Ερευνητές στις ΗΠΑ έκαναν ένα σημαντικό βήμα στην ανάπτυξη ενός εμβολίου που θα μπορούσε να προστατεύσει από τις αναδυόμενες παραλλαγές του SARS-CoV-2 (COVID-19), καθώς και από σχετικούς κορονοϊούς, οι οποίοι είναι γνωστοί ως sarbecoviruses. Αυτοί οι ιοί μπορούν να μεταπηδήσουν από τα ζώα στον άνθρωπο, εγείροντας παγκόσμιες ανησυχίες για τη δημόσια υγεία.

Τα τρέχοντα στελέχη που κυκλοφορούν στην άγρια ​​ζωή και ειδικά στις νυχτερίδες και στα διάφορα θηλαστικά, μπορούν δυνητικά να μολύνουν τους ανθρώπους στο μέλλον. Για την αντιμετώπιση αυτής της διαφαινόμενης απειλής, οι ερευνητές σχεδίασαν ένα νέο εμβόλιο που αξιοποιεί προηγμένες ανοσολογικές τεχνικές και υπολογιστικά μοντέλα.

Οι ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) και το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech) ανέπτυξαν ένα εμβόλιο το οποί βασίζεται σε τεχνολογία νανοσωματιδίων. Σε αυτά τα νανοσωματίδια, οι ερευνητές προσάρμοσαν έως και οκτώ διαφορετικές εκδοχές των πρωτεϊνών που δεσμεύουν υποδοχείς των συγκεκριμένων ιών. Με αυτή τη μέθοδο,  η ομάδα δημιούργησε ένα εμβόλιο που προάγει την παραγωγή αντισωμάτων που στοχεύουν περιοχές των ιών οι οποίες παραμένουν εξαιρετικά σταθερές σε διαφορετικά στελέχη του ιού. Αυτός ο σχεδιασμός μειώνει σημαντικά την πιθανότητα ιικών μεταλλάξεων του ιού που μπορούν να αποφύγουν την ανοσολογική απόκριση η οποία προκαλείται από τον εμβολιασμό.

«Αυτό το έργο αποτελεί παράδειγμα για το πώς η ενσωμάτωση υπολογιστικών μεθόδων με την ανοσολογική έρευνα μπορεί να είναι εξαιρετικά αποτελεσματική», παρατηρεί ο Αρούπ Τσακραμπόρτι, καθηγητής του Ινστιτούτου John M. Deutch στο MIT και μέλος του Ινστιτούτου Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης του MIT, του Ινστιτούτου Ragon του MIT, του MGH και του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ.

Ο Τσακραμπόρτι και η Πάμελα Μπιόρκμαν, καθηγητές βιολογίας και βιολογικής μηχανικής στο Caltech, είναι οι ανώτεροι συγγραφείς αυτής της πρωτοποριακής μελέτης, που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό «Cell».

Η έρευνα βασίζεται σε προηγούμενες προσπάθειες της ομάδας η οποία ανέπτυξε ένα «μωσαϊκό» 60-μερών νανοσωματιδίων που εμφανίζει οκτώ διαφορετικές πρωτεΐνες RBD του sarbecovirus. Το RBD είναι ένα κρίσιμο μέρος της ιικής πρωτεΐνης ακίδας που διευκολύνει την είσοδο του ιού στα κύτταρα-ξενιστές και είναι ο πρωταρχικός στόχος για τα προστατευτικά αντισώματα.

Συνήθως, οι περιοχές εντός των RBD όπου μπορούν να προκύψουν μεταλλάξεις είναι πιο ευαίσθητες στα αντισώματα που προκαλούνται από εμβόλια. Τα αντισώματα που παράγονται από τα τρέχοντα εμβόλια mRNA κατά του COVID-19 τείνουν να στοχεύουν αυτές τις μεταβλητές και εύκολα προσβάσιμες περιοχές, κάτι που είναι ένας βασικός λόγος για τον οποίο απαιτούνται συχνά ενημερώσεις για την αντιμετώπιση νέων στελεχών του ιού.

Πώς λειτουργεί το νέο εμβόλιο

Το νέο εμβόλιο διεγείρει την παραγωγή αντισωμάτων που στοχεύουν κοινές, σταθερές περιοχές εντός των RBD όπου είναι λιγότερο πιθανό να προκύψουν μεταλλάξεις. Αυτή η ευρύτερη προσέγγιση θα μπορούσε να προσφέρει πιο βιώσιμη προστασία από αυτούς τους ιούς. Το εμβόλιο διεγείρει τα Β κύτταρα τα οποία αναπτύσσουν υποδοχείς που μετατρέπονται σε αντισώματα. Για να ενεργοποιηθούν αποτελεσματικά, αυτοί οι υποδοχείς αποδίδουν καλύτερα όταν συναντούν πολλαπλά αντίγραφα ενός αντιγόνου στα οποία μπορούν να προσκολληθούν. Ωστόσο, οι διατηρημένες περιοχές των RBD είναι λιγότερο προσβάσιμες, με αποτέλεσμα τα Β κύτταρα να στοχεύουν συχνά τις πιο μεταβλητές περιοχές.

Το εμβόλιο νανοσωματιδίων των ερευνητών ενσωματώνει 60 αντίγραφα RBD από οκτώ σχετικούς ιούς για την αντιμετώπιση αυτής της πρόκλησης. Η ποικιλομορφία των πρωτεϊνών που εμφανίζονται σε κάθε νανοσωματίδιο ελαχιστοποιεί την πιθανότητα ταυτόσημων RBDs να περιβάλλουν το ένα το άλλο, αυξάνοντας την πιθανότητα ένας υποδοχέας Β κυττάρων να αναγνωρίσει και να συνδεθεί αποτελεσματικά στις συγκεκριμένες περιοχές.

«Το εμβόλιο μας διαθέτει πολλαπλά διαφορετικά RBD στο νανοσωματίδιο κι έτσι μπορούμε να επιλέξουμε Β κύτταρα που μπορούν να αναγνωρίσουν και να ανταποκριθούν στις κοινές διατηρημένες περιοχές», εξηγούν οι ερευνητές.

«Αυτό οδηγεί τελικά σε μια πιο διασταυρούμενη αντίδραση αντισωμάτων και θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για ευρύτερα προστατευτικά αποτελέσματα» προσθέτουν.

Τα πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα από μελέτες σε ζώα έδειξαν ότι το εμβόλιο μωσαϊκού-8 προκαλεί ισχυρές αποκρίσεις αντισωμάτων έναντι μιας σειράς παραλλαγών του SARS-CoV-2 και άλλων σχετικών ιών. Το εμβόλιο παρείχε επίσης προστασία σε ζώα που προσβλήθηκαν με τον SARS-CoV-2 και τον SARS.

Μετά από προηγούμενη έρευνα που δημοσιεύθηκε το 2021 και το 2022, η ομάδα του Caltech συνεργάστηκε με το εργαστήριο του Τσακραμπόρτι από το MIT προκειμένου να διερευνήσει υπολογιστικές προσεγγίσεις για την ανακάλυψη συνδυασμών RBD που θα μπορούσαν να προκαλέσουν ακόμη πιο ισχυρές αποκρίσεις αντισωμάτων ενάντια σε μια ποικιλία από αυτούς τους ιούς.

Η έρευνα περιλάμβανε δύο κύριες στρατηγικές: έναν υπολογιστικό έλεγχο μεγάλης κλίμακας πιθανών μεταλλάξεων στο RBD του SARS-CoV-2 και μια αξιολόγηση των φυσικών παραλλαγών RBD που βρίσκονται σε ζωονοσογόνους sarbecoviruses. Στην πρώτη προσέγγιση, η ομάδα ξεκίνησε με το αρχικό στέλεχος SARS-CoV-2 και ανέπτυξε περίπου 800.000 υποψήφιες αλληλουχίες εισάγοντας παραλλαγές σε θέσεις που είναι γνωστό ότι επηρεάζουν τη δέσμευση αντισωμάτων.

Καθώς ο αγώνας κατά του COVID-19 συνεχίζεται, αυτό το πρωτοποριακό έργο υπογραμμίζει τη σημασία της συνεχιζόμενης έρευνας και καινοτομίας στην ανάπτυξη εμβολίων προκειμένου να παραμείνουμε μπροστά από τις εξελισσόμενες ιογενείς απειλές.

ΠΗΓΗ: Interesting Engineering