Duke-Spinout CasTag BioSciences baut mit Boost von NCBiotech eine bessere Proteinfalle

DURHAM – Biowissenschaftler lieben Antikörper, nicht nur, weil diese kleinen Proteine uns alle vor Krankheitserregern schützen, sondern auch, weil Antikörper ein sehr praktisches Laborwerkzeug sind, um Proteine zu identifizieren und zu markieren, die für ihre Forschung von Interesse sind.

Wenn Sie etwas ganz Kleines suchen, brauchen Sie eine winzige Markierung, um es zu kennzeichnen. Das ist ein Antikörper.

Wie die meisten Biowissenschaftler ist auch Scott Soderling, Lehrstuhlinhaber für Zellbiologie an der Duke University, auf maßgeschneiderte Antikörper angewiesen. Dabei handelt es sich um Moleküle, die in Hunderten verschiedener Zulieferlabore auf Bestellung hergestellt werden und den Wissenschaftlern dabei helfen, in Zellkulturen und lebenden Organismen bestimmte Proteine zu finden und zu markieren.

„Aber es gibt da ein Problem“, erklärt er in dem kleinen Konferenzraum neben seinem Büro bei Nanaline Duke. „Fünfzig Prozent der Antikörper auf dem Markt sind Schrott. Sie sind nicht spezifisch. Sie binden vielleicht das, was Sie denken, aber dann binden sie an andere Dinge, von denen Sie nichts wissen, oder sie binden nicht einmal das, woran Sie binden wollen.“

Schlimmer noch: Eine Charge maßgeschneiderter Antikörper ist möglicherweise nicht die gleiche wie die letzte. „Nehmen wir an, Sie haben einen perfekten Antikörper, der genau das bindet, was Sie wollen, und sonst nichts. Und dann bestellen Sie die nächste Charge und es ist ein anderes Präparat von einem anderen Tier, und Sie sind wieder am Anfang. Es funktioniert nicht.“

„Man geht davon aus, dass diese schlechten Antikörper einen großen Teil der nicht reproduzierbaren Ergebnisse verursachen“, sagt Soderling. „Das kostet also Geld, es kostet Zeit und es kostet Glaubwürdigkeit. Das ist ein riesiges Problem für die Wissenschaft, sowohl für die akademische als auch für die Industrie.“ Teilweise rührt das Problem daher, dass die Herstellungstechniken für kundenspezifische Antikörper noch aus den 1970er Jahren stammen, sagt er.

Doch Soderling hat ein Spin-off der Duke University gegründet, von dem er hofft, dass es das Zuverlässigkeitsproblem lösen wird. CasTag BioSciences basiert auf einer in seinem Labor entwickelten Technologie, die Proteine von Interesse auf eine völlig neue Art und Weise markiert, und zwar mithilfe des Genom-Editierungswerkzeugs CRISPR.

Ein Schwerpunkt von Soderlings Forschung ist die Identifizierung von Proteinen in den Synapsen des Gehirns, den winzigen Lücken zwischen Nervenzellen, in denen Signale gesendet und empfangen werden. All diese Signale werden von bestimmten Proteinen reguliert. Aber all diese Proteine in der Synapse zu identifizieren und zu interpretieren, was sie der Zelle sagen, ist ein riesiges Problem auf engstem Raum. Antikörper sind ein wichtiges Werkzeug, aber die Arbeit war frustrierend und langsam, teilweise wegen der Schwierigkeiten bei der Arbeit mit maßgeschneiderten Antikörpern.

Als sich vor etwa drei Jahren die Nachricht über die neue Gen-Editierungstechnologie namens CRISPR verbreitete, wollten Soderling und sein Team herausfinden, ob sie damit die Hunderte oder gar Tausende von Proteinen, die sie in den winzigen Synapsen zwischen den Neuronen entdeckten, besser kennzeichnen und visualisieren konnten.

„Wir hatten die Idee, dass CRISPR ein wirklich erstaunliches Werkzeug sein könnte, um das dringende Problem der Identifizierung und Markierung dieser Hunderte von Proteinen anzugehen“, sagt Soderling. „Was wir entwickelt haben, war eine neue modulare Methode, um das Markierungsproblem im Grunde auf den Kopf zu stellen.“

Sie verwenden CRISPR, um kurze Sequenzen in ein Gen einzufügen, sodass jedes von ihm produzierte Protein eine von ihnen erstellte Markierung trägt, die von einem bekannten, zuverlässigen und gut charakterisierten Antikörper erkannt wird und nicht von einem auf gut Glück entwickelten maßgeschneiderten Antikörper.

„Diese Antikörper erkennen einen kleinen Abschnitt einer Aminosäuresequenz“, erklärt Soderling. „Wir nehmen also einfach die DNA, die diese Aminosäuren kodiert – den Handle – und fügen diesen Handle direkt in das Gen in vivo oder in der Zelle ein“, sagt Soderling.

Nachdem die Proof-of-Concept-Experimente eine wunderschöne Proteinmarkierung im Mäusegehirn hervorgebracht hatten, betrachtete Soderling die Bilder und sagte: „Okay, das ist riesig.“

Sie haben ihr neues System tatsächlich HiUGE (homology-independent universal genome engineering, homologieunabhängiges universelles Genom-Engineering) genannt und es könnte tatsächlich gewaltige Ausmaße annehmen.

Sie nennen es „Plug-and-Play-Biologie“, denn mit nur wenigen ihrer Markierungen können sie Hunderte unbekannter Proteine ansprechen und sogar mehrere Markierungen gleichzeitig in ein Gen einfügen. Laut Soderling ist das System modular und einfach zu bedienen, was halbautomatische, durchsatzstarke Ansätze zur Markierung von Proteinen ermöglicht.

Als Analogie können wir uns einen Lieferwagenfahrer vorstellen, der nach Einbruch der Dunkelheit und bei strömendem Regen langsam den Häuserblock entlangfährt und nach der Hausnummer 2345 sucht. Soderling und sein Team haben dann an jedem Haus mit der Nummer 2345 ein leuchtendes Schild mit der Aufschrift „Hey UPS! Hierher!“ angebracht.

Das HiUGE-System wird von einem Paar Adeno-assoziierter Viren, die als Team zusammenarbeiten, in lebende Zellen in einer Schale oder in einem Organismus eingebracht. Ein Virus trägt Leit-RNA, die die Stelle markiert, an der CRISPR die DNA schneiden und einen neuen Code einfügen soll. Das zweite Adeno-assoziierte Virus trägt die „Nutzlast“, ein oder mehrere Tags, die sie entwickelt haben und die nun in jedes Protein eingebaut werden, das dieses Gen anschließend produziert.

Die Vektoren, darunter eine synthetische Leit-RNA und HiUGE-Tags, sind agnostisch oder, wie der Name schon sagt, „homologieunabhängig“. Es ist ihnen egal, welches Gen sie umgibt. „Wir haben diese Leit-RNA so entwickelt, dass sie speziell nichts im Genom von Mäusen, Menschen, Affen, Katzen oder Eseln erkennt“, sagt Soderling.

Es ist eine clevere Art, das Unbekannte zu erkunden.

Dieser Ansatz bringt nicht nur ihre eigene Arbeit voran, sondern Soderling erkannte auch, dass eine schnelle, flexible und präzisere Methode zur Markierung von Proteinen auch eine Geschäftsmöglichkeit sein könnte. Nach ein wenig Recherche fand er heraus, dass kundenspezifische Antikörper einen Markt von $2,4 Milliarden darstellen – und zwar auch hier mit Produkten, die nur in der Hälfte der Fälle wie beworben funktionieren.

Er wandte sich an Dukes Office of Licensing and Ventures (OLV), um den Patentierungsprozess einzuleiten und Ratschläge zur Unternehmensgründung zu erhalten. „Dann musste ich einen Weg finden, das Unternehmen zu führen, denn ich habe bereits einen tollen Job.“ Tatsächlich war er etwa zur gleichen Zeit auch zum Lehrstuhlinhaber für Zellbiologie ernannt worden.

Auf Empfehlung von OLV besuchte Soderling Biolabs North Carolina, einen Gemeinschaftsarbeitsplatz im Chesterfield Building in der Innenstadt von Durham, der einzelne Nasslabortische auf Monatsbasis vermietet und die gesamte Grundausstattung bereitstellt, die ein Startup benötigt, darunter Kühlung, PCR-Maschinen zum Kopieren von Genen, Zentrifugen usw. Er stellte Biolabs seine Idee vor und sah sich um.

Am nächsten Tag rief Ed Field, Präsident von BioLabs NC, Soderling an und fragte ihn, ob er Hilfe bei der Führung des Unternehmens brauche. Field, ein Startup-Veteran, ist jetzt CEO von CasTag. Das Unternehmen hat mit einem Darlehen des North Carolina Biotechnology Center genug Geld aufgebracht, um einen Absolventen der Fuqua Business School als Leiter der Geschäftsentwicklung einzustellen und einen ehemaligen Postdoc für Soderling, der das Labor in Teilzeit leitet, während er nach einem Job in der Branche sucht.

„Wir haben eine Website. Wir haben Bestellungen. Wir haben Kunden. Es läuft“, sagt Soderling mit einem gewissen Erstaunen in der Stimme. Seine Konferenzvorträge über HiUGE und ein Artikel in Neuron vom 1. Juli 2019 erregten einige Aufmerksamkeit. Dann wurde der Artikel als einer der „Besten des Jahres 2018-2019“ der Zeitschrift erneut veröffentlicht und erregte noch mehr Aufmerksamkeit.

Und jetzt haben sie auch Ideen für neue Produkte. „Ich hoffe, dass sich das ausweitet und noch größer wird als nur das Markieren von Proteinen“, sagt Soderling.

„Wissen Sie, North Carolina war früher ein Bundesstaat der Industrie“, sagt Soderling, ein gebürtiger Tennesseaner mit sanfter Stimme. „Ich würde gerne eines Tages aufwachen und in die Innenstadt von Durham fahren und eines der ehemaligen Produktionslager sehen, in dem die Leute brummen und diese Reagenzien herstellen, um sie in die ganze Welt zu versenden. Das ist mein Traum.“

(c) North Carolina Biotechnology Center

Originalquelle des Artikels: WRAL TechWire