Wirksamere und flexiblere Impfstoffe durch „Bakterienabfall“

In einer soeben veröffentlichten Proof-of-Concept-Studie konnten ForscherInnen der Vetmeduni Vienna nachweisen, dass sogenannte Bakterienvesikel die Grundlage zur Entwicklung von flexibleren und effizienteren Impfstoffen bilden können. Laut den WissenschafterInnen könnten die ungefähr virusgroßen Bakterienprodukte beispielsweise als Adjuvans dienen, um eine stärkere Immunantwort von Vakzinen zu erreichen.
Bakterien geben lipid-umhüllte Vesikel ins umgebende Medium ab. Dabei handelt es sich um Zellteile, in denen unterschiedliche zelluläre Prozesse ablaufen. Zweck ist der Informationsaustausch und die Abfallbeseitigung. ForscherInnen der Institute für Virologie und Immunologie der Vetmeduni Vienna gelang nun eine positive Verwertung (Umnutzung) der Bakterienvesikel: Indem sie diesen „Bakterienabfall“ mit Proteinen aus Säugetierzellen markierten, konnten sie naturgetreuere Antigene erzeugen. Gleichzeitig provozieren die Bakterienvesikel als Immunadjuvans eine stärkere Immunantwort. Dieses Modulsystem soll eine gezieltere und schnellere Entwicklung von Impfstoffen ermöglichen.

Der Kniff: Hybride auf bakterieller Basis
Konkret untersuchten die WissenschafterInnen der Vetmeduni Vienna mit Unterstützung der Abteilung für Pharmazeutische Wissenschaften der Universität Wien in ihrer Proof-of-Concept-Studie die äußeren Membranvesikel von Escherichia coli (E. coli) – Bakterien, die im Darm gesunder Menschen von Natur aus vorkommen. In ihrer Studie machten sich die ForscherInnen weltweit erstmals einen Prozess zunutze, der in dieser Arbeitsgruppe bei eukaryontischen Membranen bereits erfolgreich eingesetzt wird. „Durch die Übertragung des als Molecular Painting oder Protein Engineering bekannten Prozesses auf bakterielle Vesikel konnten wir perfekte Hybride aus eukaryontischen Proteinen auf einer prokaryontischen Plattform erzeugen“, so Erstautorin Marianne Zaruba vom Institut für Virologie der Vetmeduni Vienna.

ForscherInnen machen Bakterienabfälle als neue Impfplattform nutzbar
Die E. coli-Vesikel haben laut Studienleiter Christoph Metzner vom Institut für Virologie der Vetmeduni Vienna einen mehrfachen Nutzen für neuartige Impfstoffe: „Die direkte Oberflächenmodifikation der äußeren Membranvesikel ermöglicht die Ablagerung eukaryontischer Proteine auf einer prokaryontischen Plattform. Die immunstimulierenden Eigenschaften der äußeren Membranvesikel, wie zum Beispiel die B-Zell-Stimulation, werden dadurch nicht signifikant verändert. Zudem ist die parallele Ablagerung von zumindest zwei verschiedenen Proteinen möglich. Für die Entwicklung neuartiger Impfstoffe würde das eine erhöhte Flexibilität und eine größere Robustheit gegenüber Virusvarianten bringen.“ Neben den bisher verwendeten fluoreszierenden Markerproteinen können außerdem Zytokine, Wachstumsfaktoren und Antigene übertragen werden, woraus sich eine vielseitige modulare Plattform für neuartige Impfstoffstrategien ergibt.

Prokaryonten und eukaryontische Bakterien erzeugen ähnliche Produkte
Extrazelluläre Vesikel haben in letzter Zeit große Aufmerksamkeit auf sich gezogen, auch aufgrund neuer Anwendungen in der Gentherapie, Impfstoffherstellung und Diagnostik. Weniger bekannt als ihr eukaryontisches (Zellen mit Zellkern) Pendant, erzeugen auch die prokaryontischen (zelluläre Lebewesen ohne Zellkern) Bakterien extrazelluläre Vesikel, im Fall von E. coli werden deren wichtigste Vertreter als äußere Membranvesikel (outer membrane vesicles; OMVs) bezeichnet.
Der Artikel „Surface Modification of E. coli Outer Membrane Vesicles with Glycosylphosphatidylinositol-anchored Proteins: Generating Pro/Eukaryote Chimera Constructs“ von Marianne Zaruba, Lena Roschitz, Haider Sami, Manfred Ogris, Wilhelm Gerner und Christoph Metzner wurde in „Membranes“ veröffentlicht.

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