Ein wertvolles Molekül, das aus dem Seifenrindenbaum stammt und als Hauptbestandteil von Impfstoffen verwendet wird, wurde zum ersten Mal in einer alternativen Wirtspflanze repliziert, was der Impfstoffindustrie beispiellose Möglichkeiten eröffnet.
Eine vom John Innes Center geleitete Forschungskooperation nutzte die kürzlich veröffentlichte Genomsequenz des chilenischen Seifenrindenbaums (Quillaja saponaria), um die schwer fassbaren Gene und Enzyme in der komplizierten Schrittfolge aufzuspüren und zu kartieren, die zur Herstellung des Moleküls QS-21 erforderlich ist.
Mithilfe transienter Expressionstechniken, die am John Innes Centre entwickelt wurden, rekonstruierte das Team den chemischen Stoffwechselweg in einer Tabakpflanze und demonstrierte zum ersten Mal die Produktion dieser hochgeschätzten Verbindung „frei vom Baum“.
Unsere Studie eröffnet beispiellose Möglichkeiten für die Biotechnologie von Impfstoffadjuvantien. Wir können diese Verbindungen nun untersuchen und verbessern, um die menschliche Immunantwort auf Impfstoffe zu fördern und QS-21 auf eine Weise zu produzieren, die nicht auf die Extraktion aus dem Seifenrindenbaum angewiesen ist.“
Professor Anne Osbourn FRS, Gruppenleiterin am John Innes Center
Impfstoffadjuvantien sind Immunstimulanzien, die die Reaktion des Körpers auf den Impfstoff auslösen – und sind ein wichtiger Bestandteil menschlicher Impfstoffe gegen Gürtelrose, Malaria und andere in der Entwicklung befindliche Impfstoffe.
QS-21, ein wirksames Adjuvans, wird direkt aus der Rinde des Seifenrindenbaums gewonnen, was Bedenken hinsichtlich der ökologischen Nachhaltigkeit seiner Bereitstellung aufkommen lässt.
Seit vielen Jahren suchen Forscher und Industriepartner nach Möglichkeiten, das Molekül in einem alternativen Expressionssystem wie Hefe oder Tabakpflanzen herzustellen. Doch die komplexe Struktur des Moleküls und fehlende Kenntnisse über seinen biochemischen Weg im Baum verhinderten dies bislang.
Zuvor hatten Forscher in der Gruppe von Professor Osbourn den frühen Teil des Signalwegs zusammengestellt, der die Gerüststruktur für QS-21 bildet. Die Suche nach dem längeren vollständigen Weg, der Acylkette, die einen entscheidenden Teil des Moleküls bildet, das Immunzellen stimuliert, blieb jedoch unvollendet.
In einer neuen Studie, die in erscheint Naturchemische BiologieForscher des John Innes Center nutzten eine Reihe von Ansätzen zur Genentdeckung, um etwa 70 Kandidatengene zu identifizieren und sie auf Tabakpflanzen zu übertragen.
Durch die Analyse von Genexpressionsmustern und -produkten, unterstützt durch die Plattformen Metabolomic und Nuclear Magnetic Resonance (NMR) am John Innes Centre, konnten sie die Suche auf die letzten 20 Gene und Enzyme eingrenzen, die den QS-21-Signalweg bilden.
Erstautorin Dr. Laetitia Martin sagte: „Dies ist das erste Mal, dass QS-21 in einem heterologen Expressionssystem produziert wurde. Das bedeutet, dass wir besser verstehen können, wie dieses Molekül funktioniert und wie wir Probleme mit der Größe und Toxizität angehen können.“
„Was so lohnenswert ist, ist, dass dieses Molekül in Impfstoffen verwendet wird und dass mein Projekt durch die Möglichkeit, es nachhaltiger zu machen, einen Einfluss auf das Leben der Menschen hat. Es ist erstaunlich zu glauben, dass etwas so wissenschaftlich lohnendes der Gesellschaft so viel Gutes bringen kann.“
„Auf persönlicher Ebene war diese Forschung wissenschaftlich äußerst lohnend. Ich bin kein Chemiker, daher hätte ich dies ohne die Unterstützung der Metabolomics-Plattform und der Chemieplattform des John Innes Center nicht tun können.“
Das Team hat mit Plant Bioscience Limited PBL (Plant Bioscience Limited) Norwich Limited zusammengearbeitet, die die Kommerzialisierung dieses Projekts leiten.
Die vollständige Biosynthese des wirksamen Impfstoffadjuvans QS-21 erscheint in Naturchemische Biologie.
Quelle:
Zeitschriftenreferenz:
Martin, LBB, et al. (2024). Vollständige Biosynthese des wirksamen Impfstoffadjuvans QS-21. Naturchemische Biologie. doi.org/10.1038/s41589-023-01538-5.
