A vírusok azért képesek hatékonyan megfertőzni az emberi sejteket, mert felszínüket speciális fehérjék borítják, amelyek kulcsszerepet játszanak a sejtekhez való kapcsolódásban, ugyanakkor ezek jelentik a vakcinafejlesztés elsődleges célpontjait is.

A kutatók eddig laboratóriumban előállított, leegyszerűsített fehérjeváltozatokat vizsgáltak, amelyekből azonban gyakran hiányoztak azok a részek, amelyek természetes környezetben a vírus külső membránjába ágyazódnak, emiatt a vizsgálatok nem mindig tükrözték pontosan a valós fertőzés során zajló folyamatokat.

A nanokorong technológia segítségével

A Scripps Research kutatói az IAVI és más partnerek együttműködésével egy olyan új platformot dolgoztak ki, amely nanokorong technológia segítségével képes a vírusfehérjéket a természetes állapotukhoz jóval közelebb álló formában vizsgálni. A módszer lényege, hogy a fehérjéket apró, lipidekből álló részecskékbe ágyazzák, amelyek utánozzák a vírus külső membránját, így megőrzik annak szerkezetét és viselkedését, ezáltal pontosabb képet adnak arról, miként ismerik fel és semlegesítik az ellenanyagok a kórokozót – emelte ki a ScienceDaily.

A Nature Communications folyóiratban közölt tanulmányban a platformot a HIV és az Ebola vírus fehérjéin tesztelték, mivel ezek a kórokozók hosszú ideje komoly kihívást jelentenek a vakcinafejlesztés számára, felszíni fehérjéik ugyanis különösen nehezen célozhatók az immunrendszer számára. A kutatók szerint ugyanakkor az eljárás más, hasonló felépítésű vírusok esetében is alkalmazható lehet, beleértve az influenzát és a SARS CoV 2 vírust is.

Ideje változtatni a kutatásokon

„Sok éven át olyan vírusfehérje változatokra kellett támaszkodnunk, amelyekből fontos részek hiányoztak” mondta William Schief, a Scripps Research professzora és az IAVI Neutralizáló Antitest Központjának vakcinatervezési igazgatója. „A platformunk lehetővé teszi, hogy ezeket a fehérjéket a természetes környezetükhöz sokkal hűebb közegben tanulmányozzuk, ami elengedhetetlen ahhoz, hogy megértsük, miként ismerik fel a védelmet nyújtó antitestek a vírust.”

A valódi vírusokban a felszíni fehérjék lipidmembránba ágyazva, meghatározott térbeli elrendezésben helyezkednek el, ezzel szemben a laboratóriumi vizsgálatok során gyakran eltávolítják a membránhoz rögzítő szakaszokat, hogy a fehérjék könnyebben kezelhetők legyenek.

Ez az egyszerűsítés ugyan megkönnyíti a kísérleteket, ugyanakkor elfedhet olyan lényeges részleteket, amelyek különösen a membránhoz közeli régiókat célzó antitestek esetében meghatározóak lehetnek.

Vakcinajelölt fehérjéket építettek be

A kutatócsoport ezért vakcinajelölt fehérjéket épített be a stabil, apró lipidkorongokba, amik a vírus külső rétegéhez hasonló környezetet biztosítanak, és lehetővé teszik az antitest kötődési vizsgálatokat, az immunsejtek szelektálását, valamint a nagy felbontású szerkezeti elemzéseket is.

„Az jelentette az áttörést, hogy ezeket az elemeket egyetlen megbízható rendszerben tudtuk egyesíteni” hangsúlyozta Kimmo Rantalainen, a tanulmány első szerzője. „Az egyes komponensek korábban is léteztek, de az, hogy reprodukálható és skálázható módon működjenek együtt, új távlatokat nyit a vakcinák elemzésében és tervezésében.”

Részletes szerkezeti képet kaptak

A HIV példáján a kutatók a vírus felszíni fehérjéjének egy stabil, a membránhoz közeli régiójára összpontosítottak, amelyet olyan antitestek céloznak, amik a vírus számos változatát képesek semlegesíteni, mivel a mutációk ellenére is megőrzött szerkezeti elemeket ismernek fel.

A nanokorong platform segítségével részletes szerkezeti képet kaptak arról, hogyan kapcsolódnak ezek az antitestek a fehérjékhez természetes membránkörnyezetben, és olyan kölcsönhatásokat azonosítottak, amelyek izolált fehérjék vizsgálatakor nem láthatók.

„A szerkezeti adatok olyan részletességet biztosítottak, amelyhez korábban nem fértünk hozzá” emelte ki Rantalainen. „Új kölcsönhatásokat figyeltünk meg a membrán határfelületén, és ez segít megérteni, miért kulcsfontosságúak ezek az antitestek működése szempontjából.”

Az Ebola vírus fehérjéivel is kipróbálták

A módszert az Ebola vírus fehérjéivel is kipróbálták, és az eredmények megerősítették, hogy az ellenanyagok ebben a membránszerű környezetben is hatékonyan felismerik és megkötik a célpontjaikat.

Emellett a platform nem csupán szerkezeti vizsgálatokra alkalmas, hanem arra is, hogy nanokorongokat molekuláris csaliként használva azonosítsák azokat az immunsejteket, amelyek egy adott vakcinajelöltre reagálnak, így pontosabb képet ad a szervezet immunválaszáról.

A rendszer hatékonyságát jelzi, hogy míg egyes elemzések korábban akár egy hónapot is igénybe vettek, az új eljárással nagyjából egy hét alatt elvégezhetők, ami jelentősen felgyorsítja a különböző vakcinajelöltek összehasonlítását. Bár maga a platform nem vakcina, a kutatók szerint olyan eszközt ad a fejlesztők kezébe, amely különösen a hagyományos módszerekkel nehezen megcélozható vírusok esetében hozhat áttörést.

„Ez reálisabb és pontosabb módot kínál arra, hogy már a korai szakaszban teszteljük az elképzeléseinket” fogalmazott Schief. „Ha javítjuk, ahogyan a vírusfehérjéket és az antitestválaszokat vizsgáljuk, azzal hozzájárulhatunk a következő generációs vakcinák kifejlesztéséhez a világ legnagyobb kihívást jelentő vírusai ellen.”