Forscher entwickeln wirksamen Impfstoff gegen Kuhparasiten dank der Veränderung der Zuckerstrukturen in Pflanzen

Die Nachahmung von Zuckerstrukturen in Pflanzen spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung wirksamer Impfstoffe gegen den Magenwurm Ostertagia ostertagi. Dies wurde von Ruud Wilbers von der Wageningen University & Research (WUR) zusammen mit Forschern der Universität Gent und des Leiden University Medical Center mit einer Proof-of-Concept-Studie nachgewiesen.

Ihre Forschung zeigt, dass ein in einer Pflanze hergestellter Impfstoff Kühe vor dem Parasiten schützt. Die Erkenntnisse waren veröffentlicht in einem Artikel in Wissenschaftliche Berichte und wird ein Sprungbrett für die schnellere und nachhaltigere Entwicklung von Impfstoffen gegen Parasiten sein.

Eine Magenwurminfektion ist eine häufige Erkrankung bei Kühen. Eine Infektion kann zu einer geringeren Milch- und Fleischproduktion und bei hoher Wurmbelastung sogar zu Erkrankungen führen. Aus diesem Grund werden infizierte Kühe mit Entwurmungsmitteln behandelt. Laut dem Forscher Ruud Wilbers schafft dies jedoch neue Probleme.

„Übermäßiger Gebrauch dieser Medikamente, etwa eine zu häufige und falsche Verabreichung, führt dazu, dass der Parasit eine Resistenz gegen die Medikamente entwickelt. Insbesondere in der westlichen Welt, wo viel Viehhaltung betrieben wird, ist die Resistenz ein wachsendes Problem.“ “

Darüber hinaus, so Wilbers weiter, sei die Entwurmung keine nachhaltige Lösung. „Es stellt nur sicher, dass der Parasit vom Tier entfernt wird. Aber im folgenden Jahr kann die Infektion erneut auftreten, wenn die Kuh ein Ei aufnimmt, indem sie Gras frisst. Da infizierte Kühe bei jedem Stuhlgang Eier ausbreiten, bleiben die Weiden kontaminiert und der Parasit bleibt lebensfähig.“ „Ein weiteres Problem mit Entwurmungsmitteln besteht darin, dass wir nicht genau wissen, was sie bewirken. Sie können auch in Fleisch und Milch landen und sich in der Umwelt und im Boden verbreiten.“

Derzeitige Impfstoffproduktion unerwünscht

Ein wesentlich effektiverer und nachhaltigerer Ansatz ist die Impfung von Kühen gegen den Parasiten. Laut Wilbers gibt es derzeit drei verfügbare Impfstoffe gegen parasitäre Würmer. „Das einzige Problem ist, dass man für die Herstellung dieser Impfstoffe keine andere Wahl hat, als Tiere zu infizieren. Antigene werden aus lebenden Parasiten isoliert. Diese Methode ist unerwünscht, vor allem weil man dann gesunde Tiere infizieren muss. Es ist auch nicht nachhaltig, wenn.“ Sie wollen Impfstoffe im großen Maßstab entwickeln. Denn um genügend Impfstoff zu bekommen, bräuchte man sehr viele infizierte Kühe.“

Eine alternative Produktionsmethode verwendet ein rekombinantes Expressionssystem. Dabei wird der genetische Code aus der DNA für ein Antigen des Parasiten in einen anderen Organismus, beispielsweise eine Hefe oder ein Bakterium, eingefügt. Wilbers sagt: „Dieser Prozess produziert das Antigen, das zur Entwicklung der Impfstoffe benötigt wird. Das einzige Problem bei dieser Methode ist, dass sie bei Magenwürmern nicht funktioniert. Forscher der Universität Gent haben ein Jahrzehnt damit verbracht, das richtige Antigen zu identifizieren. Aber das haben sie herausgefunden.“ Dies funktioniert nicht mehr, wenn man es in Hefe herstellt. Das liegt daran, dass andere Organismen die natürlichen Zuckerstrukturen (Glykane) des Parasiten nicht rekonstruieren können.“

Auf einer Konferenz in Griechenland kam Wilbers mit den Genter Forschern in Kontakt und erfuhr von dem Problem, mit dem sie konfrontiert waren. „Ich war dort, um einen Vortrag über die Herstellung von Wurmproteinen in unserem pflanzlichen Expressionssystem zu halten. Wir haben uns zusammengetan und mit der Erforschung begonnen, wie man das Protein des Parasiten in Pflanzen nachahmen kann. Zunächst haben wir zusammen mit LUMC die Zuckerzusammensetzung des Parasiten und deren Ähnlichkeit untersucht Es ähnelt dem von Pflanzen. Bei Magenwürmern sind die Glykane im Vergleich zu anderen Wurmparasiten nicht sehr komplex. Wir haben herausgefunden, welche Zuckerreste sich auf ihnen befinden und welche Enzyme für ihre Herstellung erforderlich sind.“

Der Hauptvorteil einer Pflanze gegenüber anderen Expressionssystemen besteht darin, dass eine Pflanze nur sehr wenige Enzyme zur Manipulation von Zuckern besitzt, sagt Wilbers. „Dadurch ist es einfach, bestehende Zuckerstrukturen zu entfernen und von einer ‚nackten‘ Struktur auszugehen. Von hier aus baut man sozusagen eine neue Struktur auf, indem man Zuckerwürfel mit den ausgewählten Enzymen darauf legt. Es ist ein bisschen wie Lego.“ für Experten. Auch Pflanzen tolerieren diese Veränderung. Wir ermöglichen dann, dass die Enzyme für die neue Struktur zusammen mit dem Antigen in der Pflanze exprimiert werden.“

Proof-of-Concept-Studie zeigt Wirksamkeit des Impfstoffs

Mit einer Proof-of-Concept-Studie haben die Forscher gezeigt, dass die Zuckerzusammensetzung tatsächlich entscheidend für die Wirksamkeit des Impfstoffs ist. „Diese Entdeckung steht im Mittelpunkt des Artikels Wissenschaftliche Berichte. Frühere Untersuchungen legten dies nahe, es fehlten jedoch schlüssige Beweise. Diese Entdeckung wird ein Sprungbrett für Impfstoffe gegen andere Parasiten bei Nutztieren, wie etwa den Leberegel, sowie gegen menschliche Parasiten sein. Wir werden nun mehrere Projekte durchführen, um das Potenzial weiter auszuloten. Es wird erwartet, dass die Nachahmung von Zuckerstrukturen in Pflanzen die Entwicklung von Impfstoffen gegen Wurmparasiten beschleunigen wird.“

In Zukunft hofft Wilbers, den Zucker vollständig vom Protein trennen zu können. „Bei manchen Parasiten sieht man, dass sich die Immunantwort, die Schutz bietet, auf Zucker konzentriert. Wenn man Zuckerelemente vom Protein trennen kann, könnte das die Impfstoffproduktion noch einfacher machen. Das würde bedeuten, dass man sich nur die des Parasiten ansehen muss.“ Zuckerzusammensetzung. Wenn es uns gelingt, mit Zuckerstrukturen zu impfen, können wir noch schneller Impfstoffe entwickeln. Denn dann muss man nicht mehr einzelne Antigene identifizieren.“