P. aeruginosa ist ein bedeutender Erreger von nosokomialen Infektionen, häufig multiresistent und besonders gefährlich für Patienten unter mechanischer Beatmung. Es verursacht zudem häufig persistierende Lungeninfektionen bei Patienten mit Mukoviszidose.
Aufgrund seiner Schlüsselrolle während der Infektion stellt das Typ-3-Sekretionssystem (T3SS), ein Virulenzfaktor von P. aeruginosa, ein wichtiges therapeutisches Ziel dar. Die Hemmung dieses Faktors reduziert die Virulenz von P. aeruginosa in in vitro- und in vivo-Modellen.
Nach der Oligomerisierung von PcrV zu einem Pentamer an der Spitze des Injektisoms bildet sich eine Pore in der Membran der Wirtszelle, die die Injektion von Toxinen ermöglicht und letztlich zum Zelltod führt. Ein einzelnes mAk MEDI3902-Molekül bindet an das PcrV-Pentamer und hemmt die Injektion der Toxine stark, obwohl es die Porenbildung nicht wirksam blockiert.
Im Gegensatz dazu kann der mAk P3D6 nur an PcrV-Monomere binden, und sein Wirkmechanismus scheint die Hemmung der Assemblierung des PcrV-Pentamers zu beinhalten. Schließlich können bis zu fünf Moleküle des mAk 30-B8 gleichzeitig an das assemblierte PcrV-Pentamer binden und so sowohl die Porenbildung als auch die Toxininjektion sehr wirksam blockieren.
Dieser letzte Wirkmechanismus erweist sich als der effektivste.
© CEA-Irig/IBS/ – Abbildung erstellt mit Biorender (https://BioRender.com)
Ziel des Projekts war es, humane mAk zu isolieren, die die Pathogenität von P. aeruginosa verringern können, indem sie auf das T3SS abzielen. Dazu gelang es den Forschern, auf Basis der Sortierung spezifischer B-Lymphozyten von Patienten mit Mukoviszidose, mAk zu isolieren, die auf T3SS-Proteine von P. aeruginosa abzielen. Auf diese Weise identifizierten sie zwei Antikörper, die an das PcrV-Protein an der Spitze des Injektisoms binden und die Toxininjektion durch das T3SS blockieren, wodurch die Virulenz von P. aeruginosa verringert wird.
Durch die Kombination von zellulärer Mikrobiologie, Genetik, Immunologie und Strukturbiologie zeigte das Konsortium zudem, dass verschiedene anti-PcrV-mAk, die die T3SS-Aktivität hemmen – sowohl aus dieser Studie als auch aus früheren Arbeiten – je nach erkanntem Epitop über unterschiedliche Mechanismen wirken.
Diese Arbeiten ermöglichten die Identifizierung humaner mAk, die die T3SS-Aktivität blockieren können, sowie die Aufdeckung spezifischer Wirkweisen verschiedener T3SS-inhibierender Antikörper. Die vergleichende Analyse dieser Wirkweisen trägt zu einem besseren Verständnis der Unterschiede in der Wirksamkeit zwischen den mAk in Abhängigkeit von den erkannten Epitopen bei. Dabei wird deutlich, dass bestimmte Wirkmechanismen leistungsfähiger sind als andere, und es kann ermittelt werden, welche Epitope für die Isolierung neuer wirksamer Anti-T3SS-Antikörper bevorzugt werden sollten.
Darüber hinaus liefern diese Ergebnisse wichtige Erkenntnisse für das strukturelle Design potenzieller Anti-Pseudomonas-Impfstoffe auf Basis des PcrV-Proteins. Insgesamt eröffnen diese Arbeiten neue Perspektiven für die Entwicklung wirksamer alternativer Therapien vor dem Hintergrund der zunehmenden Antibiotikaresistenz.