محققان مؤسسه فناوری ماساچوست(MIT) و مؤسسه فناوری کالیفرنیا(Caltech) گام‌های مهمی در توسعه واکسنی برداشته‌اند که می‌تواند در برابر انواع در حال ظهور ویروس SARS-CoV-2 که ویروس مسئول ایجاد بیماری کووید-19 است و همچنین کروناویروس‌های مرتبط به نام ساربکوویروس(sarbecoviruses) محافظت کند.

این ویروس‌ها می‌توانند از حیوانات به انسان‌ها سرایت کنند و نگرانی‌های بهداشت عمومی جهانی را افزایش دهند.

به نقل از اس‌ای، ویروس SARS-CoV-2 تنها ویروس در خانواده ساربکوویروس نیست. این خانواده از ویروس‌ها همچنین شامل ویروس «سارس» است که در اوایل دهه 2000 باعث شیوع گسترده‌ای شد.

پیشگیری از بیماری همه‌گیر بعدی

سویه‌های کنونی که در حیات وحش، به‌ویژه خفاش‌ها و پستانداران مختلف در گردش هستند، به طور بالقوه می‌توانند انسان‌ها را در آینده آلوده کنند.

محققان برای مقابله با این تهدید، واکسن جدیدی طراحی کرده‌اند که از تکنیک‌های پیشرفته ایمنی‌شناسی و مدل‌های محاسباتی استفاده می‌کند.

سنگ بنای این واکسن ابتکاری، استفاده از نانوذرات است. این تیم با اتصال حداکثر هشت نسخه مجزا از پروتئین‌های متصل شونده به گیرنده ساربکوویروس یا RBDها به این نانوذرات، واکسنی ایجاد کرده است که تولید آنتی‌بادی‌هایی را که مناطق RBD را هدف قرار می‌دهند و به ‌طور قابل‌توجهی در بین سویه‌های مختلف ویروسی پایدار می‌مانند، ایجاد کرده است.

این طرح به طور قابل توجهی احتمال جهش‌های ویروسی را که می‌توانند از پاسخ ایمنی ایجاد شده توسط واکسن‌ها فرار کنند، کاهش می‌دهد.

پروفسور آروپ کی چاکرابورتی(Arup K. Chakraborty)، استاد مؤسسه جان ام. دویچ(John M. Deutch) در MIT و یکی از اعضای مؤسسه مهندسی و علوم پزشکی MIT و مؤسسه راگون(Ragon) و دانشگاه هاروارد می‌گوید: این پروژه نشان می‌دهد که چگونه ادغام روش‌های محاسباتی با تحقیقات ایمنی‌شناسی می‌تواند بسیار مؤثر باشد.

چاکرابورتی و پاملا بیورکمن(Pamela Bjorkman)، استادان زیست‌شناسی و مهندسی بیولوژیکی در مؤسسه فناوری کالیفرنیا و نویسندگان ارشد این مطالعه پیشگامانه هستند که به تازگی در مجله Cell منتشر شده است.

این پژوهش توسط اریک وانگ(Eric Wang)، دانشجوی دکترا در مؤسسه فناوری کالیفرنیا، با کمک دکتر الکساندر کوهن(Alexander Cohen) و یک دانشجو به نام لوئیس کالدرا(Luis Caldera) رهبری شد.

این تحقیق بر اساس تلاش‌های قبلی به رهبری بیورکمن و کوهن انجام شده است که نانوذره‌ای ایجاد کردند که هشت پروتئین RBD مختلف ساربکوویروس را نشان می‌دهد.

پروتئین متصل شونده به گیرنده ساربکوویروس یا RBD، بخش مهمی از پروتئین سنبله ویروسی است که ورود ویروس به سلول‌های میزبان را تسهیل می‌کند و هدف اصلی آنتی‌بادی‌های محافظ است.

به طور معمول، نواحی درون RBD که می‌توانند جهش پیدا کنند، بیشتر به آنتی‌بادی‌های سنتی ناشی از واکسن حساس هستند.

آنتی‌بادی‌های تولید شده توسط واکسن‌های mRNA کووید-19 کنونی، این مناطق متغیر و به‌راحتی قابل دسترسی را هدف قرار می‌دهند که دلیل اصلی این است که چرا به‌روزرسانی‌ها اغلب برای مقابله با سویه‌های جدید مورد نیاز است.

یک واکسن جدید

در مقابل، هدف این واکسن جدید، تحریک تولید آنتی‌بادی‌هایی است که مناطق مشترک و پایدار درون RBD‌هایی را که احتمال جهش کمتری دارند، هدف قرار می‌دهند. این رویکرد گسترده‌تر می‌تواند حفاظت پایدارتری در برابر ساربکوویروس‌های مختلف ایجاد کند.

مکانیسم پشت این واکسن شامل تحریک سلول‌های B است که گیرنده‌هایی را ایجاد می‌کنند که به آنتی‌بادی تبدیل می‌شوند.

این گیرنده‌ها برای فعالیت مؤثر، بهترین عملکرد را در هنگام مواجهه با چندین نسخه از یک آنتی‌ژن برای اتصال دارند. متأسفانه مناطق حفاظت‌شده RBD‌ها کمتر در دسترس هستند و باعث می‌شود سلول‌های B اغلب مناطق متغیرتر را هدف قرار دهند.

این واکسن نانوذراتی، 60 نسخه RBD از هشت آربوویروس مرتبط را برای مقابله با این چالش ترکیب می‌کند.

تنوع پروتئین‌های نمایش داده شده بر روی هر نانوذره، احتمال احاطه RBDهای یکسان را به حداقل می‌رساند و این احتمال را افزایش می‌دهد که یک گیرنده سلول B به طور مؤثر مناطق حفاظت شده را شناسایی کند و به آنها متصل شود.

کوهن توضیح می‌دهد: ایده پشت واکسن ما این است که با استفاده از چندین RBD مختلف روی نانوذره، بتوانیم سلول‌های B را انتخاب کنیم که می‌توانند مناطق حفاظت‌شده مشترک را شناسایی کنند و به آن واکنش نشان دهند. این در نهایت منجر به پاسخ آنتی‌بادی متقاطع‌تر می‌شود و می‌تواند راه را برای اثرات محافظتی گسترده‌تر هموار کند.

نتایج امیدوارکننده از مطالعات حیوانی نشان داده است که این واکسن، پاسخ قوی آنتی‌بادی را در برابر طیف وسیعی از انواع ویروس SARS-CoV-2 و سایر ساربکوویروس‌ها القاء می‌کند.

این واکسن همچنین زمانی که حیوانات با ویروس SARS-CoV-2 و ویروس اصلی سارس به چالش کشیده می‌شوند، محافظت ایجاد می‌کند.

محققان مؤسسه فناوری کالیفرنیا به دنبال تحقیقات قبلی منتشر شده در سال‌های 2021 و 2022، با آزمایشگاه چاکرابورتی در MIT برای کشف روش‌های محاسباتی و کشف ترکیب‌های RBD که می‌تواند پاسخ‌های آنتی‌بادی قوی‌تری را در برابر انتخاب متنوعی از ساربکوویروس‌ها ایجاد کند، همکاری کرد.

این پروژه شامل دو استراتژی اصلی بود. اول غربالگری محاسباتی در مقیاس بزرگ از جهش‌های بالقوه در RBD ویروس SARS-CoV-2 و دوم ارزیابی انواع RBD طبیعی موجود در ساربکوویروس‌ها.

در رویکرد اول، این تیم با سویه SARS-CoV-2 اصلی شروع کرد و حدود 800 هزار توالی را با معرفی تغییرات در مکان‌هایی که بر اتصال آنتی‌بادی تأثیر می‌گذارند، توسعه دادند.

در حالی که مبارزه با کووید-19 ادامه دارد، این کار پیشگامانه بر اهمیت تحقیق و نوآوری مداوم در تولید واکسن برای جلوتر ماندن از تهدیدات ویروسی در حال تکامل تأکید می‌کند.