Os vírus são capazes de entrar nas células humanas de forma muito eficiente, em grande parte devido a proteínas especiais que revestem a sua superfície externa. Estas proteínas são alvos chave para o desenvolvimento de vacinas. Para estudá-los, os cientistas costumam criar versões de laboratório para ver como o sistema imunológico responde. No entanto, estas versões simplificadas muitas vezes perdem partes importantes que normalmente estão localizadas dentro da membrana externa do vírus. Como resultado, nem sempre se comportam da mesma forma que durante uma infecção real, tornando mais difícil compreender como os anticorpos realmente reconhecem e detêm o vírus.
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. Seu método usa tecnologia de nanodiscos para colocar proteínas em minúsculas partículas feitas de lipídios. Esta configuração imita a membrana externa do vírus e ajuda a preservar a estrutura e o comportamento naturais da proteína. O método poderia fornecer uma compreensão mais clara de como os anticorpos interagem com o vírus e ajudar a orientar o projeto futuro de vacinas.
Tecnologia Nanodisc imita membrana de vírus
O estudo foi publicado em comunicações da naturezatestou a plataforma usando proteínas dos vírus HIV e Ebola. Esses vírus há muito representam um desafio para o desenvolvimento de vacinas porque suas proteínas de superfície são particularmente difíceis de serem atacadas pelo sistema imunológico. Os investigadores acreditam que a mesma abordagem poderia ser aplicada a outros vírus com proteínas de ligação à membrana semelhantes, incluindo a gripe e o SARS-CoV-2.
“Durante anos, tivemos que confiar em versões de proteínas virais que careciam de segmentos importantes”, disse o co-autor sênior William Schief, professor da Scripps Research e diretor executivo de design de vacinas do IAVI Neutralizing Antibody Center. “Nossa plataforma nos permite estudar essas proteínas em um ambiente que reflete melhor seu ambiente natural, o que é fundamental se quisermos entender como os anticorpos protetores reconhecem o vírus”.
Em vírus reais, as proteínas de superfície estão incorporadas nas membranas lipídicas e organizadas em formatos específicos. Em contraste, a maioria dos estudos laboratoriais remove porções de ancoragem à membrana para facilitar o manuseio da proteína. Embora isso simplifique o experimento, pode ocultar detalhes importantes, especialmente para anticorpos que têm como alvo regiões de base da proteína próximas à membrana.
Para superar esta limitação, a equipe de pesquisa integrou as proteínas candidatas a vacina em nanodiscos. Essas pequenas e estáveis placas lipídicas mantêm as proteínas no lugar e são muito semelhantes à camada externa de um vírus. Esta configuração permite aos cientistas estudar como os anticorpos interagem com as proteínas num cenário 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 confiável é fundamental”, disse o primeiro autor Kimmo Rantalainen, cientista sênior do Laboratório Schief. “As peças individuais já existem, mas tê-las a trabalhar em conjunto de uma forma repetível e escalonável abre novas possibilidades de como as vacinas podem ser analisadas e concebidas”.
Novos insights sobre respostas de anticorpos
No caso do VIH, os investigadores concentraram-se em regiões estáveis de proteínas da superfície viral localizadas perto da membrana. Esta região é alvo de um grupo de anticorpos que bloqueiam múltiplas variantes do HIV. Estes anticorpos reconhecem partes do vírus que permanecem consistentes mesmo quando sofrem mutação, o que os torna particularmente valiosos para a investigação de vacinas.
Usando a plataforma nanodisc, a equipe capturou uma visão estrutural detalhada de como esses anticorpos interagem com proteínas virais em seu ambiente de membrana nativo. Isto revela características que não podem ser observadas quando se estuda apenas a proteína. As descobertas também revelam como certos anticorpos neutralizam os vírus, destruindo as estruturas que utilizam para infectar as células, fornecendo pistas úteis para a concepção de melhores vacinas.
“A estrutura nos fornece informações detalhadas que antes não estavam disponíveis”, observou Rantalainen. “Isso nos mostra novas interações na interface da membrana e ilustra por que essas interações são importantes para a função dos anticorpos”.
Aplicações além do VIH e do Ébola
Para demonstrar a ampla utilidade do método, os investigadores também o aplicaram às proteínas do vírus Ébola. Os resultados confirmaram que os anticorpos poderiam reconhecer e ligar-se com sucesso a estas proteínas no mesmo ambiente semelhante a uma membrana.
A plataforma não se limita à análise estrutural. Também pode ser usado para estudar respostas imunológicas a vacinas candidatas. Ao usar os nanodiscos como “iscas” moleculares, os cientistas podem isolar células imunológicas que respondem a proteínas virais específicas. Isto poderia nos dar uma imagem mais clara de como o corpo responde a diferentes designs de vacinas. Além disso, o sistema é altamente eficiente. Um processo que antes levava um mês ou mais agora pode ser concluído em cerca de uma semana, facilitando a comparação de múltiplas vacinas candidatas.
Ferramentas para acelerar o desenvolvimento de vacinas
Embora a plataforma não seja uma vacina em si, é uma ferramenta poderosa para apoiar a investigação de vacinas. Isto é especialmente importante para vírus que são difíceis de localizar usando métodos tradicionais.
“Isso dá ao campo uma maneira mais realista e precisa de testar ideias antecipadamente”, enfatizou Schiff. “Ao melhorar a forma como estudamos as proteínas virais e as respostas dos anticorpos, esperamos que esta plataforma ajude a desenvolver vacinas de próxima geração contra alguns dos vírus mais desafiadores do mundo”.
Além de Schief e Rantalainen, os autores do estudo “Viral Glycoprotein Nanodisc Platform for Vaccine Analysis” incluem Alessia Liguori, Gabriel Ozorowski, Claudia Flynn, Jon M. Steichen, Olivia M. Swanson, Patrick J. Madden, Sabyasachi Baboo, Swastik Phulera, Anant Gharunde, Terada, Monolina Shil, Jolene K. Diedrich, Erik Georgeson, Ryan Tingle, Saman Eskandarzadeh, Wen-Hsin Lee, Nushin Alavi, Diana Goodwin, Michael Kubitz, Sonya Amirzehni, Devin Sok, Jeong Hyun Lee, John R. Yates III, James Aunnyson, Mobenong Hyun, Sr.
Este trabalho foi apoiado por doações do Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas dos Institutos Nacionais de Saúde (bolsas UM1 AI144462, R01 AI147826, R56 AI192143 e 5F31AI179426-02); colaboração com a Fundação Bill & Melinda Gates para desenvolver uma vacina contra a AIDS (concessão INV-007523-007502020202020202020202-0072023-0072023-0072023-00782333. INV-002916); Centro de Anticorpos Neutralizantes (INV-034657 e INV-064772); e a Fundação Alexander von Humboldt.
