Cenna cząsteczka pozyskiwana z kory mydlanej i stosowana jako kluczowy składnik szczepionek została po raz pierwszy zreplikowana w alternatywnej roślinie żywicielskiej, otwierając bezprecedensowe możliwości przed przemysłem szczepionek.

W ramach współpracy badawczej prowadzonej przez John Innes Center wykorzystano niedawno opublikowaną sekwencję genomu chilijskiej kory mydlanej (Quillaja saponaria) do wyśledzenia i zmapowania nieuchwytnych genów i enzymów w skomplikowanej sekwencji etapów niezbędnych do wytworzenia cząsteczki QS-21.

Korzystając z technik ekspresji przejściowej opracowanych w John Innes Centre, zespół odtworzył szlak chemiczny w roślinie tytoniu, demonstrując po raz pierwszy produkcję tego niezwykle cenionego związku „bez drzew”.

Nasze badanie otwiera bezprecedensowe możliwości przed bioinżynieryjnymi adiuwantami do szczepionek. Możemy teraz badać i udoskonalać te związki, aby promować ludzką odpowiedź immunologiczną na szczepionki i wytwarzać QS-21 w sposób niezależny od ekstrakcji z kory mydlanej”.

Profesor Anne Osbourn FRS, liderka grupy w John Innes Center

Adiuwanty szczepionkowe to immunostymulanty, które pobudzają reakcję organizmu na szczepionkę i są kluczowym składnikiem szczepionek dla ludzi przeciwko półpaścowi, malarii i innym chorobom, które są obecnie opracowywane.

QS-21, silny adiuwant, pozyskiwany jest bezpośrednio z kory mydlowca, co budzi obawy co do zrównoważenia środowiskowego jego dostaw.

Przez wiele lat badacze i partnerzy przemysłowi poszukiwali sposobów wytwarzania cząsteczki w alternatywnym systemie ekspresyjnym, takim jak drożdże lub tytoń. Jednak złożona struktura cząsteczki i brak wiedzy na temat jej szlaku biochemicznego w drzewie jak dotąd temu zapobiegały.

Wcześniej badacze z grupy profesora Osbourna zmontowali wczesną część ścieżki, która tworzy rusztowanie dla QS-21. Jednakże poszukiwania dłuższej pełnej ścieżki, łańcucha acylowego, który stanowi kluczową część cząsteczki stymulującej komórki odpornościowe, pozostały niedokończone.

W nowym badaniu, które pojawia się w Natura Chemiczna Biologiabadacze z John Innes Center wykorzystali szereg metod odkrywania genów, aby zidentyfikować około 70 genów kandydujących i przenieść je na rośliny tytoniu.

Analizując wzorce i produkty ekspresji genów, wspierane przez platformy metabolomicznego i jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) w John Innes Centre, udało im się zawęzić poszukiwania do ostatnich 20 genów i enzymów tworzących szlak QS-21.

Pierwsza autorka, dr Laetitia Martin, powiedziała: „To pierwszy raz, kiedy QS-21 został wyprodukowany w heterologicznym systemie ekspresyjnym. Oznacza to, że możemy lepiej zrozumieć, jak działa ta cząsteczka i jak możemy rozwiązać problemy skali i toksyczności.

„Najbardziej satysfakcjonujące jest to, że tę cząsteczkę wykorzystuje się w szczepionkach, a dzięki możliwości uczynienia jej bardziej zrównoważoną, mój projekt ma wpływ na życie ludzi. To niesamowite pomyśleć, że coś tak satysfakcjonującego z naukowego punktu widzenia może przynieść tyle dobra społeczeństwu”.

„Na poziomie osobistym te badania były niezwykle satysfakcjonujące z naukowego punktu widzenia. Nie jestem chemikiem, więc nie mógłbym tego zrobić bez wsparcia platformy metabolomicznej i platformy chemicznej John Innes Center”.

Zespół nawiązał współpracę z firmą Plant Bioscience Limited PBL (Plant Bioscience Limited) Norwich Limited, która kieruje komercjalizacją tego projektu.

Pełna biosynteza silnego adiuwanta szczepionki QS-21 pojawia się w: Natura Chemiczna Biologia.