Sekwencja aminokwasowa rekombinowanych cząstek wirusopodobnych wirusa kleszczowego zapalenia mózgu oraz ich zastosowanie jako antygenu szczepionkowego do zapobiegania zakażeniom wirusem kleszczowego zapalenia mózgu
ZESPÓŁ AUTORSKI
Uniwersytet Gdański, Międzyuczelniany Wydział Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego
- dr hab. Ewelina Król, prof. UG - kierownik zespołu
- mgr Marta Zimna
- dr Gabriela Brzuska
- prof. dr hab. Bogusław Szewczyk
- mgr Sara Boch Kminikowska
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Wynalazek dotyczy potencjalnej rekombinowanej szczepionki przeciwko wirusowi kleszczowego zapalenia mózgu (TBEV, ang. tick-borne enephalitis virus). Przedmiotem wynalazku są cząstki wirusopodobne (VLPs, ang. virus-like particles) wirusa TBEV, czyli struktury naśladujące wirusa i zdolne do wywołania odpowiedzi immunologicznej przeciwko niemu, ale niemogące namnażać się w organizmie ludzkim czy zwierzęcym oraz niezdolne do wywołania infekcji. Dzięki temu opracowane cząstki VLPs posiadają wysoki potencjał użytkowy jako szczepionka. VLPs produkowane są w niekonwencjonalnym systemie opartym na pierwotniaku, dzięki czemu możliwa jest wydajna produkcja i oczyszczanie cząstek, a dzięki temu niska cena potencjalnej szczepionki. Wszystko to sprawia, że opracowana przez nas potencjalna szczepionka jest konkurencyjna względem dostępnych obecnie na rynku drogich szczepionek opartych na inaktywowanym wirusie. Pełna skuteczność szczeoionki opartej na VLPs została potwierdzona w badaniach na modelu zwierzęcym. Wdrożenie opracowanej rekombinowanej szczepionki o znacznie niższych kosztach, mogłoby w znacznym stopniu przyczynić się do zwiększenia dostępności szczepionki przeciwko TBEV. Koszty produkcji byłyby znacznie obniżone w stosunku do obecnie dostępnych szczepionek ze względu na wykorzystanie systemu ekspresji opartego na tanich odczynnikach, zastosowanie prostych metod oczyszczania oraz oparcie preparatu na rekombinowanym antygenie, nie wymagającym przy produkcji tak wysokich zabezpieczeń jak szczepionka inaktywowana oparta na wirusie. Obecnie szczepienia nie są obowiązkowe, ale zalecane tylko mieszkańcom i turystom podróżującym po terenach endemicznych. Tania, ale skuteczna i bezpieczna szczepionka chroniąca przed zakażeniem wirusem TBEV mogłaby być stosowana powszechnie. Niskie koszty szczepionki mogłyby też pozwolić na wykorzystanie jej jako szczepionki weterynaryjnej, która obecnie nie jest dostępna. Spożycie produktów mlecznych od zakażonych zwierząt jest jedną z dróg przeniesienia wirusa na ludzi. W związku z tym wprowadzenie szczepień dla zwierząt hodowlanych przyczyniłoby się zarówno do zmniejszenia rezerwuaru wirusa w środowisku, jak również ograniczyłoby możliwości zakażenia ludzi.
ISTOTA WYNALAZKU
Kleszczowe zapalenie mózgu to zaburzenie ośrodkowego układu nerwowego, które może prowadzić do poważnych powikłań, w tym zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych, zapalenia mózgu lub zapalenia rdzenia kręgowego. Czynnikiem choroby jest przenoszony przez kleszcze wirus kleszczowego zapalenia mózgu (TBEV, ang. tick-borne encephalitis virus). Główna droga zakażenia to ukąszenie przez zakażonego kleszcza. Ze względu na zmiany klimatyczne, które przyczyniają się do okresu ich aktywności, ryzyko zakażania TBEV w wyniku ukąszenia stale się zwiększa. Inną drogą zakażenia jest spożycie niepasteryzowanych produktów mlecznych, np. serów. Spożywanie lokalnych produktów pochodzących od zakażonych zwierząt przez wiele osób wywołuje często ogniska infekcji złożone z co najmniej kilku przypadków.
Istotą wynalazku jest potencjalna szczepionka przeciwko wirusowi kleszczowego zapalenia mózgu oparta na rekombinowanych cząstkach wirusopodobnych (VLPs, ang. virus-like particles) wirusa TBEV. Dostępne szczepionki przeciwko TBEV opierają na inaktywowanym (zabitym) wirusie i wymagają podania kilku dawek. Ponadto, ze względu na bardzo wysoki koszt, szczepienia przeciwko TBEV nie są obowiązkowe, ale jedynie rekomendowane dla osób z grup ryzyka. Proponowana szczepionka oparta na VLPs mogłaby stanowić łatwą w produkcji, tańszą alternatywę. VLPs swoją strukturą przypominają wirusa, nie mogą jednak wywołać infekcji. Dzięki temu są bardzo dobrym kandydatem do stosowania jako szczepionka profilaktyczna.
Cząstki VLPs zawierają dwa białka osłonki TBEV. Białka te są wysoce immunogenne, dzięki czemu po podaniu wywołują silną odpowiedź układu immunologicznego, co zapewnia pełną ochronę podczas kontaktu z wirusem. Do VLPs zostały wprowadzone dodatkowe modyfikacje, dzięki którym ich produkcja jest wysoce wydajna. Odbywa się ona w niekonwencjonalnym systemie ekspresji białek opartym na pierwotniaku Leishmania tarenrolae. System ten pozwala na uzyskanie VLPs złożonych z białek TBEV, a zastosowanie dodatkowych elementów sprawia, że w czasie produkcji złożone cząstki ulegają wydzielaniu na zewnątrz komórek. Przyczynia się to do nieskomplikowanego procesu ich oczyszczania, a więc do mniejszych kosztów produkcji. Modyfikacje sprawiają też, że komórki produkują je w większych ilościach, a więc z takiej samej ilości hodowli można uzyskać więcej VLPs. Skuteczność szczepienia uzyskanymi VLPs wykazano w badaniach w modelu zwierzęcym. Wykonane zostały analizy surowicy szczepionych zwierząt. Oznaczenie poziomu przeciwciał przeciwko TBEV wskazało, że są one silnie produkowane, co ma wysokie znaczenie w późniejszej ochronie przed infekcją. Uzyskane surowice zostały wykorzystane w teście neutralizacji wirusa, który wykazał, że przeciwciała zawarte w surowicach szczepionych zwierząt zdolne są do zatrzymania infekcji komórek w hodowli in vitro przez TBEV. Wynik ten wskazał, że z dużym prawdopodobieństwem jeśli po szczepieniu takim preparatem dojdzie do kontaktu z wirusem zostanie on zneutralizowany, zanim dojdzie do rozwinięcia infekcji. Skuteczność szczepienia za pomocą VLPs została również potwierdzona w eksperymencie typu challenge, w którym zwierzęta zostały zaszczepione naszym preparatem, a następnie została im podana śmiertelna dawka wirusa TBEV. Podczas gdy zwierzęta w niezaszczepionej grupie kontrolnej rozwinęły objawy choroby w ciągu kilku dni, zwierzęta zaszczepione nie wykazały żadnych objawów. Pozwoliło to ostatecznie potwierdzić, że szczepienie preparatem opartym na przedstawionych w ramach wynalazku VLPs zapewnia pełną ochronę przez zachorowaniem w przypadku kontaktu z TBEV.
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Uzyskany antygeny szczepionkowy ma duży potencjał komercyjny i będzie bardzo cenny dla firm zajmujących się produkcją szczepionek. Wirus występuje w Europie i Azji, ale przypadki zakażeń wykrywane są w Afryce. Na świecie odnotowuje się kilka tysięcy przypadków rocznie, ale wiele nie jest prawidłowo diagnozowanych; rzeczywista liczba zachorowań jest wyższa. W 2021 roku rynek szczepionek anty TBEV został wyceniony na 3272,5 mln USD. Szacuje się, że do 2030 roku osiągnie on wartość 5018,9 mln USD.
Odbiorców potencjalnej szczepionki jest wielu; są to przede wszystkim mieszkańcy rejonów dotkniętych epidemiami TBEV oraz osoby podróżujące w rejony endemiczne. Wprowadzenie powszechnych szczepień mogłoby wyeliminować problem choroby wywołanej przez TBEV na świecie. Ponadto wynalazek jest odpowiedzią na problem właścicieli ferm zwierząt podatnych na zakażenie TBEV, gdyż ze względu na niską cenę nasz wynalazek mógłby być stosowany jako szczepionka weterynaryjna.