工程细菌可以提供抗病毒治疗和疫苗

辛辛那提大学的一项新研究表明，口服特殊工程细菌可以作为抗病毒疗法和疫苗的递送系统。这项由Nalinikanth Kotagiri博士领导的研究发表在《肠道微生物》杂志上。

Kotagiri的实验室专注于工程益生菌，以实现从破坏癌症防御到成像和诊断肺部感染的多种功能。

几年前，研究小组询问，使用大肠杆菌Nissle 1917的相同底盘是否可以将抗病毒治疗剂或疫苗抗原直接运送到肠道，肠道是病毒进入的主要门户。该团队专注于新冠肺炎病毒SARS-CoV-2的概念验证研究。加州大学詹姆斯·L·温克尔药学院副教授Kotagiri说：“口服给药使我们能够靶向病原体首先立足的粘膜表面，同时避免针头和冷链物流。”。

大多数工程细菌将其治疗性物质保留在细胞内，但当抗原呈递给免疫系统时，疫苗效果最佳。因此，UC团队在细菌表面展示了病毒蛋白，并利用外膜囊泡（OMV）——细菌自然脱落的纳米级球体——作为自推进的运载工具。一旦释放，OMV就会通过肠道上皮细胞运输，进入血液循环，并将其有效载荷分配到远处组织。

Kotagiri实验室的研究科学家Nitin S.Kamble博士系统地筛选了锚基序和表达盒，以优化益生菌表面的抗原密度。对于疫苗版本，该细菌被设计为表达在导致新冠肺炎的病毒表面发现的刺突蛋白。这种刺突蛋白目前是通过mRNA新冠肺炎疫苗传递的。Kotagiri说，目前的疫苗在提供所谓的全身免疫方面是安全有效的，因为抗体在血液中遍布全身。但是，病毒通常会通过胃肠道系统、肺部和其他器官的粘膜衬里进入体内，这些通道可以被靶向提供所谓的粘膜免疫。

在临床前动物研究中，两剂口服方案产生的血源性（全身性）抗体水平与肌肉注射mRNA疫苗相当。值得注意的是，它在肠道和气道中产生了明显更高水平的分泌性免疫球蛋白A（IgA），这种抗体是粘膜免疫的基础，被认为对阻断入口处的感染至关重要。

虽然疫苗是在人感染病毒之前交付的，但单克隆抗体等抗病毒疗法是在感染后作为治疗手段提供的。

该团队开发了另一种版本的工程大肠杆菌Nissle 1917，以在表面显示治疗性蛋白质。为了创造一种暴露后疗法，该团队编码了抗刺突纳米体：抗体的大小是传统单克隆抗体的十分之一。

尽管全面的病毒挑战研究尚未完成，但工程细菌释放的纳米体可能在OMV的促进下到达血液，并在肺组织中积累，在体外试验中中和了严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型。Kamble说：“这种方法的一个独特之处是使用OMV作为天然的邮递员，有效地包装这些治疗分子并将其运送到预期的目标。”。“OMV可以与宿主细胞融合，并输送浓缩的治疗性蛋白质，使其成为粘膜输送的理想选择。”

目前的静脉注射通常会输送大量的单克隆抗体，但由于益生菌可以在肠道中停留数天或数周，它提供了一个自我更新和持续的抗病毒分子库。

既然团队已经为此目的优化了细菌，Kotagiri已经确定了一个快速适应该平台的机会，以开发针对流感和诺如病毒等常见病毒的口服疫苗和疗法。

与超过100000名依赖Phys.org获取日常见解的订阅者一起探索科学、技术和太空的最新进展。注册我们的免费时事通讯，每天或每周获取重要突破、创新和研究的最新进展。

“所有这些优化都是我们证明这是一个我们可以推进的平台所必需的，”他说。“如果你有针对病毒的纳米抗体或抗原，我们可以将其插入我们的构建中。”

临床试验将验证这种递送系统对靶向其他病毒的新型工程细菌的安全性和有效性。但Kotagiri表示，到目前为止，已经发现工程细菌可以安全使用，并且在动物模型中不会产生任何不良的免疫反应或副作用。此外，这种细菌的亲本菌株作为益生菌已经安全使用了几十年。

“在未来，也许我们可以整合这两种药物，这样同一种细菌就既有疫苗也有纳米体治疗成分，”他说。“但共同点是细菌，它具有口服疫苗和治疗的多功能性。”