Биоинженерные бактерии могут стать основой для терапевтических антител
Коллаборация под руководством Корнеллского университета разработала потенциально недорогой метод производства антител для терапии. Учёные создали биоинженерные бактерии с использованием малоизученного фермента, способного присоединять сложные сахара (гликаны) к моноклональным антителам (mAbs) для усиления их иммунных свойств.
Исследование опубликовано в Nature Communications. Ведущий автор — Белен Сотомайор, M.S. '23, Ph.D. '25.
«Мы считаем, что это действительно важный шаг к демократизации доступа к терапевтическим антителам за счёт инженерии их биосинтеза в недорогих производственных технологиях, таких как рекомбинантные бактерии», — сказал Мэтт ДеЛиза, профессор инженерии и старший автор статьи.
«Эти модифицированные бактерии пригодны для крупномасштабного биопроизводства с резко ускоренными скоростями. Другое преимущество — стоимость производства белковых продуктов в бактериальных клетках значительно ниже по сравнению с традиционной технологией».
Текущий ведущий метод производства антител основан на использовании клеток яичников китайского хомячка (CHO) — это очень медленный и дорогой процесс, непрактичный при необходимости быстрого ответа, например, во время вспышки заболевания. Бактериальные клетки — перспективная альтернатива, так как они растут, делятся и производят белки гораздо быстрее CHO-клеток. Более десяти лет группа ДеЛизы работает над биоинженерией бактерий для этой цели.
Одна из причин, по которой бактериальные системы не получили широкого распространения для производства терапевтических белков, заключается в том, что большинство бактерий не выполняют естественным образом гликозилирование белков — процесс присоединения сложного углевода к белку. Гликозилирование затрагивает более 50% всех белков в организме человека, что делает эту модификацию критически важной для разработки белковых препаратов.
«Гликозилирование чрезвычайно важно для структуры и функции самого антитела. Без присоединённых гликанов антитела лишены важных иммунных функций», — пояснил ДеЛиза. «Так что если вы не можете установить эти гликаны, у вас нет доступа к терапевтически значимому продукту».
Команда исследовала механизм этой модификации, проанализировав геномы более 50 различных видов бактерий. Они идентифицировали сложный фермент — олигосахарилтрансферазу (OST) у бактерии Desulfovibrio marinus (D. marinus), который обладает уникальной способностью присоединять гликаны к специфическому участку на моноклональных антителах подтипа иммуноглобулина G (IgG), требующему гликозилирования.
«Это очень уникальное свойство. Большинство ферментов этого семейства не способны катализировать эту конкретную реакцию. На самом деле, ни один из тех, что мы тестировали, этого не делает, кроме этого особого фермента», — отметил ДеЛиза. «Это было довольно неожиданно. Геном D. marinus — последнее место, где мы ожидали бы найти фермент с такой функциональностью».
После идентификации фермента исследователи взяли ген из D. marinus и внедрили его в бактерии E. coli — «основную рабочую лошадку биотехнологической индустрии», — снабдив их необходимым механизмом для выполнения нужных реакций гликозилирования белков.
После производства гликозилированных антител IgG-типа в модифицированных бактериях учёные использовали хемоэнзиматическую технику ремоделирования, чтобы преобразовать их гликан в структуру, более совместимую с организмом человека. Затем масс-спектрометрический анализ подтвердил результаты.
Поскольку все антитела IgG структурно схожи, создание гликозилированных антител в E. coli должно позволить биосинтез практически любого антительного препарата. Такие продукты можно будет использовать для лечения всего — от рака до аутоиммунных и инфекционных заболеваний. Но сначала команде необходимо наладить их производство в более высоких концентрациях.
«CHO-клетки медленные и дорогие, но они действительно хорошо производят антитела в невероятно высоких титрах», — сказал ДеЛиза. «Поэтому, хотя теперь у нас есть механизм для выполнения этих реакций, следующие шаги, безусловно, должны быть сосредоточены на оптимизации производства этих гликозилированных антител, чтобы стать конкурентоспособными с существующей технологией CHO-клеток».