Fusionsprotein aus Flagellin und einem Allergen

Bakteriengeißeln zur Therapie von Lebensmittelallergien?

Bakterium Listeria monocytogenes Quelle: Elizabeth White, CDC
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Mit einem Fusionsprotein ist es Forschern des Paul-Ehrlich-Instituts in Langen gelungen, bei Mäusen die Entstehung einer Lebensmittelallergie gegen Hühnereiweiß zu verhindern. Das Fusionsprotein besteht aus dem Bakterienprotein Flagellin sowie dem Allergen des Hühnereiweiß. Auch erste Ansätze, das Fusionsprotein zur Behandlung einer bestehenden Allergie einzusetzen, verliefen erfolgversprechend.

Sie dienen der Fortbewegung frei schwimmender Bakterien – spiralförmige Proteinfäden auf der Oberfläche der Bakterien, die als Flagellen oder auch Geißeln bezeichnet werden. Ihr Hauptbestandteil ist das Protein Flagellin, von dem bekannt ist, dass es als Fremdprotein eine immunologische Reaktion hervorruft. Dr. Stefan Schülke und Kollegen aus der Abteilung Allergologie des Paul-Ehrlich-Instituts gingen der Frage nach, ob sich der Einfluss des Flagellins auf das Immunsystem für Therapie und/oder Prophylaxe von Allergien nutzen lässt. Sie wählten die Allergie gegen Hühnereiweiß – Ovalbumin – als Modell. Ein solches Modell hat hohe praktische Relevanz, denn bis heute gibt es keine etablierte Therapie gegen Lebensmittelallergien. Obwohl sie lebensbedrohlich sein können, ist die Vermeidung des Allergieauslösers bisher das „Mittel der Wahl“.

Flagellin A (flaA), mit dem die Forscher arbeiten, stammt von dem Bakterium Listeria monocytogenes. Die Immunreaktion wird ausgelöst, indem der Toll-like-Rezeptor 5 (TLR5), der u. a. auf Zellen des angeborenen Immunsystems vorkommt, das Flagellin erkennt und nachgeschaltet das Immunsystem aktiviert. „Unsere Hypothese war, dass sich Flagellin nutzen lässt, um Allergien zu behandeln wenn es sich in unmittelbarer räumlicher Nähe zu dem Allergen befindet“, erläutert Dr. Stephan Scheurer, Leiter des Fachgebiets „Rekombinante Allergentherapeutika“ des Paul-Ehrlich-Instituts. Um diese räumliche Nähe sicherzustellen, fusionierten die Forscher mit gentechnischen Verfahren das Flagellin A mit dem Hühnereiweiß Ovalbumin.
Zunächst untersuchten Schülke und Kollegen die Wirkung des Fusionsproteins in Zellkulturen dendritischer Zellen von Mäusen. Dendritische Zellen steuern, in welche Richtung sich T-Lymphozyten des Immunsystems entwickeln. Ob aus ihnen also Zellen werden, die allergische Reaktionen verursachen, oder Zellen, die für die normale schützende Immunantwort verantwortlich sind. Die Wissenschaftler wiesen nach, dass das Fusionsprotein u.a. die Freisetzung des Botenstoffs Interleukin-10 (IL10) induziert. IL10 ist ein körpereigenes Zytokin, das die Aufgabe hat, überschießende Immunantworten zu bremsen, indem es die T-Lymphozyten beeinflusst. Genau dieses Bremsen einer überschießenden Immunantwort ist das Ziel in der Behandlung von Allergien.
Im Rahmen einer Kooperation mit Forscher-Nachwuchsgruppen innerhalb des Paul-Ehrlich-Instituts prüften Schülke und Kollegen zunächst die Wirkung ihres Fusionsproteins in Maus-Zellkulturen. Sowohl in Zellen, die aus allergischen Mäusen isoliert wurden, als auch in gentechnisch veränderten Zellen, die spezifisch Hühnereiweiß erkennen, wurde durch die Gabe des Fusionsproteins aus Flagellin und Hühnereiweiß die Aktivierung der T-Lymphozyten und damit die allergische Reaktion gebremst.
Ob die Prophylaxe einer Allergie oder die therapeutische Behandlung einer bestehenden Allergie aber tatsächlich funktionieren, muss im lebenden Organismus geprüft werden. Um die vorbeugende Wirkung gegen die Eiweißallergie zu testen, injizierten die Wissenschaftler Mäusen zweimal das Fusionsprotein – quasi als Impfung. Anschließend wurden die Mäuse gegen Hühnereiweiß sensibilisiert. Die nicht vorbehandelten Tiere entwickelten erwartungsgemäß eine Allergie mit starkem Abfall der Körpertemperatur, Gewichtsverlust und Durchfall. Dagegen zeigten die vorbehandelten Tiere keine Symptome – sie waren durch die „Impfung“ geschützt. Wurden die Tiere jedoch statt mit dem Fusionsprotein mit Ovalbumin oder Flagellin allein oder nicht fusioniertem Flagellin plus Ovalbumin in einer Mixtur vorbehandelt, blieb der Schutzeffekt aus. „Damit konnten wir nachweisen, dass Flagellin die Immunantwort in die gewünschte Richtung verschiebt, dies aber nur möglich ist, wenn es direkt an das Allergen gekoppelt wird“, erläutert Schülke die Ergebnisse.
Auch erste Ansätze, das Fusionsprotein zur Behandlung einer bestehenden Allergie einzusetzen, verliefen erfolgversprechend. Die Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts arbeiten aktuell an weiteren Studien, um die Wirksamkeit zu verbessern und den zugrunde liegenden Mechanismus aufzuklären. Fusionsproteine aus Flagellin und Allergen sind nach Einschätzung der Forscher vielversprechende Kandidaten zur Behandlung von Patienten mit IgE-vermittelten Allergien.
„Die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes sind für unser Haus in doppelter Hinsicht spannend – zum einen können sich daraus neue Therapieoptionen in der Allergologie ergeben, zum anderen könnten Flagelline als Wirkverstärker von Impfstoffen für die Zulassung und damit für unsere Regulatoren wichtig werden. Die Verknüpfung von Grundlagenforschung und Regulation ist uns darum ein so großes Anliegen“, betont Prof. Stefan Vieths, Vizepräsident des Paul-Ehrlich-Instituts.
Paul-Ehrlich-Institut, Bundesinstitut für Impfstoffe und biomedizinische Arzneimittel
Weitere Informationen
Schülke S, Burggraf M, Waibler Z, Wangorsch A, Wolfheimer S, Kalinke U, Vieths S, Toda M, Scheurer S (2011): A fusion protein of flagellin and ovalbumin suppresses the TH2 response and prevents murine intestinal allergy. J Allergy Clin Immunol Aug 29 [Epub ahead of print].
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