Een multidisciplinair wetenschappelijk team van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) heeft aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de ontwikkeling van een vaccin voor chlamydia met behulp van synthetische biologie, gesponsord door een tweejarige National Institutes of Health (NIH) subsidie. Ze beschrijven hun werk in een recent artikel gepubliceerd in de Tijdschrift voor Biochemie ( JBC ):"Celvrije productie van een functionele oligomere vorm van een Chlamydia Major Outer Membrane Protein (MOMP) voor de ontwikkeling van vaccins." Dit werk werd uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Californië, Davis en de vaccingroep bij Synthetic Genomics, inc.

Chlamydia is de meest voorkomende besmettelijke seksueel overdraagbare aandoening, veroorzaakt door de gramnegatieve bacterie Chlamydia trachomatis. De infectie is vaak asymptomatisch, en wanneer onbehandeld, de ziekte kan ernstige chronische gezondheidsproblemen veroorzaken, zoals blijvende onvruchtbaarheid, bekkenontsteking en blindheid. Hoewel er antibiotische behandelingen voor chlamydia-infecties bestaan, recidieven van de ziekte bij dezelfde patiënt komen vaak voor en zijn moeilijk te behandelen.

"Hoewel antibiotica worden gebruikt om chlamydia te behandelen, vroege screening en diagnose zijn essentieel om complicaties te voorkomen die verband houden met langdurige, onbehandelde infecties, " zei Wei He, een postdoctoraal onderzoeker bij het Lab en de primaire auteur van het artikel. "Het is belangrijk op te merken dat personen die met antibiotica worden behandeld, meer vatbaar zijn voor herinfectie, dus werken aan een vaccin is een essentiële stap in de behandeling van dit alomtegenwoordige volksgezondheidsprobleem."

Vaccins interageren met het immuunsysteem van de patiënt om actieve immuniteit te produceren, die bescherming biedt tegen ziekten. Ze bevatten antigenen, meestal gezuiverde eiwitten, zoals een belangrijk buitenmembraaneiwit (MOMP) - die tot expressie worden gebracht door de pathogeen van belang. Na vaccinatie, er ontwikkelt zich een antigeenspecifieke immuunrespons, de patiënt te beschermen tegen echte infecties. Een antigeen dat deze immuunrespons met succes opwekt, wordt 'immunogeen' genoemd.

Deze antigenen maken in het laboratorium, echter, kan moeilijk zijn door het verkeerd vouwen van de cruciale, extreem complexe eiwitten, zoals de chlamydia-specifieke MOMP waarop deze onderzoeksgroep zich richt. Het werk dat in het tijdschriftartikel van de groep wordt besproken, omvat een techniek waarvoor patent is aangevraagd die uniek is voor Lawrence Livermore (ontwikkeld in samenwerking met Synthetic Genomics, Inc.) die high-yield heeft geproduceerd, functioneel, immunogene chlamydia MOMP - een doorbraak in MOMP-productietechnieken.

"We zijn de eerste groep ter wereld die iets genaamd telodendrimeer nanolipoproteïnedeeltjes (tNLP's) gebruikt om chlamydia-membraaneiwitten te produceren in een celvrije omgeving, " zei Matt Coleman, de senior auteur op het papier.

De enige andere succesvolle methode om MOMP's in het laboratorium te maken, is het gebruik van E. coli als gastheercellen, hun DNA veranderen en hun replicatie- en translatiemachines gebruiken om de MOMP te produceren, die vervolgens wordt geëxtraheerd uit de E. coli. Deze methode is lang en inspannend, en faalt in het produceren van een hoge opbrengst van correct gevouwen antigenen.

"Onze celvrije methode stelt ons in staat om de vereiste hulpmiddelen - de verrijkte ribosomen en de translationele machinerie - uit de E. coli te halen. Vervolgens voegen we nog een paar essentiële componenten toe, zoals RNA-polymerase, om in wezen een 'one-pot'-mechanisme voor eiwitproductie buiten een gastheercel te creëren, " Hij zei. "Onze unieke tNLP's zijn zelf-geassembleerd in de reactie om een ​​soort steiger te produceren die het MOMP-eiwit in een functionele staat ondersteunt, ook al heeft het geen celomgeving om het te ondersteunen."

Deze celvrije methode stelt onderzoekers ook in staat om aanzienlijk grotere hoeveelheden MOMP te produceren omdat ze niet te maken hebben met MOMP-toxiciteit voor de gastheer E. coli-cel - omdat er helemaal geen cel is. Deze LLNL-pionier, een celvrij proces zonder enkele reactie verwijdert veel van de stappen die nodig zijn bij andere methoden voor het produceren van recombinante eiwitten die zijn geassocieerd met nanodeeltjes en duurt minder dan een dag, terwijl de andere, minder effectieve methoden kunnen tot drie dagen duren.

"Met dit papier we hebben aangetoond dat het mogelijk is om een ​​potentieel therapeutisch eiwit met een zeer complexe structuur te nemen en het opnieuw te creëren, te beginnen met enkele eenvoudige biologische componenten, een veelbelovende ontwikkeling op dit gebied, ’ voegde Coleman eraan toe.

"Chlamydia treft niet alleen meer dan 131 miljoen mensen per jaar wereldwijd, " zei Coleman, "maar verschillende stammen van de bacterie vormen ook een groot probleem voor de veehouderij. De infectie is bijzonder verwoestend voor de koala's in Australië. Het heeft hun populatie gedecimeerd."

"De ontwikkeling van dit chlamydiavaccin, samen met de unieke methode die we hebben om deze antigenen "on-demand" of naar behoefte te maken voor gebruik in vaccins, kan een uitkomst zijn voor de epidemie die de koala's treft, en heeft uiteraard ook implicaties voor de behandeling van ziekten die ook mensen treffen - het is niet alleen chlamydia, er is een hele reeks ziekte-antigenen die notoir moeilijk te produceren zijn, " Hij voegde toe.

Het project heeft belangrijke implicaties voor de ontwikkeling van een vaccin, niet alleen voor chlamydia, maar andere bacteriën en ziekten die ook moeilijk te produceren antigenen nodig hebben voor een effectieve vaccinatie, waaronder kanker.

Immunotherapie tegen kanker is een snelgroeiend gebied dat erop gericht is het immuunsysteem van een patiënt te gebruiken om de unieke eiwitten die met kankercellen zijn geassocieerd, te herkennen en aan te vallen. Dit zou mogelijk een andere weg kunnen bieden voor een effectieve kankerbehandeling, en de tNLP-ondersteunde nanodeeltjes, gekoppeld aan de celvrije methode die is ontwikkeld door de LLNL-groep (in samenwerking met Synthetic Genomics, Inc.), zou een efficiëntere en effectievere methode kunnen bieden voor het maken van antigenen voor dit soort kankervaccins.

Het team gaat nu verder met proeven bij muizen, en heeft voorlopige positieve resultaten gezien bij het produceren van een immunogene respons die dieren enige mate van bescherming tegen infectie geeft. De volgende fasen van het onderzoek omvatten het gebruik van het nieuwe MOMP-productieproces om de meest effectieve vaccinformule te ontwikkelen. Het project zou uiteindelijk een bruikbaar product kunnen opleveren dat miljoenen levens kan redden - zowel koala's als mensen.