Разработка вакцин направлена ​​на защиту как можно большего числа людей от инфекций. Короткие белковые фрагменты патогенов, так называемые эпитопы, рассматриваются как новый многообещающий подход к разработке вакцин.

В журнале Cell Systems биоинформатики из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе (HHU) теперь представляют метод идентификации тех эпитопов, которые обещают безопасную иммунизацию в максимально широкой группе населения. Они также рассчитали кандидатов на вакцину против коронавируса SARS-CoV-2, используя свой инструмент HOGVAX.

Во время пандемии коронавируса особенно успешными и гибкими оказались так называемые мРНК-вакцины. Эти вакцины нацелены на так называемые шиповые белки — характерные структуры на поверхности вируса. мРНК содержит последовательность белка-шипа, который вырабатывается в организме после вакцинации и затем тренирует иммунную систему человека .

«Эпитопы» — короткие фрагменты белков патогена, способные запускать иммунный ответ — рассматриваются как альтернативный метод мРНК и многообещающий подход для быстрого, экономичного и безопасного получения целевых иммунных ответов.

У каждого человека уникальная иммунная система: в зависимости от истории инфекции он обучен справляться с различными белками и реагировать на них. «Это фундаментальная проблема вакцин на основе эпитопов», — объясняет профессор доктор Гуннар Клау, заведующий кафедрой алгоритмической биоинформатики в HHU. В своей докторской диссертации он рассматривал новый подход к разработке таких вакцин. студентка Сара Шульте и профессор доктор Александр Дилтей из Института медицинской микробиологии и больничной гигиены.

Профессор Клау сравнивает проблему с шеф-поваром, которому необходимо создать новое блюдо для большого мероприятия: «У некоторых гостей аллергия, а другим не нравятся определенные ингредиенты, поэтому шеф-повару необходимо подобрать ингредиенты, которые смогут получить как можно больше гостей. ешь и наслаждайся».

В переводе на разработку вакцин это означает, что они ищут эпитопы, которые вызывают хороший иммунный ответ у как можно большего числа людей. Это необходимо, поскольку невозможно упаковать в вакцину неограниченное количество белковых фрагментов , чтобы различные иммунные системы могли искать подходящие для них последовательности — среда-носитель просто не обладает достаточной емкостью.

Команда из трех исследователей применила особый подход с помощью своего биоинформационного инструмента «HOGVAX».

Сара Шульте говорит: «Вместо того, чтобы соединять эпитопы вакцины встык, мы используем идентичные последовательности в начале и конце эпитопов, чтобы мы могли накладывать их друг на друга. Идентичный участок, известный как «перекрытие», представляет собой таким образом, представленная в вакцине только один раз, что позволяет нам сэкономить огромное количество места». Это, в свою очередь, позволяет включить в вакцину гораздо больше эпитопов.

Чтобы эффективно управлять эпитопами и их самыми длинными перекрытиями, исследователи используют структуру данных, известную как «иерархический граф перекрытия» (HOG).

Клау говорит: «Если продолжать аналогию с кулинарией: HOG соответствует сжатой кулинарной книге, из которой шеф-повар теперь может выбирать рецепты, подходящие для всех гостей».

Профессор Дилти говорит: «В качестве теста мы применили HOGVAX к данным о вирусе SARS-CoV-2 и смогли интегрировать значительно больше эпитопов, чем другие инструменты. Согласно нашим расчетам, мы сможем достичь и иммунизировать — более 98% населения мира».

Сара Шульте говорит: «В будущем мы будем работать над адаптацией HOGVAX для использования в терапии рака. Целью здесь является разработка агентов, специально предназначенных для отдельных пациентов, которые целенаправленно атакуют опухолевые клетки».