Development of a non-GMO mucosal vaccine against SARS-CoV-2

Abstract

Lactic acid bacteria (LAB) have been proposed as a good delivery vector of surface-bound antigens, in the development of non-genetically modified organism (non-GMO) mucosal vaccines. LABs are considered good because they have been used in the food industry for centuries and are considered safe for consumption. In addition, LABs can survive, and are found naturally, in the gastrointestinal tract of humans, where they interact with the immune cells in mucosal surfaces. Lactiplantibacillus plantarum (previously known as Lactobacillus plantarum), have been shown to be one of the most promising LAB candidates. In this study, two different approaches were attempted to express the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) antigen RBD. 1) The constitutive expression system pOST in Pichia pastoris, where the expressed protein contained either a monomer or dimer of RBD. 2) The inducible expression system pSIP in L. plantarum. In addition, the antigens were displayed on the surface of L. plantarum using the cell wall binding LysM anchor. The pOST expression system in P. pastoris was not able to express the SARS-CoV-2 antigen RBD in this study. Multiple attempts of detection and purification showed no positive results. The pSIP expression system was successful in the expression of the SARS-CoV-2 antigen RBD and displayed the antigens on the surface of L. plantarum. Furthermore, binding studies with crude protein extract containing the RBD antigens and L. plantarum cells showed positive results in flow cytometry analysis, indicating successful binding of RBD antigens to the bacterial surface. The current results show a promising starting point towards the development of a non-GMO mucosal vaccine against SARS-CoV-2, using the pSIP expression system in L. plantarum.

Melkesyrebakterier har blitt foreslått som gode kandidater for leveransen av overflate-bundet antigener, i utviklingen av ikke-genetiske modifiserte organisme (non-GMO) slimhinne vaksine. Melkesyrebakterier er ansett som gode kandidater, fordi de har blitt brukt i matindustrien i århundrer og er ansett som trygge å innta. I tillegg kan melkesyrebakterier overleve, og er funnet naturlig, i mage-tarm kanalen hvor de interagerer med immunceller i slimhinnene. Lactiplantibacillus plantarum (tidligere kjent som Lactobacillus plantarum), har vært vist å være en av de mest lovende kandidatene. I denne studien ble to framgangsmåter for å uttrykke SARS-CoV-2 antigenet RBD, forsøkt. 1) Det konstitutive uttrykningssystemet pOST i Pichia pastoris, hvor det uttrykte proteinet inneholdt enten en monomer eller dimer av RBD. 2) Det induserbare uttrykningssystemet pSIP i L. plantarum. I tillegg ble antigenet eksponert på overflaten av L. plantarum ved bruk av det cellevegg-bindene LysM ankeret. I denne studien var ikke uttrykningssystemet pOST i P. pastoris istand til å uttrykke SARS-CoV-2 RBD antigenet. Mange forsøk på deteksjon og rensing av antigenet ga ingen positive resultater. pSIP uttrykningssystemet i L. plantarum derimot, ble vist til å kunne uttrykke RBD antigenet, i tillegg til antigenet ble eksponert på overflaten av L. plantarum. Bindingsstudier av rå protein ekstrakt som inneholdt RBD antigenet og L. plantarum celler viste positive resultater etter flow cytometri analyse, noe som indikerer suksessfull binding av RBD antigenet til bakterieoverflaten. De nåværende resultatene viser en lovende start mot utviklingen av en non-GMO slimhinne vaksine mot SARS-CoV-2, ved bruken av pSIP uttrykningssystemet i L. plantarum.