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Self-assembling glycoprotein nanoparticle vaccines

Applicant Slack Emma
Number 180953
Funding scheme Bridge - Discovery
Research institution Institut für Mikrobiologie Departement Biologie ETH Zürich
Institution of higher education ETH Zurich - ETHZ
Main discipline Experimental Microbiology
Start/End 01.01.2019 - 31.12.2022
Approved amount 1'962'127.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Experimental Microbiology
Immunology, Immunopathology

Keywords (3)

virus-like-particle; vaccine; glycoengineering

Lay Summary (German)

Lead
Glycokonjugat-Impfstoffe sind hocheffektiv gegen bakterielle Schleimhautinfektionen, aber ihre Produktion ist schwierig und teuer. Unter Verwendung von Technologien der synthetischen Biologie und Virus-artigen Partikeln ist es uns möglich selbstorganisierende Glycokonjugat-Impfstoffe herzustellen, die sowohl technische als auch kostenspezifische Schwierigkeiten überwinden.
Lay summary

Infektionen mit antibiotikaresistenten Bakterien stellen eine existenzielle Bedrohung für die Menschheit dar. Ein Haupttreiber dieses Problems ist die fortwährende Massenanwendung von Antibiotika in der Nutztierhaltung, um bakterielle Infektionen in Schach zu halten. Präventive Impfungen von Nutztieren sind eine vielversprechende Massnahme, um die Nutzung von Antibiotika drastisch zu reduzieren. Der Entwicklung von effektiven Impfstoffen stehen jedoch zurzeit bedeutende technische und wirtschaftliche Barrieren im Weg.

Um diese Barrieren zu überwinden schlagen wir für dieses Projekt eine duale Strategie vor. Der erste Ansatz ist eine neuartige Methode aus der synthetischen Biologie, nämlich die Produktion von hoch immunogenen virus-artigen Glycokonjugat-Impfstoffen. Diese Technologie erweitert das Spektrum an möglichen Glycokonjugaten enorm. Ausserdem erlaubt sie, durch eine vereinfachte Aufreinigungsmethode, die Kosten der Glycokonjugatproduktion auf ein Tausendstel der bisherigen Kosten zu senken. Der zweite Ansatz ist eine modernisierte Pipeline, um die richtige Kombination aus schützenden Glycoepitopen und den Immunmechanismen, die diesen Schutz vermitteln, zu identifizieren. Dies ermöglicht die Entwicklung von zielgerichteten Impfstoffen. Die Kombination dieser zwei Ansätze ermöglicht uns die Produktion von kostengünstigen und hocheffektiven Impfstoffen gegen bakterielle Pathogene, die die Schleimhäute befallen, wie E. coli, Campylobacter und Actinobacillus Spezies.

Anfänglich konzentrieren wir uns auf Actinobacillus pleuropneumoniae, den Erreger von Lungenentzündung in Schweinen, sowie auf pathogene E. coli und Campylobacter – beide Verursacher von Enteritis und invasiven bakteriellen Infektionen. Die Technologie kann jedoch auch problemlos auf ein breites Spektrum von anderen bakteriellen Pathogenen ausgeweitet werden.

Direct link to Lay Summary Last update: 10.01.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
154490 Novel Imaging and Therapeutic Tools in Systemic Sclerosis 01.01.2015 Sinergia

Abstract

Bacterial pathogens are a major cause of illness and death, and an economic barrier to development in poor countries. The overuse of antibiotics - especially in food production animals - has led to a dramatic global rise in antimicrobial resistance (AMR) which is massively compounding this problem. Vaccination is a pillar of the global health system - the single most efficient way to control and prevent disease. The most effective bacterial vaccines target pathogen-specific sugar structures (glycans) on the bacterial surface and raise an immune response at mucous membranes (i.e. respiratory, gastrointestinal and urogenital tract). Development and deployment of effective anti-bacterial vaccines is limited by the expense and complexity of current manufacturing processes, as well as a lack of understanding of how to induce effective mucosal immunity. We aim to: 1) develop a biotechnological platform that combines our novel bacterial glyco-engineering system with virus-like particle (VLP) based vaccines, enormously simplifying the production of potent anti-bacterial vaccines; 2) optimize induction of mucosal immunity by these vaccines; and 3) gain preclinical (PoC) for lead candidates in murine models and in relevant farm animals.The novel biotechnological platform consists of lab-safe bacteria that are genetically reprogrammed to synthesize pathogen-specific glycans onto self-assembling viral coat proteins. The products are ready-to-use vaccine candidates, called glyco-VLPs; spherical nanoparticles that resemble viruses (i.e. highly immunogenic) and are decorated with glycans from the pathogen's outer surface. Target antigens are glycoproteins (GP) or capsular polysaccharides (CPS), yielding GP-VLPs and CPS-VLPs, respectively. We will optimize vaccine application for strong induction of a mucosal antibody response. Candidates will then be tested for protective efficacy in murine models (enterotoxigenic E. coli, extra-intestinal pathogenic E. coli), and in domestic pig (E. coli, Campylobacter jejuni, pleuropneumoniae) in pre-clinical settings. In total, the project will deliver a set of clinically validated glyco-VLPs, each with a corresponding GMP-compatible production system.Our platform has considerable advantages over available technologies. These include one-step production in recombinant E. coli, simple process development, straightforward and scalable manufacturing, and extremely low production costs. Further, the platform's flexibility can generate an attractive product pipeline, consisting of vaccines targeting a wide range of Gram-negative bacteria, as well as parasites, and cancer-associated glycans. The four vaccine candidates that we propose to develop target massive gaps in the vaccine market and have high prospects for commercial success.
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