Skip to main content

Engineering of a minimal bacterial therapeutic chassis

Article Category

Article available in the folowing languages:

Zmodyfikowane bakterie jako nośniki szczepionek

Dostarczanie leków lub szczepionek za pomocą bakterii to obiecujące pod względem klinicznym rozwiązanie, wyzwaniem jest jednak znalezienie odpowiednich bakterii. Wyhodowane przez zespół projektu MYCOCHASSIS mikroorganizmy Mycoplasma pneumoniae to pierwszy nośnik bakteryjny do wykorzystania w leczeniu chorób płuc.

Zdrowie

Bakterie mogą być skutecznym środkiem leczniczym wykorzystywanym w szczepionkach. Można je zmodyfikować tak, by na swojej powierzchni przenosiły charakterystyczne molekularne sygnatury (antygeny) różnych patogenów lub komórek nowotworowych, a także adiuwanty peptydowe wzmacniające odpowiedź układu odpornościowego. Jednak na drodze do dalszych postępów w tej dziedzinie stoją poważne wyzwania. Na przykład układ odpornościowy powinien być stymulowany przez dodane peptydy, a nie przez endogenne białka obecne na powierzchni bakterii. W przeciwnym razie skuteczne wywołanie odpowiedzi immunologicznej nie będzie możliwe. W ramach wspieranego przez UE projektu MYCOCHASSIS zbadano możliwość wykorzystania jednokomórkowych bakterii Mycoplasma pneumoniae w szczepionkach. Bakterie te są zazwyczaj patogenne i wywołują choroby układu oddechowego u ludzi i zwierząt gospodarskich, ale takie szkodliwe działanie można wytłumić. Co ważne, nie posiadają ściany komórkowej. „Brak ściany komórkowej znacznie ułatwia prezentację peptydów antygenowych i adiuwantów na powierzchni bakterii – jest to niezwykle przydatne z punktu widzenia prac nad szczepionkami. Dodatkowo w takim przypadku działanie układu odpornościowego nie skupia się na ścianie komórkowej, która zawiera lipopolisacharydy wywołujące stan zapalny”, wyjaśnia Luis Serrano, koordynator projektu z ośrodka badań nad regulacją genomową Centre de Regulació Genòmica będącego gospodarzem projektu. Partner komercyjny projektu, firma MSD, prowadzi obecnie testy i weryfikację szczepionek opartych na zmodyfikowanych bakteriach u zwierząt. Przygotowywane jest także zgłoszenie patentowe. Projekt zaowocował także utworzeniem nowej firmy, Pulmobiotics, która zajmuje się wykorzystaniem Mycoplasma pneumoniae w zwalczaniu chorób płuc u ludzi.

Precyzyjna modyfikacja

Badacze z zespołu Serrano już wcześniej dysponowali dużą wiedzą na temat biologii i patogenności Mycoplasma pneumoniae, dlatego dostrzegli potencjał wykorzystania zmodyfikowanych bakterii tego gatunku w leczeniu chorób. Ponieważ brak ściany komórkowej ułatwia modyfikację tych organizmów bez osłabiania odpowiedzi immunologicznej, „uznaliśmy, że badania nad ich wykorzystaniem w medycynie najlepiej będzie zacząć od szczepionek”, dodaje Serrano. Zespół projektu pogłębił swoją wiedzę o Mycoplasma pneumoniae, wykorzystując wirtualny model opisujący cały cykl życia bakterii, którego autorem jest Markus Covert. Symulacje oddziaływań między DNA a elementami komórki bakterii pozwoliły badaczom opracować scenariusze prognozujące prawdopodobne skutki immunologiczne wprowadzenia modyfikacji molekularnych przy jednoczesnym zachowaniu skuteczności i bezpieczeństwa. „Model żywego organizmu niekoniecznie pokazuje, że zastosowane rozwiązanie jest faktycznie prawidłowe, ale może ostrzec o jego potencjalnych wadach”, mówi Serrano. Korzystając informacji uzyskanych z użyciem modelu, zespół rozpoczął doświadczenia z transpozonami – ruchomymi fragmentami DNA, które mogą wstawiać się w dowolnym miejscu w genomie. Dzięki temu można było manipulować dowolnym fragmentem DNA genomu bakterii, co z kolei pozwoliło badaczom usunąć nieistotne elementy odpowiedzialne za wirulentność i utworzyć niepatogenny szczep. Na koniec opracowano szczepionkę dla zwierząt, aby zweryfikować słuszność przyjętej koncepcji. Najpierw zidentyfikowano najkorzystniejsze peptydy antygenowe patogennych bakterii atakujących świnie i krowy, a następnie eksprymowano je na powierzchni Mycoplasma pneumoniae służących jako nośniki szczepionki. „U zwierząt, którym wstrzyknięto te bakterie, zaobserwowaliśmy silną odpowiedź immunologiczną skierowaną przeciw prezentowanym antygenom”, zauważa Serrano. Opracowaną w ramach projektu MYCOCHASSIS strategię modyfikowania bakterii można stosować nie tylko do przygotowywania nośników w postaci niepatogennych drobnoustrojów. Może być ona także wykorzystana w leczeniu ludzkich chorób zakaźnych płuc, takich jak COVID-19, a w przyszłości także raka płuca. W tym celu zespół projektu pracuje obecnie nad zmodyfikowaną bakterią Mycoplasma pneumoniae eksprymującą cząsteczki immunomodulacyjne, które zwykle zapewniają odporność, a także przeciwciała przeciw różnym chorobom płuc.

Słowa kluczowe

MYCOCHASSIS, bakterie, szczepionka, peptydy, antygeny, odporny, choroby płuc, Mycoplasma pneumoniae, DNA, komórka

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania