Мембраны открывают потенциал для многократного увеличения производства бесклеточных вакцин
Исследователи из Северо-Западного университета, разрушив клеточную мембрану, открыли новый способ увеличения выхода белковых вакцин в пять раз, что значительно расширяет доступ к потенциально жизненно важным лекарствам.
В феврале ученые представили новую платформу биопроизводства, способную быстро создавать стабильные при хранении вакцины в месте оказания медицинской помощи, исключая их порчу из-за ошибок в транспортировке или хранении. В новом исследовании команда обнаружила, что обогащение бесклеточных экстрактов клеточными мембранами — компонентами, необходимыми для создания конъюгированных вакцин, — значительно увеличило выход продукции их лиофилизированной платформы.
Эта работа закладывает основу для быстрого производства лекарств против растущей угрозы антибиотикорезистентных бактерий и новых вирусов со скоростью 40 000 доз на литр в день и стоимостью около $1 за дозу. При такой скорости команда могла бы использовать реактор объемом 1000 литров для производства 40 миллионов доз в день, достигнув 1 миллиарда доз менее чем за месяц.
Исследование будет опубликовано 21 апреля в журнале Nature Communications.
Как работает платформа iVAX
Новая производственная платформа, называемая in vitro conjugate vaccine expression (iVAX), стала возможной благодаря бесклеточной синтетической биологии. В этом процессе исследователи удаляют внешнюю оболочку клетки (мембрану) и перепрофилируют ее внутренние механизмы. Затем этот перепрофилированный механизм помещают в пробирку и лиофилизируют (сушат вымораживанием). Добавление воды запускает химическую реакцию, активирующую бесклеточную систему и превращающую ее в катализатор для производства лекарств там и тогда, где это необходимо. Платформа сохраняет стабильность в течение шести месяцев и более, устраняя необходимость в сложных цепочках поставок и экстремальном охлаждении.
Роль мембран и прорыв в эффективности
В предыдущем исследовании команда использовала платформу iVAX для производства конъюгированных вакцин против бактериальных инфекций. Тогда они перепрофилировали молекулярный механизм Escherichia coli для производства одной дозы вакцины за час стоимостью около $5.
Ключом к достижению цели в $1 за дозу оказалась клеточная мембрана, которую обычно выбрасывают в бесклеточной синтетической биологии. При разрушении мембраны самопроизвольно собираются в везикулы — сферические структуры, несущие важную молекулярную информацию. Исследователи обнаружили, что увеличение концентрации везикул может быть полезно для создания компонентов белковых терапевтических средств, таких как конъюгированные вакцины.
Эти вакцины работают, присоединяя сахарную единицу, уникальную для патогена, к белку-носителю. Однако присоединение этого сахара к белку-носителю — сложный процесс. Ученые выяснили, что клеточная мембрана содержит механизмы, которые позволяют сахару легче присоединяться к белкам. Обогащение вакцинных экстрактов этими мембраносвязанными механизмами значительно увеличило выход полезных доз вакцины.
«Для различных организмов почти 30% генома используется для кодирования мембранных белков. Мембранные белки — действительно важная часть жизни. Научившись эффективно использовать мембранные белки, мы можем серьезно продвинуть бесклеточные системы», — отметила соавтор исследования Неха Камат.