Bacterii probiotice modificate genetic ca tratament antiviral oral și platformă de vaccinare

Un studiu publicat în jurnalul Gut Microbes propune un nou sistem de livrare orală a tratamentelor antivirale și a vaccinurilor, folosind o tulpină probiotică de Escherichia coli Nissle 1917 (EcN), modificată genetic pentru a produce și livra nanocorpi și proteine virale ale SARS-CoV-2. Această abordare promite o combinație unică de imunizare pasivă și activă, cu aplicabilitate largă pentru boli infecțioase.
Probioticele și bacteriile comensale sunt studiate intens pentru potențialul lor imunomodulator și terapeutic, în special pentru boli inflamatorii intestinale. Mai recent, cercetările s-au orientat spre utilizarea bacteriilor ca vectori de vaccinare orală, oferind avantaje precum auto-administrare, siguranță crescută și inducerea unei imunități sistemice și mucozale. Nanocorpii (derivați din anticorpii camelidelor) reprezintă o clasă promițătoare de molecule terapeutice, datorită stabilității, dimensiunii mici și producției facile în sisteme bacteriene.

Despre studiu

Cercetătorii au utilizat tulpina EcN pentru a exprima pe suprafața sa fie nanocorpi anti-Spike, fie proteina Spike a virusului SARS-CoV-2, folosind ancore proteice precum Intimin sau Lpp-OmpA. De asemenea, au evaluat capacitatea veziculelor membranare externe (VME) secretate de aceste bacterii de a transporta aceste molecule în circulație și în țesuturi periferice.

Principalele obiective au fost:

•  Evaluarea eficienței nanocorpilor ancorați pe suprafața bacteriei în neutralizarea virusului.
•  Confirmarea translocării nanocorpilor în circulația sistemică și în organe precum plămânii și creierul.
•  Testarea capacității imunogene a bacteriilor care exprimă proteina Spike.
•  Compararea acestor abordări cu vaccinul ARNm și tratamentele cu anticorpi monoclonali.

Rezultate

Nanocorpi de suprafață: inhibarea interacțiunii Spike–ACE2

S-au exprimat doi nanocorpi puternic afini (Ty1 și VHH72) folosind sisteme de ancorare (Intimin și Lpp-OmpA). Expresia a fost confirmată prin Western blot și spectrometrie de masă. Nanocorpii de pe bacterii au inhibat semnificativ legarea proteinei Spike la receptorul ACE2, în special constructele pLpp-OmpA-VHH72 și pInt-Ty1. Nanocorpii administrați oral la șoareci au fost detectați în ser și au demonstrat inhibiție funcțională asupra pseudovirusurilor SARS-CoV-2, atingând până la 75% inhibiție după a treia doză.

Veziculele membranare externe ca sistem de transport sistemic

Veziculele membranare externe produse de EcN exprimând nanocorpi au fost izolate și caracterizate (dimensiuni 60–90 nm). Aceste VME au purtat nanocorpi funcționali care au inhibat interacțiunea Spike–ACE2, în special la concentrații de 3 și 22 µg/mL. Veziculele membranare externe au fost detectate în plămâni și creierul șoarecilor tratați, sugerând translocarea prin bariera sânge-creier și sânge-pulmon.

EcN exprimând proteina Spike: imunizare activă

Bacteriile care exprimau Spike au indus producția de anticorpi anti-Spike în funcție de numărul de doze:

•    o doză: max. 0.8 µg/mL
•    două doze: 1.25 µg/mL
•    patru doze: până la 1.25 µg/mL cu o neutralizare de ~80%

Anticorpii IgG și IgA au fost detectați în ser, intestin și lavaj bronhoalveolar, susținând inducerea imunității mucozale și sistemice.
Comparativ cu vaccinul ARNm, EcN-Spike a indus o imunitate mucozală intestinală superioară, deși răspunsul sistemic a fost mai scăzut.

Imunitate mucozală și celulară

S-au observat creșteri semnificative ale IgA serice și intestinale după tratament cu EcN-Spike. Analiza histologică a intestinului a arătat activarea limfocitelor CD4+, CD8+ și monocitelor (CD11b), precum și creșterea IL-1β. EcN-Ty1 și EcN-Spike au indus un profil echilibrat de citokine cu expresii crescute de ICAM-1, IL-16, IL-1ra și SDF-1 în ser și lavaj pulmonar, fără toxicitate sistemică.

Răspunsuri comparative cu tratamentele standard

EcN-Ty1 a avut eficiență comparabilă cu anticorpii monoclonali în ser, dar superioră în intestin și plămâni. EcN-Spike a generat un răspuns IgA seric mai rapid decât vaccinul ARNm, deși la 4 luni vaccinul a depășit ca titru total IgA. Splenocitele de la șoarecii imunizați oral au prezentat activare robustă a celulelor T (CD3+, CD4+, CD8+), dendritice (CD11c+) și NK (CD56+). CD8+ T celulele au fost semnificativ mai crescute în grupul EcN-Spike, susținând un răspuns celular puternic.

Persistență bacteriană și siguranță

EcN-Spike a persistat în intestin până la 30 de zile, generând un stimul imun susținut. Nu s-au observat modificări patologice sau pierdere în greutate. Profilul de citokine nu a evidențiat inflamație sistemică severă.

Concluzii

Studiul oferă dovezi solide că bacteriile probiotice modificate pot acționa ca sisteme hibride de imunizare pasivă și activă, combinate cu o platformă eficientă de livrare sistemică prin VME. Aceste bacterii nu doar că oferă o neutralizare rapidă a virusului, dar și stimulează o imunitate durabilă, locală și sistemică. Comparativ cu vaccinurile ARNm sau tratamentele cu anticorpi monoclonali, probioticele oferă avantaje în inducerea imunității mucozale, tolerabilitate și administrare orală.

Aceste rezultate pot deschide calea pentru dezvoltarea unor vaccinuri orale stabile, accesibile și adaptabile pentru alte virusuri. Limitările actuale țin de lipsa validării în modele animale de infecție SARS-CoV-2 active și de nevoia unor strategii de biosiguranță pentru controlul colonizării bacteriene. Viitoare direcții includ optimizarea VME pentru livrare țintită și explorarea impactului pe axa intestin-creier.

Această platformă are potențialul de a revoluționa vaccinarea și tratamentele antivirale, prin combinarea bioingineriei bacteriene cu imunologia mucozală și sistemică.