Lichtregulierte Freisetzung des rekombinanten Nervenwachstumsfaktors aus bakteriellen Hydrogelen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Nervenwachstumsfaktor (NGF) ist ein äußerst vielseitiges Protein, das neben der Regulierung verschiedener Prozesse in Epithel-, Immun- und Stammzellen das Wachstum und Überleben mehrerer Typen von Nervenzellen fördert. Ansätze zur therapeutischen Anwendung von NGF werden seit Jahrzehnten erforscht, wobei der größte Erfolg bei der Behandlung von topischen Augen- und Hautkrankheiten erzielt wurde. Die klinische Anwendung von NGF-basierten Therapien ist jedoch durch drei wesentliche Hindernisse eingeschränkt: (i) Hohe Kosten – als großes und komplexes Protein sind die Produktions-, Reinigungs-, Lagerungs- und Lieferkosten sehr hoch und für chronische Erkrankungen, bei denen eine langfristige Verfügbarkeit erforderlich ist, unpraktisch; (ii) Geringe Stabilität – NGF wird durch Proteasen im Körper abgebaut, wodurch häufig große Dosen und wiederholte Verabreichungen erforderlich sind, was zu Nebenwirkungen führt; (iii) Ineffiziente Abgabe – die Ladefähigkeit von NGF in Materialien zur Wirkstofffreisetzung und die Kontrolle über die Freisetzung sind sehr gering. Das Projekt zielte darauf ab, diese Probleme durch die Entwicklung bakterieller Hydrogele als lebende therapeutische Materialien zu lösen, die NGF in kontrollierter Weise produzieren und freisetzen können. Da eine solche Technologie für den Einsatz in verschiedenen Organen, die an neurologischen Störungen leiden können, wie Haut und Augen, von Interesse ist, wurde entschieden, probiotische Bakterien zu verwenden, die mit mehreren Körperstellen kompatibel sind. Ein vielversprechender probiotischer Lactobacillus-Stamm, Lactiplantibacillus plantarum WCFS1, wurde dementsprechend identifiziert. Da Lactobazillen über schlecht entwickelte genetische Werkzeugkästen verfügen, widmete sich das Projekt zunächst der Erweiterung des Werkzeugkastens für den ausgewählten Stamm. Infolgedessen wurden neuartige genetische Elemente entdeckt, darunter die bisher stärksten Promotoren, starke Repressoren, toxische Antitoxin-basierte Plasmid- Erhaltungssysteme und Signalpeptide (SPs) für die Proteinsekretion. Mit diesen genetischen Elementen wurde die Produktion und Sekretion von bioaktivem NGF erreicht. Darüber hinaus wurden die rekombinanten Lactobazillen in Kern-Schale-Alginatkugeln verkapselt, und die langfristige Proteinsekretion aus diesen Konstrukten wurde nachgewiesen. Derzeit wird die endgültige Validierung der aktiven NGF-Freisetzung aus bakteriellen Hydrogelen geprüft.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Expanding the genetic programmability of Lactiplantibacillus plantarum. Microbial Biotechnology, 17(1).
Blanch‐Asensio, Marc; Dey, Sourik; Tadimarri, Varun Sai & Sankaran, Shrikrishnan
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In vitro assembly of plasmid DNA for direct cloning in Lactiplantibacillus plantarum WCSF1. PLOS ONE, 18(2), e0281625.
Blanch-Asensio, Marc; Dey, Sourik & Sankaran, Shrikrishnan
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Novel genetic modules encoding high‐level antibiotic‐free protein expression in probiotic lactobacilli. Microbial Biotechnology, 16(6), 1264-1276.
Dey, Sourik; Blanch‐Asensio, Marc; Balaji, Kuttae Sanjana & Sankaran, Shrikrishnan
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Discovery of a high-performance phage-derived promoter/repressor system for probiotic lactobacillus engineering. Microbial Cell Factories, 23(1).
Blanch-Asensio, Marc; Tadimarri, Varun Sai; Wilk, Alina & Sankaran, Shrikrishnan
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PEARL: Protein Eluting Alginate with Recombinant Lactobacilli. openRxiv.
Tadimarri, Varun Sai; Blanch-Asensio, Marc; Deshpande, Ketaki; Baumann, Jonas; Baumann, Carole; Müller, Rolf; Trujillo, Sara & Sankaran, Shrikrishnan
