Effizientere Herstellung von mRNA-Impfstoffen

Bisher wurde der wichtige Bestandteil Pseudouridin mittels chemischer Synthese hergestellt. Wissenschaftler des Instituts für Biotechnologie und Bioprozesstechnik der TU Graz und des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) entwickelten eine neue biokatalytische Methode, mit der das Nukleosid nachhaltiger und kostengünstiger produziert werden kann.

Waren bei der herkömmlichen Methode noch mehrere Prozessschritte notwendig, kommt das neue Verfahren mit einem einzigen Syntheseschritt aus. Seltene Rohstoffe und toxische Reagenzien sind nicht mehr notwendig. Vier Enzyme (Uridin Phosphorylase, Phosphopentose Mutase, Pseudouridin Monophosphate Glycosidase, Phosphatase) katalysieren die bei Raumtemperatur ablaufenden Reaktionen. Das anfallende Phosphat wird wieder in den Kreislauf zurückgebracht. Das Verfahren verspricht eine Ausbeute an Pseudouridin von 90 Prozent im Gegensatz zur chemischen Synthese, bei der gerade 40 bis 50 Prozent des Stoffes gewonnen werden.

Pseudouridin ist ein Isomer des Uridins, ein Nukleosid, das in RNA enthalten ist. Da Pseudouridin die Stabilität von RNA erhöht, wird es zur Herstellung von mRNA-Impfstoffen verwendet. Der Bedarf an mRNA mit dem Nukleosid steigt durch die Entwicklung von mRNA-Impfstoffen gegen Krebs und Infektionskrankheiten weiter an.

Uridin besitzt eine N-glykosidische Bindung, die vom Enzym Uridin Phosphorylase in Ribose-1-phosphat und Uracil gespalten wird. Das Enzym Phosphopentose Mutase wandelt das Ribose-1-phosphat zu Ribose-5-phosphat um. In diesem Schritt setzt das Enzym YeiN an und verknüpft Ribose-5-phosphat mit Uracil. Es entsteht Pseudouridin-5-phosphat. Am Ende des Prozesses wird das Phosphat durch das Enzym Phosphatase abgespalten. Ein Vorteil ist, dass Pseudouridin wenig wasserlöslich ist und auskristallisiert. Dadurch lässt es sich leicht abfiltern.

„Unsere Arbeit zeigt, dass die Biokatalyse eine potente Alternative zur chemischen Synthese von C-Nukleotiden wie Pseudouridin darstellt“, sagt Bernd Nidetzky, der Leiter des Instituts für Biotechnologie und Bioprozesstechnik der TU Graz. „Wir hoffen, die Herstellung bald im größeren Maßstab umzusetzen und so Pseudouridin nachhaltig und billig in größeren Mengen zur Verfügung zu stellen. Das könnte mittelfristig eventuell auch die Herstellung von mRNA-Impfstoffen günstiger machen, da potenzielle Partner aus der Industrie unsere Anwendung recht zeitnah implementieren könnten.“

Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Nature Communications“.