Os vírus são extremamente eficientes em invadir células humanas, principalmente devido às proteínas especializadas que cobrem suas superfícies externas. Essas proteínas são alvos fundamentais no desenvolvimento de vacinas. Para estudá-las, os cientistas costumam criar versões laboratoriais para observar como o sistema imunológico poderia reagir. No entanto, essas versões simplificadas frequentemente omitem seções importantes que normalmente estão dentro da membrana externa do vírus. Como resultado, elas nem sempre se comportam da mesma forma que em uma infecção real, dificultando a compreensão de como os anticorpos reconhecem e combatem verdadeiramente os vírus.
Pesquisadores do Scripps Research, em colaboração com a IAVI e outros parceiros, desenvolveram uma nova plataforma que permite estudar essas proteínas virais de uma maneira muito mais natural. O método utiliza a tecnologia de nanodiscs, que insere as proteínas em pequenas partículas feitas de lipídios. Essa configuração imita a membrana externa do vírus, ajudando a preservar a estrutura e o comportamento natural das proteínas. A abordagem oferece uma visão mais clara de como os anticorpos interagem com os vírus e pode orientar o design de futuras vacinas.
Tecnologia de Nanodiscs que Imita Membranas Virais
O estudo, publicado na Nature Communications, testou a plataforma utilizando proteínas do HIV e do Ebola. Esses vírus representam desafios há muito tempo para o desenvolvimento de vacinas, pois suas proteínas de superfície são especialmente difíceis para o sistema imunológico reconhecer. Os pesquisadores acreditam que o mesmo método pode ser aplicado a outros vírus com proteínas ligadas à membrana, incluindo influenza e SARS-CoV-2.
“Por muitos anos, tivemos que depender de versões de proteínas virais que estão faltando partes importantes,” afirma o coautor principal William Schief, professor do Scripps Research e diretor executivo de design de vacinas no Centro de Anticorpos Neutralizantes da IAVI. “Nossa plataforma nos permite estudar essas proteínas em um ambiente que reflete melhor seu entorno natural, o que é crucial se quisermos entender como os anticorpos protetores reconhecem um vírus.”
Em vírus reais, as proteínas de superfície estão embutidas dentro de uma membrana lipídica e organizadas em formas específicas. Em contraste, a maioria dos estudos laboratoriais remove a porção que ancoraria na membrana para facilitar o manejo das proteínas. Embora isso simplifique os experimentos, pode ocultar detalhes importantes, especialmente para anticorpos que atacam regiões próximas à base da proteína, perto da membrana.
Para superar essa limitação, a equipe incorporou as proteínas candidatas a vacinas nos nanodiscs. Esses pequenos e estáveis remendos lipídicos mantêm as proteínas no lugar e se assemelham de perto à camada externa do vírus. Essa configuração permite que os cientistas estudem como os anticorpos interagem com as proteínas em um contexto mais realista. A plataforma também suporta ferramentas de pesquisa vacinal padrão, incluindo testes de ligação de anticorpos, separação de células imunológicas e imagens de alta resolução.
“Unir todos esses componentes em um único sistema confiável foi a chave,” afirma Kimmo Rantalainen, o autor principal e cientista sênior no laboratório de Schief. “As peças individuais já existiam, mas fazê-las trabalhar juntas de maneira reprodutível e escalável abre novas possibilidades para como as vacinas são analisadas e projetadas.”
Novas Perspectivas sobre Respostas de Anticorpos
Usando o HIV como exemplo, os pesquisadores se concentraram em uma região estável da proteína de superfície do vírus localizada próximo 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 durante suas mutações, tornando-os especialmente valiosos para a pesquisa de vacinas.
Com a plataforma de nanodiscs, a equipe capturou 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 de forma isolada. As descobertas também esclareceram como certos anticorpos podem neutralizar vírus desestruturando as estruturas que eles usam para infectar células, oferecendo pistas úteis para o design de vacinas melhores.
“A estrutura nos deu um nível de detalhe que simplesmente não podíamos acessar antes,” observa Rantalainen. “Isso nos mostrou novas interações na interface da membrana e sugeriu por que essas interações são importantes para a função dos anticorpos.”
Aplicações Além do HIV e Ebola
Para demonstrar que o método é amplamente útil, os pesquisadores também o aplicaram a proteínas do Ebola. Os resultados confirmaram que os anticorpos conseguiram reconhecer e se ligar a essas proteínas dentro do mesmo ambiente semelhante à membrana.
A plataforma não se limita à análise estrutural. Ela também pode ser utilizada para estudar as respostas imunológicas a candidatos a vacinas. Utilizando nanodiscs como “iscas” moleculares, os cientistas podem isolar células imunológicas que reagem a proteínas virais específicas. Isso fornece 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 completados em cerca de uma semana, facilitando a comparação entre vários candidatos a vacinas.
Uma Ferramenta para Acelerar o Desenvolvimento de Vacinas
Embora a plataforma em si não seja uma vacina, ela serve como uma ferramenta poderosa para apoiar a pesquisa de vacinas. Isso é especialmente importante para vírus que têm sido difíceis de atingir usando métodos tradicionais.
“Isso oferece ao campo uma maneira mais realista e precisa de testar ideias desde o início,” enfatiza Schief. “Ao melhorar como estudamos as proteínas virais e as 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 análises 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 da Fundação Bill e Melinda Gates para a Descoberta de Vacinas contra AIDS (subvenções INV-007522, INV-008813 e INV-002916); do Centro de Anticorpos Neutralizantes da IAVI (INV-034657 e INV-064772); e da Fundação Alexander von Humboldt.
