一、前言

現行生物技術中，重組蛋白的製造及應用是一大重點，也衍生出許多新的困難及挑戰，其中包括利用細菌質體製造外來的重組蛋白所引起之許多變因。為了篩選出轉基因成功之菌體，抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Gene)常與重組蛋白質一同轉入，以便使用抗生素作為篩選工具。然而，此做法將可能導致抗生素汙染重組蛋白，其純化過程成本昂貴且困難。此外，抗藥性基因也可能外流，促使超級細菌產生，使當前使用的抗生素失效。
除此之外，部分抗生素同時也是過敏源，β-內酰胺類抗生素 (β-lactam antibiotics) 與過敏反應有關，在用途製造中被嚴格禁止。用於基因治療載體中也必須避免抗生素抗性基因的存在。
另一方面，隨著罹癌人口的逐年攀升，各種抗癌療法因應而生，其中免疫療法為發展大宗。而免疫系統的複雜與多變性使得免疫療法在面對不同病人與病灶時難以發揮預期療效，如何根據不同病人的免疫系統特徵選擇適合的療法與治療藥物，也是生物技術在醫療上應用的發展重點。
本文將分別介紹數家擁有創新技術的新興生物技術公司，前四家提出能解決重組蛋白質抗生素汙染的技術，後三家提出如何根據病人需求提供合適的免疫療法判別方法。

二、重組蛋白質抗生素汙染之解決方法

1. enGene Biotech
位於奧地利維也納的enGene Biotech 擁有專利的enGene-X-press技術能夠優化大腸桿菌蛋白質生產系統，用於生產難度較高的蛋白質，enGene-X-press技術除了大腸桿菌蛋白質生產系統外也可用於枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）蛋白質生產系統。因為枯草芽孢桿菌產率優於大腸桿菌生產系統，將enGene-X-press技術應用在枯草芽孢桿菌更能有效縮短時間並提高產率。
enGene Biotech主要發展偶聯蛋白（UCP，uncoupling protein）製造（註一）、大腸桿菌中的連續重組蛋白質和質體DNA製造，並提供了不含抗抗生素基因的質體選擇。這些質體無汙染，且減少宿主細胞代謝負擔，故能提高目標重組蛋白質產量，降低成本。由於無污染，純化蛋白質與品質控管也更容易。enGene提供從基因到蛋白質的服務，例如克隆或載體優化以及生產蛋白質菌株的產生或宿主細胞工程。
除了蛋白質生產平台外，專利的DDX（Dually derivatized chitosan）奈米載藥顆粒，能夠攜帶如重組蛋白質、胜肽、抗體、miRNA或是siRNA等多種形態的藥物，直達並穿透黏膜組織。如此能夠有效降低全身性毒性，並標靶治療在需要的位置，若使用於肺部的吸入式給藥還能有效避免血液影響載體及藥物作用。
enGene是一家發展階段的公司，與不同地區公司建立合作關係也相當高。

2. Profacgen
總部位於紐約的Profacgen主要業務是蛋白質生產，而該公司的生物資訊平台功能齊全，能夠協助客戶進行蛋白質分析和藥物開發。在蛋白質生產上，Profacgen擁有專利的無抗生素蛋白質生產系統，這個系統能夠量產如食蟹猴、人、小鼠、大鼠及恒河猴等數個不同物種的重組蛋白質。
Profacgen利用專利的抗毒素系統取代傳統的抗生素基因篩選系統。此系統將毒素基因插入青黴鏈黴菌的基因組中，並將毒素基因和重組蛋白的基因一起轉入質體中。因此，當抗毒素基因成功轉入質體時，便能抑制毒素，如果質體沒有被轉入，青黴鏈黴菌就會被毒素殺死，如此便能篩選出成功轉入質體的青黴鏈黴菌進行目標重組蛋白質生產。
Profacgen另能夠提供厭氧菌發酵、抗菌胜肽的生產、細胞株開發、蛋白質的標記、蛋白質誘發突變以及突變的資料庫，近期更開發了三聚體蛋白質（trimeric protein，註二）生產服務。除此之外，這個平台還能夠設計並生產二硫鍵的同源三聚體蛋白質，如此獨特的技術使Profacgen成為創新的蛋白質生產供應商。目前為止主要的業務範圍在北美洲，相信未來能夠持續發展並擴大至全球市場。

3. Diosynth
Diosynth（FDB，Fujifilm Diosynth Biotechnologies）是日本富士膠片公司的一個子公司，是活動於英國，美國和丹麥的全球委託開發和製造技術公司（CDMO）。FDB擁有30多年的重組蛋白開發和生產經驗，利用FDB專利系統，在多種宿主細胞（如哺乳動物，細菌系統）中開發之重組蛋白，可用於如疫苗、抗體、病毒蛋白和具有重要醫學應用的特殊蛋白質等多種產品應用。
pAVEway™微生物生產平台是一種用於大腸桿菌蛋白質生產系統的創新高效技術，已被證明可產生數百種具有重要醫學應用的特殊蛋白質。pAVEway™微生物生產平台不含抗生素，因此擁有成本較低且品質管控容易的優點。該平台生產的蛋白質種類很多，例如細胞內可溶的蛋白質（intracellular soluble），細胞內不溶的蛋白質（intracellular insoluble）和外胞膜之間的膜外漿質蛋白質（i periplasmic secretion）。
pAVEway™平台與ambr™250技術共同使用，能夠將從菌株研發和臨床生產所需的時間大量降低至4週，主要使用在大腸桿菌蛋白質生產系統。而Apollo X™則是應用於哺乳動物細胞蛋白質生產系統，用於生產單株抗體和其他蛋白質。MaruX™更可在30天內生產多達15 Kg的純化抗體，產量相當可觀。FDB業務範圍遍布全球，並持續追求進步開發更優良技術。

4. Wacker Biotech
位於慕尼黑的Wacker Biotech生物技術有限公司是一家微生物CDMO，為GMP生產生物製劑提供服務，例如蛋白質、疫苗、活微生物產品以及細胞庫等之分析及製程開發。
Wacker Biotech擁有多項專利，如FOLDTEC®，LIBATEC®，ESETEC®和血漿半衰期延長技術。這些技術使Wacker Biotech更夠更快更有效率的生產生物製劑。其中FOLDTEC®應用在大腸桿菌菌株，利用高細胞密度的重折疊(Refolding)培養提供蛋白質生產，其產量高達12 g / L，與目前市面上的標準微生物生產工藝（如凝血酶生產）相比，產量增加超過20倍，且無需使用抗生素和噬菌體。該技術可用於生產治療用的醫療性蛋白質，蛋白質折疊的立體修飾結構並不受影響，並已證明可產生抗體和抗體片段，也因為沒有抗生素的污染，可進一步用在生物醫學的治療。
ESETEC®是構築在大腸桿菌K12菌株的蛋白質分泌系統。由一組專有載體和基因工具組成。最佳產量可高達14 g / L，已成功應用於許多蛋白質的生產，例如抗體，抗體片段（Fabs）和支架。
Wacker Biotech是德國MDAX證券交易所的上市公司，其2019年的收入為5.87億美元（4.93歐元）。在2018年該公司進行了260個研究項目，並在研發方面花費了195億美元（165歐元）。截至當年度，該公司擁有3900項專利和1700項正在申請的專利。該公司業務遍及全球，並在全球設有辦事處，包含美洲、歐洲、亞洲和澳大利亞。

三、免疫療法相關之解決方案

1. Immunai
位於紐約的Immunai由免疫學家、基因組研究人員、電腦科學專家、資訊工程師和數據科學家的跨領域團隊組成，主要發展方向是研究單細胞基因組學和腫瘤學之間交互作用。這樣的團隊組成使Immunai能利用單細胞生物學和AI數據對人類免疫系統進行全面了解，用以推動新的治療，加速藥物開發並改善患者預後。
癌症免疫療法藥物並非適用於所有患者，Immunai平台試圖了解免疫療法藥物只對某些患者有效之原因並建立資料庫。這個資料庫將有助於理解對現有免疫療法、藥物失效的癌症機制，並設計出新療法或設計新的聯合療法Immunai的免疫分析平台能夠在細胞層級鑑定合適的免疫療法，並建立數據庫進行整合分析，制定個人化療程。
該公司最近透過兩家以色列投資公司Viola Group和TLV Partners獲得了2000萬美元的資金。這筆資金將用於進一步擴大Immunai技術和業務，用以招募科學家、計算機工程師和機器學習專家團隊。其中更有兩位分別來自史丹佛醫學院 (Stanford University School of Medicine)的病理學教授和加州舊金山帕克癌症免疫治療研究所（Parker Institute for Cancer Immunotherapy）的資訊分析師來精進專業知識。目前Immunai在美國和以色列都有實體辦事處，也積極向世界各地發展。

2. Adaptive Biotechnologies
位於紐約的Adaptive Biotechnologies生物技術公司主要研究後天免疫疾病相關的診斷和治療。後天免疫是一種經由與特定病原體接觸後，產生能識別並針對特定病原體啟動的免疫反應，可以用來對抗大多數疾病。Adaptive Biotechnologies公司開發了平台，以解碼後天免疫系統在基因層面上的資訊，作為生命科學研究、臨床診斷和藥物開發製造的基礎。
immunoSEQ分析系統利用T細胞受體（TCRs）和B細胞受體（BCRs）的高通量定序，以了解TCR和BCR的基因多樣性和數量。T細胞受體抗原特異性的多重鑑定（MIRA，Multiplexed Identification of T cell Receptor Antigen Specificity）可繪製數百萬個TCR，繪製出臨床上相關的抗原，從而了解患者免疫系統的抗病能力。PairSEQ是基於immunoSEQ的平台能精確匹配TCR和BCR的α和β鏈，以產生新受體，進一步規劃治療策略。TruTCR有助於表現所需抗原特異性TCR的結合程度，並鑑定細胞毒性和安全性，從而建立TCR藥物細胞療法。TruAB則是高通量抗體平台主要用於治療和預防性治療開發。
clonoSEQ是美國FDA批准的首項檢測方法，用於檢測和監控癌症治療後殘留在患者體內的少量癌細胞，這些癌細胞可能引起的最小殘留疾病（MRD，minimal residual disease）定分析導致癌變可能性。
2020年3月，Adaptive Biotechnologies與Microsoft合作分析COVID-19的免疫反應，同年4月開始研究開發針對COVID-19的抗體療法及疫苗。

3. Da Volterra
位於巴黎的Da Volterra成立於2006年，是一家臨床階段的生物製藥公司，主要開發微生物組療法以增進特定族群客戶健康。多數抗生素在抑制病原菌生長同時也導致益生菌與其他微生物群的死亡，因此口服抗生素後患者通常需要數個月才能夠恢復體內正常的微生物群。
Da Volterra具有在抗生素治療期間保護腸道菌群的專業知識背景，例如艱難梭狀芽孢杆菌感染（CDI，Clostridium difficile infection）和移植物抗宿主疾病（GvHD，Graft-versus-host disease）。
Da Volterra研發了一種新型的口服藥物DAV132可以預防抗生素引起的腸道營養不良，並可以與抗生素共同使用。DAV132被封裝在專利的藥物輸送系統中，該系統可在迴腸、盲腸和結腸後期才釋放出藥物，並在標靶黏附在自然微生物群以保護微生物群與益生菌，減少抗生素對其傷害。DAV132可用在CDI、GvHD、免疫腫瘤學和減緩抗生素耐藥性的產生，目前正在針對血液惡性腫瘤患者的CDI和GvHD進行3期臨床試驗研究，商品化的可能性極高。
DAV132受到125項專利保護，並且有望再申請其他的專利。目前DAV132已經完成了679位受試者的7項1期和2期臨床試驗的臨床試驗，公司的另一項DID計劃正在2期臨床試驗中，試驗目標是減少因化療引起的嚴重腹瀉。該公司在美國與歐盟皆取得認證，已融資籌達81.1美元（69歐元）。

四、結語

免疫療法的專一性不足一直是癌症治療失敗的主要原因之一，也更可能導致治療後的癌症復發。抗生素治療所導致的各種副作用，有些也是因為抗生素專一性的不足，上述情況無論是避免使用或是提高專一性都會是可能的解決辦法。
隨著人們對於免疫系統了解的加深、各類抗生素作用機制的研究，又出現更多等待解決的問題。通過各種組體學技術配合基礎的生物學知識在醫療上的應用未來仍有很大的發展空間，如何找到替代與改良目前現有療法的技術相當令人期待。

註一 偶聯蛋白（uncoupling protein， UCP）是粒線體內膜蛋白，能消除粒線體內膜兩側的跨膜質子濃度差使氧化磷酸化過程減慢，阻礙三磷酸腺苷（ATP）的正常產生。

註二 蛋白三聚體是由三個大分子複合物以非共價結合，同質三聚體是三個相同的分子形成如II型膠原蛋白。異源三聚體則是由三種不同的大分子形成。