Ein multidisziplinäres Forschungsteam hat ein vielversprechendes virusbekämpfendes Protein mithilfe eines schnellen, tragbaren Verfahrens hergestellt, das problemlos an der Quelle eines zukünftigen Virusausbruchs eingesetzt werden könnte. Das Team umfasst Forscher der University of Maryland, Baltimore County (UMBC), der Stanford University, des National Cancer Institute (NCI) und des National Center for Advanced Translational Science. Ihre Forschung wurde zur Veröffentlichung in der Zeitschrift angenommen Neue Biotechnologie.
Griffithsin ist ein ursprünglich aus Rotalgen isoliertes Protein. Vor mehr als einem Jahrzehnt entdeckten Forscher des Molecular Targets Program des NCI, dass es Zellen vor dem HIV-Virus schützen kann, und es befindet sich jetzt in klinischen Phase-1-Studien am Menschen. Griffithsin haftet an den Oberflächenglykoproteinen bestimmter Viren und erschwert dem Virus das Eindringen in Wirtszellen. (Glykoproteine sind Proteine mit Zuckermolekülen darauf.)
„Es ist, als würde man Ton nehmen und ihn an die Stifte eines elektrischen Steckers kleben, um zu verhindern, dass er in eine Steckdose gelangt“, sagt Govind Rao, Professor für chemische und biochemische Verfahrenstechnik am UMBC und einer der leitenden Forscher des Projekts. Das Protein deaktiviert eine Vielzahl von Viren, einschließlich des Virus, das COVID-19 verursacht.
Arzneimittel, die mit biologischen Molekülen wie Griffithsin hergestellt werden, werden als Biologika bezeichnet. Sie werden normalerweise in großen Chargen aus lebenden Zellen wie E. coli-Bakterien hergestellt. (Die Zellen erhalten DNA-codierte Anweisungen zur Herstellung des Arzneimittels.) Diese Methode hat jedoch Nachteile, einschließlich der Notwendigkeit, die Zellen am Leben zu erhalten.
Rao und seine Kollegen entwickelten eine Methode zur Herstellung von Griffithsin, die keine lebenden Zellen benötigt. Stattdessen entnehmen die Forscher den Zellen die proteinproduzierenden „Eingeweide“. In diese Suppe aus Zellbestandteilen fügen sie dann die DNA-Anweisungen zur Herstellung von Griffithsin zusammen mit den erforderlichen molekularen Bausteinen hinzu.
„Die zelluläre Maschinerie funktioniert auch ohne eine lebende Zelle, die sie unterstützt“, sagt Rao. „Die Methode ist einfach und effektiv.“
Unter Verwendung zellfreier Herstellungsmethoden stellten die Forscher in weniger als 24 Stunden erhebliche Mengen an Griffithsin her. Sie reinigten das Protein nach strengen Standards und zeigten in Laborexperimenten, dass es sowohl HIV- als auch SARS-CoV-2-Viren genauso effektiv deaktivieren kann wie dasselbe Griffithsin-Protein, das von lebenden Zellen hergestellt wird.
Die Forscher stellen sich vor, dass die Methode schnell eingesetzt werden könnte, um antivirale Medikamente am Ursprung von Krankheitsausbrüchen herzustellen. Die Methode könnte leicht angepasst werden, um mit einem tragbaren, koffergroßen Herstellungsgerät für Biologika namens Bio-MOD zu arbeiten, das Rao und ein Team von hauptsächlich UMBC-Forschern kürzlich entwickelt haben. Sie beschrieben das Gerät in einem 2018 Papier im Tagebuch Natur Biomedizinische Technik.
Das neue Verfahren zur Herstellung des Griffithsin-Proteins könnte zusammen mit dem tragbaren Bio-MOD-Gerät eine mächtige Waffe sein, um neue Viren schnell zu bekämpfen, bevor sie sich ausbreiten.
Mehr Informationen:
Shayan G. Borhani et al., Ein Ansatz zur schnellen verteilten Herstellung von antiviralem Breitspektrum-Griffithsin unter Verwendung zellfreier Systeme zur Minderung von Pandemien, Neue Biotechnologie (2023). DOI: 10.1016/j.nbt.2023.04.003