US Food and Drug Administration

Robert Daniels

Robert Daniels, PhD

Amt für Impfstoffforschung und -überprüfung
Abteilung für Virusprodukte
Labor für pädiatrische und respiratorische Viruserkrankungen

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Biosketch

Dr. Robert Daniels promovierte 2007 in Molekular- und Zellbiologie an der University of Massachusetts, Amherst und absolvierte eine Postdoc-Ausbildung am Karolinska-Institut in Schweden. Im Jahr 2010 wurde er Assistenzprofessor am Institut für Biochemie und Biophysik der Universität Stockholm, wo er seine Expertise in Biochemie und sekretorischer Proteinfaltung nutzte, um eine Forschungsgruppe aufzubauen, die die Reifung und Entwicklung des Influenzavirus-Oberflächenantigens Neuraminidase (NA) untersuchte. Er erhielt auch den 2018 Stockholm University Teacher of the Year Award. Im Jahr 2019 trat Dr. Daniels dem Labor für pädiatrische und respiratorische Viruserkrankungen (LPRVD) in der Abteilung für Virusprodukte (DVP) im Büro für Impfstoffforschung und -überprüfung (OVRR) bei CBER bei. Seine Gruppe konzentriert sich auf die Erhöhung der Wirksamkeit von Influenza-Impfstoffen und den Kreuzschutz durch die Entwicklung von Methoden zur Verbesserung der Reaktion gegen das NA-Antigen in Impfstoffen und zur Beurteilung der NA in zirkulierenden Stämmen und Impfstoffpräparaten.

Allgemeiner Überblick

Es wird geschätzt, dass Influenzaviren bei 3-11% der US-Bevölkerung jährlich symptomatische Infektionen und bei etwa 1,5% der Infizierten schwere Erkrankungen verursachen. Obwohl mehrere Medikamente, die jetzt verfügbar sind, die Schwere einer Influenza-Infektion begrenzen können, bleibt die jährliche Impfung der effektivste Ansatz, um die durch Influenzaviren verursachte Krankheitslast zu reduzieren.

Aktuelle Influenza-Impfstoffe umfassen gespaltene inaktivierte Influenzaviren, lebende attenuierte Influenzaviren und rekombinante Hämagglutinin (HA) -Antigene. Jeder Impfstofftyp hat Vorteile und alle schützen vor den beiden Influenza-A-Subtypen (H1N1 und H3N2) und mindestens einer der Influenza-B-Linien (Yamagata und Victoria), die für saisonale Infektionen beim Menschen verantwortlich sind.

Die Herstellung von gespaltenen inaktivierten Influenza-Impfstoffen umfasst im Allgemeinen die Vermehrung von Impfstoffkandidaten (CVVs) in Eiern oder Säugetierzellen, während rekombinante HA-Impfstoffe unter Verwendung von Insektenzellen hergestellt werden. Trotz dieser Unterschiede sind beide Produkte auf der Grundlage des HA-Antigengehalts standardisiert, da die Reaktionen gegen HA gut mit dem Schutz korrelieren.

In jeder Saison können mehrere miteinander verbundene Herausforderungen die Wirksamkeit des Influenza-Impfstoffs beeinflussen: 1) Influenzaviren entwickeln sich ständig weiter, was zu einer antigenen Drift und gelegentlichen Antigenverschiebung bei Typ-A-Viren führen kann; 2) impfstämme müssen Monate im Voraus ausgewählt werden, um die Herstellungsfristen einzuhalten; 3) Die Virusvermehrung in Eiern oder Zellen kann zu unerwarteten Anpassungen führen, die wichtige Antigene im Impfstoff verändern können.

Obwohl Influenza-Impfstoffe hauptsächlich entwickelt wurden, um eine optimale Immunantwort gegen HA zu erzeugen, besitzen Influenzaviren ein zweites, weniger häufiges Oberflächenantigen, Neuraminidase (NA). Wie HA können Antikörper, die NA erkennen, sowohl übereinstimmenden als auch Kreuzschutz gegen Influenzavirus-Stämme bieten. NA entwickelt und driftet auch unabhängig von HA. Diese Eigenschaften implizieren, dass es durch die Verbesserung der NA-Reaktion möglich sein könnte, die Breite der Impfstoffabdeckung zu erhöhen und viele der jährlichen Herausforderungen zu mildern, mit denen Influenza-Impfstoffe konfrontiert sind.

In den gespaltenen inaktivierten und den attenuierten Influenzavirus-Lebendimpfstoffen ist NA vorhanden. Viele technische Fragen müssen jedoch erst gelöst werden, bevor die NA-Komponente der jährlichen Impfstoffe reguliert werden kann. Unser Labor befasst sich systematisch mit mehreren dieser Probleme, um einen Rahmen für die Verbesserung der Fähigkeit von NA zu schaffen, die Breite und Wirksamkeit des jährlichen Impfstoffs zu erhöhen.

Wissenschaftlicher Überblick

Das Hauptziel des Labors ist es, die Wirksamkeit des Impfstoffs und den Kreuzschutz gegen Influenzaviren durch Verbesserung der NA-Antigenantwort zu erhöhen. Die Abbildung zeigt die analytischen und experimentellen Ansätze, die das Labor verwendet, um die NA-Reaktion zu verbessern, die durch virale und proteinbasierte Influenza-Impfstoffe hervorgerufen wird.
Illustration depicting the analytical and experimental approaches the lab utilizes in an effort to enhance the NA response elicited by viral and protein-based influenza vaccines.

Influenzaviren enthalten zwei Oberflächenantigene, das rezeptorbindende Protein Hämagglutinin (HA) und das rezeptorzerstörende Enzym Neuraminidase (NA). Influenza-Impfstoffe wurden jedoch hauptsächlich unter Verwendung von Methoden entwickelt, die sich auf das häufiger vorkommende HA-Antigen konzentrieren. Unsere langfristigen Ziele sind es, die Breite und Wirksamkeit des jährlichen Influenza-Impfstoffs zu erhöhen, indem ein ähnlicher Rahmen für die Beurteilung des NA-Antigens geschaffen wird.

Um dieses Ziel zu erreichen, arbeiten wir daran, Methoden zu entwickeln, die in der Lage sind, Änderungen der NA-Antigenität schnell zu überwachen und die NA-Parameter zu definieren, die mit dem Schutz korrelieren. Wir werden diese Parameter verwenden, um den immunogenen NA-Gehalt während des Impfstoffherstellungsprozesses zu bewerten und festzustellen, ob die Menge ausreichend ist. Parallel dazu entwickeln wir Ansätze, um den NA-Gehalt in CVVs zu erhöhen, seine Immunogenität während der verschiedenen Herstellungsprozesse beizubehalten und NAs rational für eine verbesserte Immunogenität in rekombinanten Impfstoffen zu gestalten.

Innerhalb des Labors sind diese Ziele in die folgenden Forschungsbereiche unterteilt: 1) Entwicklung von NA-Assays zur Charakterisierung zirkulierender Stämme; 2) Engineering von CVVs zur Steigerung der NA-Reaktionen von viralen Impfstoffen; 3) rationelles Design von rekombinanten NAs für eine verbesserte Produktion und Immunogenität.

Wir adressieren jedes Forschungsgebiet mit einem ähnlichen systematischen Ansatz, der im Allgemeinen eine biochemische In-vitro-Analyse umfasst, gefolgt von Validierungstests, die zellbasierte Assays und In-vivo-Tiermodelle umfassen. Die Techniken, die wir verwenden, umfassen: Enzymkinetik, Protein- / Virusreinigung, analytische Assays, virale Reverse Genetik mit Vermehrung in Zellen und Eiern sowie virale Immunisierungs- und Challenge-Modelle. Diese breite Palette von Ansätzen wird mit den modernsten Geräten und Techniken durchgeführt, so dass Fortschritte in einem Bereich der Impfstoffherstellung in einem anderen Bereich schnell bewertet werden können.

Die Ergebnisse dieser Arbeit werden wahrscheinlich dazu beitragen, die Rahmenbedingungen zu schaffen, die notwendig sind, um das NA-Antigen im Influenza-Impfstoff besser zu nutzen und die NAs in zirkulierenden Stämmen zu identifizieren, die die größte Abdeckung für die kommenden Saisons bieten. Zusammen sollten diese Konzepte dazu beitragen, die Herstellung von Influenza-Impfstoffen voranzutreiben und die Wirksamkeit des Grippeimpfstoffs zu verbessern.

Publikationen

  1. Nature Microbiology, Dec 4 (12); 2565-2577 (doi:10.1038/s41564-019-0537- z)
    Strukturelle Einschränkungen der Influenza-NA-Aktivität fördern Anpassung und Diversifizierung.
    Wang H, Dou D, Östbye H, Revol R, Daniels R (2019)
  2. ACS Nano, Juni 25; 13(6):6689-6701 (doi:10.1021/ acsnano.9b01052)
    Krümmungs- und phaseninduzierte Proteinsortierung quantifiziert in transfizierten, von Zellen abgeleiteten Riesenbläschen.
    Moreno-Pescador G, Florentsen CD, Østbye H, Sønder SL, Boye TL, Veje EL, Sonne AK, Semsey S, Nylandsted J, Daniels R, Bendix PM (2019)
  3. Grenzen in der Mikrobiologie, Juli 23; 10: 1511 (doi: 10.3389 / fmicb.2019.01511)
    Verbesserung der rekombinanten Proteinausbeuten im E. coli-Periplasma durch Kombination von Signalpeptid und Produktionsraten-Screening.
    Karyolaimos A, Ampah-Korsah H, Hillenaar T, Borras AM, Dolata KM, Sievers S, Riedel K, Daniels R, de Gier JW (2019)
  4. Grenzen in der Immunologie, Juli 20; 9: 1581 (doi: 10.3389 / fimmu.2018.01581)
    Influenza-A-Virus Zelleintritt, Replikation, Virion Montage und Bewegung.
    Dou D, Revol R, Östbye H, Wang H, Daniels R (2018)
  5. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften, April 17; 115 (16) E3808-E3816. (doi: 10.1073/pnas.1722333115)
    Multiple kernreplizierende Viren benötigen für ein effizientes Wachstum das stressinduzierte Protein ZC3H11A.
    Younis S, Kamel W, Falkeborn T, Wang H, Yu D, Daniels R, Essand M, Hinkula J, Akusjärvi G, Andersson L (2018)
  6. Zeitschrift für Zellbiologie, 7. August 2017; 216 (8): 2283-2293 (doi: 10.1083 / jcb.201702102)
    Translationale Regulation viraler sekretorischer Proteine durch die 5′-kodierenden Regionen und ein virales RNA-bindendes Protein.
    Nordholm J, Petitou J, Östbye H, da Silva DV, Dou D, Wang H, Daniels R (2017)
  7. Zellberichte, 5. Juli; 20 (1): 251-263 (doi: 10.1016 / j.in: celrep.2017.06.021)
    Analyse der IAV-Replikation und Koinfektionsdynamik durch eine vielseitige RNA-Virusgenommarkierungsmethode.
    Dou D, Hernandez-Neuta ich, Wang H, Östbye H, Qian X, Thiele S, Resa-Infante P, Kouassi N, Sender V, Hentrich K, Mellroth P, Henriques-Normark B, Gabriel G, Nilsson M, Daniels R (2017).

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