工程化的大肠杆菌囊泡充当疫苗递送者

提及大肠杆菌以及大多数人头脑中流行的是细菌，污染的食物，急于去医院 - 基本上是恐惧。威廉·L·刘易斯(William L. Lewis)工程学教授马修·德利萨(Matthew DeLisa)说：“大肠杆菌得到了糟糕的说唱 - 这是理所当然的。”但是，与许多事物一样，有大量的大肠杆菌和危险的大肠杆菌。DeLisa的研究重点是开发直接在活细菌细胞中研究和操作生物机械的工具，正在研究如何使用驯化的大肠杆菌实验室菌株来制造和提供疫苗。

多机构的努力 - 包括来自康奈尔大学和爱荷华州，德克萨斯州和佐治亚大学的研究人员 - 已经发表了一篇论文，详细介绍了从大肠杆菌细胞表面获得的抗原包被膜囊泡是如何保护小鼠免受致命病原体影响的，该系统如何对抗其他病原体。

该小组的论文“显示工程糖型的外膜囊泡引发保护性抗体”于6月6日在线发表在美国国家科学院院刊上。

DeLisa是“ 细胞化学生物学 ”杂志编辑委员会的成员，他一直在设计细菌细胞来做他们通常不会做的事情。他的创业公司Glycobia是第一家将工程菌用于制造人类糖蛋白的商业化产品 - 这是一种用碳水化合物附着物修饰的蛋白质。

DeLisa和他的合着者，南希E.和Peter C. Meinig生物医学工程学院的副教授David Putnam，已经合作了十年糖蛋白或聚糖 - 一种含有碳水化合物附着物的蛋白质，可用于结合某些蛋白质受体位点，例如阻止癌细胞繁殖。

在这项最新研究中，DeLisa的研究小组采用了类似的方法在大肠杆菌中产生设计者的碳水化合物结构，但不是将聚糖转移到蛋白质上，而是将细胞聚集在特定的脂质载体分子上。从那里，分子被穿梭到大肠杆菌细胞的外膜，然后脱落该膜的一小部分。

“所以你从一个1微米的细菌细胞开始，并且在球囊形成后，你会得到这些被称为外膜囊泡(OMV)的小纳米级球体，”DeLisa说。“因为它们直接从细胞的外膜上脱落，这些OMV是基于膜的纳米结构，其外表面模仿起源细胞。因此，细菌细胞表面上的任何物质 - 比如，工程化的糖脂 - 都会出现在表面上这些水疱。“

将这些“结合”疫苗注射到感染了土拉弗朗西斯菌(Francisella tularensis Schu S4)细菌的小鼠中，该菌株是土拉菌病的致病因子和可怕的生物武器。DeLisa说，由于它的效力和缺乏现有的疫苗，选择了这种特殊的病原体。

“就目标病原体而言，我们可能选择了更容易，更低悬的水果，”他说，“然而，Schu S4的杀伤力 - 不到10个菌落形成单位足以杀死你 - 使这种生物体成为一个更有趣的挑战“。

用缀合囊泡疫苗处理的感染小鼠比对照组存活更长时间。在使用毒力较小的弗朗西斯菌株的单独挑战实验中，接种疫苗组的所有小鼠均获得100%的保护和存活。

OMV作为疫苗候选物的主要优点是它们是有效的佐剂，这意味着它们增强了身体对共同递送的抗原的免疫应答。

“我们认为这是一个真正的机会，可以进一步设计这些纳米囊泡，以追求其他极具挑战性的疫苗目标，”他说。“这很有趣，也很有价值，因为它汇集了我们一段时间以来一直在研究的几个研究课题，因此我们可以利用所有这些专业知识。”