Scripps Research Institute (TSRI) è un centro di ricerca nel campo delle scienze biomediche, con sede a La Jolla (California). È uno dei più grandi centri di ricerca privati e non-profit in discipline biomediche al mondo.
Gli scienziati di Scripps Research hanno ideato un metodo che potrebbe essere in grado di abbreviare uno dei grandi passi nello sviluppo di un moderno vaccino.
I ricercatori, il cui lavoro è stato pubblicato nella rivista Science Advances il 19 gennaio 2022, hanno dimostrato che potrebbero utilizzare la Microscopia elettronica ad alta risoluzione e bassa temperatura (cryo-EM) per caratterizzare rapidamente gli anticorpi, provocati da un vaccino o da un’infezione, che si legano a un bersaglio desiderato su un virus a livello atomico.
Il nuovo metodo sviluppato presso Scripps Research utilizza la tecnologia cryo-EM per identificare più rapidamente gli anticorpi da utilizzare nello sviluppo di vaccini, in questo esempio (vedi immagine), l’algoritmo dal database ha esaminato tra circa 100.000 e 1.000.000 di possibili sequenze di anticorpi per identificare la sequenza (a sinistra) che meglio corrisponde all’anticorpo osservato nelle loro immagini cryo-EM (superficie grigia trasparente).
Andrew Ward professore presso il Dipartimento di Biologia Integrativa Strutturale e Computazionale di Scripps Research, ha affermato:
«La pandemia di Covid-19 ha evidenziato la necessità di vaccini e tecnologie antivirali robuste e rapide. Siamo ottimisti sul fatto che il nostro nuovo metodo aiuterà a soddisfare tale esigenza semplificando notevolmente la scoperta di anticorpi».
Aleksandar Antanasijevic collaboratore di ricerca post-dottorato e co-primo autore dello studio, ha detto:
«Tradizionalmente, l’identificazione degli anticorpi utili contro un virus comporta il laborioso smistamento e test dei linfociti B che producono anticorpi per trovare quelli giusti, un processo che richiede mesi».
Charles Bowman scienziato dello staff e co-primo autore dello studio, ha aggiunto:
«Con questo nuovo metodo, in circa dieci giorni, possiamo passare dalla raccolta di campioni di sangue da pazienti infetti o immunizzati all’identificazione di tutti gli anticorpi di interesse».
L’impresa dei ricercatori è stata resa possibile in parte dai recenti miglioramenti della cryo-EM, una tecnologia che utilizza un raggio di elettroni per illuminare e visualizzare bersagli molto al di sotto della scala della normale microscopia ottica. I ricercatori in uno studio pubblicato lo scorso agosto nella rivista Nature Communications, hanno utilizzato la cryo-EM ad alta risoluzione per mappare in modo rapido e preciso dove gli anticorpi nelle scimmie macaco rhesus si legano alle versioni sintetiche della proteina dell’involucro dell’HIV che sono state sviluppate per potenziali vaccini contro l’HIV.
Il team di ricercatori nel nuovo studio hanno fatto un ulteriore passo avanti in questa linea di ricerca. Hanno impiegato un algoritmo informatico “struttura-sequenza” in grado di mettere in relazione la struttura dell’anticorpo determinata dalla cryo-EM alla sequenza di DNA che produrrebbe quella struttura. Praticamente hanno assemblato una libreria di tutte le sequenze di DNA codificanti per gli anticorpi delle scimmie, ottenute sequenziando rapidamente in massa il materiale genetico dai linfociti B produttori di anticorpi dai linfonodi degli animali. Gli scienziati applicando l’algoritmo ai dati cryo-EM e alla libreria di sequenze di anticorpi, hanno potuto abbinare in modo affidabile un anticorpo di interesse nelle loro immagini cryo-EM a un anticorpo unico definito nel database della sequenza.
I ricercatori hanno dimostrato di poter confermare l’accuratezza del risultato facendo copie di quell’unico anticorpo “monoclonale” utilizzando i dati della sequenza e verificando con cryo-EM che l’anticorpo si lega in modo identico all’anticorpo originariamente ripreso.
Gli scienziati stanno ora perfezionando la loro tecnica per ottimizzarne la velocità e l’usabilità e la stanno applicando a diverse aree: per valutare rapidamente le risposte degli anticorpi umani ai vaccini sperimentali contro l’HIV; sviluppare trattamenti anticorpali per le malattie autoimmuni; e per scoprire anticorpi che potrebbero colpire terapeuticamente altri bersagli proteici sulle cellule.
Si aspettano che i futuri miglioramenti della tecnologia cryo-EM e degli algoritmi struttura-sequenza consentiranno l’identificazione ancora più rapida degli anticorpi utilizzando solo immagini strutturali ad alta risoluzione, senza necessità di sequenziamento del DNA dei linfociti B.
Aleksandar Antanasijevic in conclusione ha affermato:
«Il nostro metodo struttura-sequenza ha molto potenziale in immunologia e oltre, prevediamo di poterlo utilizzare un giorno per studiare le interazioni proteina-proteina in generale, ad esempio, per scoprire i partner di legame di una determinata proteina».
