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Engineering of a minimal bacterial therapeutic chassis

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I batteri ingegnerizzati si rivelano promettenti come «ossatura» vaccinale

L’utilizzo dei batteri per somministrare agenti terapeutici o vaccini si rivela clinicamente promettente: la sfida è trovare i batteri idonei. MYCOCHASSIS ha sviluppato il mycoplasma pneumoniae come prima ossatura batterica per il trattamento delle pneumopatie.

Salute

I batteri rappresentano agenti terapeutici attraenti per l’elaborazione dei vaccini: possono essere ingegnerizzati per trasportare le firme molecolari indicative (antigeni) di vari agenti patogeni o cellule tumorali sulla loro superficie, insieme ad adiuvanti peptidici che favoriscono la risposta del sistema immunitario. Eppure l’ulteriore sviluppo è stato ostacolato da notevoli difficoltà, tra cui quella di garantire che il sistema immunitario venga spinto sulla superficie dei batteri dai peptidi aggiunti e non dalle proteine endogene, il che comprometterebbe un’efficace risposta immunitaria. Il progetto MYCOCHASSIS, finanziato dall’UE, ha esaminato l’utilizzo dei batteri a singola cellula di mycoplasma pneumoniae per lo sviluppo di vaccini. I batteri sono normalmente patogeni e provocano la malattia respiratoria negli esseri umani e nel bestiame, ma non possono essere attenuati e, in particolare, non dispongono di una parete cellulare. «La mancanza di una parete cellulare ne rende molto facile l’esposizione a peptidi e adiuvanti antigenici sulla superficie dei batteri, aspetto utile per lo sviluppo di vaccini. Inoltre, ciò evita che il sistema immunitario si concentri sulla parete cellulare, che contiene lipopolisaccaridi che innescano l’infiammazione», spiega il coordinatore del progetto Luis Serrano del Centro di regolazione genomica, che ospita il progetto. MSD, il partner commerciale del progetto, sta ora testando e convalidando i vaccini ingegnerizzati sugli animali, con una domanda di brevetto imminente. Il progetto ha anche portato alla creazione di una nuova azienda, Pulmobiotics, dedicata all’utilizzo del mycoplasma pneumoniae per il trattamento delle pneumopatie umane.

Ingegneria di precisione

Il gruppo di ricercatori di Serrano, grazie alla pregressa esperienza in biologia e patogenesi del mycoplasma pneumoniae, ha rilevato il potenziale ingegneristico di questi batteri per il trattamento della malattia. Poiché la mancanza di una parete cellulare rende i batteri di facile manipolazione senza compromettere la risposta immunitaria, «abbiamo pensato che uno dei primi tentativi di intervento medico da compiere fosse la vaccinazione», aggiunge Serrano. Il gruppo di ricercatori ha migliorato la propria comprensione del mycoplasma pneumoniae avvalendosi del modello virtuale dell’intero ciclo di vita del batterio, sviluppato da Markus Covert. Questa interazione simulata del DNA e dei componenti cellulari ha consentito al gruppo l’impiego di scenari volti a prevedere i possibili risultati immunologici degli aggiustamenti molecolari sul batterio, garantendo efficacia e sicurezza. «Il modello di un sistema vivente non indica necessariamente che si sta procedendo realmente in modo corretto, ma può segnalare la presenza di possibili insidie nella progettazione», spiega Serrano. Il gruppo, sulla base di quanto appreso nella modellizzazione, ha iniziato le sperimentazioni con i trasposoni, ovvero gli elementi mobili del DNA che si inseriscono casualmente nel genoma. Potendo manipolare i frammenti di DNA del genoma dei batteri, il gruppo è riuscito a eliminare gli elementi genetici virulenti non essenziali per creare un ceppo non patogeno. Infine, è stata sviluppata una prova di concetto per la vaccinazione animale. In primo luogo, sono stati individuati i migliori peptidi antigenici dei batteri patogeni che infettano suini e ovini, gli stessi sono poi stati espressi sulla superficie del mycoplasma pneumoniae come ossatura del vaccino. «Abbiamo assistito a una forte risposta immunitaria contro gli antigeni esposti negli animali in cui erano stati iniettati i batteri», osserva Serrano. L’approccio ingegneristico ai batteri di MYCOCHASSIS, oltre che per fornire un batterio non patogeno come ossatura vaccinale, potrebbe essere utilizzato anche per trattare le pneumopatie infettive nell’uomo, quali la COVID-19, e più in avanti, il tumore polmonare. A tal fine, il gruppo di ricerca sta attualmente ingegnerizzando il mycoplasma pneumoniae per esprimere le molecole immunomodulatorie, che tipicamente conferiscono immunità, nonché gli anticorpi contro varie pneumopatie.

Parole chiave

MYCOCHASSIS, batteri, vaccino, peptidi, antigeni, immunitario, pneumopatie, mycoplasma pneumoniae, DNA, cellula

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