Syntetyczny epitop β-mannanu może pomóc w walce z Candida auris

Naukowcy opracowali chemicznie zdefiniowaną strategię wymierzoną w wielolekoopornego grzyba szpitalnego Candida auris. Syntetyczna cząsteczka cukru naśladująca strukturę występującą na powierzchni komórek tego drożdżaka stała się podstawą kandydata na szczepionkę, przeciwciał ochronnych oraz prototypu szybkiego testu diagnostycznego.

Candida auris – szczególne zagrożenie w środowisku szpitalnym

Grzyby mogą być szczególnie niebezpiecznymi patogenami związanymi z opieką zdrowotną, ponieważ zakażenia często rozwijają się u osób, których układ odpornościowy jest już osłabiony. Jednym z najpoważniejszych współczesnych wyzwań jest pojawiający się i wielolekooporny drożdżak Candida auris.

C. auris po raz pierwszy zidentyfikowano w 2009 roku w Japonii. Od tego czasu patogen rozprzestrzenił się w wielu regionach świata. Według materiału źródłowego nadal nie dysponujemy szczepionką przeciwko temu drożdżakowi ani prostym szybkim testem przeznaczonym do jego rozpoznawania. World Health Organization od 2022 roku klasyfikuje C. auris jako grzybowy patogen o krytycznym priorytecie.

Zespół badaczy z Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Freie Universität Berlin oraz Centre for Medical Mycology, University of Exeter w Wielkiej Brytanii opracował strategię, która może znaleźć zastosowanie jednocześnie w kilku obszarach walki z tym patogenem.

W centrum badań znalazła się otrzymana metodami syntezy chemicznej cząsteczka cukru naśladująca określoną strukturę występującą na powierzchni C. auris. Naukowcy wykorzystali ją jako podstawę kandydata na szczepionkę i przeciwciał ochronnych, a także do opracowania prototypu szybkiego testu diagnostycznego.

Zidentyfikowano kluczową strukturę cukrową

Opracowanie szczepionki przeciwko drożdżakowi C. auris stanowi szczególne wyzwanie. Ściany komórkowe grzybów w dużej mierze zbudowane są ze złożonych struktur cukrowych. Nie są one jednorodne – mogą różnić się między innymi długością oraz sposobem połączenia poszczególnych elementów.

Z tego powodu ustalenie, które dokładnie struktury są rozpoznawane przez układ odpornościowy i mogą wywoływać odpowiedź immunologiczną o charakterze ochronnym, jest trudne.

Naukowcy zdecydowali się więc na chemiczną syntezę struktur cukrowych w warunkach laboratoryjnych. Pozwoliło to badać pojedyncze cząsteczki o dokładnie określonym składzie i budowie.

W ten sposób zidentyfikowano szczególnie obiecującą strukturę zbudowaną z czterech połączonych ze sobą jednostek cukrowych, odpowiadającą cukrom występującym na powierzchni komórek grzyba. Był to tetrasacharyd β-mannanu rozpoznawany przez przeciwciała.

Od cząsteczki cukru do kandydata na szczepionkę

Aby układ immunologiczny skutecznie rozpoznawał określoną strukturę cukrową, naukowcy połączyli syntetyczny cukier z białkiem nośnikowym. Takie połączenie cukru i białka określa się mianem glikokoniugatu. Jego zastosowanie ma umożliwiać wywołanie ukierunkowanej odpowiedzi immunologicznej przeciwko wybranej strukturze cukrowej.

W modelu zakażenia u myszy immunizacja glikokoniugatem wywołała swoistą odpowiedź immunologiczną. Zwierzęta wytwarzały przeciwciała rozpoznające syntetyczną strukturę cukrową.

Co szczególnie istotne, po zakażeniu Candida auris u immunizowanych zwierząt stwierdzono zmniejszone obciążenie grzybem w nerkach oraz śledzionie.

Peter H. Seeberger zwraca uwagę, że wyniki wskazują, iż pojedyncza i dokładnie zdefiniowana chemicznie struktura cukrowa może wystarczyć do wywołania ukierunkowanej odpowiedzi immunologicznej przeciwko C. auris oraz ograniczenia infekcji w modelu zwierzęcym. Zdaniem badacza stanowi to ważny przedkliniczny dowód skuteczności koncepcji szczepionki.

Ta sama struktura pozwoliła uzyskać przeciwciała ochronne

Możliwości zastosowania zidentyfikowanego epitopu nie ograniczały się jednak do czynnego pobudzania odporności. Zespół opracował również przeciwciało swoiście rozpoznające tę strukturę cukrową.

Także w tym przypadku uzyskano działanie ochronne w modelu zwierzęcym. U myszy poddanych immunizacji biernej obserwowano zmniejszone obciążenie grzybem w śledzionie.

W praktyce oznacza to dwa odmienne sposoby wykorzystania tego samego celu molekularnego. Pierwszym jest aktywna immunizacja za pomocą glikokoniugatu, której zadaniem jest pobudzenie organizmu do wytworzenia własnej swoistej odpowiedzi immunologicznej. Drugim podejściem jest immunizacja bierna poprzez podanie przeciwciał zdolnych do rozpoznawania wybranego epitopu grzyba.

Na obecnym etapie oba rozwiązania pozostają jednak podejściami eksperymentalnymi i zostały ocenione w modelach przedklinicznych.

Syntetyczny cukier może pomóc również w diagnostyce

Zidentyfikowana struktura cukrowa okazała się przydatna również w trzecim obszarze – wykrywaniu Candida auris.

Przeciwciała rozpoznające epitop mogą być wykorzystane do identyfikacji struktur znajdujących się na powierzchni komórek grzyba. Na tej podstawie badacze przygotowali prototyp szybkiego testu, którego zasada działania jest zbliżona do testów przepływowych stosowanych między innymi w testach ciążowych oraz szybkich testach antygenowych.

Test rozpoznaje struktury obecne na powierzchni C. auris i w przyszłości mógłby umożliwić szybszą identyfikację tego patogenu.

Jak podkreśla Peter H. Seeberger, szczególnie interesująca jest możliwość wykorzystania tej samej struktury cukrowej zarówno w szczepionce, jak i w przeciwciałach oraz teście diagnostycznym. Wyniki mają wskazywać na szerszy potencjał chemicznie zdefiniowanych glikanów w medycynie zakażeń.

Wyniki są obiecujące, ale badania pozostają na etapie przedklinicznym

Zastosowanie pojedynczej, chemicznie zdefiniowanej cząsteczki cukrowej pozwoliło więc naukowcom stworzyć kandydata na szczepionkę, zidentyfikować przeciwciała o działaniu ochronnym w modelu zwierzęcym oraz opracować prototyp szybkiego testu. Tym samym aktywna immunizacja, immunizacja bierna i diagnostyka zostały oparte na tej samej, precyzyjnie zdefiniowanej strukturze molekularnej.

Nowe wyniki są rozwinięciem wcześniejszych prac zespołu, podczas których syntetyzowano struktury cukrowe Candida i badano sposób ich rozpoznawania przez układ immunologiczny. Obecne doświadczenia poszerzyły tę koncepcję o ocenę potencjału ochronnego oraz diagnostycznego wybranego epitopu.

Autorzy podkreślają zatem, że wszystkie opracowane rozwiązania znajdują się nadal na etapie rozwoju przedklinicznego. Kandydat na szczepionkę oraz przeciwciała zostały dotychczas przebadane w modelach zwierzęcych, natomiast szybki test jest prototypem. Przed ewentualnym zastosowaniem u ludzi konieczne będą dalsze badania.

Źródło: Angewandte Chemie International Edition, „A Synthetic β-Mannan Epitope Enables Immunization and Detection of Candida auris”.
DOI: https://doi.org/10.1002/anie.9466991