Pichia pastoris como ferramenta para produção de vacinas: limitações, desafios e oportunidades

Abstract

A expressão de proteínas recombinantes é fundamental na produção de vacinas e medicamentos. Enquanto as células procarióticas, como a Escherichia coli, oferecem uma multiplicação rápida e simplicidade nutricional, elas possuem diversas limitações, incluindo agregação intracelular e falta de modificações pós-tradução. As leveduras, como a Saccharomyces cerevisiae e a Pichia pastoris, são alternativas valiosas devido ao seu crescimento rápido, modificações pós-tradução e manipulação genética fácil. A P. pastoris, em particular, destaca-se pela sua capacidade de usar metanol como fonte de carbono e energia e pela secreção eficaz de proteínas recombinantes. Esta dissertação explora as limitações e desafios atuais na produção de vacinas com P. pastoris incluindo aquelas destinadas à prevenção de doenças como o vírus Epstein-Barr (EBV), o vírus da Dengue, o vírus da Gripe aviária, o Papiloma Vírus Humano (HPV), o vírus da Hepatite B (HBV) e o SARS-CoV-2 (Covid-19). Além disso, estratégias como a otimização dos codões, a suplementação nutricional e a modificação do padrão de glicosilação demonstraram ser eficazes na melhoria dos níveis de expressão de genes heterólogos que codificam para proteínas que podem ser usadas como vacinas. Alguns exemplos notáveis incluem a expressão bem-sucedida da proteína E1ΔGA do vírus Epstein-Barr e da proteína gp350 do EBV. Embora estas estratégias tenham sido eficazes, em alguns casos a falta de otimização do processo assim como o padrão de glicosilação afetaram de forma negativa a produção das proteínas recombinantes. Existiu um foco no estudo do desenvolvimento da tecnologia para produzir grandes quantidades de partículas de HBsAg a partir de estirpes recombinantes de P. pastoris (proteína usada na produção de vacinas contra a Hepatite B). Analisaram-se os desafios na purificação e obtenção de um produto final de alta qualidade, constatando-se que a vacina formulada com HBsAg derivada de P. pastoris demonstra ser segura e eficaz na proteção contra esta infeção. Por fim, discute-se as novas oportunidades para esses sistemas de expressão, destacando o seu potencial na produção de vacinas o que oferece esperança na luta contra doenças infeciosas, permitindo a produção em larga escala de vacinas mais acessíveis e eficazes.

The expression of recombinant proteins is paramount in the production of vaccines and medicines. While prokaryotic cells like Escherichia coli offer rapid multiplication and nutritional simplicity, they come with various limitations, including intracellular aggregation and a lack of post-translational modifications. Yeasts, such as Saccharomyces cerevisiae and Pichia pastoris, provide valuable alternatives due to their fast growth, post-translational modifications, and easy genetic manipulation. P. pastoris stands out for its ability to use methanol as a carbon and energy source, along with its effective secretion of recombinant proteins. This dissertation explores current limitations and challenges in vaccine production using P. pastoris, including those aimed at preventing diseases such as Epstein-Barr virus (EBV), Dengue virus, Avian Influenza virus, Human Papillomavirus (HPV), Hepatitis B virus (HBV), and SARS-CoV-2 (Covid-19). Additionally, strategies like codon optimization, nutritional supplementation, and glycosylation pattern modification have proven effective in enhancing the expression levels of heterologous genes that code for vaccine proteins. Notable examples include the successful expression of the Epstein-Barr virus E1ΔGA protein and the EBV gp350 protein. Although these strategies have been effective, in some cases, the lack of process optimization and the glycosylation pattern negatively impacted the production of recombinant proteins. Considerable focus has been placed on the development of technology to produce large quantities of HBsAg particles from recombinant P. pastorisstrains (used in Hepatitis B vaccine production). Challenges in purification and obtaining a high-quality final product have been analyzed, with the vaccine formulated with HBsAg derived from P. pastoris demonstrating safety and efficacy in protecting against this infection. Lastly, the monography discusses new opportunities for these expression systems, emphasizing their potential in vaccine production, offering hope in the fight against infectious diseases, an enabling the large-scale production of more accessible and effective vaccines.