Une approche de conception de vaccins qui pourrait protéger contre de nouvelles variantes du SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, mais qui protège également potentiellement contre d’autres coronavirus, est un pas de plus vers la réalité grâce à la recherche du Penn State College of Medicine. Les scientifiques ont utilisé des zones du virus SARS-CoV-2 qui sont moins sensibles à la mutation pour concevoir des protéines appelées immunogènes, qui peuvent déclencher une réponse immunitaire.
La protéine de pointe de surface du SRAS-CoV-2 ; une cible majeure des anticorps ; permet au virus de pénétrer dans les cellules hôtes en s’engageant avec un récepteur appelé enzyme de conversion de l’angiotensine 2. Les vaccins existants ciblent le domaine de liaison au récepteur (RBD) de la protéine de pointe, mais la sensibilité de la RBD aux mutations fournit des voies d’évacuation pour le virus des anticorps neutralisants .
Des variantes préoccupantes continuent d’émerger en raison de la sensibilité de la protéine de pointe aux mutations. Nous avons identifié les zones de la protéine de pointe qui sont les moins susceptibles de muter et avons utilisé ces informations pour concevoir de nouvelles protéines, qui pourraient être utilisées pour développer un vaccin qui protège plus largement non seulement contre les futures variantes de COVID-19, mais potentiellement contre d’autres coronavirus apparentés.
Nikolay Dokholyan, professeur G. Thomas Passananti et vice-président de la recherche au département de pharmacologie
Quelques semaines seulement après que les Centers for Disease Control and Prevention ont approuvé un nouveau vaccin bivalent COVID-19, les chercheurs ont publié une étude sur la conception et l’efficacité de leurs immunogènes, qui ciblent le virus d’une manière différente. Contrairement aux vaccins actuels sur le marché, ces immunogènes sont conçus sur la base de régions conservées de la protéine de pointe, des zones moins sensibles aux mutations.
L’équipe a conçu les immunogènes en utilisant la biologie computationnelle pour identifier trois régions de la protéine de pointe qui restent conservées dans des millions de mutations théoriques qui pourraient se produire. Ces zones, appelées épitopes, ont ensuite été appariées et greffées, ou attachées, à des échafaudages protéiques, qui ont assuré la stabilité des épitopes lorsqu’ils étaient en solution. Les immunogènes ont ensuite été structurellement optimisés grâce à diverses modifications de conception, y compris des mutations stabilisatrices. Des simulations informatiques ont été utilisées pour tester la stabilité des immunogènes. Dokholyan a déjà décrit cette approche de biologie computationnelle.
« Les protéines sont des structures complexes qui sont construites pour résister à une variété de défis physiques et chimiques dans la nature », a déclaré Yashavantha Vishweshwaraiah, chercheur postdoctoral au Département de pharmacologie et premier auteur de l’article. « Les épitopes, qui sont de petits fragments de la protéine, ne sont pas stables seuls en solution, ils doivent donc être greffés à une protéine plus grande pour la stabilité. Ceci est similaire à la façon dont une fleur (épitope) pourrait avoir besoin de sa tige (protéine d’échafaudage). ) pour survivre. La fleur est peut-être la partie qui nous intéresse, mais elle n’est pas viable sans la tige qui offre structure et soutien. »
L’équipe a utilisé l’expression recombinante, une technique où les bactéries reçoivent les instructions génétiques pour fabriquer des protéines, afin de créer les immunogènes conçus virtuellement. Les protéines ont ensuite été purifiées et étudiées en laboratoire pour s’assurer qu’elles correspondaient étroitement à leurs homologues virtuels. Au final, les chercheurs ont développé quatre modèles d’immunogènes stables qui ont été utilisés pour immuniser des souris, qui ont ensuite produit des anticorps contre le SRAS-CoV-2. Chaque conception a produit des anticorps à des degrés divers, mais une conception, ED2, a eu une réponse immunitaire robuste.
Grâce à des tests supplémentaires, les chercheurs ont trouvé ces anticorps liés à la protéine de pointe SARS-CoV-2. Ils ont également évalué dans quelle mesure l’immunogène ED2 se liait aux échantillons de sérum de patients humains atteints de COVID-19 à l’aide de tests chimiques spécialisés qu’ils avaient développés. Ils ont découvert que les anticorps contenus dans les échantillons de sérum de patients COVID-19 étaient capables de se lier aux immunogènes ED2, démontrant qu’ils pourraient également être utilisés pour des applications de diagnostic. La méthodologie et les résultats ont été publiés dans la revue Advanced Functional Materials le 3 octobre.
Selon les chercheurs, d’autres études seront menées pour optimiser la conception et la réponse immunitaire des immunogènes. Une fois perfectionnés, ils pourraient un jour être utilisés comme vaccins candidats dans des essais cliniques.
« Notre méthodologie pourrait être utilisée non seulement pour le SRAS-CoV-2 et d’autres virus apparentés, mais également pour d’autres virus pathogènes cliniquement importants », a déclaré Vishweshwaraiah. « À notre connaissance, nous sommes les premiers à concevoir des immunogènes basés sur des régions conservées de la protéine de pointe SARS-CoV-2. Les immunogènes conçus montrent des résultats prometteurs et nous prévoyons de les optimiser davantage.
