Ważna metodologia celowania w konserwowane epitopy SARS-CoV-2 oraz podejście skoncentrowane na odporności w projektowaniu kompleksowej szczepionki przeciwko koronawirusowi pan-Sarpico.

Nowa choroba koronawirusa 2019 (COVID-19), wywołana przez zespół ciężkiej ostrej niewydolności oddechowej 2 (SARS-CoV-2), wywarła duży wpływ na światową gospodarkę i system opieki zdrowotnej. Chociaż naukowcy szybko opracowali skuteczne szczepionki przeciwko COVID-19, ich skuteczność spadła z powodu pojawienia się nowych wariantów SARS-CoV-2, które mogą unikać odpowiedzi immunologicznych wywołanych szczepieniem lub naturalną infekcją. Dlatego potrzebne są nowe szczepionki, które są wysoce skuteczne, stabilne, opłacalne i bezpieczne do stosowania na całym świecie.

tło

Wcześniejsze badania wykazały, że SARS-CoV-2 jest wirusem RNA należącym do rodziny Coronaviridae z rodzaju Betacoronavirus. Białko powierzchniowo czynne tego wirusa wiąże się z receptorem gospodarza, enzymem konwertującym angiotensynę 2 (ACE2), powodując w ten sposób infekcję.

Białko wypustek SARS-CoV-2 jest homodimerem, który zawiera dwie domeny, N-końcową domenę S1 i C-końcową domenę S2. Domena S1 wiąże się z ACE2 gospodarza poprzez domenę wiążącą receptor (RBD), podczas gdy domena S2 pośredniczy w fuzji błony komórkowej między wirusem a komórką gospodarza. Naukowcy skupili się na RBD w celu opracowania szczepionek i metod leczenia COVID-19 (przeciwciała monoklonalne). Jednak kilka badań wykazało, że RBD jest podatne na mutacje, co prowadzi do szybkiej ewolucji wirusa.

Chociaż dostępne szczepionki przeciw COVID-19 zmniejszają śmiertelność i ciężkie infekcje wymagające hospitalizacji, akumulacja mutacji w RBD zmniejszyła skuteczność dostępnych szczepionek i terapii. Pojawiło się kilka wariantów SARS-CoV-2, które są klasyfikowane jako warianty wzbudzające obawy (VOC) i warianty będące przedmiotem zainteresowania (VOI). LZO są wysoce zaraźliwe i zjadliwe i mogą unikać odpowiedzi immunologicznych wywoływanych przez szczepionkę COVID-19 i naturalne infekcje.

Ponieważ szczepionki celują w konserwowane regiony strukturalne białka wypustkowego, mogą zwalczać zdolności adaptacyjne SARS-CoV-2. Dostępne szczepionki przeciwko COVID-19 są oparte na różnych platformach, w tym na wektorach mRNA i adenowirusach. Naukowcy donoszą, że rusztowanie pierścieniowe i szczepienia to dwa wysoce precyzyjne podejścia do projektowania immunogenów stosowanych w opracowywaniu szczepionek i leków.

Nowe badanie

Naukowcy są przekonani, że stworzenie odporności opartej na konserwatywnym epitopie dałoby szeroko zakrojoną odporność. Aktywna odporność na SARS-CoV-2, która celuje w konserwowane regiony wirusa SARS-CoV-2, skutecznie zmniejszyłaby pojawianie się wariantów opornych na neutralizację lub takich, które mogłyby uniknąć odpowiedzi immunologicznej. Tego typu nowości sprawdzą się również przeciwko innym koronawirusom.

Nowe badanie zostało opublikowane w dniu bioRxiv* Serwer prepress skupił się na projektowaniu immunogenów związanych z konserwowanym regionem białka wypustkowego dla SARS-CoV-2. W tym badaniu naukowcy zastosowali metody rusztowań i szczepień nakierowanych strukturalnie. W poprzednim badaniu tego samego zespołu badawczego opisano protokół obliczeniowy do projektowania rusztowań pierścieniowych, który wykorzystano również w niniejszej pracy.

W bieżącym badaniu naukowcy opracowali immunogen SARS-CoV-2, używając trzech unikalnych i konserwatywnych regionów epitopowych w domenie S2, aby opracować symulację strukturalną epitopów. Te małe imitacje białek lub rusztowania pierścieniowe były używane jako immunomodulatory dla specyficznej odpowiedzi immunologicznej.

Wyniki główne

Obecna metoda projektowania antygenów na podstawie struktury zapewnia szybkość i dokładność opracowywania szczepionek. Połączenie metody szczepienia pierścieniowego i metody rusztowania pomogło w stworzeniu szczepionek, które byłyby wysoce skuteczne przeciwko wirusom i ich wariantom. W tym badaniu naukowcy opisują projektowanie potencjalnych immunogenów poprzez celowanie w konserwowane regiony białka SARS-CoV-2.

Naukowcy opracowali immunoprecypitaty w szczegółach na poziomie atomowym, które naśladują konserwatywną konformację epitopów z białka wypustkowego, niebędącą konformacją RBD. Wcześniejsze badanie koncentrowało się na tworzeniu odporności przy użyciu metody szczepień, której celem było umiarkowanie konserwowany region RBD. Wytworzona odporność może skutecznie indukować specyficzne dla struktury przeciwciała przeciwko SARS-CoV-2.

W tym badaniu naukowcy donoszą, że dane o charakterystyce biofizycznej i strukturalnej rusztowań pierścieniowych są zgodne z danymi obliczeniowymi. Eksperyment z immunizacją na modelu szczurzym ujawnił, że odporność nowo zaszczepionych epitopów wywołała ukierunkowaną odpowiedź immunologiczną.

Co ważne, naukowcy poinformowali, że rusztowania ED2 i ED5 wykazywały wysoki poziom odpowiedzi immunologicznej specyficznej dla przeszczepu w porównaniu z innymi projektami odpornościowymi. Spośród tych dwóch, szczepienie ED2 z dwoma różnymi epitopami indukowało wyższą odpowiedź immunologiczną. Wynik ten wskazuje, że włączenie wielu epitopów do pojedynczego projektu immunologicznego lub włączenie mieszaniny epitop-rusztowanie może indukować wzmocnioną odpowiedź immunologiczną.

Autorzy zauważają, że rusztowania pierścieniowe wykazywały ograniczoną zdolność neutralizacji w surowicach. Jednakże, gdy ED2 był testowany na próbkach surowicy pacjentów z COVID-19, zaobserwowano pozytywne powiązanie. W tym badaniu naukowcy przeprowadzili różne analizy, takie jak krystalografia rentgenowska, rozpraszanie i modelowanie promieniowania rentgenowskiego pod małymi kątami (SAX), spektroskopia dichromatyczna (CD) i test immunoenzymatyczny (ELISA). Analizy te wykazały, że zsyntetyzowany słuchacz był ustabilizowany i posiadał morfologię naśladującą oryginalne rusztowanie epitopowe.

Mimo stabilizacji harmonicznej przyczyna ograniczonej neutralizującej aktywności immunogenu nie jest jasna; Jednak związek z ludzką surowicą pacjenta sugeruje, że aktywność neutralizująca jest specyficzna dla gatunku.

Wniosek

Jednym z ograniczeń badania jest to, że w projektowaniu odporności na SARS-CoV-2 uwzględniono tylko epitopy liniowe. W przyszłości pętle konformacyjne można ulepszyć podczas projektowania preparatów immunologicznych w celu wywołania wzmocnionych odpowiedzi immunologicznych. Wyniki obecnego badania potwierdzają przydatność rusztowań pierścieniowych w opracowywaniu szczepionek.

*Ważna uwaga

bioRxiv publikuje wstępne raporty naukowe, które nie podlegają wzajemnej ocenie i dlatego nie powinny być uważane za rozstrzygające, ukierunkowywać praktykę kliniczną/zachowania związane ze zdrowiem lub być traktowane jako ustalone informacje.