Zmodyfikowane bakterie jako nośniki szczepionek
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
