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I virologi sviluppano vaccini contro il coronavirus ampiamente protettivi

XJ Meng, Distinguished Professor dell’Università del Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine e direttore fondatore del nuovo centro per la lotta alle malattie infettive presso il Fralin Life Sciences Institute del Virginia Tech. Credito: Virginia Tech

Un vaccino candidato che potrebbe fornire protezione contro il virus COVID-19 e altri coronavirus ha mostrato risultati promettenti nei primi test sugli animali.

I vaccini candidati contro il coronavirus, creati dal professore XJ Meng dell’Università della Virginia Tech e dal professor Steven L. Zeichner di UVA Health, hanno impedito ai maiali di ammalarsi di un coronavirus suino, virus della diarrea epidemica suina (PEDV).

I ricercatori hanno recentemente pubblicato i loro risultati negli Atti della National Academy of Sciences .

“Il vaccino candidato è stato sviluppato utilizzando una piattaforma di vaccini innovativa mirata a una regione genomica altamente conservata di coronavirus”, ha affermato Meng, Distinguished Professor presso il Dipartimento di Scienze Biomediche e Patobiologia del Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine. “La nuova piattaforma di vaccini utilizza un batterio a ridotto genoma per esprimere l’antigene del vaccino contro il coronavirus sulla sua superficie. Una tale piattaforma di vaccini può essere prodotta a basso costo nelle strutture esistenti in tutto il mondo, che potrebbero soddisfare la domanda di pandemia”.

Il loro vaccino contro il coronavirus offre diversi vantaggi che potrebbero superare i principali ostacoli agli sforzi di vaccinazione globali. Sarebbe facile da immagazzinare e trasportare, anche in aree remote del mondo, e potrebbe essere prodotto in grandi quantità utilizzando le fabbriche esistenti per la produzione di vaccini.

“La nostra nuova piattaforma offre un nuovo percorso per produrre rapidamente vaccini a un costo molto basso che possono essere fabbricati in strutture esistenti in tutto il mondo, il che dovrebbe essere particolarmente utile per la risposta alle pandemie”, ha affermato Zeichner.

Un nuovo approccio allo sviluppo di vaccini

La nuova piattaforma di produzione di vaccini prevede la sintesi del DNA che dirige la produzione di una parte del virus che può istruire il sistema immunitario su come montare una risposta immunitaria protettiva contro un virus.

Quel DNA è inserito in un altro piccolo cerchio di DNA chiamato plasmide che può riprodursi all’interno dei batteri. Il plasmide viene quindi introdotto nei batteri, istruendo i batteri a posizionare pezzi di proteine ​​sulle loro superfici. La tecnica utilizza i comuni batteri E. coli .

Una delle principali innovazioni è che l’ E. Coli ha subito l’ eliminazione di un gran numero dei suoi geni. La rimozione di molti dei geni del batterio, compresi i geni che costituiscono parte della sua superficie esterna o della membrana esterna, sembra aumentare sostanzialmente la capacità del sistema immunitario di riconoscere e rispondere all’antigene del vaccino posto sulla superficie dei batteri. Per produrre il vaccino, i batteri che esprimono l’antigene del vaccino vengono semplicemente coltivati ​​in un fermentatore, proprio come i fermentatori utilizzati nei comuni processi industriali microbici come la birra, e poi uccisi con una bassa concentrazione di formalina.

“I vaccini a cellule intere uccise sono attualmente ampiamente utilizzati per proteggere da malattie mortali come il colera e la pertosse. Le fabbriche in molti paesi a reddito medio-basso in tutto il mondo stanno producendo centinaia di milioni di dosi di quei vaccini all’anno, un $ 1 per dose o meno “, ha detto Zeichner. “Potrebbe essere possibile adattare quelle fabbriche per produrre questo nuovo vaccino. Poiché la tecnologia è molto simile, anche il costo dovrebbe essere simile”.

L’intero processo, dall’identificazione di un potenziale bersaglio del vaccino alla produzione dei batteri eliminati dal gene che hanno gli antigeni del vaccino sulla loro superficie, può avvenire molto rapidamente, in sole due o tre settimane, rendendo la piattaforma ideale per rispondere a una pandemia.

Targeting COVID-19

I vaccini candidati del team adottano un approccio insolito in quanto prende di mira una parte della proteina spike del virus, il “peptide di fusione virale”, che è altamente universale tra i coronavirus. Non è stato osservato che il peptide di fusione differisca affatto nelle molte sequenze genetiche di SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19, che sono state ottenute da migliaia di pazienti in tutto il mondo durante il corso della pandemia.

“Con l’emergere di varie varianti di SARS-CoV-2, un vaccino mirato a una regione conservata di tutti i coronavirus, come il peptide di fusione, potrebbe potenzialmente portare a un vaccino candidato ampiamente protettivo. Un tale vaccino, in caso di successo, sarebbe significativo valore contro i ceppi di virus varianti “, ha detto Meng, che è anche il direttore fondatore del Center for Emerging, Zoonotic, and Artropod-borne Pathogens presso il Fralin Life Sciences Institute del Virginia Tech.

Per creare il loro vaccino, i ricercatori hanno utilizzato la nuova piattaforma del vaccino, sintetizzando il DNA con le istruzioni per creare il peptide di fusione e i batteri ingegnerizzati per posizionare le proteine ​​sulla superficie dei batteri che avevano rimosso un gran numero dei suoi geni, quindi sono cresciuti e ha inattivato i batteri per produrre il candidato vaccino contro il coronavirus.

Meng e Zeichner hanno realizzato due vaccini, uno progettato per proteggere da COVID-19 e un altro progettato per proteggere dal coronavirus suino, PEDV. PEDV e SARS-CoV-2, il virus che causa COVID-19, sono entrambi coronavirus, ma sono parenti lontani. PEDV e SARS-CoV-2, come tutti i coronavirus, condividono un numero di amminoacidi centrali che costituiscono il peptide di fusione. Il PEDV infetta i suini, provocando diarrea, vomito e febbre alta ed è stato un grande fardello per gli allevatori di suini di tutto il mondo. Quando il PEDV è apparso per la prima volta negli allevamenti di suini negli Stati Uniti nel 2013, ha ucciso milioni di suini solo negli Stati Uniti.

Un vantaggio dello studio della PEDV nei suini è che i ricercatori hanno potuto studiare la capacità dei vaccini di offrire protezione contro un’infezione da coronavirus nel suo ospite nativo, in questo caso i suini. Gli altri modelli che sono stati utilizzati per testare i vaccini COVID-19 studiano SARS-CoV-2 in ospiti non nativi, come scimmie o criceti, o in topi geneticamente modificati per consentire loro di essere infettati da SARS-CoV-2. I maiali sono anche molto simili in fisiologia e immunologia alle persone: possono essere i modelli animali più vicini a persone diverse dai primati.

In alcuni risultati inaspettati, Meng e Zeichner hanno osservato che sia il vaccino candidato contro PEDV che il vaccino candidato contro SARS-CoV-2 proteggevano i suini dalla malattia causata da PEDV. I vaccini non hanno impedito l’infezione, ma hanno protetto i suini dallo sviluppo di sintomi gravi, proprio come le osservazioni fatte quando i primati sono stati testati con i vaccini COVID-19 candidati. I vaccini hanno anche innescato il sistema immunitario dei suini per attivare una risposta immunitaria molto più vigorosa all’infezione. Se entrambi i vaccini PEDV e COVID-19 proteggessero i suini dalla malattia causata da PEDV e preparassero il sistema immunitario a combattere la malattia, è ragionevole pensare che il vaccino COVID-19 proteggerebbe anche le persone dalla grave malattia COVID-19.

Prossimi passi

Ulteriori test, inclusi studi sull’uomo, sarebbero necessari prima che il vaccino COVID-19 possa essere approvato dalla Food and Drug Administration federale o da altre agenzie di regolamentazione in tutto il mondo per l’uso nelle persone, ma i collaboratori sono soddisfatti dei primi successi del vaccino -piattaforma di sviluppo.

“Anche se i risultati iniziali dello studio sugli animali sono promettenti, è necessario ulteriore lavoro per perfezionare sia la piattaforma del vaccino utilizzando diversi ceppi batterici a ridotto genoma che il target del vaccino del peptide di fusione”, ha detto Meng. “Sarà anche importante testare il vaccino peptidico di fusione in un modello di scimmia contro l’infezione da SARS-CoV-2”.

Zeichner ha aggiunto di essere incoraggiato dal fatto che una collaborazione tra UVA e Virginia Tech, scuole con una ben nota rivalità sportiva, abbia prodotto risultati così promettenti.

“Se gli scienziati UVA e Virginia Tech possono lavorare insieme per cercare di fare qualcosa di positivo per affrontare la pandemia, allora forse c’è qualche speranza di collaborazione e cooperazione nel paese in generale”, ha detto Zeichner.

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