Pflanzliche Präzision gegen AIDS

Forscher gewinnen verbesserte HIV-Antikörper aus gentechnisch veränderten Pflanzen

12.10.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Die Tabakart Nicotiana benthamiana konnte erfolgreich zur Produktion von HIV-Antikörpern eingesetzt werden. (Bildquelle: © CC BY-SA 3.0)
Die Tabakart Nicotiana benthamiana konnte erfolgreich zur Produktion von HIV-Antikörpern eingesetzt werden. (Bildquelle: © CC BY-SA 3.0)

Tabakpflanzen können Antikörper gegen das Humane Immundefizienz-Virus (Englisch human immunodeficiency virus), abgekürzt HIV, präziser produzieren als die bisher genutzten tierischen Zellen.

Im Jahr 2012 waren über 35 Millionen Menschen weltweit mit dem HI-Virus infiziert, knapp 2 Millionen starben an der von HIV ausgelösten Krankheit AIDS. Trotz intensiver Forschung gibt es bis heute keine zuverlässige Therapie, die zur Auslöschung des Virus im menschlichen Körper führt. Allerdings gibt es auch Grund zur Hoffnung: Die vor ein paar Jahren entdeckten „Breit-neutralisierenden Anti-HIV-Antikörper“ (broadly neutralizing anti-HIV-antibodies oder bNAbs) sind Proteine aus der Gruppe der Immunoglobuline und könnten zukünftig eine große Rolle im Kampf gegen AIDS spielen. In einer neuen Studie haben Forscher jetzt eine verbesserte Produktion des HIV-Antikörpers PG9 in Pflanzen beschrieben.

Der wunde Punkt bei HI-Viren

Seit etwa 30 Jahren wird intensiv an Medikamenten gegen AIDS geforscht. Allerdings verändern sich HI-Viren rasend schnell, so dass neue Medikamente oftmals nur geringe Wirkung zeigen. Vor ein paar Jahren entdeckten Forscher natürliche Feinde des HIV: Die Breit-neutralisierende Anti-HIV-Antikörper oder bNAbs, die sich in seltenen Fällen spontan und in nur geringer Menge bei infizierten Menschen bilden können. Ihr Trick: Sie docken nicht an die stark veränderliche Viren-DNA an, sondern an einen relativ gleichbleibenden Bereich eines Proteins in der Hülle des Virus. Dieser Bereich wird dem HI-Virus zum Verhängnis, denn die Antikörper können ihn an dieser Stelle „packen“. Einmal geschnappt, löst der am Virus angekoppelte Antikörper eine spezifische Immunantwort des Körpers aus. Ein besonderes Augenmerk richteten die Forscher dabei auf den Antikörper PG9, der sehr effektiv an HI-Viren binden kann.

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Im Jahr 2012 waren über 35 Millionen Menschen weltweit mit dem HI-Virus infiziert, knapp 2 Millionen starben an der von HIV ausgelösten Krankheit AIDS.

Im Jahr 2012 waren über 35 Millionen Menschen weltweit mit dem HI-Virus infiziert, knapp 2 Millionen starben an der von HIV ausgelösten Krankheit AIDS.

Bildquelle: © jarun011 - Fotolia.com

Ein menschlicher Antikörper in Pflanzen

Damit das klappt, muss der Antikörper allerdings das passende „Rüstzeug“ mitbringen. Sulfatgruppen an der richtigen Stelle sowie das passgenaue Platzieren von Zuckerketten sind für den Erfolg extrem wichtig. Bei in tierischen Zellen produzierten PG9-Antikörpern war das bisher nicht der Fall, so dass die Antikörper in ihrer Wirksamkeit nicht so erfolgreich waren, wie es theoretisch möglich wäre.

Um die reproduzierten Antikörper zu verbessern, versuchten die Forscher, diese Antikörper in gentechnisch veränderten Pflanzen zu erzeugen. Pflanzen eignen sich besonders, da die erwünschten Anpassungen am „Produkt“ über gentechnische Methoden leichter erreicht werden können. Dazu kommen eine schnellere Produktion sowie die Möglichkeit, auch größere Mengen des gewünschten Stoffes relativ einfach und damit kostengünstig herzustellen. Die hier verwendete Pflanze Nicotiana benthamiana, eine Tabakart, wird bereits für die Produktion eines Medikamentes zur Behandlung von Ebola-Patienten eingesetzt. Die Methode wird auch als pflanzenbasiertes Pharming bezeichnet. Die dafür genutzten Pflanzen wachsen nicht auf Feldern, sondern unter streng kontrollierten Bedingungen in Gewächshäusern.

Maßgeschneiderte Veränderungen

Sehr wichtig für die optimale Funktion des Antikörpers sind sogenannte posttranslationale Modifikationen. Das sind Veränderungen, die nach der Synthese des Proteins vorgenommen werden, wie zum Beispiel die Anlagerung von Sulfatgruppen (Sulfatierung) oder die Glykosylierung des Proteins. Für den Antikörper PG9 ist die exakte Anlagerung von Sulfatgruppen an die Aminosäure Tyrosin in seinem Proteingerüst essentiell, um an die Virenhülle anzudocken. Ebenso wichtig ist die Bindung von Zuckerketten an die Antikörperproteine (N-Glykosylierung). Bei PG9-Antikörpern aus tierischen Zellen kam es überwiegend zu einer für den Antikörper ungünstigen Form der Glykosylierung. In der Folge wurde die gewünschte Immunantwort nicht ausgelöst.

Ein wichtiger Schritt

Den Forschern gelang es nun, die Pflanzen gentechnisch so zu verändern, dass sie die notwendigen Modifikationen präziser ausführten als die tierischen Zellen. Dazu bauten sie Fragmente menschlicher Gene in die Pflanzen-DNA ein. In der Folge waren die so produzierten Antikörper wesentlich wirksamer. Die Forscher hoffen nun, dass mit diesen neu gewonnenen Erkenntnissen die Entwicklung eines Mittels gegen AIDS weiter vorangetrieben wird. Dass hier durchaus Hoffnung besteht, zeigte sich bereits mit dem Ebola-Wirkstoff ZMapp. Hier hatten die Forscher Tabakpflanzen gentechnisch so verändert, dass die Wirksamkeit des Ebola-Antikörpers deutlich erhöht wurde.

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