18.05.2020 - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

Entwicklung von Impfstoffen aus künstlichen Proteinen

De novo-Proteindesign ermöglicht die präzise Induktion von RSV-neutralisierenden Antikörpern

Impfstoffe sind eine der wirksamsten Interventionen, um die Ausbreitung von Infektionskrankheiten zu verhindern. Sie regen das Immunsystem dazu an, Antikörper zu produzieren, die uns vor Infektionen schützen. Für viele wichtige Krankheitserreger, wie Grippe oder Dengue-Fieber, fehlen uns jedoch immer noch wirksame Impfstoffe. "Wenn ein Impfstoff nicht gut funktioniert, neigen wir zu der Annahme, dass es daran liegt, dass die produzierten Antikörper keinen Schutz bieten", sagt Bruno Correia, Professor am Laboratory of Protein Design & Immunoengineering (LPDI) an der School of Engineering der EPFL. "Normalerweise liegt es daran, dass unser Immunsystem einfach die falsche Art von Antikörpern herstellt". Die Wissenschaftler in Correias Labor haben nun eine Strategie entwickelt, um künstliche Proteine zu entwerfen, die dem Immunsystem des Körpers sehr genau anweisen, welche Antikörper zu produzieren sind.

Proteine wie Legosteine bauen

Das Team der EPFL schuf künstliche Proteine, die mit rechnergestützten Methoden entworfen wurden. "Sie existieren in der Natur nicht", sagt Che Yang, Doktorand und Co-Leitautor der Studie.

"Wir haben einen Algorithmus für den Proteindesign-Algorithmus namens TopoBuilder entwickelt. Damit können Sie Proteine praktisch so konstruieren, als ob Sie Legosteine zusammensetzen würden. Der Zusammenbau künstlicher Proteine mit neuartigen Funktionen ist absolut faszinierend", sagt Fabian Sesterhenn, Doktorand und Mitautor.

Eine Krankheit ohne Impfstoff

Correias Team konzentrierte sich auf das Design von De-novo-Proteinen, die zu einem Impfstoff gegen das Respiratory Syncytial Virus (RSV) führen können. RSV verursacht schwere Lungeninfektionen und ist eine der Hauptursachen für Krankenhausaufenthalte bei Säuglingen und älteren Menschen. "Trotz jahrzehntelanger Forschung gibt es bis heute weder einen Impfstoff noch ein Heilmittel für das Respiratory Syncytial Virus", sagt Correia.

Die künstlichen Proteine wurden im Labor hergestellt und dann im Tiermodell getestet. Sie veranlassten das Immunsystem, spezifische Antikörper gegen Schwachstellen bei RSV zu produzieren. "Unsere Ergebnisse sind ermutigend, denn sie deuten darauf hin, dass wir eines Tages in der Lage sein werden, Impfstoffe zu entwickeln, die gezielter gegen bestimmte Viren wirken, indem sie das Immunsystem dazu veranlassen, diese speziellen Antikörper zu erzeugen", sagt Correia. "Wir haben noch viel Arbeit vor uns, um den von uns entwickelten Impfstoff wirksamer zu machen - diese Studie ist ein erster Schritt in diese Richtung".

Methoden zur Herstellung von De-novo-Proteinen haben Anwendungen weit über die Immunologie hinaus - sie können auch in verschiedenen Zweigen der Biotechnologie eingesetzt werden, um das strukturelle und funktionelle Spektrum der natürlichen Proteine zu erweitern. "Wir können die Werkzeuge für das Proteindesign jetzt auch zur Herstellung von Proteinen für andere biomedizinische Anwendungen wie proteinbasierte Medikamente oder funktionalisierte Biomaterialien nutzen", schließt Sesterhenn.

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