Effectief vaccin tegen koeienparasiet dankzij aanpassing suikerstructuren in plant
Het nabootsen van suikerstructuren in planten speelt een cruciale rol bij de ontwikkeling van effectieve vaccins tegen de maagworm Ostertagia ostertagi. Dit heeft Ruud Wilbers van Wageningen University & Research (WUR) samen met onderzoekers van de Universiteit Gent en het Leids Universitair Medisch Centrum aangetoond met een proof-of-concept studie.
Uit de studie blijkt dat een in een plant geproduceerd vaccin koeien ook daadwerkelijk bescherming biedt tegen de parasiet. De inzichten zijn gepubliceerd in een artikel in Scientific Reports en vormen een springplank naar de snellere en duurzamere ontwikkeling van vaccins tegen parasieten.
Maagworminfectie is een veel voorkomende aandoening bij koeien. Een infectie kan leiden tot een lagere melk- en vleesproductie en bij een hoge wormlast zelfs tot ziekte. Daarom worden geïnfecteerde koeien behandeld met ontwormingsmiddelen. Maar dit levert volgens onderzoeker Ruud Wilbers weer nieuwe problemen op. “Door overmatig gebruik van deze middelen, zoals te vaak en in een onjuiste dosis, ontwikkelt de parasiet resistentie. Zeker in de westerse wereld, met veel intensieve veeteelt, is resistentie een steeds groter probleem.”
Ontwormen is geen duurzame oplossing
Bovendien, zo vervolgt Wilbers, biedt ontwormen geen duurzame oplossing. “Het zorgt er alleen maar voor dat de parasiet uit het dier wordt verwijderd. Maar het jaar erop kan de infectie weer terugkomen als de koe een eitje binnenkrijgt via het eten van gras. Doordat besmette koeien met elke ontlasting eitjes verspreiden, blijven weides langdurig besmet. Zo blijft de parasiet lang levensvatbaar. Ander probleem van ontwormingsmiddelen is dat we niet weten wat ze precies doen. Het kan zijn dat ze ook in vlees en melk belanden en dat ze zich verspreiden naar de omgeving en bodem.”
Huidige vaccinproductie is onwenselijk
Veel effectiever en duurzamer is het om koeien te vaccineren tegen de parasiet. Momenteel zijn er volgens Wilbers 3 vaccins op de markt tegen parasitaire wormen. “Het probleem is alleen dat je voor de productie van deze vaccins afhankelijk bent van het infecteren van dieren. Hierbij worden antigenen uit levende parasieten geïsoleerd. Deze methode is onwenselijk. Ten eerste omdat je dan gezonde dieren moet gaan infecteren. Daarnaast is het onhoudbaar wanneer je op grote schaal vaccins wilt ontwikkelen. Je hebt dan namelijk ontzettend veel geïnfecteerde koeien nodig om aan voldoende vaccin te komen.”
Productie via andere organismen lukt niet
Een alternatieve productiemethode is via een recombinant expressiesysteem. Hierbij wordt de genetische code uit het DNA voor een antigen van de parasiet in een ander organisme geplaatst, zoals een gist of bacterie. Wilbers: “Die produceert dan het antigen waarmee je de vaccins kunt ontwikkelen. Het probleem van deze methode is alleen dat deze niet werkt voor maagwormen. Onderzoekers van Universiteit Gent zijn 10 jaar lang bezig geweest om het juiste antigen te identificeren. Maar ze kwamen erachter dat deze niet meer werkt als je ‘m in een gist maakt. Dat komt omdat andere organismen de natuurlijke suikerstructuren (glycanen) van de parasiet niet kunnen reconstrueren.”
Samenwerking met Universiteit van Gent
Op een congres in Griekenland kwam Wilbers in contact met de Gentse onderzoekers en het probleem waar ze tegenaan liepen. “Zelf was ik daar voor een presentatie over het maken van wormeiwitten in ons plantenexpressiesysteem. We hebben de handen ineen geslagen en zijn gaan onderzoeken hoe we het eiwit van de parasiet in planten kunnen namaken. In eerste instantie hebben we samen met het LUMC gekeken hoe de suikercompositie van de parasiet eruit ziet en hoe vergelijkbaar die is met die van planten. Bij maagwormen zijn de glycanen niet heel complex vergeleken met andere wormparasieten. We hebben achterhaald welke suikerresiduen erop zitten en welke enzymen nodig zijn om die überhaupt te maken.”
Aanpassing suikerstructuur in plant
Het grote voordeel van een plant ten opzichte van andere expressiesystemen is dat een plant maar weinig enzymen heeft om suikers te manipuleren, zegt Wilbers. “Hierdoor is het eenvoudig bestaande suikerstructuren te verwijderen en te beginnen vanuit een ‘naakte’ structuur. Van hieruit bouw je als het ware een nieuwe structuur op door suikerblokjes erop te zetten met gekozen enzymen. Een soort lego voor gevorderden. Planten tolereren deze aanpassing ook. De enzymen voor de nieuwe structuur brengen we dan samen met het antigen tot expressie in de plant.”
Proof-of-concept-studie toont effectiviteit vaccins
Met een proof-of-concept-studie hebben de onderzoekers aangetoond dat de suikercompositie inderdaad cruciaal blijkt voor de effectiviteit van het vaccin. “Deze bevinding staat centraal in het artikel in Scientific Reports. Eerder onderzoek hintte hier al op, maar bewijs ontbrak nog. De ontdekking vormt een springplank voor vaccins voor andere parasieten bij vee, zoals de leverbot, maar ook humane parasieten. In verschillende projecten gaan we de potentie nu verder onderzoeken. De verwachting is dat het nabootsen van suikerstructuren in planten de ontwikkeling van vaccins tegen wormparasieten zal versnellen.”
Suikers loskoppelen van het eiwit
In de toekomst hoopt Wilbers de suikers helemaal los te kunnen koppelen van het eiwit. “Bij sommige parasieten zie je dat de afweerreactie die bescherming biedt vaak gericht is op suikers. Als je suikerelementen kunt loskoppelen van het eiwit zou dat de productie van een vaccin nog eenvoudiger kunnen maken. Want dan hoef je bij de parasiet alleen nog maar te kijken naar de suikercompositie. Als we het voor elkaar krijgen om met suikerstructuren te vaccineren, kunnen we nog sneller vaccins ontwikkelen. Je hoeft dan namelijk niet meer individuele antigenen te identificeren.”
De link naar het wetenschappelijke artikel (in het Engels) hierover vind je hier.
