Un nuovo test sierologico non solo può aiutare l’umanità a prepararsi e rispondere alla prossima pandemia, ma può anche essere fondamentale nella ricerca di fattori virali scatenanti malattie come il diabete e la celiachia.
Jason Ladner, assistente Professore presso il Dipartimento di Scienze Biologiche e il Pathogen & Microbiome Institute (PMI), è stato uno dei principali innovatori di PepSeq, una tecnologia che consente agli scienziati di testare il legame degli anticorpi contro centinaia di migliaia di bersagli proteici contemporaneamente, invece di testare uno alla volta. Quando stiamo cercando di rintracciare un virus contagioso come il coronavirus, capire come rispondere ad esso e ottenere rapidamente risposte può essere determinante soprattutto quando si è tra la vita e la morte.
Questo protocollo è esposto in dettaglio in un articolo pubblicato all’inizio di novembre su Nature Protocols.
Il documento, “PepSeq: una piattaforma completamente in vitro per la sierologia altamente multiplexata utilizzando elenchi di peptidi con codice a barre DNA personalizzabili”, descrive il nuovo approccio per condurre analisi sierologiche altamente multiplexate e descrive in dettaglio l’approccio del team per la progettazione e la sintesi di librerie PepSeq personalizzate, nonché come utilizzare queste librerie per condurre test e interpretare i dati. “La speranza”, ha affermato Ladner, “è quella di fornire una tabella di marcia agli scienziati di tutto il mondo per utilizzare il protocollo nelle proprie ricerche, avvicinandoci alle risposte su alcune delle principali malattie infettive”.
È un importante passo avanti poiché le preoccupazioni per il bioterrorismo, le malattie zoonotiche e la prossima pandemia non sono mai lontane. La comprensione di questi agenti patogeni aiuterà gli scienziati a sviluppare vaccini e a seguirne il movimento e l’evoluzione.
“I test sierologici sono importanti per diagnosticare molte infezioni umane e animali”, ha affermato il ricercatore. “Tuttavia, i test tradizionali spesso mancano di sensibilità e/o specificità. Il nostro approccio può aiutare a identificare quali proteine stimolano più comunemente una risposta anticorpale durante l’infezione e quali epitopi sono specifici per il patogeno di interesse, piuttosto che essere cross-reattivi tra i patogeni correlati”.
Cos’è PepSeq?
Nella sua forma più elementare, il protocollo consente agli scienziati di testare come i bersagli proteici o antigeni, si legano agli anticorpi centinaia di migliaia alla volta. Gli antigeni, che sono parti di un agente patogeno, come un virus o un batterio, sono i bersagli degli anticorpi nel sangue dell’ospite. In risposta a ogni nuova infezione vengono prodotti nuovi anticorpi, che sono altamente specifici per particolari antigeni e possono persistere per mesi o addirittura anni. Pertanto, gli anticorpi aiutano a proteggere da future infezioni con agenti patogeni simili, ma forniscono anche una registrazione delle esposizioni passate.
Una delle grandi domande dal punto di vista medico, quindi, è quali anticorpi proteggono dalle infezioni. È qui che l’umanità si è trovata nel 2020, senza sapere quali fossero gli anticorpi giusti che il corpo doveva sviluppare per rispondere al COVID-19. Quelle informazioni erano necessarie per creare un vaccino efficace e, in futuro, potrebbero aiutare a sviluppare approcci di vaccinazione che proteggano ampiamente dai coronavirus come SARS-CoV-2, compresi quelli che dobbiamo ancora identificare.
Una domanda ancora più grande riguarda l’identificazione di quali anticorpi sono necessari per attaccare gli antigeni di un agente patogeno. È qui che l’umanità si è trovata nel 2020, senza sapere quali fossero gli anticorpi giusti che il corpo doveva sviluppare per rispondere al COVID-19. Quelle informazioni erano necessarie per creare un vaccino efficace.
PepSeq, che è stato inizialmente sviluppato da un team che comprendeva John Altin, ora ricercatore presso TGen, collaboratore di Ladner e coautore dello studio, contribuisce a questo processo in due modi fondamentali. In primo luogo, consente agli scienziati di valutare simultaneamente il legame degli anticorpi attraverso un gran numero di antigeni diversi. Poiché gli anticorpi sono la prova delle infezioni passate di un ospite, sapere quali anticorpi ha una persona può offrire indizi su quali agenti patogeni sono stati esposti in passato. Questo test consente ai ricercatori di esplorare ampiamente la storia dell’esposizione testando prove di infezioni passate da parte di tutti i virus noti per infettare gli esseri umani.
“Questo può aiutarci a comprendere meglio l’epidemiologia delle malattie infettive e ci sta anche dando aiutando nella nostra ricerca di potenziali fattori scatenanti virali per malattie non infettive come il diabete e la celiachia”, ha affermato Ladner.
In secondo luogo, gli antigeni utilizzati in PepSeq sono peptidi corti, il che significa che in genere non superano i 64 amminoacidi di lunghezza. Ciò significa che ogni volta che un anticorpo si lega a un antigene PepSeq, il segnale è specifico per una particolare regione proteica, consentendo a Ladner e al suo team di analizzare la risposta anticorpale nei minimi dettagli. Aiuta a scoprire quali porzioni di un agente patogeno sono più comunemente prese di mira dagli anticorpi e quali anticorpi sono specifici per particolari agenti patogeni, come il nuovo coronavirus che causa COVID-19, e quali riconoscono in modo incrociato e potenzialmente proteggono in modo incrociato da agenti patogeni strettamente correlati come i coronavirus che possono causare il comune raffreddore.
“In particolare, siamo stati molto interessati a un paio di epitopi altamente conservati tra SARS-CoV-2 e coronavirus umani “endemici” che infettano gli esseri umani da decenni e generalmente causano solo un comune raffreddore”, ha affermato. “Abbiamo scoperto che le dinamiche della risposta anticorpale a questi epitopi sono distinte e le risposte dirette contro queste regioni potrebbero fornire un’ampia protezione contro i coronavirus”.
Il terzo fattore chiave che sovrasta ogni test: PepSeq consente di eseguire questi test rapidamente e con un volume di campione molto più piccolo rispetto ad altri test, fondamentale perché spesso questi campioni sono preziosi e scarseggiano.
Che succede ora?
Questo studio fornisce le informazioni necessarie a qualsiasi ricercatore per utilizzare PepSeq. Fornisce inoltre loro, la motivazione per le decisioni che hanno preso nel processo in modo che altri possano basarsi sulla tecnologia. Per quanto innovativo sia questo protocollo, i ricercatori mirano ad innovarne ulteriormente altri. Il team di Ladner sta guidando lo sviluppo di protocolli bioinformatici e pacchetti software personalizzati che creeranno le librerie PepSeq e consentiranno l’interpretazione dei dati raccolti attraverso il protocollo.
“Dal punto di vista del quadro generale, avere questo tipo di conversazioni aiuta il campo nel suo complesso a progredire”, ha affermato Ladner. “Aiuta a sviluppare la fiducia nel processo e nei risultati”.
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“Anche se nessuno al di fuori di PMI e TGen finirà per utilizzare PepSeq, vogliamo che la più ampia comunità scientifica abbia fiducia che i risultati siano affidabili e il modo migliore per farlo è attraverso la trasparenza del processo”, ha affermato. “In questo tipo di manoscritto di protocollo, possiamo entrare nei dettagli sui metodi rispetto a un manoscritto incentrato sui risultati di un particolare progetto di ricerca che utilizza PepSeq”.
Ladner sta inoltre perfezionando un protocollo per nuovi tipi di campioni, tra cui saliva umana, urina e zanzare alimentate con sangue. Sta anche usando PepSeq per comprendere meglio la distribuzione e l’ecologia dei virus che colpiscono animali, ma non gli esseri umani (ancora). Ciò consentirà al suo team di esplorare la reattività anticorpale in animali, come i pipistrelli, che dimostreranno quali tipi di virus infettano comunemente queste specie serbatoio.
Sebbene la maggior parte di questa ricerca sia rivolta a domande nella parte conoscitiva del processo, dovrebbe gettare le basi che portano a una risposta più efficace durante future epidemie, così come vaccini e trattamenti terapeutici per le malattie virali.
“Uno degli obiettivi principali della vaccinazione è stimolare la produzione di risposte anticorpali protettive e PepSeq può aiutarci a comprendere la risposta anticorpale alla vaccinazione”, ha affermato Ladner. “I risultati dei test PepSeq potrebbero certamente aiutare a informare strategie e approcci che sono più direttamente collegati alla preparazione e alla risposta alle epidemie”.
Fonte:Nature Protocols
