Tanulmány: Egysejtű zöldalga először állítja elő a koronavírus teljes tüskefehérjét

A Anna Kiefer és Justus Niemeyer által vezetett csapat a Chlamydomonas reinhardtii növényalapra támaszkodik, hogy előállítsa a tüskefehérjét. (Kép: Koziel/TUK)

Az orvosi hatóanyagok előállításához gyakran mikroorganizmusokat, például baktériumokat használnak. Különösen összetett molekulák esetén azonban ezek elakadnak, mivel nem képesek szintetizálni azokat. Alternatívát jelent az egysejtű zöldalga, a Chlamydomonas reinhardtii. A Kaiserslautern Műszaki Egyetem kutatói először tudták vele előállítani a koronavírus azon teljes tüskefehérjéjét, amely az emberi sejtekhez kötődik. Ez eddig nem volt lehetséges. A munka bizonyítja, hogy a növény a jövőben milyen szerepet játszhat a hatóanyag-előállításban. A tanulmányt a neves Frontiers in Plant Science szaklap publikálta.

Mikroorganizmusokat, például baktériumokat és élesztőket alkalmaznak mikrofabrikáknak, mivel velük viszonylag egyszerű módon lehet bizonyos fehérjéket ipari méretekben előállítani. Ez különösen az gyógyszerkutatásban érdekes, például terápiás fehérjék fejlesztése céljából. Más módszerek gyakran bonyolultabbak és drágábbak.

Az összetett molekulák esetén azonban a baktériumok elakadnak. „Nem képesek a fehérjéket glikozilni” – magyarázza Justus Niemeyer, a Kaiserslauterni Műszaki Egyetem Molekuláris Biotechnológia és Rendszerbiológia kutatója, Dr. Michael Schroda munkacsoportjában. Ez azt jelenti, hogy ezekhez a molekulákhoz cukorkamellákat kötnek. „Ebben minden szervezet saját, jellemző mintázattal rendelkezik” – folytatja. „Ez a szignatúra szükséges ahhoz, hogy a fehérjék működőképesek legyenek.”

Ezért egyre inkább a kutatás fókuszába kerül a Chlamydomonas reinhardtii nevű egysejtű zöldalga. „Ezzel összetett molekulákat lehet szintetizálni” – mondja Anna Kiefer, a jelenlegi tanulmány első szerzője, doktori hallgató. A zöldalga, akárcsak az ember, eukarióta. Ez azt jelenti, hogy a prokariótákhoz, például a baktériumokhoz képest, amelyekhez a baktériumok tartoznak, sejtmaggal rendelkezik.

A kutatócsoport most a zöldalgát használta fel a koronavírus tüskefehérjéjének előállítására. Ez a vírus azon kötődik az emberi sejthez. Ezért a kutatás szempontjából érdekes, mert ez egy lehetséges kiindulópont lehet a gyógyszerek gyártásában.

„A növény egy cukorszigetet is köt a fehérjéhez. Vizsgálataink során megállapítottuk, hogy aktív, és kifejti funkcióját. A sejtkultúrában kötődik az emberi sejtekhez, és az ACE2 fehérjéhez kapcsolódik a sejten” – mondja a Kaiserslauterni biológus.

A kutatóknak most először sikerült a fehérjét a növény segítségével előállítani. „Egy másik kutatócsoport már gyártott részeket a tüskefehérjéből, de az egész molekulát eddig senki sem tudta szintetizálni a növénnyel” – mondja Niemeyer. A tüskefehérje genetikai információjának adaptálására egy ún. moduláris rendszert használtak. Ennek segítségével gyorsan és hatékonyan készítettek DNS-szerkezeteket a fehérjéhez szabványosított genetikai elemekből.

A munka azt mutatja, hogy a zöldalgák a közeljövőben felhasználhatók lehetnek a hatóanyag-előállításban. „Költséghatékonyan, gyorsan és fenntarthatóan lehet őket termeszteni, és könnyen gondozhatók” – összegzi Kiefer.

A csapat folytatni kívánja a kutatást. Többek között azon dolgozik, hogy a tüskefehérjét elkülönítse a többi, a növény által termelt fehérjétől. Emellett alapvetően vizsgálni szeretné a növény által alkalmazott glikozilációs mintázatokat. „Eddig kevés ismert erről” – mondja Kiefer. „Vannak például hasonlóságok az emberi mintázatokkal? Hol vannak a különbségek? Ezzel szeretnénk közelebbről foglalkozni.”

A tanulmány a neves Frontiers in Plant Science szaklapban jelent meg. „A SARS-CoV-2 tüskefehérjéjének funkcionális előállítása és kiválasztása a Chlamydomonas reinhardtii-ben”
DOI 10.3389/fpls.2022.988870