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Os segredos medicinais do sabiá chileno foram revelados, revelando um futuro de vacinas mais potentes, acessíveis e procuradas de forma sustentável.
As espécies perenes, Quillaja saponaria é, há décadas, muito valorizada por produzir moléculas chamadas saponinas QS, que são usadas na indústria de alimentos e bebidas como agentes espumantes.
Mais recentemente, uma nova função importante surgiu com as saponinas obtidas da casca da árvore usadas como potentes adjuvantes na produção de vacinas. Os adjuvantes desempenham um papel crítico em algumas vacinas, trabalhando para aumentar a potência de uma vacina, aumentando a resposta imune do hospedeiro.
Moléculas extraídas da árvore da casca de sabão são usadas como adjuvantes em vacinas que protegem as pessoas contra COVID-19, herpes zoster e malária.
As saponinas QS são obtidas diretamente da árvore e, embora isso ocorra em uma escala muito menor do que a indústria de alimentos e bebidas, os fabricantes de vacinas estão trabalhando ativamente para reduzir o impacto ambiental e melhorar a sustentabilidade do fornecimento desses importantes recursos.
Pesquisadores do John Innes Center deram um grande passo para resolver esse problema, usando uma combinação de mineração de genoma e técnicas de bioengenharia para produzir adjuvantes de vacina à base de saponina em laboratório sem colher material diretamente das árvores.
O Dr. James Reed, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no John Innes Center, diz: “Estas são moléculas complexas que frustraram as tentativas de sintetizá-las em escala usando química no laboratório. Depois de muitas voltas e reviravoltas, agora descobrimos o conjunto central de genes responsáveis pela biossíntese de saponinas QS.”
Em pesquisas que aparecem em Ciênciao grupo Osbourn no John Innes Center sequenciou pela primeira vez o genoma de Quillaja saponaria. Em seguida, eles usaram poderosas ferramentas computacionais de mineração de genes para prever quais entre os cerca de 30.000 genes que compõem seu genoma eram responsáveis pela biossíntese de saponinas.
Isso levou à identificação de uma via biossintética de 16 genes que juntos produzem as enzimas que são os blocos de construção da natureza para a produção de saponina. Juntos, esses genes e enzimas recém-descobertos atuam como um manual de instruções para a futura bioengenharia adjuvante, diz a equipe.
A identificação de mais três enzimas resultou em uma via biossintética completa para a saponina QS-7, uma saponina que está incluída em um adjuvante de vacina com eficácia clínica comprovada, mas que é notoriamente difícil de purificar da árvore da casca de sabão.
O caminho para essas moléculas foi reconstruído em uma planta chamada Nicotiana benthamiana, usando uma técnica rápida e poderosa chamada expressão combinatória transitória.
Este parente selvagem anão do tabaco é bem conhecido como um hospedeiro adequado para a bioprodução de proteínas terapêuticas e produtos farmacêuticos.
A equipe já está usando este manual de instruções para tentar produzir outras saponinas valiosas, incluindo QS-21, um potente adjuvante e componente chave em vacinas humanas.
Os níveis de saponinas produzidos neste estudo equivalem a quantidades normalmente obtidas das folhas da árvore do sabugueiro, em vez de sua casca.
A equipe fez parceria com a Plant Bioscience Limited (PBL, Norwich UK), que lidera a comercialização da pesquisa e agora procura trabalhar com parceiros comerciais e acadêmicos para aumentar ainda mais essas quantidades.
A professora Anne Osbourn, líder do estudo e líder do grupo no John Innes Center, disse: “A pandemia do COVID-19 demonstrou a enorme demanda por vacinas que salvam vidas. Ao reunir a sequência do genoma de Quillaja saponaria agora temos o manual de instruções que nos permitiu decodificar como a árvore produz essas potentes moléculas medicinais. Isso abre a possibilidade de produzir adjuvantes de vacinas à base de saponina conhecidos e novos na natureza, otimizados para atividade imunoestimulante e adequados para aplicações humanas em nosso sistema de expressão rápida de plantas”.
A elucidação da via de biossíntese de adjuvantes de saponina da árvore da casca do sabão aparece em Ciência.
Adjuvantes de vacinas – uma breve linha do tempo
Descritos como auxiliares ocultos, os adjuvantes de vacinas são substâncias imunoestimulantes que são adicionadas a algumas vacinas para aumentar a resposta imune, induzindo fortes respostas de anticorpos e células T.
Até recentemente, os únicos adjuvantes em uso clínico eram sais de alumínio insolúveis ou emulsões de óleo em água contendo esqualeno, um composto orgânico obtido do fígado de tubarão.
Como surfactantes naturais, as saponinas são usadas na medicina veterinária há um século. Mas esses adjuvantes não são adequados para uso humano devido à baixa tolerabilidade. Uma vacina contendo um adjuvante à base de saponina foi aprovada para uso em humanos.
QS-7 e QS-21 estão incluídos em uma mistura complexa de saponinas formuladas como adjuvante Matrix-M na vacina Novavax COVID 19. A aprovação desta vacina em países de todo o mundo está aumentando o interesse por adjuvantes à base de saponina e métodos alternativos de produção.
O conhecimento da via biossintética permitirá aos pesquisadores desenvolver adjuvantes personalizados à base de saponina com um espectro diversificado de propriedades imunoestimulantes.
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