Produktion des Saponin-Adjuvans QS-21 in gentechnisch veränderter Hefe

• Antragsteller: Dr. Lukas Ernst
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Analytische Chemie ; Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565645208

Adjuvantien sind wichtige Bestandteile moderner Impfstoffe, welche die Immunogenität der verabreichten Antigene erhöhen können, indem sie eine starke Immunantwort hervorrufen. Aufgrund ihrer Wirksamkeit und Verträglichkeit hat sich die Triterpensaponinfraktion QS-21, die aus dem chilenischen Seifenrindenbaum (Quillaja saponaria) gewonnen wird, als begehrtes Immunstimulans erwiesen. QS-21 wird in Impfstoffen gegen Gürtelrose, Malaria und COVID-19 eingesetzt. Trotz der geringen Ausbeute und des langwierigen Extraktionsverfahrens wird QS-21 derzeit aus Rindenextrakten von Q. saponaria gewonnen, was Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit der natürlichen Resource aufkommen ließ. Die Biotechnologie bietet vielversprechende Möglichkeiten, solche komplexen Naturstoffe mit mehreren Stereozentren herzustellen, die auf chemischem Wege nur schwer zu synthetisieren sind. In einer kürzlich durchgeführten Studie gelang es dem Host-Labor dieses Antrags, den komplexen Biosyntheseweg von QS-21 in gentechnisch veränderter Hefe zu rekonstruieren, allerdings übertraf die finale Ausbeute den Titer des herkömmlichen Rindenextrakts letztlich nicht. Ziel dieses Projekts ist es, die Effizienz dieser mikrobiellen Produktionsplattform zu verbessern, indem wichtige Engpässe im Biosyntheseprozess beseitigt werden. Das erste Ziel besteht darin, die Biosynthese des vollständig oxidierten Triterpen-Zwischenprodukts Quillajasäure zu verbessern, indem Cytochrom P450-Monooxigenasen und Alkohol/Aldehyd-Dehydrogenasen als alternative Katalysatoren getestet werden. Um die Aktivität der P450 Enzyme noch weiter zu steigern, können verschiedene Aspekte ihrer katalytischen Mikroumgebung, wie z. B. die Versorgung mit Redox-Cofaktoren, die Akkumulation von reaktiven Sauerstoffspezies und die Zusammensetzung der Membranlipide, durch Metabolic Engineering gezielt beeinflusst werden. Das zweite Ziel besteht darin, verbleibende Probleme bei der löslichen Expression von Enzymen im nachfolgenden Glykosylierungsprozess durch umfassendes Protein-Engineering zu beseitigen, entweder durch rationales Proteindesign oder durch gerichtete Evolution. Als letztes Ziel soll die Biosynthese verschiedener natürlicher und unnatürlicher QS-21 Varianten rekonstruiert werden, die als vielversprechende Adjuvantien beschrieben wurden. Aufgrund der vereinfachten Struktur dieser Analoga ist es wahrscheinlich, dass sie in größeren Mengen als QS-21 hergestellt werden können.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Jay D. Keasling