Επιστήμονες κατάφεραν να δουν πώς τα αντισώματα επιτίθενται στους ιούς

Ερευνητές ανέπτυξαν μια καινοτόμο τεχνολογική προσέγγιση με νανοδίσκους, η οποία επιτρέπει τη ρεαλιστικότερη απεικόνιση των ιών, αποκαλύπτοντας κρίσιμες πληροφορίες για τον σχεδιασμό εμβολίων.

Οι ιοί είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί στο να μολύνουν ανθρώπινα κύτταρα, κυρίως λόγω των εξειδικευμένων πρωτεϊνών που καλύπτουν την επιφάνειά τους. Αυτές οι πρωτεΐνες αποτελούν επίσης βασικό στόχο για τον σχεδιασμό εμβολίων. Οι επιστήμονες συχνά δημιουργούν εργαστηριακές εκδοχές τους, ώστε να παρατηρήσουν πώς μπορεί να αντιδράσει το ανοσοποιητικό σύστημα. Ωστόσο, αυτές οι απλουστευμένες εκδοχές συνήθως δεν περιλαμβάνουν σημαντικά τμήματα που είναι ενσωματωμένα στη μεμβράνη του ιού. Χωρίς αυτά, οι πρωτεΐνες δεν συμπεριφέρονται πλήρως όπως στους πραγματικούς ιούς, γεγονός που δυσκολεύει την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα αντισώματα τους αναγνωρίζουν και τους εξουδετερώνουν.

Ερευνητές του Scripps Research, σε συνεργασία με τη Διεθνή Πρωτοβουλία για το Εμβόλιο κατά του AIDS» (IAVI) και άλλους φορείς, ανέπτυξαν μια νέα πλατφόρμα που επιτρέπει τη μελέτη αυτών των ιικών πρωτεϊνών σε μορφή που προσεγγίζει πολύ περισσότερο τη φυσική τους κατάσταση. Η μέθοδος βασίζεται στην τεχνολογία νανοδίσκων, όπου οι πρωτεΐνες ενσωματώνονται σε μικροσκοπικά σωματίδια λιπιδίων. Αυτό δημιουργεί ένα περιβάλλον που μοιάζει με μεμβράνη και διατηρεί καλύτερα τη δομή και τη λειτουργία τους. Έτσι, οι επιστήμονες εχουν σαφέστερη εικόνα για το πώς αλληλεπιδρούν οι ιικές πρωτεΐνες με τα αντισώματα.

Η τεχνολογία νανοδίσκων

Η νέα πλατφόρμα, που περιγράφεται στην επιστημονική επιθεώρηση «Nature Communications», δοκιμάστηκε σε πρωτεΐνες του HIV και του Έμπολα. Οι συγκεκριμένοι ιοί αποτελούν ιδιαίτερα δύσκολους στόχους για εμβόλια, καθώς το ανοσοποιητικό σύστημα δεν αναγνωρίζει εύκολα τις επιφανειακές τους πρωτεΐνες. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η ίδια προσέγγιση μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλους ιούς με παρόμοιες πρωτεΐνες, όπως η γρίπη και ο SARS-CoV-2.

«Για πολλά χρόνια, αναγκαζόμασταν να βασιζόμαστε σε εκδοχές ιικών πρωτεϊνών που στερούνται σημαντικών τμημάτων», δήλωσε ο συν-επικεφαλής συγγραφέας Γουίλιαμ Σχιφ, καθηγητής στο Scripps Research και διευθυντής σχεδιασμού εμβολίων στο Κέντρο Εξουδετερωτικών Αντισωμάτων της IAVI.

«Η πλατφόρμα μάς επιτρέπει να μελετάμε αυτές τις πρωτεΐνες σε ένα περιβάλλον που αντικατοπτρίζει καλύτερα τη φυσική τους κατάσταση, κάτι που θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς τα προστατευτικά αντισώματα αναγνωρίζουν έναν ιό».

Μια καινοτόμος προσέγγιση

Στους πραγματικούς ιούς, οι επιφανειακές πρωτεΐνες είναι αγκυρωμένες σε μια λιπιδική μεμβράνη και οργανωμένες σε συγκεκριμένα σχήματα. Αντίθετα, σε πολλές εργαστηριακές μελέτες αφαιρείται το τμήμα που τις συνδέει με τη μεμβράνη, ώστε να απλοποιηθεί η ανάλυση. Αν και αυτό διευκολύνει τα πειράματα, μπορεί να αποκρύψει κρίσιμες λεπτομέρειες- ιδιαίτερα για αντισώματα που στοχεύουν περιοχές κοντά στη βάση της πρωτεΐνης.

Για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν τις πρωτεΐνες-υποψήφιες για εμβόλια σε νανοδίσκους, μικρές και σταθερές δομές μεμβράνης που τις συγκρατούν στη θέση τους. Αυτοί οι δίσκοι λιπιδίων μιμούνται την εξωτερική επιφάνεια ενός ιού και βοηθούν στη διατήρηση του τρόπου με τον οποίο τα αντισώματα αναγνωρίζουν φυσικά τις πρωτεΐνες. Το σύστημα υποστηρίζει επίσης ένα ευρύ φάσμα τεχνικών της έρευνας εμβολίων, όπως μέτρηση πρόσδεσης αντισωμάτων, απομόνωση ανοσοκυττάρων και απεικόνιση υψηλής ανάλυσης.

Νέα ευρήματα από τον HIV

Για να αξιολογήσει την πλατφόρμα, η ομάδα επικεντρώθηκε στον HIV και μελέτησε μια διατηρημένη περιοχή της επιφανειακής του πρωτεΐνης κοντά στη μεμβράνη. Η περιοχή αυτή αποτελεί στόχο μιας κατηγορίας αντισωμάτων που μπορούν να εξουδετερώσουν πολλαπλές παραλλαγές του ιού, κάτι ιδιαίτερα σημαντικό για τον σχεδιασμό εμβολίων.

Με τη χρήση των νανοδίσκων, οι επιστήμονες κατέγραψαν λεπτομερείς δομές που δείχνουν πώς αυτά τα αντισώματα αλληλεπιδρούν με τον ιό σε ρεαλιστικό περιβάλλον μεμβράνης. Οι εικόνες αποκάλυψαν χαρακτηριστικά που δεν είναι ορατά όταν η πρωτεΐνη μελετάται απομονωμένα και έδωσαν νέα στοιχεία για τον τρόπο με τον οποίο τα αντισώματα μπλοκάρουν τη μόλυνση. Τα ευρήματα υποδηλώνουν επίσης πώς ορισμένα αντισώματα εξουδετερώνουν τους ιούς διαταράσσοντας τις δομές στις οποίες βασίζονται για να μολύνουν τα κύτταρα. Αυτές οι πληροφορίες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανάπτυξη μελλοντικών εμβολίων για την ενεργοποίηση παρόμοιων ανοσολογικών αποκρίσεων.

Η πλατφόρμα δοκιμάστηκε επίσης με πρωτεΐνες του ιού Έμπολα, όπου τα αντισώματα αναγνώρισαν επιτυχώς τις πρωτεΐνες στο ίδιο περιβάλλον μεμβράνης, επιβεβαιώνοντας ότι η μέθοδος δεν περιορίζεται σε έναν μόνο ιό.

Ταχύτερη ανάλυση της ανοσοαπόκρισης

Πέρα από τη δομική ανάλυση, η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για τη μελέτη της ανοσολογικής απόκρισης σε υποψήφια εμβόλια. Οι νανοδίσκοι λειτουργούν ως μοριακά «δολώματα», επιτρέποντας την απομόνωση ανοσοκυττάρων που αναγνωρίζουν τις ιικές πρωτεΐνες. Αυτό προσφέρει μια πιο σαφή εικόνα για το πώς αντιδρά ο οργανισμός σε διαφορετικά σχέδια εμβολίων. Παράλληλα, η διαδικασία είναι σημαντικά ταχύτερη: πειράματα που απαιτούσαν έναν μήνα ή περισσότερο μπορούν πλέον να ολοκληρωθούν σε περίπου μία εβδομάδα.

Εργαλείο για τα εμβόλια επόμενης γενιάς

Αν και η πλατφόρμα δεν αποτελεί από μόνη της εμβόλιο, προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο για την ανάπτυξή τους, ιδιαίτερα για ιούς που μέχρι σήμερα ήταν δύσκολο να αντιμετωπιστούν.

«Αυτό δίνει στο πεδίο έναν πιο ρεαλιστικό και ακριβή τρόπο να δοκιμάζει ιδέες από νωρίς», σημείωσε ο Σχιφ. «Βελτιώνοντας τον τρόπο που μελετάμε τις ιικές πρωτεΐνες και τις ανοσολογικές αποκρίσεις, ελπίζουμε ότι αυτή η πλατφόρμα θα συμβάλει στην ανάπτυξη εμβολίων νέας γενιάς για μερικούς από τους πιο δύσκολους ιούς στον κόσμο».

Πηγή: Scitechdaily