Voie de biosynthèse de l’arbre à savon pour les saponines adjuvantes du vaccin


Des chercheurs ont révélé la voie de synthèse que l’arbre à savon chilien, Quillaja Saponaire, suit pour fabriquer des saponines. Ils l’ont fait en installant des gènes pour les enzymes de la voie chez un parent du tabac, Nicotiana benthamiana, pour générer des composés d’écorce de savon dans les feuilles. L’effort a été entrepris parce que certaines saponines – glycosides triterpéniques – sont essentielles à certains des nouveaux adjuvants stimulant le système immunitaire dans les vaccins.

La saponine QS-21 se trouve dans ASO1, l’adjuvant des vaccins contre le zona et le paludisme de GSK. Un mélange de saponines QS fait également partie de l’adjuvant Matrix-M, un ingrédient d’un vaccin contre la grippe, le vaccin Covid-19 de Novavax et un vaccin candidat contre le paludisme de l’Université d’Oxford.

La complexité des saponines signifie que la meilleure source est souvent l’écorce d’arbre sauvage. Mais une équipe dirigée par Anne Osbourn, du John Innes Center de Norwich, au Royaume-Uni, a découvert les 16 enzymes nécessaires pour passer d’un composé précurseur linéaire à la β-amyrine, à l’acide oléanolique et à une saponine hepta-saccharide intermédiaire complexe. .

«La molécule QS-21, fabriquée dans l’écorce de savon, nous a intrigués car sa structure est si complexe», déclare Osbourn. Son groupe a commencé par séquencer le génome de l’arbre, puis a généré des données de séquence d’ARN pour révéler quels gènes étaient les plus actifs dans différents tissus pour reconstituer la biosynthèse de la saponine.

Surtout, le laboratoire d’Osbourn a utilisé Agrobactérie pour introduire des gènes dans des feuilles de tabac pour une expression transitoire, leur permettant de déduire quelles molécules l’enzyme putative a produites. ‘Nous avons eu jusqu’à 20 gènes tous introduits séparément Agrobactérie souches dans la plante », explique Osbourn.

Les gènes végétaux codant pour des enzymes pour la même voie biochimique sont souvent regroupés dans le génome et leur ont permis d’identifier les enzymes de voie suspectes à l’aide d’un algorithme appelé plantiSMASH. L’analyse par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse des extraits de feuilles a identifié des métabolites. Et ils ont utilisé la RMN pour la vérification.

Seize étapes enzymatiques ont conduit à une molécule précurseur de QS-7, QS-21 et d’autres saponines. Certaines étapes finales se sont avérées difficiles, impliquant certains sucres rares, avec du D-fucose ajouté à la position C-28 en tant que sucre précurseur de l’échafaudage triterpène à 30 carbones. Trois changements supplémentaires à la chaîne de sucre C-28 ont créé QS-7.

L’une des raisons pour lesquelles le QS-21 est utilisé dans les adjuvants est qu’il s’agit de la saponine la plus abondante dans l’arbre à savon. Le QS-7 semble prometteur en tant qu’adjuvant et a une toxicité moindre envers les cellules animales, notent les scientifiques de l’étude. Il a été retenu de l’utilisation dans les vaccins par sa faible abondance dans Q. savon extraits d’écorce, ajoutent-ils.

«L’une des choses sur lesquelles nous travaillons actuellement est la manière d’augmenter les rendements de QS-7 dans le plant de tabac», déclare Osbourn, dont le laboratoire travaille également à révéler la voie de biosynthèse vers QS-21.

Schème

«Nous pouvons cartographier les voies d’accès aux molécules que fabrique l’arbre, nous efforcer de les récapituler et également créer potentiellement des molécules adjuvantes nouvelles dans la nature en les mélangeant et en les assortissant», ajoute-t-elle. Son groupe est un leader mondial dans la découverte de la façon dont les plantes fabriquent des composés terpéniques et travaille avec un partenaire commercial sur les adjuvants de saponine.

Ian Graham, biochimiste végétal à l’Université de York, au Royaume-Uni, affirme que l’article fait un excellent travail de démonstration des technologies de pointe en génomique végétale. «La découverte et la caractérisation fonctionnelle des 16 enzymes est un exploit remarquable», déclare-t-il. Leurs avancées pourraient désormais être utilisées pour générer des saponines pour les adjuvants de vaccins à l’aide d’un système à base de fermenteur, ajoute Graham. « Ils disposent désormais des outils nécessaires pour générer toute une série de saponines différentes qui peuvent être évaluées dans des tests in vitro et en laboratoire, puis dans des essais cliniques. »

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