Pontos fracos ocultos no HIV e no Ebola revelados com tecnologia inovadora de nanodiscos

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 muito mais natural. O método usa tecnologia de nanodiscos, que coloca as proteínas em minúsculas partículas feitas de lipídios. Esta configuração imita a membrana externa do vírus, ajudando a preservar a estrutura e o comportamento naturais das proteínas. A abordagem oferece uma visão mais clara de como os anticorpos interagem com os vírus e pode ajudar a orientar o design futuro de vacinas.

Tecnologia Nanodisc imita membranas virais

O estudo, publicado em Comunicações da Naturezatestou a plataforma usando proteínas do HIV e do Ebola. Esses vírus há muito representam desafios para o desenvolvimento de vacinas porque suas proteínas de superfície são especialmente difíceis de serem atingidas pelo sistema imunológico. Os investigadores acreditam que o mesmo método também poderia ser aplicado a outros vírus com proteínas semelhantes ligadas à membrana, incluindo a gripe e o SARS-CoV-2.

“Durante muitos anos, tivemos que confiar em versões de proteínas virais que careciam de peças importantes”, diz o co-autor William Schief, professor da Scripps Research e diretor executivo de design de vacinas do Neutralizing Antibody Center da IAVI. “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 um vírus”.

Em vírus reais, as proteínas de superfície estão incorporadas em uma membrana lipídica e organizadas em formatos específicos. Em contraste, a maioria dos estudos laboratoriais remove a porção de ancoragem à membrana para facilitar o manuseio das proteínas. Embora isso simplifique os experimentos, pode ocultar detalhes importantes, especialmente para anticorpos que têm como alvo regiões próximas à base da proteína, próximas à membrana.

Para superar esta limitação, a equipe incorporou proteínas candidatas a vacina em nanodiscos. Estas pequenas e estáveis ​​placas lipídicas mantêm as proteínas no lugar e assemelham-se 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.

“Reunir todos esses componentes em um sistema único e confiável foi a chave”, diz o primeiro autor Kimmo Rantalainen, cientista sênior do laboratório de Schief. “As peças individuais já existiam, mas fazê-las funcionar em conjunto de uma forma que seja reproduzível 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 consistentes mesmo durante a mutação, o que os torna especialmente valiosos para a investigação de vacinas.

Com a plataforma nanodisc, a equipe capturou visões estruturais detalhadas de como esses anticorpos interagem com proteínas virais em seu ambiente natural de membrana. Isto revelou características que não podem ser observadas quando as proteínas são estudadas isoladamente. As descobertas também esclarecem como certos anticorpos podem neutralizar os vírus, destruindo as estruturas que utilizam para infectar as células, oferecendo pistas úteis para a concepção de melhores vacinas.

“A estrutura nos deu um nível de detalhe que simplesmente não conseguíamos acessar antes”, observa Rantalainen. “Isso nos mostrou novas interações na interface da membrana e sugeriu por que elas são importantes para a função dos anticorpos”.

Aplicações além do HIV e do Ebola

Para mostrar que o método é amplamente útil, os investigadores também o aplicaram às proteínas do Ébola. Os resultados confirmaram que os anticorpos poderiam reconhecer e ligar-se com sucesso a estas proteínas dentro do 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 nanodiscos como “isca” molecular, os cientistas podem isolar células imunológicas que respondem a proteínas virais específicas. Isto proporciona uma compreensão mais 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 têm sido difíceis de combater usando métodos tradicionais.

“Isso dá ao campo uma maneira mais realista e precisa de testar ideias desde o início”, enfatiza Schief. “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 “Plataforma de nanodiscos de glicoproteína de vírus para análise de vacinas” incluem Alessia Liguori, Gabriel Ozorowski, Claudia Flynn, Jon M. Steichen, Olivia M. Swanson, Patrick J. Madden, Sabyasachi Baboo, Swastik Phulera, Anant Gharpure, Danny Lu, Oleksandr Kalyuzhniy, Patrick Skog, Sierra 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 C. Paulson, Shane Crotty, Torben Schiffner e Andrew B. Ward of Scripps Research; e Sunny Himansu da Moderna Inc.

Este trabalho foi apoiado por financiamento 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); o Centro de Anticorpos Neutralizantes da IAVI (INV-034657 e INV-064772); e a Fundação Alexander von Humboldt.