Un team scientifico multidisciplinare del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ha compiuto progressi significativi nello sviluppo di un vaccino per la clamidia utilizzando la biologia sintetica, sponsorizzato da una sovvenzione biennale del National Institutes of Health (NIH). Descrivono in dettaglio il loro lavoro in un recente articolo pubblicato su Giornale di Biochimica ( JBC ):"Produzione senza cellule di una forma oligomerica funzionale di una proteina della membrana esterna principale della clamidia (MOMP) per lo sviluppo di vaccini". Questo lavoro è stato svolto in collaborazione con i ricercatori dell'Università della California, Davis e il gruppo dei vaccini della Synthetic Genomics, Inc.

La clamidia è la più comune malattia infettiva a trasmissione sessuale, causata dal batterio gram-negativo Chlamydia trachomatis. L'infezione è spesso asintomatica, e se non trattata, la malattia può causare gravi problemi di salute cronici come l'infertilità permanente, malattia infiammatoria pelvica e cecità. Mentre esistono trattamenti antibiotici per le infezioni da clamidia, le recidive della malattia nello stesso paziente sono comuni e difficili da trattare.

"Sebbene gli antibiotici siano usati per curare la clamidia, lo screening e la diagnosi precoci sono fondamentali per prevenire le complicanze associate a lungo termine, infezioni non trattate, " disse Wei He, un ricercatore post-dottorato presso il Lab e l'autore principale del documento. "È importante notare che gli individui trattati con antibiotici sono più inclini alla reinfezione, quindi lavorare per un vaccino è un passo essenziale nel trattamento di questo pervasivo problema di salute pubblica".

I vaccini interagiscono con il sistema immunitario del paziente per produrre immunità attiva, che fornisce protezione dalle malattie. Contengono antigeni, solitamente proteine ​​purificate, come una delle principali proteine ​​della membrana esterna (MOMP), che sono espresse dall'agente patogeno di interesse. Dopo la vaccinazione, si sviluppa una risposta immunitaria antigene-specifica, proteggere il paziente dalle infezioni del mondo reale. Un antigene che suscita con successo questa risposta immunitaria è chiamato "immunogenico".

Creando questi antigeni in laboratorio, però, può essere difficile a causa di un errore di piegatura del cruciale, proteine ​​estremamente complesse, come il MOMP specifico per la clamidia preso di mira da questo gruppo di ricerca. Il lavoro discusso nell'articolo di giornale del gruppo include una tecnica in attesa di brevetto unica di Lawrence Livermore (sviluppato in collaborazione con Synthetic Genomics, Inc.) che ha prodotto ad alto rendimento, funzionale, clamidia immunogenica MOMP:una svolta nelle tecniche di produzione di MOMP.

"Siamo il primo gruppo al mondo a utilizzare qualcosa chiamato particelle nanolipoproteine ​​​​di telodendrimero (tNLP) per produrre proteine ​​​​della membrana della clamidia in un ambiente privo di cellule, "ha detto Matt Coleman, l'autore senior sulla carta.

L'unico altro metodo di successo per la creazione di MOMP in laboratorio prevede l'utilizzo di E. coli come cellule ospiti, alterando il loro DNA e usando i loro macchinari di replicazione e traduzione per produrre il MOMP, che viene poi estratto da E. coli. Questo metodo è lungo e faticoso, e non riesce a produrre un alto rendimento di antigeni correttamente ripiegati.

"Il nostro metodo senza cellule ci consente di prendere gli strumenti necessari, i ribosomi arricchiti e il macchinario di traduzione, dall'E. coli. Quindi aggiungiamo alcuni altri componenti essenziali, come la RNA polimerasi, essenzialmente creare un meccanismo "one-pot" per la produzione di proteine ​​al di fuori di una cellula ospite, " Ha detto. "I nostri tNLP unici sono autoassemblati all'interno della reazione per produrre una sorta di impalcatura che supporta la proteina MOMP in uno stato funzionale, anche se non ha un ambiente cellulare per supportarlo."

Questo metodo senza cellule consente inoltre ai ricercatori di produrre quantità significativamente più elevate di MOMP perché non devono fare i conti con la tossicità del MOMP per la cellula ospite di E. coli, perché non c'è alcuna cellula. Questo LLNL-pioniere, il processo a singola reazione senza cellule rimuove molti dei passaggi richiesti in altri metodi di produzione di proteine ​​ricombinanti associate a nanoparticelle e richiede meno di un giorno, mentre l'altro, metodi meno efficaci possono richiedere fino a tre giorni.

"Con questo documento, abbiamo dimostrato che è possibile prendere una proteina potenzialmente terapeutica che ha una struttura molto complessa e ricrearla partendo da alcuni semplici componenti biologici, che è uno sviluppo promettente in questo campo, " ha aggiunto Coleman.

"La clamidia non colpisce solo oltre 131 milioni di persone ogni anno in tutto il mondo, "Coleman ha detto, "ma vari ceppi del batterio rappresentano anche un grave problema per l'allevamento di animali. L'infezione è stata particolarmente devastante per i koala in Australia. Ha decimato la loro popolazione".

"Sviluppare questo vaccino contro la clamidia, insieme al metodo unico che abbiamo per produrre questi antigeni "su richiesta" o secondo necessità per l'uso nei vaccini, potrebbe essere una manna dal cielo per l'epidemia che sta colpendo i koala, e ovviamente ha anche implicazioni per il trattamento di malattie che colpiscono anche gli esseri umani:non è solo la clamidia, c'è tutta una serie di antigeni della malattia che sono notoriamente difficili da produrre, " Ha aggiunto.

Il progetto comporta importanti implicazioni per lo sviluppo di un vaccino non solo per la clamidia, ma anche altri batteri e malattie che richiedono antigeni difficili da produrre per una vaccinazione efficace, incluso il cancro.

L'immunoterapia contro il cancro è un campo in rapida espansione volto a sfruttare il sistema immunitario di un paziente per riconoscere e attaccare le proteine ​​uniche associate alle cellule tumorali. Questo potrebbe potenzialmente fornire un'altra via per un trattamento efficace del cancro, e le nanoparticelle supportate da tNLP, accoppiato con il metodo cell-free introdotto dal gruppo LLNL (in collaborazione con Synthetic Genomics, Inc.), potrebbe fornire un metodo più efficiente ed efficace per creare antigeni per questi tipi di vaccini contro il cancro.

Il team sta ora procedendo con sperimentazioni sui topi, e ha visto risultati preliminari positivi nella produzione di una risposta immunogenica che lascia gli animali con un certo grado di protezione dall'infezione. Le fasi successive della ricerca prevedono l'utilizzo del nuovo processo di produzione MOMP per progettare la formula del vaccino più efficace. Il progetto potrebbe alla fine produrre un prodotto utilizzabile che potrebbe salvare milioni di vite, sia koala che umane.