تغییر مسیر در تولید واکسن آنفلوانزا
پژوهشگران موفق به ساخت نسخه‌ای پایدارتر از پروتئین کلیدی ویروس آنفولانزا شده‌اند. این دستاورد با تغییر تنها یک اسیدآمینه در ساختار پروتئین حاصل شده است. این پیشرفت می‌تواند به بهبود واکسن‌ها و...
به گزارش پایگاه خبری پژوهندگان عصر، محققان مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس (Scripps Research) با انجام یک تغییر ظاهراً ساده در ساختار پروتئین کلیدی ویروس آنفلوانزا، گام جدیدی در طراحی واکسن‌های نانوذره‌ای برداشته‌اند. این تغییر که تنها شامل جابه‌جایی یک اسیدآمینه است، می‌تواند به پایداری پروتئین ویروسی کمک کند و امکان ساخت واکسن‌هایی را فراهم آورد که در برابر طیف وسیع‌تری از سویه‌های آنفلوانزا مؤثر باشند. آزمایش‌ها بر روی موش‌ها نشان داده است که این ساختارهای نانوذره‌ای قادر به ایجاد پاسخ ایمنی قوی‌تری هستند.
ویروس‌های آنفلوانزا به عنوان استادان تغییر شکل در دنیای ویروس‌ها شناخته می‌شوند؛ آن‌ها با تغییرات مداوم در پروتئین‌های سطحی خود می‌توانند از شناسایی مؤثر توسط سیستم ایمنی فرار کنند. اکنون محققان مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس با شناسایی یک نقطه حساس در ساختار پروتئین همگلوتینین، یا HA، راهی برای پایدارسازی این پروتئین و استفاده از آن در نسل جدید واکسن‌های نانوذره‌ای یافته‌اند. نتایج این پژوهش که در تاریخ ۱۳ اوت ۲۰۲۶ در مجله Nature Communications منتشر شده است، می‌تواند به عنوان چارچوبی برای طراحی واکسن‌های آینده علیه انواع مختلف ویروس‌های آنفلوانزا عمل کند.
فناوری مورد استفاده در این مطالعه، نانوذرات پروتئینی خودآرا یا SApNP نام دارد. در این فناوری، نسخه‌های متعددی از پروتئین ویروسی بر روی یک ساختار نانوذره‌ای قرار می‌گیرند تا سیستم ایمنی بتواند آن‌ها را به راحتی شناسایی و علیه آن‌ها پاسخ دهد. پروتئین HA نقش کلیدی در آغاز عفونت آنفلوانزا ایفا می‌کند و به ویروس کمک می‌کند تا به سلول‌های انسانی متصل شود و سپس وارد آن‌ها گردد. روی سطح ویروس، سه مولکول HA در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و ساختاری به نام «تریمر» را تشکیل می‌دهند. از آنجا که واکسن‌ها باید سیستم ایمنی را با چنین پروتئین‌هایی آشنا کنند، تولید نسخه‌ای پایدار از HA در محیط آزمایشگاه اهمیت بالایی دارد.
مشکل این است که تریمرهای HA در برابر تغییرات دما و شرایط اسیدی می‌توانند ساختار طبیعی خود را از دست بدهند یا از هم جدا شوند. در نتیجه، پروتئینی که قرار است به عنوان آنتی‌ژن واکسن عمل کند، ممکن است پیش از آنکه بتواند سیستم ایمنی را به درستی آموزش دهد، ساختار مطلوب خود را از دست بدهد. جیانگ ژو، استاد مؤسسه تحقیقاتی اسکریپس و پژوهشگر ارشد این مطالعه، در بررسی انواع مختلف ویروس‌های آنفلوانزای انسانی، پرندگان و خوک‌ها به نکته‌ای جالب برخورد. با وجود تفاوت‌های فراوان میان نسخه‌های مختلف پروتئین HA، یک موقعیت مشخص در این پروتئین، یعنی اسیدآمینه شماره ۹۵، ویژگی مشترکی داشت. پژوهشگران دریافتند این اسیدآمینه برخلاف بسیاری از بقایای موجود در هسته تریمر که ماهیتی آب‌گریز دارند، تمایل بیشتری به برهم‌کنش با آب دارد.
این تفاوت کوچک این پرسش را مطرح کرد که آیا جایگزینی آن با یک اسیدآمینه آب‌گریز می‌تواند ساختار HA را پایدارتر کند یا خیر. نتایج آزمایش‌ها قابل توجه بود. هنگامی که پژوهشگران در پروتئین HA مربوط به سویه آنفلوانزای همه‌گیری سال ۲۰۰۹ کالیفرنیا، اسیدآمینه شماره ۹۵ را با یک اسیدآمینه آب‌گریز جایگزین کردند، ساختار پروتئین به شکل محسوسی پایدارتر شد. به گفته ژو، این تغییر باعث شد ساختار تریمر به حالت بسته‌تری درآید و پایداری آن افزایش یابد؛ همان نقطه‌ای که او از آن به عنوان «کلید جادویی» یاد می‌کند.
تیم پژوهشی سپس همین جایگزینی را در نسخه‌های مختلف ویروس آنفلوانزا اعمال کرد و آن‌ها را در کنار تریمرهای طبیعی مورد بررسی قرار داد. آزمایش‌های بیوشیمیایی، زیست‌فیزیکی و ساختاری نشان دادند که این تغییر در مجموعه‌ای از سویه‌ها، زیرگونه‌ها و دودمان‌های مختلف آنفلوانزا، احتمال از هم گسیختگی تریمر HA را کاهش می‌دهد. در برخی سویه‌ها، این تغییر حتی در شرایط اسیدی نیز موجب افزایش پایداری پروتئین شد. پژوهشگران برای افزایش بیشتر پایداری HA، تغییرات دیگری را نیز که پیش‌تر شناخته شده بودند، به ساختار اضافه کردند. یکی از این تغییرات با نام HKE توسط یک گروه پژوهشی در شرکت جانسون اند جانسون (Johnson & Johnson) توسعه یافته است. نتایج نشان داد که HKE در برخی ویروس‌های آنفلوانزای نوع A و تغییر دیگری به نام NS که برای ویروس‌های آنفلوانزای نوع B طراحی شده است، می‌توانند در کنار جایگزینی اسیدآمینه شماره ۹۵ عمل کنند و پایداری کلی ساختار HA را افزایش دهند.
پس از آنکه چارچوبی برای تولید تریمرهای پایدار از انواع مختلف ویروس‌های آنفلوانزا ایجاد شد، پژوهشگران این پروتئین‌ها را بر روی فناوری اختصاصی SApNP قرار دادند. در این مرحله، روی هر نانوذره تا ۲۰ نسخه از تریمر HA قرار گرفت و ساختارهای حاصل روی موش‌ها آزمایش شدند. نتایج نشان داد نانوذرات حاوی تریمرهای HA مدت بسیار بیشتری نسبت به تریمرهای آزاد در غدد لنفاوی باقی می‌مانند. این ماندگاری بیشتر با ایجاد پاسخ ایمنی قوی‌تر همراه بود؛ موضوعی که از دیدگاه طراحی واکسن اهمیت زیادی دارد، زیرا غدد لنفاوی یکی از مراکز اصلی فعال‌شدن و سازمان‌دهی پاسخ ایمنی بدن هستند.
پژوهشگران همچنین بررسی کردند که این واکسن‌های آزمایشی تا چه اندازه می‌توانند از موش‌ها در برابر ویروسی مشابه سویه مورد استفاده برای ساخت واکسن محافظت کنند. میزان حفاظت در برابر همان سویه قوی بود، اما زمانی که حیوانات در معرض سویه‌های متفاوت قرار گرفتند، میزان حفاظت بسته به نوع ویروس تغییر کرد. بنابراین، اگرچه این یافته‌ها امیدوارکننده‌اند، هنوز نمی‌توان از تولید یک واکسن کاملاً جهانی علیه همه انواع آنفلوانزا سخن گفت. با این حال، هدف نهایی تیم ژو دقیقاً حرکت در همین مسیر است: طراحی واکسن‌هایی که بتوانند در برابر مجموعه گسترده‌ای از ویروس‌های آنفلوانزا محافظت ایجاد کنند.
اهمیت این هدف زمانی روشن‌تر می‌شود که بدانیم آنفلوانزا هر سال میلیون‌ها مورد بیماری شدید ایجاد می‌کند و سالانه حدود ۲۹۰ هزار تا ۶۵۰ هزار نفر در سراسر جهان بر اثر بیماری‌های تنفسی مرتبط با آن جان خود را از دست می‌دهند. همچنین از سال ۱۹۱۸ تاکنون، چهار همه‌گیری بزرگ آنفلوانزا رخ داده است که ده‌ها میلیون قربانی بر جای گذاشته‌اند. بخش قابل توجهی از واکسن‌های تجاری آنفلوانزا همچنان با روش سنتی تکثیر ویروس در تخم‌مرغ‌های مرغ تولید می‌شوند؛ روشی که دهه‌هاست مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مقابل، فناوری‌های جدیدتر مبتنی بر اسیدهای نوکلئیک، مانند mRNA مورد استفاده در برخی واکسن‌های کووید-۱۹، و همچنین فناوری‌های مبتنی بر پروتئین، می‌توانند انعطاف‌پذیری، سرعت تولید و قابلیت توسعه مقیاس‌پذیرتری فراهم کنند.
فناوری نانوذرات پروتئینی خودآرا نیز در آزمایشگاه ژو تنها برای آنفلوانزا توسعه نیافته است. این گروه پژوهشی طی یک دهه گذشته از این فناوری برای طراحی نامزدهای واکسن علیه ویروس‌های مختلفی از جمله هپاتیت C، ابولا و سایر فیلوویروس‌ها، ویروس سنسیشیال تنفسی یا RSV و HIV استفاده کرده است. ژو معتقد است مجموعه این پژوهش‌ها فراتر از تولید چند واکسن آزمایشی مجزا است و می‌تواند به شکل‌گیری یک فناوری پلتفرمی برای طراحی واکسن‌های پروتئینی بر پایه ساختار مولکولی ویروس‌ها منجر شود. به بیان دیگر، ارزش اصلی این دستاورد شاید فقط در واکسن آنفلوانزا نباشد؛ بلکه در یافتن روشی عمومی برای شناسایی نقاط حساس پروتئین‌های ویروسی، پایدارسازی آن‌ها و سپس نمایش تعداد زیادی از نسخه‌های پایدار روی نانوذرات نهفته باشد.
این پژوهش در مجموع نشان می‌دهد که گاهی برای ایجاد یک تغییر بزرگ در طراحی واکسن، لازم نیست کل ساختار یک پروتئین از نو ساخته شود. در این مورد، تغییر تنها یک اسیدآمینه توانسته است ساختار پروتئین HA را پایدارتر کند و آن را برای قرارگیری روی یک بستر نانوذره‌ای مناسب‌تر سازد. البته تبدیل این یافته آزمایشگاهی به یک واکسن انسانی مؤثر و ایمن همچنان به مطالعات گسترده‌تر و مراحل متعدد آزمایش بالینی نیاز دارد، اما مسیر تازه‌ای برای مقابله با ویروسی گشوده شده است که سال‌هاست با تغییر مداوم چهره خود، سیستم ایمنی و دانشمندان را به یک بازی بی‌پایان تعقیب و گریز واداشته است.