Forscher erforschen 'Fusionsstrategie' gegen E. coli

Forscher erforschen 'Fusionsstrategie' gegen E. coli
Forscher erforschen 'Fusionsstrategie' gegen E. coli
Anonim

Die Forschung der South Dakota State University erforscht eine "Fusionsstrategie" zur Herstellung verbesserter Impfstoffe zum Schutz von Schweinen und Menschen vor einigen Stämmen von E. coli.

Die SDSU-Forscher veränderten die von einer Form von E. coli produzierten Toxine und fusionierten das ungiftige „Toxoid“genetisch mit einem Protein, von dem bekannt ist, dass es eine Immunreaktion auslöst. Das so entstandene „Fusionsprotein“könnte zur Entwicklung eines Impfstoffs verwendet werden.

Assistenzprofessor Weiping Zhang in der Abteilung für Veterinär- und Biomedizinwissenschaften der SDSU untersucht eine Gruppe von E.coli, genannt enterotoxigene Escherichia coli oder ETEC. ETEC-Stämme verursachen nicht nur Durchfallerkrankungen bei Nutztieren wie Schweinen, sondern sind auch die Hauptquelle für bakteriell verursachten Durchfall bei Menschen in Entwicklungsländern und die Hauptursache für Reisedurchfall. Die Weltgesundheitsorganisation schätzt, dass ETEC etwa 210 Millionen Krankheitsfälle beim Menschen und 380.000 Todesfälle verursacht, hauptsächlich bei Kindern in Entwicklungsländern.

Enterotoxigene E. coli produzieren Enterotoxine, die das Darmgewebe angreifen und das mit ETEC verbundene Erbrechen und Durchfall verursachen.

Die Forschung ist eines der laufenden Projekte im Zentrum für Infektionskrankheitenforschung und Vakzinologie der SDSU, das nach neuen Wegen zur Diagnose und Behandlung von Infektionskrankheiten bei Menschen und Haustieren sucht.

Das ETEC-Projekt ist insofern innovativ, als es als Impfstoffkomponenten die Toxine verwendet, die Wissenschaftler als "hitzestabile Enterotoxine" oder STs bezeichnen, die im Allgemeinen für Tiere und Menschen schädlich sind und selbst bei Siedetemperatur aktiv bleiben Wasser.

Zhang sagte, dass hitzestabile Enterotoxine aufgrund ihrer Toxizität nicht direkt als Impfstoffkomponente verwendet werden können und weil sie schlecht darin sind, eine Immunantwort hervorzurufen, wenn sie nicht an ein Trägerprotein gekoppelt sind. Aus diesem Grund konzentrieren viele Impfstoffforscher, die mit ETEC zusammenarbeiten, ihre Forschung auf andere krankheitsverursachende Elemente - die sogenannten hitzelabilen Enterotoxine, die bei hohen Temperaturen zerstört werden, und die Fimbrien oder Anhängsel, die den Bakterien helfen, sich am Wirt festzuh alten und Krankheiten verursachen.

Zhang sagte jedoch, dass die Nichtaufnahme von STs als Impfstoffkomponente ein Problem darstellt, da mehr als zwei Drittel der menschlichen ETEC-Durchfallfälle und mehr als ein Viertel der ETEC-Durchfallfälle bei Schweinen durch ETEC-Stämme verursacht werden, die a produzieren hitzestabiles Enterotoxin namens STa.

"STa-Antigene müssen einbezogen werden, um breit wirksame Impfstoffe gegen ETEC-Infektionen zu entwickeln", sagte Zhang.

Die SDSU-Forschung untersuchte einen Ansatz zur Verwendung hitzestabiler Enterotoxine.

"Da sie giftig sind, können wir sie nicht direkt verwenden. Also haben wir ein Gen mutiert. Wir haben nur eine Aminosäure für jedes Toxin geändert. Und diese Änderung hat sie von giftig zu ungiftig verschoben", sagte Zhang.

Auf die gleiche Weise mutierten Forscher das Gen, das das hitzelabile Enterotoxin produziert, von dem bekannt ist, dass es eine Immunantwort hervorruft. Anschließend fusionierten sie die beiden Toxoide, um ein Fusionsprotein herzustellen.

Wichtig ist, dass die Forscher die Proteinstruktur des Bakteriums weitgehend intakt ließen, indem sie nur wenige Aminosäuren veränderten. Das ist wichtig, sagte Zhang, denn so wie das Toxin an einen Rezeptor im Dünndarm binden muss, um die Krankheit auszulösen, muss die Impfstoffkomponente an denselben Rezeptor binden, um eine Immunantwort auszulösen.

Zhang und seine Kollegen veröffentlichten die Studie ihrer "Fusionsstrategie" im Januar 2010 in der Fachzeitschrift Infection and Immunity. Zhangs Co-Autoren waren Chengxian Zhang, David H.Francis, Ying Fang und David Knudsen, alle SDSU; James Nataro von der Medizinischen Fakultät der Universität Maryland; und Donald C. Robertson von der Kansas State University.

Im Sommer 2010 begannen Forscher mit der Untersuchung von fünf möglichen Impfstoffkomponenten am Schweinemodell. Sobald sie die beste Impfstoffkomponente ausgewählt haben, gehen sie zu größeren Laborversuchen und Feldversuchen über. Die Möglichkeit eines verbesserten Impfstoffs für Schweine sei wichtig, da einige Schätzungen besagen, dass Schweineproduzenten allein in Nordamerika 80 Millionen Dollar pro Jahr aufgrund von Krankheiten bei Schweinen verlieren, sagte Zhang.

Da die von ETEC in Schweinen und Menschen produzierten Toxine nahezu identisch sind, verwenden Zhang und seine Kollegen das gleiche System, das sie an der SDSU für die Erforschung eines Schweine-Impfstoffs entwickelt haben, um einen möglichen Impfstoff für Menschen zu erforschen.

Zhang hat 368.000 US-Dollar an Zuschüssen für die Impfstoffforschung gegen enterotoxigene Escherichia coli-assoziierte Diarrhoe beim Menschen erh alten, wobei ein Schweinemodell verwendet wird, das er und SDSU-Professor David Francis entwickelt haben.Die Forschung wird von den National Institutes of He alth des US-Gesundheitsministeriums über das National Institute of Allergy and Infectious Diseases gesponsert.

Zhang und seine Kollegen an drei anderen Institutionen haben von der Bill & Melinda Gates Foundation außerdem etwa 1 Million US-Dollar an Unterstützung für die Erforschung von Strategien zur Optimierung des Impfstoffs für Menschen erh alten. Im Moment haben sie nur eine einzige Aminosäure mutiert. Die Gates Foundation möchte wissen, ob die Impfstoffkomponenten noch wirksamer wären, wenn Forscher andere Aminosäuren mutieren würden.

Wenn die Forschung zu einem verbesserten Impfstoff für Schweine oder Menschen führt, wird der gesamte Prozess der Entwicklung des Impfstoffs etwa 10 bis 15 Jahre dauern, sagte Zhang.

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