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 Center entwickelt wurden, rekonstruierte das Team den chemischen Stoffwechselweg in einer Tabakpflanze und demonstrierte damit erstmals die Produktion dieser hochgeschätzten Verbindung „frei vom Baum“.
Professorin Anne Osbourn FRS, Gruppenleiterin am John Innes Center, sagte: „Unsere Studie eröffnet beispiellose Möglichkeiten für biotechnologische Impfstoff-Adjuvanzien. Wir können diese Verbindungen nun untersuchen und verbessern, um die menschliche Immunantwort auf Impfstoffe zu fördern und QS-21 auf eine Weise zu produzieren.“ hängt nicht von der Gewinnung aus dem Seifenrindenbaum ab.“
Impfstoffadjuvantien sind Immunstimulanzien, die die Reaktion des Körpers auf den Impfstoff vorbereiten – 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 veröffentlicht in Naturchemische BiologieForscher am 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 Center, konnten sie die Suche auf die letzten 20 Gene und Enzyme eingrenzen, aus denen der QS-21-Signalweg besteht.
Erstautorin Dr. Laetitia Martin sagte: „Dies ist das erste Mal, dass QS-21 in einem heterologen Expressionssystem produziert wurde. Dies bedeutet, dass wir besser verstehen können, wie dieses Molekül funktioniert und wie wir Probleme in Bezug auf Größe und Toxizität angehen können.“
„Was so lohnend 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, 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.“
Mehr Informationen:
Vollständige Biosynthese des wirksamen Impfstoffadjuvans QS-21, Naturchemische Biologie (2024). DOI: 10.1038/s41589-023-01538-5