2020年11月20日 星期五

用基改益生菌治療 C. difficle 感染

之前有介紹過,量產抗體有幾個選項,可以用動物細胞,可以用大腸桿菌,也可以用酵母,另外還有一種是雞蛋(IgY)。

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這篇研究用的是酵母菌,把基改後可以生產抗體的酵母菌吃下去,讓它在體內製造抗體來對抗 Clostridioides difficile (困難梭狀桿菌)感染。困難梭狀桿菌感染(Clostridioides difficile infection, CDI)通常發生在老年人,尤其是有在服用治療其他感染的抗生素的,抗生素會殺掉很多細菌,包括好的腸道菌,使它們無法對抗 C. difficile,雖然針對 C. difficile 的抗生素大多有效,但有時候會反覆感染,最後造成死亡。

 
Figure / Clostridioides difficile Infection (US CDC)

除了用抗生素治療,另一種就抗體治療,普通的做法是大量生產、純化抗體後,然後靜脈注射至血管內,經由血液進到腸胃道,中和困難梭狀桿菌產生的毒素。這篇研究的團隊,想說與其要經過層層運輸,不如基改益生菌,讓它可以生產抗體,吃下去後直接進入腸胃道,不是更方便?而且如果可以讓益生菌(probiotics)在體內生產抗體,還省掉了純化抗體需要的時間和金錢。

目前用來生產抗體的酵母菌以 Saccharomyces 和 Pichia 為主,Saccharomyces 是 baker's yeast,Pichia 則是 brewer's yeast,比較常用來大量生產蛋白。S. cerevisiae 可能大家比較常用,通常做 yeast 2-hybrid 就是用這株,這篇研究用的是 Saccharomyce boulardii。關於 S. boulardii 的研究不多,不過它和 S. cerevisiae 是同種,照理說基改後應該也可以生產抗體,中和困難梭狀桿菌的毒素 TcdA, TcdB。

這篇研究用來中和 TcdA, TcdB 的是小抗體 VHH,他們把四個可以中和 TcdA, TcdB 的 VHH 接在一起,之間用 GSSS linker 接在一起成為 ABAB,然後測試它們的中和效力,並且和 Merck 的抗體藥 actoxumab & bezlotoxumab 相比,老鼠實驗(腹腔注射)的結果顯示,效果比 Merck 的抗體藥好一千倍,接下來要解決的就是怎麼把 VHH 用非注射的方式送到腸胃道。研究團隊選擇用益生菌,在益生菌中選擇用 S. boulardii,原因有幾個:安全性已知道,也有治療 CDI 的基本效用,並可和抗生素一起使用。雖然沒有用 S. boulardii 表現抗體的研究,但同種的 S. cerevisiae 已被廣泛用來表現抗體。他們先試著在 S. cerevisiae 裡表現 ABAB,看用哪個 secretion signal 表現最好,然後在放到 S. boulardii,經過一些 optimization 之後,表現量可以增加四倍,然後測試 S. boulardii 生產的 ABAB 是否仍具有中和效用,細胞實驗的結果顯示是可以的,再來就是測試安全性了。

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他們讓接受抗生素的老鼠每天吃一劑的 S. boulardii (10^9 CFU),看看是否有副作用,結果顯示老鼠除了變胖之外,沒有明顯的副作用。除此之外,老鼠的糞便中還可測到持續表現 ABAB 的益生菌,重要的是從腸胃道取出的 gut fluid 仍保有抑制 TcdB-induced toxicity 的效用,沒有被餵食基改益生菌的老鼠糞便則沒有抑制 toxicity 的效用。

通常在治療細菌感染或是術前準備時,會給病患吃抗生素,但服用抗生素會增加 CDI 的感染風險,那表現 ABAB 的益生菌可以解決這個困擾嗎?在預防性治療實驗中,他們讓接受抗生素的老鼠先吃七天表現 ABAB 的基改益生菌,或是沒表現 ABAB 的益生菌,然後再讓他們感染 C. difficle,結果發現沒吃益生菌或是吃沒表現 ABAB 益生菌的老鼠出現CDI 感染症狀,糞便裡有 C. difficle 和其毒素,而吃表現 ABAB 益生菌的老鼠則症狀輕微或是無症狀,糞便裡的 C. difficle 也相對少。用在急性感染治療上的效果如何呢?老鼠在感染後八到十二個小時內出現症狀,有的在 48 小時內死亡,存活率大概五成,而被餵食表現 ABAB 基改益生菌的老鼠存活率有八成,而且復原力也較高。

在臨床上,病患在停止抗生素治療後,有時會出現反覆感染的狀況。在預防反覆感染的實驗中,老鼠在接受感染的一天後開始每天吃基改益生菌,連吃十三天。沒接受表現 ABAB 益生菌或沒表現 ABAB 益生菌的老鼠在停止 vancomycin 後出現再度感染的情況,像是腹瀉、體重減輕或死亡,而服用表現 ABAB 益生菌的老鼠再度感染的狀況顯著降低,只有輕微腹瀉,也沒有體重降低的狀況。

好好奇糞便裡的基改益生菌是否仍有抑制 toxicity 的效用。哦,對了,反基改人士會不會說他們寧願吃抗生素,也不要吃基改益生菌呢?XD



Articles:

US CDC: Nearly half a million Americans suffered from Clostridium difficile infections in a single year

Science / Antibody-producing yeast vanquishes deadly gut infection in mice (Oct 2020)


Paper:

K Chen et al, A probiotic yeast-based immunotherapy against Clostridioides difficile infection. Science Translational Medicine (2020)











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