Pontos Fracos Ocultos do HIV e Ebola Revelados com Tecnologia Inovadora de Nanodisco
Os vírus são extremamente eficazes em invadir células humanas, em grande parte devido a proteínas especializadas que revestem suas superfícies externas. Essas proteínas são alvos principais no desenvolvimento de vacinas. Para estudá-las, os cientistas normalmente criam versões laboratoriais para observar como o sistema imunológico pode reagir. No entanto, essas versões simplificadas frequentemente negligenciam seções importantes que normalmente estão dentro da membrana externa do vírus. Como resultado, elas não se comportam da mesma forma que em uma infecção real, dificultando a compreensão de como os anticorpos realmente reconhecem e bloqueiam os vírus.
Cientistas do Scripps Research, em colaboração com a IAVI e outros parceiros, desenvolveram agora uma nova plataforma que permite estudar essas proteínas virais de uma forma muito mais natural. O método utiliza tecnologia de nanodiscs, que insere as proteínas em partículas minúsculas feitas de lipídios. Esse arranjo 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 guiar futuros designs de vacinas.
Tecnologia de Nanodisc Imitando as Membranas Virais
O estudo, publicado na revista Nature Communications, testou a plataforma usando proteínas do HIV e do Ebola. Esses vírus têm apresentado desafios ao desenvolvimento de vacinas porque suas proteínas de superfície são especialmente difíceis de serem alvo do sistema imunológico. Os pesquisadores acreditam que o mesmo método poderia ser aplicado a outros vírus com proteínas vinculadas à membrana, incluindo o influenza e o SARS-CoV-2.
“Por muitos anos, tivemos que depender de versões de proteínas virais que estão faltando peças importantes”, diz o coautor sênior William Schief, professor no Scripps Research e diretor executivo de design de vacinas no Centro de Anticorpos Neutrolizantes da IAVI. “Nossa plataforma nos permite estudar essas proteínas em um ambiente que reflete melhor seu meio natural, o que é fundamental se quisermos entender como os anticorpos protetores reconhecem um vírus.”
Nos vírus reais, as proteínas de superfície estão inseridas dentro de uma membrana lipídica e organizadas em formas específicas. Em contraste, a maioria dos estudos laboratoriais remove a parte que âncora a membrana para facilitar o manuseio das proteínas. Embora isso simplifique os experimentos, pode esconder detalhes importantes, especialmente para os anticorpos que visam regiões próximas à base da proteína, perto da membrana.
Para superar essa limitação, a equipe incorporou proteínas candidatas a vacinas em nanodiscs. Esses pequenos e estáveis remendos lipídicos mantêm as proteínas no lugar e se assemelham muito à camada externa do vírus. Esse arranjo permite que os cientistas estudem como os anticorpos interagem com as proteínas em um contexto mais realista. A plataforma também suporta ferramentas padrão de pesquisa de vacinas, incluindo testes de ligação de anticorpos, separação de células imunológicas e imagem de alta resolução.
“Unir todos esses componentes em um único sistema confiável foi a chave”, diz Kimmo Rantalainen, autor principal e cientista sênior no laboratório de Schief. “As peças individuais já existiam, mas fazer com que funcionem juntas de forma reprodutível e escalável abre novas possibilidades para como as vacinas são analisadas e projetadas.”
Novas Perspectivas Sobre Respostas Imunológicas
Usando o HIV como exemplo, os pesquisadores concentraram-se em uma região estável da proteína de superfície do vírus localizada próxima à membrana. Essa região é alvo de um grupo de anticorpos que podem bloquear uma ampla gama de variantes do HIV. Esses anticorpos reconhecem partes do vírus que permanecem consistentes mesmo à medida que ele muta, tornando-os especialmente valiosos para a pesquisa de vacinas.
Com a plataforma de nanodisc, a equipe obteve visões estruturais detalhadas de como esses anticorpos interagem com as proteínas virais em seu ambiente natural de membrana. Isso revelou características que não podem ser vistas quando as proteínas são estudadas isoladamente. As descobertas também elucidaram como certos anticorpos podem neutralizar vírus ao perturbar as estruturas que eles utilizam para infectar células, oferecendo pistas úteis para o desenvolvimento de vacinas melhores.
“A estrutura nos proporcionou um nível de detalhe que simplesmente não conseguíamos acessar antes”, observa Rantalainen. “Ela nos mostrou novas interações na interface da membrana e sugeriu por que isso é importante para a função dos anticorpos.”
Aplicações Além do HIV e Ebola
Para demonstrar que o método é amplamente útil, os pesquisadores também o aplicaram às proteínas do Ebola. Os resultados confirmaram que os anticorpos puderam reconhecer e se ligar com sucesso a essas proteínas dentro do mesmo ambiente semelhante à membrana.
A plataforma não se limita à análise estrutural. Ela também pode ser usada para estudar respostas imunológicas a candidatos a vacinas. Ao utilizar nanodiscs como “iscas” moleculares, os cientistas podem isolar células imunológicas que respondem a proteínas virais específicas. Isso 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 múltiplos candidatos a vacinas.
Uma Ferramenta para Acelerar o Desenvolvimento de Vacinas
Embora a própria plataforma não seja uma vacina, ela serve como uma ferramenta poderosa para apoiar a pesquisa em vacinas. Isso é especialmente importante para vírus que têm sido difíceis de serem alvo com métodos tradicionais.
“Isso oferece ao campo uma maneira mais realista e precisa de testar ideias desde o início”, enfatiza Schief. “Ao melhorar como estudamos proteínas virais e respostas de anticorpos, esperamos que esta plataforma ajude a avançar vacinas de próxima geração contra alguns dos vírus mais desafiadores do mundo.”
Além de Schief e Rantalainen, os autores do estudo “Plataforma de Nanodisc de Glicoproteínas Virais 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 do 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 (subvenções UM1 AI144462, R01 AI147826, R56 AI192143 e 5F31AI179426-02); da Colaboração do Bill e Melinda Gates Foundation para a Descoberta de Vacinas contra a AIDS (subvenções INV-007522, INV-008813 e INV-002916); do Centro de Anticorpos Neutrolizantes da IAVI (INV-034657 e INV-064772); e da Fundação Alexander von Humboldt.
