Os vírus são muito eficazes na entrada nas células humanas, em grande parte devido às proteínas especiais que revestem a sua superfície externa. Estas proteínas são alvos chave para o desenvolvimento de vacinas. Para estudá-los, os cientistas geralmente criam versões de laboratório para ver como o sistema imunológico reage. No entanto, estas versões simplificadas muitas vezes deixam de fora segmentos importantes que normalmente residem dentro da membrana externa do vírus. Como resultado, nem sempre se comportam da mesma forma que numa infecção real, tornando difícil compreender como os anticorpos reconhecem e detêm vírus reais.
Pesquisadores da Scripps Research, trabalhando com a IAVI e outros colaboradores, desenvolveram agora uma nova plataforma que permite estudar essas proteínas virais de uma forma mais natural. O método usa tecnologia de nanodiscos, que coloca proteínas em minúsculas partículas feitas de lipídios. Esta configuração imita a membrana externa de um vírus, ajudando a preservar a conformação e o comportamento naturais da proteína. Fornece uma visão mais clara de como os anticorpos interagem com os vírus e pode ajudar a orientar o projeto futuro de vacinas.
Tecnologia Nanodisc imita membranas virais
Pesquisa, publicada Comunicação da naturezaA plataforma foi testada utilizando proteínas do VIH e do Ébola. Esses vírus há muito representam um desafio para o desenvolvimento de vacinas porque suas proteínas de superfície são particularmente difíceis de serem manipuladas pelo sistema imunológico. Os investigadores acreditam que a mesma abordagem pode ser aplicada a outros vírus com proteínas ligadas à membrana semelhantes, incluindo a gripe e o SARS-CoV-2.
“Durante muitos anos, tivemos que confiar em versões de proteínas virais que careciam de partes importantes”, disse o co-autor William Schiff, professor da Scripps Research e diretor executivo de design de vacinas no Neutralizing Antibody Center da IAVI. “Nossa plataforma nos permite estudar essas proteínas em um ambiente que reflete melhor seu ambiente natural, o que é importante se quisermos entender como os anticorpos protetores reconhecem um vírus”.
Nos vírus verdadeiros, as proteínas de superfície estão incorporadas em uma membrana lipídica e organizadas em formatos específicos. Em contraste, a maioria dos estudos de laboratório remove a porção de ancoragem à membrana da proteína para facilitar o seu manuseio. Embora isso simplifique os experimentos, pode ocultar detalhes importantes, especialmente para anticorpos que têm como alvo regiões próximas à base de proteínas próximas à membrana.
Para superar esta limitação, a equipe incorporou proteínas candidatas a vacina nos nanodiscos. Essas pequenas e estáveis placas lipídicas contêm proteínas e se assemelham muito à camada externa do vírus. Esta configuração permite aos cientistas estudar como os anticorpos interagem com as proteínas num contexto mais realista. A plataforma também oferece suporte a ferramentas padrão de pesquisa de vacinas, incluindo testes de ligação de anticorpos, classificação de células imunológicas e imagens de alta resolução.
“Integrar todos esses componentes em um sistema único e confiável foi a chave”, disse o primeiro autor Kimo Rantalainen, cientista sênior do laboratório de Schiff. “As peças individuais já existem, mas fazê-las funcionar em conjunto de uma forma reprodutível e escalável abre novas possibilidades de como as vacinas são analisadas e concebidas”.
Novos insights sobre respostas de anticorpos
Usando o VIH como exemplo, os investigadores concentraram-se numa região estável da proteína da superfície do vírus localizada perto da membrana. Esta região é alvo de um grupo de anticorpos que podem bloquear uma ampla gama de variantes do HIV. Estes anticorpos reconhecem partes do vírus que permanecem intactas após a transformação, tornando-os particularmente valiosos para a investigação de vacinas.
Com a plataforma NanoDisc, a equipe capturou uma visão estrutural detalhada de como esses anticorpos interagem com proteínas virais em seu ambiente natural de membrana. Isto revelou propriedades que não podem ser observadas quando se estudam proteínas isoladamente. Os resultados também esclarecem como os anticorpos específicos podem neutralizar os vírus, destruindo as estruturas utilizadas para infectar as células, fornecendo pistas úteis para a concepção de melhores vacinas.
“A estrutura nos deu um nível de detalhe que não conseguíamos acessar antes”, observa Rontalainen. “Isso nos mostrou novas interações na interface da membrana e sugeriu por que os anticorpos são importantes para o funcionamento”.
Aplicações além do VIH e do Ébola
Para mostrar que o método é amplamente aplicável, os investigadores também o aplicaram à proteína do Ébola. Os resultados confirmaram que os anticorpos podem reconhecer e ligar com sucesso estas proteínas dentro do mesmo ambiente semelhante a uma membrana.
A plataforma não se limita à análise estrutural. Também pode ser usado para estudar a resposta imunológica a vacinas candidatas. Usando os nanodiscos como “isca” molecular, os cientistas podem isolar células do sistema imunológico que respondem a proteínas virais específicas. Isto fornece uma compreensão clara de como o corpo reage a diferentes designs de vacinas. Além disso, o sistema é eficiente. Processos que antes levavam um mês ou mais agora podem ser concluídos em cerca de uma semana, facilitando a comparação de múltiplas vacinas candidatas.
Uma ferramenta para acelerar o desenvolvimento de vacinas
Embora a plataforma em si não seja uma vacina, serve como uma ferramenta poderosa para apoiar a investigação de vacinas. Isto é especialmente importante para vírus que são difíceis de combater usando métodos tradicionais.
“Isso dá ao campo uma maneira mais realista e precisa de testar conceitos básicos”, enfatiza Schiff. “Ao melhorar a forma como estudamos as proteínas virais e as respostas dos anticorpos, esperamos que esta plataforma ajude a avançar a próxima geração de vacinas contra alguns dos vírus mais desafiadores do mundo”.
Além de Schiff e Rantallainen, os autores da “Plataforma de Nanodiscos de Glicoproteína de Vírus para Análise de Vacinas” incluem Alessia Liguori, Gabriel Ozorowski, Claudia Flynn, John M. Steichen, Olivia M. Swanson, Patrick J. Madden, Sabyasachi Swayam Babu, Danien, Danien Babour, Danien, Alessia Liguori. Alexander Kalyuzhny, Patrick Skog, Sierra Terada, Monolina Shill, Jolene K. Diedrich, Eric Georgeson, Ryan Tingle, Saman Eskanderzadeh, Wayne-Sin Lee, Nushin Alavi, Diana Goodwin, Michael Kubitz, Sonya Amirjehni, Devin C, James 3, Devin C, James, James R, James, James, R. Shane Crotty, Torben Schiffner e Andrew B. Word of Scripps Pesquisa; e Sunny Himansu da Moderna Inc.
Este trabalho foi apoiado por fundos do Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas dos Institutos Nacionais de Saúde (subsídios UM1 AI144462, R01 AI147826, R56 AI192143 e 5F31AI179426-02); a Colaboração da Fundação Bill e Melinda Gates para a Descoberta de Vacinas contra a AIDS (doações INV-007522, INV-008813 e INV-002916); Centro de Anticorpos Neutralizantes IAVI (INV-034657 e INV-064772); e a Fundação Alexander von Humboldt.
