Desenvolvimento da vacina contra o novo coronavírus: abordagem imunoinformática
Com a identificação do novo coronavírus (SARS-CoV-2) como causador de um grupo de casos de pneumonia em Wuhan em 2019 e com a progressão mundial do surto da doença, nomeada de COVID-19, surgiu a necessidade premente de criação de uma vacina contra o vírus.1
1. RESPOSTA IMUNOLÓGICA E VACINAS
No processo de infecção, o SARS-CoV-2 usa sua proteína spike (espinho), para se ligar aos receptores ECA2 (enzima conversora de angiotensina 2) presentes na superfície das células humanas. Uma vez dentro, o RNA viral é traduzido para produzir mais vírus.2
Simplificadamente, na resposta imunológica ao vírus, células apresentadoras de antígeno (APCs) envolvem o vírus e exibem peptídeos que fazem parte dele (antígenos - Ag) para ativar linfócitos T auxiliares. Estes irão coordenar outras respostas imunológicas, ativando linfócitos B e linfócitos T citotóxicos. Os linfócitos B produzem anticorpos que podem impedir a infecção do vírus nas células e também marcam o vírus para destruição. Já os linfócitos T citotóxicos identificam e destroem as células infectadas (Figura 1).2
Figura 1. Resposta imunológica ao SARS-CoV-2 simplificada. (Adaptado de Callaway E. Nature 2020;580(7805):576–7.2)
O propósito das vacinas é provocar a mesma resposta imunológica no corpo, porém com a exposição a um antígeno que não é capaz de causar a doença. Existem diferentes tipos de vacinas sendo criadas contra o SARS-CoV-2, que podem ser baseadas no vírus ou em partículas virais.2
2. VACINAS BASEADAS EM EPÍTOPOS
Epítopo é a porção do antígeno reconhecida pelo sistema imunológico, ou seja, a região à qual um anticorpo ou um receptor de superfície do linfócito T se liga. Dessa forma, podemos ter epítopos de linfócitos B e epítopos de linfócitos T. A identificação de epítopos em antígenos é importante para a compreensão da etiologia da doença, monitoramento imunológico, desenvolvimento de testes de diagnóstico e criação de vacinas baseadas em epítopos (veja a resposta imunológica da vacina na Figura 2).3
A identificação tradicional de epítopos dependia inteiramente de técnicas experimentais, sendo cara e demorada. Com o avanço científico, foram criados métodos de previsão de epítopos para facilitar sua identificação, utilizando de bancos de dados e seleção através de imunoinformática.3 Esta se refere a técnicas e recursos utilizados para estudar as funções imunológicas através de ferramentas estatísticas, computacionais, matemáticas e conhecimento biológico.4
No caso do SARS-COV-2, a imunoinformática tem sido utilizada para identificar diversos epítopos da proteína spike, que é considerada um bom alvo para a resposta imunológica, por se projetar externamente ao envelope viral, conferindo também a forma característica de coroa deste vírus. Assim, essa nova tecnologia tem sido utilizada na exploração minuciosa do sequenciamento da proteína spike, utilizando-se de vários servidores e softwares, com o objetivo de identificar os epítopos com capacidade de gerar resposta imune suficiente contra a infecção, tornando-se candidatos ao desenvolvimento de uma vacina eficaz.1
As vacinas multi-epítopo podem conter epítopos de linfócitos T e linfócitos B e induzem resposta imune, como descrito na Figura 2.5
Figura 2. Mecanismo molecular da resposta imunológica induzida por uma vacina baseada em multi-epítopos. Uma vacina multi-epítopos pode ser composta de epítopos de linfócitos T e B. (1) As células apresentadoras de antígeno processam a vacina multi-epítopos e apresentam os peptídeos de antígenos ligados a moléculas do MHC (Complexo Principal de Histocompatibilidade) II aos linfócitos T auxiliares. (2) Esses linfócitos T auxiliares podem se diferenciar em Th1, Th2 e T auxiliares com atividade citotóxica. (3) As células Th1 secretam citocinas que estimulam linfócitos T citotóxicos a gerar linfócitos T citotóxicos efetores, os quais irão matar as células-alvo por meio de proteínas citotóxicas. (4) Os linfócitos B reconhecem e absorvem os epítopos B da vacina multi-epítopo, apresentando-os ligados às moléculas do MHC classe II e ativando as células Th2. (5) Quando ativados, os linfócitos Th2 expressam moléculas CD40L e secretam citocinas que estimulam a ativação de outros linfócitos B. (6) Os linfócitos B ativados se proliferam e se diferenciam em plasmócitos. (7) Esses plasmócitos secretam anticorpos específicos para executar tarefas antivirais citotóxicas nas células-alvo. (8) Por sua vez, os linfócitos T auxiliares com atividade citotóxica podem secretar proteínas citotóxicas e matar diretamente a célula-alvo. (Adaptado de Zhang L.Cell Mol Immunol 2018;15(2):182–4.5)
3. CRIAÇÃO DE VACINA E ANÁLISE IMUNOINFORMÁTICA
No estudo de Bhattacharya et al (2020), os autores utilizaram a base de dados do National Centre for Biotechnological Information (NCBI) para coletar a sequência de aminoácidos da proteína alvo. Para identificar epítopos de linfócitos B, utilizaram outra base de dados com um software para previsão de epítopos e obtiveram 34 resultados. A fim de aumentar a resposta imunológica mediada por linfócitos T citotóxicos e auxiliares, também foram selecionados epítopos de linfócitos T com afinidade de ligação a moléculas do MHC. Então, os epítopos selecionados foram submetidos a um servidor, tendo um vírus como alvo, e a capacidade antigênica foi analisada.1
Assim, os epítopos que mostraram boa resposta foram unidos para a construção de um componente peptídico, o componente efetivo da vacina. A estrutura prevista deste componente foi modelada em um servidor (Figura 3). Depois, o modelo passou por validação em outros servidores, sendo considerado de boa qualidade.1
Figura 3. Modelo estrutural do componente peptídico da vacina. (Fonte: Bhattacharya M, et al. J Med Virol [Internet] 2020; 92:618–631.1)
Esse componente peptídico ainda foi submetido a um servidor para avaliação do acoplamento molecular entre ele próprio e um receptor envolvido na resposta imunológica, o receptor tipo Toll. Como o acoplamento proteína-proteína regula as funções celulares, o encaixe entre o componente da vacina e o receptor tipo Toll é importante para ativar cascatas imunológicas de destruição dos antígenos virais. O modelo selecionado apresentou reatividade espontânea entre o componente da vacina e o receptor. No entanto, como próximos passos, essas análises imunoinformáticas ainda requerem várias validações in vitro e in vivo antes da formulação da vacina contra COVID-19.1
A melhor compreensão das vias do sistema imunológico e a bioinformática trouxeram grandes avanços no combate às doenças infecciosas, possibilitando a busca e o desenvolvimento de soluções em nível molecular, incluindo as vacinas, de maneira mais econômica, específica e eficaz, assim como um melhor direcionamento dos experimentos laboratoriais.4