Российские ученые предложили новый способ получения дифтерийного токсина, используемого в вакцинопрофилактике

Сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН и ФГБУ «ГНЦ «Институт иммунологии» ФМБА России предложили новый способ получения нетоксичного производного дифтерийного токсина CRM197. Этот белок широко используется в вакцинопрофилактике как в качестве непосредственного антигена, на который реагирует иммунная система, так и белка-носителя для полисахаридов бактерий. Результаты исследования опубликованы в журнале BioTech и уже применяются в разработке новых вакцин.

 

Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН вместе с коллегами из Института иммунологии ФМБА России придумали, как улучшить производство одного из наиболее популярных адъювантов, используемых в вакцинопрофилактике — белка CRM197. Традиционно его получают из мутантной патогенной дифтерийной коринебактерии, но ее культуры растут достаточно медленно и выход продукта мал. Авторы создали новый штамм кишечной палочки, который способен синтезировать целевой белок CRM197. 

 

Для удобства ученые удалили из исходной последовательности природный сигнальный фрагмент и поставили метку из трех нуклеотидов, которая направляет CRM197 в цитоплазму, откуда его несложно извлечь. Также биотехнологи сделали небольшую замену во втором триплете последовательности (кодирует вторую аминокислоту в составе белка), что позволило в 4-5 раз увеличить накопление продукта в клетках. Такой эффект авторы объяснили изменением вторичной структуры матрицы РНК, на которой синтезируется белок. До модификации в этом месте находилась шпилька — петля из-за взаимодействия триплетов, — которая затрудняет посадку на них транспортной РНК с аминокислотами, а значит, и синтез белка происходил не столь эффективно.

 

Кроме того, исследователи предложили подход к выращиванию культуры и очистке белка. Во-первых, они снизили температуру культивирования на этапе активного синтеза до комнатной, тогда как оптимальная для кишечной палочки — 37°C. Это уменьшило интенсивность наработки белка, но и дало время для его правильного сворачивания (только в таком случае он будет нормально взаимодействовать с иммунными клетками), а также обеспечило оптимальные условия для работы систем бактерии, которые помогают исправить ошибки в укладке. Во-вторых, после разрушения клеток и ультрафильтрации авторы очищали белок в ходе трех этапов хроматографии, пропуская раствор через колонки с разным сорбентом и с разным составом и характеристиками растворителя. Исходно, еще на этапе дизайна ДНК, они удалили последовательности, которые потом все равно пришлось бы удалить, и не добавили новые «хвосты» (их часто вводят, чтобы избирательно выловить белки из раствора, однако от них тоже нужно избавиться), а потому процесс оказался проще. В результате удалось добиться выхода продукта в 150–270 миллиграмм на литр конечной клеточной культуры. Ранее коллегам удавалось достичь в такой системе и с CRM197 не более 150 миллиграмм на литр.

 

«Созданный штамм-продуцент растворимого CRM197 и разработанный метод очистки могут использоваться для экономически обоснованного производства этого белка и последующего синтеза конъюгированных вакцин против гемофильных, пневмококковых и менингококковых инфекций. Наши результаты уже используются компанией, создающей вакцины для людей, и мы участвуем в разработке новых препаратов», — рассказывает Иван Воробьев, доктор биологических наук, заведующий лабораторией биоинженерии клеток млекопитающих ФИЦ Биотехнологии РАН. 

Информация предоставлена пресс-службой ФИЦ Биотехнологии РАН для портала «Научная Россия».

Источник: https://www.mdpi.com/2673-6284/12/1/9