Модифицированная кишечная палочка секретирует терапевтические нанотела в кишечнике

Моноклональные антитела широко используются при терапии различных онкологических, аутоиммунных и воспалительных заболеваний. Однако их системное применение может вызывать побочные эффекты, такие как цитокиновый шторм, поскольку они не обладают достаточной селективностью. Одним из способов решения данной проблемы может стать локальное использование антител. Для локальной терапии болезней, ассоциированных с кишечником, часто применяют микроорганизмы. Привлекательная платформа — безопасный пробиотический штамм Escherichia coli Nissle 1917.

Однако работа с ним осложнена тем, что E. coli — грамотрицательная бактерия и имеет две мембраны с периплазматическим пространством между ними, в которое и доставляется большинство экспортируемых белков. Для эффективной терапии необходимо, чтобы бактерии секретировали таргетные белки наружу. В новой работе американские исследователи разработали лабораторный штамм E. coli, способный к такой секреции.

Многочисленные грамотрицательные патогенные бактерии используют сложные наномашины для транспорта бактериальных белков непосредственно в цитозоль клеток-хозяев. Полностью собранные секреторные машины встроены во внешнюю оболочку бактерии и имеют иглообразную структуру, при помощи которой они образуют поры в мембранах клеток-хозяев. Ранее было показано, что подобные наномашины (T3SA) генетически родственных грамотрицательных патогенов, включая Shigella flexneri и энтеропатогенную кишечную палочку, функциональны при введении в лабораторные штаммы кишечной палочки.

Авторы разработали платформу под названием PROT₃EcT (PRObiotic type 3 secretion E. coli therapeutic), позволяющую E. coli экспрессировать конструкцию Shigella T3SA, модифицированную для секреции белков в окружающую среду, а не непосредственно в эукариотические клетки. PROT₃EcT можно использовать для секреции различных гетерологичных белков, снабженных N-концевой секреционной последовательностью III типа.

Чтобы доказать терапевтический потенциал PROT₃EcT, авторы использовали химически индуцированную мышиную модель воспалительного заболевания кишечника. Они продемонстрировали, что штамм, который секретирует нанотела к TNF-α, так же эффективен, как и системно вводимые моноклональные антитела (mAb).

Сначала авторы доказали, что полученный штамм с системой секреции заселял кишечник мышей. Вес животных при этом не снижался, они выглядели здоровыми, состав их микробиоты значительно не менялся. Бактерии в кишечнике не теряли способности к секреции.

Эффективность новой терапии демонстрировали на мышах с индуцированным колитом. Ранее уже было показано, что моноклональные антитела против TNF-α при системном введении защищают животных от потери веса, укорачивания кишечника и гистологических изменений, связанных с колитом. Действительно, введение терапевтических бактерий обладало схожим эффектом. Бактерии, которые не секретировали нанотела, не влияли положительно на состояние животных. Также нанотела, секретируемые бактериями, намного реже определялись в крови мышей, чем антитела, введенные системно.

Использование генетически модифицированного штамма E. coli, который способен секретировать нанотела с заданной специфичностью, может представлять собой более безопасную и эффективную альтернативу системному введению моноклональных антител. Этот подход позволяет доставлять антитела непосредственно в место воспаления, минуя кровоток и тем самым уменьшая риск возникновения побочных эффектов. Более того, этот метод может быть адаптирован для доставки различных типов нанотел, что открывает новые возможности для лечения широкого спектра заболеваний.

Бактерии-киборги проникают в раковые клетки