رویکردی جدید برای تولید واکسن

هدف توسعه واکسن محافظت از هر چه بیشتر افراد در برابر عفونت است. قطعات پروتئینی کوتاه پاتوژن ها، به اصطلاح اپی توپ، به عنوان یک رویکرد جدید امیدوارکننده برای توسعه واکسن دیده می شود.

در مجله سیستم های سلولیبیوانفورماتیکان از دانشگاه هاینریش هاینه دوسلدورف (HHU) اکنون روشی را برای شناسایی آن اپی توپ هایی ارائه می دهند که نوید ایمن سازی ایمن را در گسترده ترین گروه جمعیت ممکن می دهند. آنها همچنین با استفاده از ابزار HOGVAX خود، نامزدهای واکسن علیه کرونا ویروس SARS-CoV-2 را محاسبه کرده اند.

در طول همه گیری ویروس کرونا، واکسن های به اصطلاح mRNA به ویژه موفق و انعطاف پذیر بودند. این واکسن‌ها به‌اصطلاح پروتئین‌های اسپایک را هدف قرار می‌دهند که ساختارهای مشخصه روی سطح ویروس هستند. mRNA حاوی توالی پروتئین اسپایک است که پس از واکسیناسیون در بدن تولید می شود و سپس سیستم ایمنی بدن انسان را آموزش می دهد.

“اپی توپ ها” – قطعات کوتاهی از پروتئین های پاتوژن که قادر به تحریک پاسخ ایمنی هستند – به عنوان یک روش جایگزین برای mRNA و یک رویکرد امیدوارکننده برای به دست آوردن پاسخ های ایمنی هدفمند به سرعت، مقرون به صرفه و ایمن دیده می شود.

هر کس یک سیستم ایمنی منحصر به فرد دارد: بسته به سابقه عفونت، آنها آموزش دیده اند تا پروتئین های مختلف را مدیریت کنند و به آنها واکنش نشان دهند. پروفسور دکتر گونار کلاو، دارنده کرسی بیوانفورماتیک الگوریتمی در HHU توضیح می دهد: «این یک مشکل اساسی واکسن های مبتنی بر اپی توپ است. او با دکترای خود رویکرد جدیدی را برای توسعه چنین واکسن هایی در نظر گرفت. دانشجوی سارا شولت و پروفسور دکتر الکساندر دیلتای از موسسه میکروبیولوژی پزشکی و بهداشت بیمارستانی.

پروفسور کلاو مشکل را با سرآشپزی مقایسه می کند که برای یک رویداد بزرگ باید غذای جدیدی درست کند، “بعضی از مهمانان آلرژی دارند، در حالی که برخی دیگر مواد خاصی را دوست ندارند، بنابراین سرآشپز باید موادی را انتخاب کند که تا حد امکان میهمانان بتوانند از آن استفاده کنند. بخورید و لذت ببرید.”

ترجمه شده به توسعه واکسن، این بدان معنی است که آنها به دنبال اپی توپ هایی هستند که باعث ایجاد یک پاسخ ایمنی خوب در بسیاری از افراد می شود. این امر ضروری است زیرا غیرممکن است که تعداد نامحدودی از قطعات پروتئین را در یک واکسن بسته بندی کنیم تا سیستم های ایمنی مختلف بتوانند دنباله های مناسب برای آنها را جستجو کنند – محیط حامل به سادگی ظرفیت کافی را ندارد.

این تیم متشکل از سه محقق با ابزار بیوانفورماتیک خود “HOGVAX” رویکرد خاصی را در پیش گرفتند.

سارا شولت می‌گوید: “به‌جای اینکه اپی‌توپ‌های واکسن را از انتها به انتها رشته‌بندی کنیم، از توالی‌های یکسان در ابتدا و انتهای اپی‌توپ‌ها استفاده می‌کنیم تا بتوانیم آنها را روی هم قرار دهیم. بخش یکسان، که به عنوان “همپوشانی” شناخته می‌شود بنابراین فقط یک بار در واکسن نشان داده شده است، که ما را قادر می سازد تا مقدار زیادی از فضا را ذخیره کنیم.” این به نوبه خود، اپی توپ های بیشتری را قادر می سازد تا در یک واکسن گنجانده شوند.

به منظور مدیریت موثر اپی توپ ها و طولانی ترین همپوشانی های آنها، محققان از ساختار داده ای به نام “گراف همپوشانی سلسله مراتبی” (HOG) استفاده می کنند.

کلاو می‌گوید: “برای ادامه دادن به تشبیه آشپزی: HOG مربوط به یک کتاب آشپزی فشرده یا کوچک است، که سرآشپز اکنون می‌تواند دستور العمل‌هایی را انتخاب کند که برای همه مهمانان مناسب است.”

پروفسور دیلتای می گوید: “به عنوان یک آزمایش، ما HOGVAX را روی داده های ویروس SARS-CoV-2 اعمال کردیم و توانستیم اپی توپ های بیشتری را نسبت به سایر ابزارها ادغام کنیم. طبق محاسبات ما، می توانیم به آنها برسیم و ایمن سازی کنیم. بیش از 98 درصد از جمعیت جهان.”

سارا شولت می گوید: “در آینده، ما روی تطبیق HOGVAX برای استفاده در درمان سرطان کار خواهیم کرد. هدف در اینجا توسعه عواملی است که به طور خاص برای بیماران منفرد طراحی شده اند که به طور هدفمند به سلول های تومور حمله می کنند.”