The live attenuated DGAT1-knockout whole-cell Toxoplasma vaccine confers protective immunity against acute and chronic toxoplasmosis
Die Studie zeigt, dass ein attenuiertes Lebendimpfstoff-Toxoplasma-gondii-Stamm, dem das Enzym DGAT1 fehlt, sicher ist, eine robuste gemischte Th1/Th2-Immunität induziert und einen vollständigen, lang anhaltenden Schutz gegen sowohl akute Typ-I- als als auch chronische Typ-II-Toxoplasmose bei Mäusen verleiht.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Toxoplasma gondii ist ein mikroskopisch kleiner Parasit, der im Inneren der Zellen von warmblütigen Tieren lebt, einschließlich des Menschen. Er gehört zu den häufigsten Infektionen der Erde, wobei etwa jeder dritte Mensch ihn stillschweigend in seinem Körper trägt. Während der Parasit bei gesunden Menschen normalerweise keine Symptome verursacht, kann er für Menschen mit geschwächtem Immunsystem oder für einen Fötus, wenn eine schwangere Frau infiziert wird, verheerend sein. Der Parasit überlebt, indem er Nährstoffe von seinem Wirt stiehlt, insbesondere Fettsäuren, die er in winzigen, ölgefüllten Taschen, sogenannten Lipidtröpfchen, speichert. Diese Tröpfchen fungieren als Vorratskammer, die es dem Parasiten ermöglicht, Energie zu horten und sich vor den toxischen Auswirkungen zu schützen, die entstehen, wenn zu viel Fett in seinen Zellen herumschwimmt. Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass das Blockieren der Fähigkeit des Parasiten, diese Speicher Taschen zu bilden, seinen Fortschritt verlangsamt, aber die Entwicklung eines sicheren Impfstoffs blieb eine schwierige Herausforderung, da der Parasit so geschickt darin ist, sich zu verstecken und zu verändern.
Ein Team von Forschern der Johns Hopkins University und der US-amerikanischen Food and Drug Administration hat nun einen neuen Ansatz entwickelt, indem sie den Parasiten genetisch verändern, um ihm die Fähigkeit zur Fettspeicherung zu entziehen. Sie konzentrierten sich auf ein spezifisches Enzym, eine Proteinmaschine im Inneren des Parasiten namens DGAT1, die für das Verpacken von Fettsäuren in jene schützenden Lipidtröpfchen verantwortlich ist. Mit präzisen Gen-Editierungswerkzeugen entfernten die Wissenschaftler das Gen, das dieses Enzym produziert, aus einem hochgefährlichen Stamm des Parasiten. Ohne dieses Enzym kann der Parasit sein überschüssiges Fett nicht speichern. Stattdessen häuft sich das Fett in der Zelle an, wird toxisch und führt dazu, dass der Parasit sehr langsam wächst, seine Form verliert und schließlich stirbt. Die Forscher fanden heraus, dass diese abgeschwächte Version des Parasiten, die sie im Labor erschaffen hatten, für Mäuse völlig harmlos ist, selbst für solche mit einem sehr schwachen Immunsystem. Er macht sie nicht krank und tötet sie nicht, selbst wenn große Mengen der veränderten Parasiten in ihre Körper injiziert werden.
Das Team testete dann, ob dieser harmlose, fettarme Parasit das Immunsystem dazu lehren konnte, gegen die echte, gefährliche Version zu kämpften. Sie injizierten den Mäusen den abgeschwächten Stamm und warteten ab, was passierte. Die Mäuse wurden nicht krank, aber ihre Immunsysteme erwachten und lerten, den Parasiten zu erkennen. Über die nächsten sechs Monate hinweg produzierten die geimpften Mäuse hohe Mengen an schützenden Antikörpern und entwickelten ein starkes Heer von Gedächtniszellen, die den langfristigen Wächtern des Immunsystems entsprechen. Als die Forscher die geimpften Mäuse später mit einer tödlichen Dosis des wilden, gefährlichen Parasiten konfrontierten, blieben die geimpften Tiere gesund. Sie nahmen nicht ab, sie wurden nicht krank und sie überlebten. Im Gegensatz dazu wurden die Mäuse, die keinen Impfstoff erhalten hatten, kritisch krank und starben innerhalb weniger Tage. Der Schutz war so stark, dass er gegen zwei verschiedene Arten des Parasiten wirkte: den schnell wachsenden Typ, der akute Erkrankungen verursacht, und den langsam wachsenden Typ, der Zysten im Gehirn und in den Muskeln bildet, was die Form ist, die chronische, lebenslange Infektionen verursacht.
Um genau zu verstehen, wie dieser Schutz funktionierte, entfernten die Wissenschaftler spezifische Teile des Immunsystems der geimpften Mäuse, um zu sehen, welche entscheidend waren. Sie fanden heraus, dass der Schutz stark von einem spezifischen Signalmolekül namens Interferon-gamma abhängt, das als allgemeiner Alarm für das Immunsystem fungiert. Sie entdeckten auch, dass eine bestimmte Art von weißer Blutkörperchen, die CD8-T-Zelle, entscheidend für die Kontrolle der Infektion war. Überraschenderweise waren die Mäuse zwar nicht auf ihre CD4-T-Zellen angewiesen, um den ersten Angriff zu überleben, was darauf hindeutet, dass der Impfstoff eine sehr direkte und effiziente Verteidigung auslöst. Die Studie zeigte jedoch auch, dass B-Zellen, die für die Produktion von Antikörpern verantwortlich sind, notwendig waren, damit der Impfstoff vollständig wirkte. Mäuse ohne B-Zellen konnten zwar etwas länger als ungeimpfte Mäuse überleben, aber sie konnten die Infektion nicht vollständig stoppen. Dies deutet darauf hin, dass der Impfstoff am besten wirkt, wenn er sowohl ein zelluläres Heer als auch eine Versorgung mit Antikörpern generieren kann.
Die Forscher beobachteten auch, dass die Menge des abgeschwächten Parasiten, die für die Impfung verwendet wurde, die Art der Immunreaktion beeinflusste, die die Mäuse entwickelten. Eine kleinere Dosis neigte dazu, eine Reaktion auszulösen, die auf die zelluläre Verteidigung fokussiert war, während eine größere Dosis eine Mischung aus zellulärer und antikörperbasierter Verteidigung erzeugte. Unabhängig von der Dosis hielt der Schutz mindestens sechs Monate an, und das Immunsystem blieb bereit, gegen den Parasiten zu kämpfen, auch nach dieser Zeit. Die Studie bestätigt, dass der abgeschwächte Parasit nicht zu einer gefährlichen Form zurückkehrt, was ein großes Sicherheitsbedenken bei bisherigen Lebendimpfstoffen darstellt. Da der Parasit kein Fett speichern kann, ist er grundlegend defekt und kann nicht lange genug überleben, um Krankheiten zu verursachen oder die Zysten zu bilden, die zu chronischen Infektionen führen. Dies macht ihn zu einem vielversprechenden Kandidaten für einen Impfstoff, der sowohl Menschen als auch Nutztiere vor Toxoplasmose schützen könnte, was potenziell die Ausbreitung der Krankheit an der Quelle stoppt und die schweren Komplikationen verhindert, die durch eine Infektion während der Schwangerschaft oder bei immungeschwächten Personen entstehen.
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