Nenäsumutteesta ase tuleviin pandemioihin?

TEKSTI Emilia Leskelä, valmistunut Oulun ammattikorkeakoulusta bioanalyytikoksi (AMK), Simo Rasi, toimitusjohtaja, sairaalakemisti, BioOption, Paula Reponen, lehtori, bioanalytiikka, Oulun ammattikorkeakoulu, Sosiaali- ja terveysalan yksikkö & Jaana Holappa-Girginkaya, lehtori, bioanalytiikka, Oulun ammattikorkeakoulu, Sosiaali- ja terveysalan yksikkö

Oululainen bioalan yritys lähti kehittämään koronaa vastaan nenäsumuteaihiota Oulun ammattikorkeakoulun bioanalytiikan laboratoriossa. Tavoitteena oli rokote, joka olisi nykyisiä rokotteita helpompi käyttää.

Suomessa on tällä hetkellä käytössä lapsille suunnattu nenäsumutemuotoinen influenssarokote, mutta koronalle vastaava rokote on maassamme vasta kehittelyasteella. Maailmalla on käynnissä lukuisia tutkimuksia suun tai nenän kautta annosteltaviin koronarokotteisiin liittyen, ja Kiinassa on otettu ainakin yksi jo käyttöön asti.

Ideana on annostella rokote suoraan sinne, missä sitä tarvitaan ja missä mahdollinen tartuntakin tapahtuisi: suoraan hengitysteihin. Tavoitteena on pysäyttää viruksen eteneminen jo ennen sen pääsyä elimistöön.

Ei täysin uusi vieras

Koronaksi yleisesti kutsuttu SARS-CoV-2 koronaviruksen aiheuttama tauti COVID-19 (tulee sanoista corona, virus, disease) on puhututtanut maailmalla viimeisen kolmen vuoden aikana. Pääosin hengitysteitse tarttuva, moninaisia oireita aiheuttava tauti ei kuitenkaan ole ensimmäinen hengitystieinfektioita aiheuttava koronavirus. Sen edeltäjät SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) ja MERS (Middle East Respiratory Syndrome) ovat antaneet hyvät vertailukohdat tutkittaessa uutta koronavirustyyppiä.

Kruunu, jonka perään ei haikailla

Koronaviruksen perimästä on saatu tunnistettua geenit jopa 29 eri proteiinille, joiden tehtävistä osa on yhä pimennossa. Tunnetuin ja tämänhetkisen tutkimustiedon perusteella tärkein näistä on koronaviruksille nimensäkin antanut, viruksen pinnalle kruunumaisia rakenteita muodostava piikkiproteiini eli S-proteiini (spike protein).

Piikkiproteiinit ankkuroituvat hengitysteissä esiintyvään ACE2-reseptoriin. Reseptori lukkiutuu piikkiin kiinni, jonka jälkeen seriiniproteaasi (TMPRSS2) ja furiini auttavat piikkiproteiinia muokkautumaan. Furiini kuuluu proproteiinikonvertaaseihin, joka on ryhmä entsyymejä, jotka katalysoivat muun muassa reseptorien aktivaatiota soluissa. Tämän seurauksena virus pääsee solun sisään aloittamaan uusien virusten tuotannon ja leviämään elimistöön. Tutkimusten mukaan SARSCoV-2 kiinnittyy ACE2-reseptoriin merkittävästi edeltäjäänsä SARS:ia vahvemmin. Tämä voisi omalta osaltaan selittää sen, miksi juuri tämä uudempi virus sai aikaan vakavan pandemian.

ACE2-entsyymi on osa valtimopainetta säätelevää reniini-angiotensiinijärjestelmää (RAS), jossa se toimii vastavaikuttajana verisuonia supistavan tekijän valmistamisesta huolehtivalle ACE-entsyymille. Oletetaan, että ACE2-molekyylit kuluvat viruksen tunkeutuessa isäntäsoluun sen avulla, joka taas johtaa RAS:n epätasapainoon. Epäilläänkin, että tämä olisi osaltaan kytköksissä koronan vakavan tautimuodon oireiston syntyyn.

Koska ACE2-entsyymi on eräänlainen entsyymimaailman monitaituri, (sitä esiintyy peräti 72 eri solutyypissä) myös koronan oireisto on moninainen. Hengitysteiden moninaisten oireiden lisäksi tautiin voi liittyä myös maha-suolikanavan oireilua, kuten ripulia, joka ei ole lainkaan ihme, sillä ACE2-entsyymiä esiintyy runsaiten juuri suolen pintaepiteelisoluissa.

Vankkaa sitoutumista

Oululaisen bioalan yrityksen kanssa tehdyssä opinnäyteyhteistyössä lähdettiin valmistamaan immunogeenia, joka rakentuu biotinyloidusta peptidistä (koronaviruksen piikkiproteiinin osa) ja kantajaproteiinista. Kantajaproteiinina käytettiin streptavidiinia, joka on peräisin Streptomyces avidiini -bakteerista. Streptavidiini-biotiini-kompleksi on hyvin pysyvä laajalla pH- ja lämpötila-alueella.

Koska streptavidiini on ihmiselle vieras proteiini, se on hyvin immunogeeninen rakenne ihmisen elimistölle. Peptidi yksinään on rakenteena niin pieni, ettei se ehkä herättäisi tarpeeksi voimakasta immuunipuolustusvastetta. Projektissa käytetty peptidi on rakennettu niin, että se sisältää SARS-CoV-2:ssa esiintyvän neljän kodonin (12 nukleotidin) mutaation, joka voi auttaa piikkiproteiinin tiukkaa sitoutumista ACE2-reseptoreihin.

Lupaavia tuloksia

Menetelmää testattiin ja saatiin aikaan toivottu konstruktio, josta testattiin sellainen molekyylirakenne, joka olisi mahdollisimman immunogeeninen ja rokotteessa toimiva. Tulosten perusteella aikaansaatua rakennetta olisi mahdollista hyödyntää nopean rokotteen mallina. Jatkokehittelyn tiimoilta onkin jo käyty keskustelua ainakin yhden saksalaisen bioalan yrityksen kanssa koskien menetelmän testausta koe-eläimillä.

Artikkeli perustuu opinnäytetyöhön: Leskelä, E. 2022. Nenäsumutemuotoisen rokotteen kehittämisprosessi SARS-CoV-2: ta vastaan – menetelmäsuunnittelu ja testaaminen. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022120726770