Cientistas estão um passo mais perto de uma vacina COVID-19 à prova de adaptação

Uma abordagem de design de vacina que pode proteger contra novas variantes do SARS-CoV-2 (o vírus que causa o COVID-19), mas também potencialmente protege contra outros coronavírus, está um passo mais próximo da realidade como resultado da pesquisa da Penn State College of Medicine. Os cientistas usaram áreas do vírus SARS-CoV-2 que são menos suscetíveis a mutações para projetar proteínas chamadas imunógenos, que podem provocar uma resposta imune.

Superfície do SARS-CoV-2 proteína de pico—um alvo principal de anticorpo—permite que o vírus entre nas células hospedeiras ao se engajar com um receptor chamado enzima conversora de angiotensina 2. As vacinas existentes têm como alvo o domínio de ligação ao receptor (RBD) do pico proteínamas a suscetibilidade do RBD a mutações fornece rotas de fuga para o vírus de anticorpos neutralizantes.

“Variantes preocupantes continuam a surgir devido à suscetibilidade da proteína spike a mutações”, disse Nikolay Dokholyan, professor G. Thomas Passananti e vice-presidente de pesquisa do Departamento de Farmacologia. “Identificamos áreas da proteína spike que são menos propensas a sofrer mutações e usamos essas informações para projetar novas proteínas, que podem ser usadas para desenvolver uma vacina que proteja de forma mais ampla não apenas futuras variantes do COVID-19, mas potencialmente outros coronavírus relacionados”.

Apenas algumas semanas após os Centros de Controle e Prevenção de Doenças aprovarem uma nova vacina bivalente contra o COVID-19, os pesquisadores publicaram um estudo sobre o design e a eficácia de seus imunógenos, que visam o vírus de uma maneira diferente. Ao contrário das vacinas atuais no mercado, esses imunógenos são projetados com base em regiões conservadas da proteína spike, áreas menos suscetíveis à mutação.

A equipe projetou os imunógenos usando biologia computacional para identificar três regiões da proteína spike que permanecem conservadas em milhões de mutações teóricas que podem ocorrer. Essas áreas, chamadas de epítopos, foram então combinadas e enxertadas, ou anexadas, a scaffolds de proteínas, que proporcionaram estabilidade ao epítopos enquanto em soluções. Os imunógenos foram então estruturalmente otimizados por meio de várias modificações de design, incluindo mutações estabilizadoras. Simulações de computador foram usadas para testar a estabilidade dos imunógenos. Dokholyan descreveu anteriormente essa biologia computacional abordagem.

“As proteínas são estruturas complexas que são construídas para resistir a uma variedade de desafios físicos e químicos na natureza”, disse Yashavantha Vishweshwaraiah, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Farmacologia e primeiro autor do artigo. “Os epítopos, que são pequenos fragmentos da proteína, não são estáveis ​​por conta própria em solução, então eles precisam ser enxertados em uma proteína maior para estabilidade. Isso é semelhante a como uma flor (epítopo) pode precisar de seu caule (proteína de andaime) para sobreviver. A flor pode ser parte do interesse, mas não é viável sem o caule que oferece estrutura e sustentação.”

A equipe usou a expressão recombinante, uma técnica em que as bactérias recebem as instruções genéticas para produzir proteínas, para criar os imunógenos virtualmente projetados. As proteínas foram então purificadas e estudadas em laboratório para garantir que combinassem com suas contrapartes virtuais. No final, os pesquisadores desenvolveram quatro designs estáveis ​​de imunógenos que foram usados ​​para imunizar camundongos, que produziram anticorpos contra o SARS-CoV-2. Cada projeto produziu anticorpos em graus variados, mas um projeto, ED2, teve uma resposta imune robusta.

Por meio de testes adicionais, os pesquisadores encontraram esses anticorpos ligados à proteína spike SARS-CoV-2. Eles também avaliaram quão bem o imunógeno ED2 se ligou a amostras de soro de pacientes humanos com COVID-19 usando testes químicos especializados que desenvolveram. Eles descobriram que os anticorpos em amostras de soro de pacientes com COVID-19 foram capazes de se ligar aos imunógenos ED2, demonstrando que eles também podem ser usados ​​para aplicações de diagnóstico. A metodologia e os resultados foram publicados na revista Materiais Funcionais Avançados em 3 de outubro.

Segundo os pesquisadores, mais estudos serão feitos para otimizar o desenho e a resposta imune dos imunógenos. Uma vez aperfeiçoadas, elas poderão um dia ser usadas como candidatas a vacinas em ensaios clínicos.

“Nossa metodologia pode ser usada não apenas para SARS-CoV-2 e outros vírus relacionados, mas também para outros vírus patogênicos clinicamente importantes”, disse Vishweshwaraiah. “Até onde sabemos, somos os primeiros a projetar imunógenos com base em regiões conservadas da proteína spike SARS-CoV-2. imunógenos apresentam resultados promissores e [we] planejará otimizá-los ainda mais.”

Brianna Hnath, Brendan Rackley, Jian Wang e Neil Christensen da Penn State College of Medicine; Abhinay Gontu, Suresh Kuchipudi e Neela Yennawar do Penn State Huck Institutes of the Life Sciences; e Morgan Chandler e Kirill Afonin da Universidade da Carolina do Norte em Charlotte também contribuíram para esta pesquisa.