Studie: Jednobuněčná zelená řasa poprvé produkuje kompletní spike protein koronaviru

Tým kolem Anny Kiefer a Justuse Niemeyera spoléhá na zelenou řasu Chlamydomonas reinhardtii, aby produkoval spike protein. (Foto: Koziel/TUK)

Pro výrobu léčivých účinných látek se často používají mikroorganismy, jako jsou bakterie. U složitých molekul však narážejí na své hranice, protože nejsou schopny je syntetizovat. Alternativou je jednobuněčný řasový druh Chlamydomonas reinhardtii. Výzkumníci z Technické univerzity Kaiserslautern (TUK) s ním poprvé dokázali vyrobit kompletní spike protein koronaviru, který se váže na lidské buňky. Dosud to nebylo možné. Tato práce dokládá, jakou roli by řasa mohla v budoucnu hrát při výrobě léčivých látek. Studie byla publikována v prestižním odborném časopise Frontiers in Plant Science.

Mikroorganismy, jako jsou bakterie a kvasinky, se používají jako mikrofabriky, protože s jejich pomocí lze relativně snadno ve velkém měřítku vyrábět určité proteiny. To je také zajímavé pro výzkum léků, například při vývoji terapeutických proteinů. Jiné metody jsou často náročné a drahé.

U složitých molekul však bakterie narážejí na své hranice. „Není schopné glykosylovat proteiny,“ vysvětluje Justus Niemeyer, doktorand ve skupině molekulární biotechnologie a systémové biologie profesora Dr. Michaela Schrody na TU Kaiserslautern. To znamená, že k těmto molekulám jsou připojeny cukerné skupiny. „Každý organismus má přitom svůj charakteristický vzor,“ pokračuje. „Tato signatura je nutná, aby proteiny byly funkční.“

Proto se jednobuněčná řasa Chlamydomonas reinhardtii stále více dostává do hledáčku výzkumu. „S její pomocí lze syntetizovat složité molekuly,“ říká doktorka Anna Kiefer, hlavní autorka aktuální studie. Řasa patří stejně jako člověk mezi eukaryoty. Na rozdíl od prokaryot, ke kterým patří bakterie, mají jádro buňky.

Skupina kolem nich nyní použila řasu k výrobě spike proteinu koronaviru. Ten se váže na lidskou buňku, a proto je pro výzkum zajímavý, protože představuje možný přístup k výrobě léků.

„Řasa také připojuje na protein cukernou signaturu. V našich pokusech jsme zjistili, že je aktivní a plní svou funkci. Váže se na lidské buňky v kultuře, a to na protein ACE2 na povrchu buňky,“ pokračuje biologka z Kaiserslauternu.

Výzkumníkům se poprvé podařilo tento protein vyrobit za pomoci řas. „Jiná pracovní skupina vyrobila části spike proteinu, ale celý molekula zatím nikdo syntetizovat nedokázal,“ říká Niemeyer. Aby mohli genetickou informaci pro výrobu spike proteinu přizpůsobit řase, použili takzvaný modulární systém. S jeho pomocí mohli z standardizovaných genetických prvků rychle a efektivně sestavit DNA šablony pro protein.

Práce ukazuje, že řasy by v blízké budoucnosti mohly být využívány k výrobě léčiv. „Lze je snadno, rychle a udržitelně pěstovat a jsou jednoduché na údržbu,“ shrnuje Kiefer.

Skupina chce pokračovat ve výzkumu. Plánuje například oddělit spike protein od ostatních proteinů, které řasa produkuje. Také chce důkladně prozkoumat glykosylační vzory, které řasa používá. „O tom je zatím málo známo,“ říká Kiefer. „Existují například podobnosti s vzory u lidí? Kde jsou rozdíly? Tím se chceme blíže zabývat.“

Studie byla publikována v prestižním odborném časopise Frontiers in Plant Science. „Produkce a sekrece funkčního spike proteinu SARS-CoV-2 v Chlamydomonas reinhardtii“
DOI 10.3389/fpls.2022.988870