생산 및 임상실험에 적용하였다. 쥐를 대상으로 당근 경구 투여시 병원균 항체 생성 여부와 면역 유도를 위한 최적 농도 지표를 파악하기 위하여 1주 간격으로 형질전환 당근 1g, 3g, 5g을 경구투여 한 결과 백신 당근 3g 투여시 10$\mu\textrm{g}$의 재조합 pilin 백신을 경구 투여한 것에 비해 다소 높은 항체 생성을 나타냈으며 3g의 분량이 쥐 면역 유도를 위한 적정량으로 확인하였다. 자돈에 대한 백신당근 경구 투여시 자돈 설사병 보호 효과를 정량적으로 구명하기 위하여 분석한 자돈의 일당 증체량은 형질전환 당근 투여시 평균 60g 이상 더 높은 증체량을 보였으며, 질병방제 효과를 구명하기 위하여 장독성 병원균을 인위 접종한 결과 대조구에서만 fecal score 3의 심각한 설사를 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 당근백신은 효율적 투여방법 등에 대한 후속 실험을 통하여 산업적 이용 가능성이 탐색될 예정이다.