Badanie: Jednokomórkowa zielona alga po raz pierwszy produkuje pełny białko kolca koronawirusa

Zespół wokół Anny Kiefer i Justusa Niemeyera stawia na zielonkę Chlamydomonas reinhardtii, aby produkować białko kolca. (Zdjęcie: Koziel/TUK)

Aby wyprodukować substancje czynne medycznie, często wykorzystuje się mikroorganizmy takie jak bakterie. Jednak w przypadku skomplikowanych cząsteczek napotykają one na swoje granice, ponieważ nie są w stanie ich syntetyzować. Alternatywą jest jednokomórkowy zielony glon Chlamydomonas reinhardtii. Naukowcy z Politechniki Kaiserslautern (TUK) po raz pierwszy zdołali wyprodukować przy jego pomocy pełny białko kolca koronawirusa, które łączy się z komórkami ludzkimi. Dotychczas było to niemożliwe. Praca ta dowodzi, jaką rolę glon mógłby odgrywać w przyszłości w produkcji substancji czynnych. Badanie zostało opublikowane w renomowanym czasopiśmie naukowym Frontiers in Plant Science.

Mikroorganizmy takie jak bakterie i drożdże są wykorzystywane jako mikrofabryki, ponieważ można z ich pomocą w stosunkowo prosty sposób na skalę przemysłową produkować określone białka. Jest to również istotne dla badań nad lekami, na przykład w celu opracowania terapeutycznych białek. Inne metody są często skomplikowane i droższe.

W przypadku skomplikowanych cząsteczek bakterie jednak napotykają swoje granice. „Nie są w stanie glikozylować białek”, wyjaśnia Justus Niemeyer, doktorant w grupie molekularnej biotechnologii i systemowej biologii pod kierunkiem profesora dr. Michaela Schrody na TU Kaiserslautern. Pod tym terminem rozumie się dodanie do tych cząsteczek cukrowych grup. „Każdy organizm ma własny charakterystyczny wzór”, kontynuuje. „Ta sygnatura jest potrzebna, aby białka były funkcjonalne.”

Dlatego jednokomórkowy zielony glon Chlamydomonas reinhardtii coraz bardziej zyskuje na znaczeniu w badaniach. „Za jego pomocą można syntetyzować skomplikowane cząsteczki”, mówi doktorantka Anna Kiefer, główna autorka obecnego badania. Glon ten, podobnie jak człowiek, należy do eukariotów. W przeciwieństwie do prokariotów, do których należą bakterie, posiada jądro komórkowe.

Zespół pod kierunkiem tych naukowców wykorzystał glon do wyprodukowania białka kolca koronawirusa. To właśnie ono łączy się z komórkami ludzkimi, umożliwiając wirusowi wniknięcie do organizmu. Dla badań jest to istotne, ponieważ stanowi potencjalny punkt wyjścia do produkcji leków.

„Glon dodaje również sygnaturę cukrową do tego białka. W naszych eksperymentach stwierdziliśmy, że jest ono aktywne i pełni swoją funkcję. Łączy się z ludzkimi komórkami w kulturze komórkowej, a także wiąże się z białkiem ACE2 na powierzchni komórek”, dodaje biolog z Kaiserslautern.

Naukowcom udało się po raz pierwszy wyprodukować to białko przy użyciu glonów. „Inna grupa badawcza wyprodukowała części białka kolca, ale nikt jeszcze nie zsyntetyzował całej cząsteczki za pomocą glonów”, mówi Niemeyer. Aby dostosować informację genetyczną do produkcji białka kolca w glonie, naukowcy wykorzystali tzw. system modułowy. Dzięki niemu mogli szybko i efektywnie tworzyć DNA szablony dla tego białka z elementów genetycznych o standaryzowanej budowie.

Praca ta pokazuje, że w niedalekiej przyszłości glony mogłyby być wykorzystywane do produkcji substancji czynnych. „Są one tanie, szybkie i zrównoważone w hodowli, a ich pielęgnacja jest prosta”, podsumowuje Kiefer.

Zespół planuje kontynuować badania. Chce między innymi pracować nad oczyszczaniem białka kolca z innych białek produkowanych przez glona. Również zamierza gruntownie zbadać wzory glikozylacji, które stosuje glon. „Na ten temat wiadomo jeszcze niewiele”, mówi Kiefer. „Na przykład, czy istnieją podobieństwa do wzorów u ludzi? Gdzie występują różnice? Chcemy się temu bliżej przyjrzeć.”

Badanie zostało opublikowane w renomowanym czasopiśmie Frontiers in Plant Science. „Produkcja i sekrecja funkcjonalnego białka kolca SARS-CoV-2 w Chlamydomonas reinhardtii”
DOI 10.3389/fpls.2022.988870