Une équipe scientifique multidisciplinaire du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a réalisé des avancées significatives dans le développement d'un vaccin contre la chlamydia en utilisant la biologie synthétique, parrainé par une subvention de deux ans du National Institutes of Health (NIH). Ils détaillent leur travail dans un article récent publié dans le Journal de biochimie ( JBC ):"Production sans cellules d'une forme oligomère fonctionnelle d'une protéine de membrane externe majeure de Chlamydia (MOMP) pour le développement de vaccins." Ce travail a été réalisé en partenariat avec des chercheurs de l'Université de Californie, Davis et le groupe des vaccins de Synthetic Genomics, Inc .

La chlamydia est la maladie infectieuse sexuellement transmissible la plus courante, causée par la bactérie gram-négative Chlamydia trachomatis. L'infection est souvent asymptomatique, et lorsqu'il n'est pas traité, la maladie peut causer de graves problèmes de santé chroniques tels que l'infertilité permanente, maladie inflammatoire pelvienne et cécité. Bien qu'il existe des traitements antibiotiques pour les infections à chlamydia, les récidives de la maladie chez un même patient sont fréquentes et difficiles à traiter.

"Bien que les antibiotiques soient utilisés pour traiter la chlamydia, le dépistage et le diagnostic précoces sont essentiels pour prévenir les complications associées à long terme, infections non traitées, " dit Wei He, chercheur postdoctoral au Lab et auteur principal de l'article. "Il est important de noter que les personnes traitées avec des antibiotiques sont plus sujettes à la réinfection, donc travailler à un vaccin est une étape essentielle dans le traitement de ce problème de santé publique omniprésent. »

Les vaccins interagissent avec le système immunitaire des patients pour produire une immunité active, qui offre une protection contre les maladies. Ils contiennent des antigènes, généralement des protéines purifiées, comme une protéine majeure de la membrane externe (MOMP) - qui sont exprimées par l'agent pathogène d'intérêt. Lors de la vaccination, une réponse immunitaire spécifique à l'antigène se développe, protéger le patient contre les infections du monde réel. Un antigène qui déclenche avec succès cette réponse immunitaire est appelé « immunogène ».

Création de ces antigènes en laboratoire, cependant, peut être difficile en raison d'un mauvais repliement de l'essentiel, protéines extrêmement complexes, tels que le MOMP spécifique à la chlamydia ciblé par ce groupe de recherche. Les travaux abordés dans l'article de revue du groupe comprennent une technique en instance de brevet unique à Lawrence Livermore (développée en partenariat avec Synthetic Genomics, Inc.) qui a produit un rendement élevé, fonctionnel, chlamydia immunogène MOMP—une percée dans les techniques de production de MOMP.

« Nous sommes le premier groupe au monde à utiliser ce qu'on appelle des particules de nanolipoprotéines de télodendrimère (tNLP) pour produire des protéines membranaires de chlamydia dans un environnement sans cellule, " a déclaré Matt Coleman, l'auteur principal sur le papier.

La seule autre méthode efficace pour créer des MOMP en laboratoire consiste à utiliser E. coli comme cellules hôtes, modifier leur ADN et utiliser leur machinerie de réplication et de traduction pour produire la MOMP, qui est ensuite extrait de E. coli. Cette méthode est longue et pénible, et ne parvient pas à produire un rendement élevé d'antigènes correctement repliés.

"Notre méthode sans cellules nous permet de retirer les outils nécessaires - les ribosomes enrichis et la machinerie de traduction - de E. coli. Nous ajoutons ensuite quelques composants essentiels supplémentaires, comme l'ARN polymérase, pour créer essentiellement un mécanisme « one-pot » pour la production de protéines en dehors d'une cellule hôte, " Il a dit. " Nos tNLP uniques sont auto-assemblés dans la réaction pour produire une sorte d'échafaudage qui soutient la protéine MOMP dans un état fonctionnel, même s'il n'a pas d'environnement cellulaire pour le supporter."

Cette méthode sans cellule permet également aux chercheurs de produire des quantités significativement plus élevées de MOMP, car ils n'ont pas à lutter contre la toxicité de la MOMP pour la cellule hôte E. coli, car il n'y a pas de cellule du tout. Ce pionnier de la LLNL, le processus sans cellule à réaction unique supprime de nombreuses étapes qui sont nécessaires dans d'autres méthodes de production de protéines recombinantes associées aux nanoparticules et prend moins d'une journée, tandis que l'autre, les méthodes moins efficaces peuvent prendre jusqu'à trois jours.

"Avec ce papier, nous avons montré qu'il est possible de prendre une protéine potentiellement thérapeutique qui a une structure très complexe et de la recréer à partir de quelques composants biologiques simples, ce qui est une évolution prometteuse dans ce domaine, " a ajouté Coleman.

"La chlamydia n'affecte pas seulement plus de 131 millions de personnes chaque année dans le monde, " Coleman a dit, "mais diverses souches de la bactérie posent également un problème majeur pour l'élevage. L'infection a été particulièrement dévastatrice pour les koalas en Australie. Elle a décimé leur population."

"Développer ce vaccin contre la chlamydia, ainsi que la méthode unique dont nous disposons pour fabriquer ces antigènes « à la demande » ou selon les besoins pour une utilisation dans les vaccins, pourrait être une aubaine pour l'épidémie qui touche les koalas, et a aussi évidemment des implications pour le traitement des maladies qui affectent également les humains - ce n'est pas seulement la chlamydia, il y a toute une série d'antigènes de maladies qui sont notoirement difficiles à produire, " Il ajouta.

Le projet a des implications importantes pour le développement d'un vaccin non seulement contre la chlamydia, mais d'autres bactéries et maladies qui nécessitent également des antigènes difficiles à produire pour une vaccination efficace, y compris le cancer.

L'immunothérapie du cancer est un domaine en plein essor visant à exploiter le système immunitaire d'un patient pour reconnaître et attaquer les protéines uniques associées aux cellules cancéreuses. Cela pourrait potentiellement fournir une autre voie de traitement efficace du cancer, et les nanoparticules supportées par le tNLP, couplée à la méthode sans cellule mise au point par le groupe LLNL (en partenariat avec Synthetic Genomics, Inc.), pourrait fournir une méthode plus efficiente et efficace de création d'antigènes pour ces types de vaccins contre le cancer.

L'équipe va maintenant de l'avant avec des essais chez la souris, et a vu des résultats positifs préliminaires dans la production d'une réponse immunogène qui laisse les animaux avec un certain degré de protection contre l'infection. Les prochaines étapes de la recherche impliquent l'utilisation du nouveau processus de production MOMP pour concevoir la formule de vaccin la plus efficace. Le projet pourrait éventuellement produire un produit utilisable qui pourrait sauver des millions de vies, à la fois des koalas et des humains.