Homogene Bikomponenten-Glykokonjugat-Impfstoffe

Seitdem Edward Jenner im 18. Jahrhundert entdeckt hat, dass durch die Einimpfung von Kuhpocken, Menschen vor Pocken geschützt wurden, war die Geschichte der Impfstoffe eine Geschichte des Erfolges. Ganzpartikelimpfstoffe, welche zum Beispiel aus toten Mikroorganismen bestehen, haben Pocken und Polio ausgelöscht und die Sterblichkeit von vielen anderen Pathogenen erheblich verringert. Leider sind diese Impfstoffe nicht bei allen Pathogenen effektiv und können schwere Infektionen in Menschen mit geschwächtem Immunsystem hervorrufen. Glykokonjugat-Impfstoffe können einige dieser Nachteile überwinden und werden unter anderem erfolgreich zum Schutz vor Haemophilus influenza B angewandt. Allerdings haben auch diese Impfstoffe mehrere Nachteile. Sie erzeugen meistens nur eine geringe Immunantwort und sind in der Regel uneinheitlich, was ein großes Problem für die Zulassungen eines Impfstoffes darstellen kann. Darum zielt dieses Projekt darauf ab bessere Glykokonjugat-Impfstoffe, basierend auf einer von uns entwickelten, neuen Strategie herzustellen. Dafür wollen wir erstmals definierte Mikrobien-basierte Zweikomponenten- Impfstoffe herstellen. Die Effizienz dieses Ansatzes soll durch die Entwicklung eines neuen Impfstoffes gegen Streptococcus pyogenes (GAS) demonstriert werden. Dieses Bakterium, welches weltweit mehr als 700 Millionen Fälle von Rachenentzündung verursacht, kann auch Autoimmunerkrankungen auslösen. Ein schützender Impfstoff ist noch nicht verfügbar und das Bakterium ist daher das perfekte Ziel um unsere neue Strategie zu testen. Um das Problem der verminderten Immunität zu lösen, werden wir den Impfstoff basierend auf einem Eiweiß aufbauen, dass aus dem Bakterium selbst stammt und bekannt dafür ist eine starke Immunantwort auszulösen. Durch das Anhaften eines speziellen Kohlenhydrats, das in allen GAS Arten zu finden ist, werden wir die Immunantwort zusätzlich erhöhen, da nun zwei verschiedene Strukturen des Bakteriums vorhanden sind. Um das Problem der Uneinheitlichkeit des Impfstoffes zu eliminieren, werden wir alle Komponenten standortspezifisch an den Eiweiß-Träger binden. Durch die Benutzung von speziellen Markierungen am Protein, können wir später jeden der Bausteine dort, wo es von uns gewollt ist, selektiv einführen. Wir nehmen an, dass dieses Projekt zu einer neuen Art von hoch-effektiven einheitlichen Glykokonjugat-Impfstoffen gegen GAS führen wird und die Effektivität des neuen Konzepts demonstrieren wird.

Seitdem Edward Jenner im 18. Jahrhundert entdeckt hat, dass durch die Einimpfung von Kuhpocken, Menschen vor Pocken geschützt wurden, war die Geschichte der Impfstoffe eine Geschichte des Erfolges. Ganzpartikelimpfstoffe, welche zum Beispiel aus toten Mikroorganismen bestehen, haben Pocken und Polio ausgelöscht und die Sterblichkeit von vielen anderen Pathogenen erheblich verringert. Leider sind diese Impfstoffe nicht bei allen Pathogenen effektiv und können schwere Infektionen in Menschen mit geschwächtem Immunsystem hervorrufen. Glykokonjugat-Impfstoffe können einige dieser Nachteile überwinden und werden unter anderem erfolgreich zum Schutz vor Haemophilus influenza B angewandt. Allerdings haben auch diese Impfstoffe Nachteile. Sie erzeugen meistens nur eine geringe Immunantwort und sind in der Regel uneinheitlich, was ein großes Problem für die Zulassungen eines Impfstoffes darstellen kann. In diesem Projekt zielen wir auf die Entwicklung bessere Glykokonjugat-Impfstoffe ab and haben dafür das Konzept der Multikomponenten-Impfstoffen entwickelt. Diese basieren auf dem Protein CRM197 welches eine ungiftige Version des Diphtherie Toxins darstellt. Es wird in bereits lizensierten Impfstoffen angewandt und soll eine breite Immunogenität gewährleisten. Um ein bestimmtes Pathogen zu bekämpfen haben wir spezifische Kohlenhydratstrukturen benutzt, die nur von dem jeweiligen Mikroorganismus produziert werden. Diese Kohlenhydrate wurden erst chemisch hergestellt und dann mit dem Trägerprotein verbunden. Die dritte Komponente des Impfstoffs war ein sogenannter Immunverstärker. Auch dieser wurde an den Proteinträger direkt gebunden und sollte die Immunogenität des Konstrukts weiter erhöhen. Zusätzlich wurde das Design des Proteinträgers so entwickelt, dass alle Komponenten in hoch-spezifischer Weise miteinander verknüpft wurden und so komplett homogene Produkte erhalten wurden. Um die Anwendbarkeit des neuen Konzepts zu testen, haben wir uns auf das Bakterium Pseudomonas aeruginosa fokussiert. Dieses Bakterium stellt eine große Gefahr für Hoch-Risiko Gruppen dar, wo es Pneumonie, Meningitis, Wundinfektionen, Blutvergiftungen oder Sepsis auslösen kann. Außerdem verursacht es immer wieder in Krankenhäusern schwere Infektionen und ist dort vor allem bei beatmeten Pneumonie Patienten eine der häufigsten Infektionskrankheiten. Es gibt leider noch keinen Impfstoff, um eine Infektion zu verhindern und multiresistente Stämme stellen ein großes Problem dar, weil diese nicht mit Antibiotika behandelt werden können. Daher haben wir mehrere Kohlenhydratstrukturen, die von P. aeruginosa produziert werden im Labor nachgebaut und unser Konzept der Multikomponenten Impfstoffe angewandt. Die potenziellen Impfstoffe werden weiteren biologischen Tests unterzogen und könnten in weiterer Zukunft zur Entwicklung eines Impfstoffs gegen p. aeruginosa führen und so die Effizienz des neuen Ansatzes demonstrieren.