„Trojan Microbe”: Bakterie ukrywają wirusa onkolitycznego przed układem odpornościowym i wprowadzają go bezpośrednio do guzów

Wirusy onkolityczne mogą zabijać komórki nowotworowe, ale często są bezsilne wobec… naszej odporności: przeciwciała neutralizujące przechwytują wirusy we krwi, uniemożliwiając im dotarcie do guza. Zespół z Columbia Engineering zaproponował sprytne obejście tego problemu: ukrycie wirusa wewnątrz bakterii, która sama znajduje i zasiedla guz. W czasopiśmie Nature Biomedical Engineering zaprezentowali platformę CAPPSID – „Skoordynowana aktywność prokariotów i pikornawirusów dla bezpiecznego transportu wewnątrzkomórkowego”. Bakteria Salmonella typhimurium produkuje RNA wirusa onkolitycznego senekawirusa A (SVA) i uwalnia je do wnętrza komórki nowotworowej, skąd wirus przemieszcza się i rozprzestrzenia, pozostając niewidocznym dla krążących przeciwciał. U myszy immunokompetentnych taki „zaczep” hamował wzrost guza i działał nawet przy istniejącej odporności przeciwwirusowej.

Tło badania

Wirusy onkolityczne od dawna uważane są za „leki samoreplikujące”: selekcjonują komórki nowotworowe, replikują się w ich wnętrzu i wywołują odpowiedź immunologiczną przeciwko guzowi. Jednak ta metoda leczenia ma trwałą barierę systemową – podawanie. Po podaniu dożylnym wirusy są szybko przechwytywane przez przeciwciała neutralizujące i elementy wrodzonego układu odpornościowego, część cząsteczek „przykleja się” do wątroby i śledziony, a tylko niewielka część dociera do gęstego, słabo ukrwionego guza. Dlatego wiele protokołów klinicznych jest zmuszonych ograniczyć się do iniekcji śródguzowych, co zawęża zakres wskazań i utrudnia leczenie wielu ognisk.

Równolegle z wirusami rozwinęła się inna gałąź „żywych” leków przeciwnowotworowych – bakterie modyfikowane genetycznie. Osłabione szczepy Salmonelli, E. coli, Listerii itp. wykazują tumorotropizm: łatwo zasiedlają niedotlenione obszary guza i mogą służyć jako nośniki do lokalnego dostarczania cytotoksyn, cytokin lub kaset genetycznych. Terapia bakteryjna działa jednak lokalnie i jest ograniczona skalą kolonizacji: trudno jest dotrzeć do komórek poza „gniazdami bakteryjnymi”, a bezpieczeństwo i kontrola są zawsze pod ścisłą kontrolą regulatorów.

W tym kontekście pomysł połączenia mocnych stron obu światów wydaje się logiczny. Wcześniej podejmowano próby „osłonięcia” wirusów polimerami, ukrycia ich w komórkach nośnikowych (na przykład w mezenchymalnych komórkach macierzystych), wykorzystania eksosomów – wszystkie te podejścia częściowo omijają przeciwciała, ale komplikują produkcję i kontrolę. Bakterie potrafią samodzielnie zlokalizować guz i dostarczyć „ładunek” głęboko do tkanki; jeśli nauczą się wprowadzać wirusa bezpośrednio do wnętrza komórki nowotworowej, możliwe jest ominięcie systemowego „parasola przeciwlotniczego” układu odpornościowego i jednoczesne rozszerzenie obszaru dotkniętego chorobą poza kolonię dzięki dalszemu rozprzestrzenianiu się wirusa.

Kluczem do translacji jest kontrola bezpieczeństwa. Nagi wirus onkolityczny w bakterii mógłby teoretycznie „zaszaleć”. Dlatego nowoczesne platformy budują wielopoziomowe fuzje: wirusowe RNA jest syntetyzowane i uwalniane tylko w komórce nowotworowej, a pełne zmontowanie wirionów zależy od „klucza” – specyficznej proteazy lub innego czynnika, którego dostarcza tylko bakteria. W rezultacie wirus pozostaje „ślepym pasażerem”, dopóki nie dotrze do celu; układ odpornościowy nie widzi go w krwiobiegu; jest on wprowadzany w sposób ukierunkowany, a prawdopodobieństwo niekontrolowanego rozproszenia jest zmniejszone. Właśnie taką strategię opracowano w ramach nowej pracy, dowodząc, że „bakteria kurierska” może niezawodnie dostarczyć onkolitycznego pikornowirusa do guza i aktywować go tam, gdzie jest naprawdę potrzebny.

Jak to działa

• Wykrywacz bakterii. S. typhimurium naturalnie dociera do guza i jest w stanie wniknąć do komórek nowotworowych. Wewnątrz, za pomocą określonych promotorów, transkrybuje wirusowy RNA (w tym pełnowymiarowy genom SVA).
• Autolityczny „wyzwalacz”. Bakteria jest zaprogramowana do lizy w cytoplazmie komórki nowotworowej i jednocześnie uwalnia wirusowy RNA oraz enzym pomocniczy. Wirus rozpoczyna cykl replikacji i infekuje sąsiednie komórki.
• Kontrola bezpieczeństwa. Wirus jest dodatkowo modyfikowany: do tworzenia dojrzałych wirionów potrzebuje „klucza” proteazowego (na przykład proteazy TEV), którego dostarcza wyłącznie bakteria. Ogranicza to niekontrolowane rozprzestrzenianie się wirusa.
• „Osłona” przed przeciwciałami. Chociaż wirusowe RNA jest „upakowane” w bakteriach, przeciwciała neutralizujące we krwi go nie dostrzegają, co ułatwia jego transport do guza.

Co wykazały eksperymenty

• W hodowli: CAPPSID wywołał pełnoobjawowe zakażenie SVA i rozprzestrzenienie się wirusa wśród komórek niezakażonych bakterią (w tym w liniach komórkowych raka neuroendokrynnego płuc H446).
• U myszy śródguzowe i dożylne podanie CAPPSID-u zahamowało wzrost guza i umożliwiło silną replikację wirusa; w niektórych modelach doszło do całkowitego wyeliminowania podskórnych guzów SCLC.
• „Odporność na hałas” odpornościowy: system działał nawet w obecności przeciwciał neutralizujących SVA: bakterie dostarczyły genom do guza, a wirus został wprowadzony „za linię obrony”.
• Kontrola rozprzestrzeniania się: warunkowa zależność wirusa od proteazy bakteryjnej pozwoliła mu ograniczyć liczbę cykli infekcji poza pierwotną komórką – stanowiło to dodatkową warstwę kontroli bezpieczeństwa.

Dlaczego jest to ważne (i czym różni się od konwencjonalnych podejść)

Klasyczne wirusy onkolityczne borykają się z dwoma problemami: przeciwciała przechwytują je we krwi, a rozprzestrzenianie się ogólnoustrojowe niesie ze sobą ryzyko toksyczności. Z kolei bakterie modyfikowane genetycznie lubią guzy, ale działają miejscowo i mają trudności z „dotarciem” do obrzeży nowotworu. CAPPSID łączy zalety obu tych światów:

• dostarczenie za pośrednictwem bakterii → większa szansa dotarcia do guza z pominięciem przeciwciał;
• wirus wewnątrz → zakaża sąsiednie komórki i rozszerza obszar swojego działania poza kolonię bakteryjną;
• Wbudowany „bezpiecznik” w postaci wirusa wymagającego bakteryjnej proteazy zmniejsza ryzyko niekontrolowanego rozprzestrzeniania się.

Szczegóły techniczne

• W przypadku Salmonelli promotory wysp patogeniczności SPI-1/SPI-2 zostały zrekrutowane w celu precyzyjnej aktywacji transkrypcji wirusowego RNA i białek lizy (HlyE, φX174 E) we właściwym czasie i miejscu.
• Przetestowano zarówno replikony (samoreplikujące się, ale nierozprzestrzeniające się RNA), jak i pełnej długości SVA, który okazał się skuteczniejszy w powiększaniu się zmiany poprzez ponowne zakażenie.
• Proteaza TEV została wykorzystana jako „klucz zewnętrzny” do tworzenia wirionów: bez niej wirus „nie dojrzewa”.

Ograniczenia i pytania do wykorzystania w przyszłości

• Na razie jest to faza przedkliniczna: komórki, myszy z prawidłową odpornością, ograniczony zestaw modeli nowotworów, modele ortotopowe i toksykologia GLP są na dalszym etapie badań.
• Konieczna jest szczegółowa ocena bezpieczeństwa bakterii podczas podawania ogólnoustrojowego i odporności „bezpiecznika” na ucieczkę wirusa przed mutacją (autorzy już ustalają wybór miejsc nacięcia, które zmniejszają ryzyko odwrócenia zmian).
• Do przeprowadzenia prawdziwej kliniki potrzebne będą szczepy o udowodnionym bezpieczeństwie (np. ludzkie, atenuowane pochodne Salmonelli) oraz przemyślane połączenie z immunoterapią.

Co to może oznaczać jutro?

• Nowe „żywe leki” na nowotwory lite, w przypadku których głównym wąskim gardłem jest sposób ich dostarczenia.
• Personalizacja docelowego wirusa: SVA wykazuje tropizm do guzów neuroendokrynnych; teoretycznie platformę można by wykorzystać do wykrywania innych onkolitycznych pikornawirusów lub replikonów.
• Zmniejszenie zużycia cząstek wirusa i ryzyka wystąpienia ogólnoustrojowych skutków ubocznych ze względu na miejscowe działanie w miejscu zakażenia.

Wniosek

Inżynierowie przekształcili bakterię w „żywy kapsyd”, który ukrywa wirusa przed przeciwciałami, dostarcza go do guza i stanowi klucz do bezpiecznego wprowadzenia go do jego wnętrza. U myszy hamuje to wzrost guza i omija odporność przeciwwirusową — kolejnym krokiem jest potwierdzenie bezpieczeństwa i możliwości dostosowania platformy w drodze do badań klinicznych.

Źródło: Singer ZS, Pabón J., Huang H. i in. Bakterie modyfikowane genetycznie uwalniają i kontrolują wirusa onkolitycznego. Nature Biomedical Engineering (dostępny online 15 sierpnia 2025 r.). doi: 10.1038/s41551-025-01476-8.