179 1797841 disaster clipart global issue epidemic clipart png d

Biologia noului coronavirus și dificultățile în dezvoltarea de vaccinuri împotriva acestuia

Înțelegerea biologiei noului coronavirus este esențială pentru a putea dezvolta noi vaccinuri eficiente împotriva acestuia. Un vaccin eficient trebuie să stimuleze în mod specific anumite componente ale sistemul imunitar uman și foarte important, trebuie să o facă într-o manieră sigură. Din păcate, nu există încă modele animale utile pentru testarea vaccinurilor împotriva noului coronavirus, ceea ce face procesul mai dificil. 

Ce știm despre biologia noului coronavirus? 

Pentru ca un virus să se multiplice, este necesar ca acesta să pătrundă în interiorul unei celule umane. Coronavirusul SARS, responsabil de epidemia sindrom respirator acut sever din 2003, penetrează celulele umane prin intermediul unor receptori proteici prezenți în mod normal pe suprafața externă a celulelor din plămâni și intestin. Acești receptori, reprezentați de enzima denumită ACE2 (engl. Angiotensin-Converting Enzyme 2, enzima de conversie a angiotensinei), sunt implicați în mod normal în reglarea tensiunii arteriale prin sistemul renină-angiotensină. Virusul are afinitate față de acești receptori și capacitatea de a deturna rolul lor fiziologic, folosindu-i ca punct de intrare în celulă. 

Și noul coronavirus SARS-CoV-2 folosește aceiași receptori, însă se leagă de aceștia mult mai puternic. Interacțiunea dintre virus și ACE2 se realizează prin intermediul uneia dintre cele 4 proteine structurale ale virusului. Aceasta este amplasată pe suprafața externă a virusului și a fost denumită proteina S sau proteina crampon, datorită rolului său în atașarea virusului de celula țintă. 

Cum inactivează sistemul imunitar virusurile? 

Organismul uman luptă împotriva infecțiilor virale sau datorate altor microbi prin intermediul sistemului său imunitar - un complex de proteine și celule specializate, distribuite în tot corpul. În urma activării sistemului imunitar prin contactul cu un agent patogen, unele dintre proteinele produse de corpul uman sunt anticorpii – proteine capabile să recunoască și să se fixeze puternic de diverse componente ale agentului patogen, cum ar fi de exemplu proteina crampon S, în cazul coronavirusului SARS-CoV-2. În acest fel, proteina S nu mai poate interacționa cu enzima ACE2, anticorpii eliminând deci capacitatea virusului de a infecta alte celule. 

A doua componentă a răspunsului imun la contactul cu virusuri este stimularea limfocitelor, un tip de celule albe din sânge. Dintre acestea, unele sunt implicate în sinteza de anticorpi, iar altele sunt capabile să recunoască celulele infectate de virusuri și să le distrugă. 

Odată ce o persoană a intrat în contact și s-a recuperat după o infecție virală, celulele sistemului imunitar sunt capabile să recunoască virusul și să își reamintească cum să îl inactiveze. Astfel, acea persoană devine rezistentă la o a doua infecție cu același virus, adică a dobândit imunitate. Totuși, durata și calitatea memoriei imunologice și deci a imunității dobândite variază în funcție de infecția virală și în general scade odată cu vârsta. Unele persoane pot avea un sistem imunitar slăbit, deoarece urmează diverse tratamente medicamentoase obligatorii. Acest lucru înseamnă că aceste persoane sunt mai puțin capabile să reziste unei infecții virale precum cea cu noul coronavirus SARS-CoV-2. 

Scopul unui vaccin este de a stimula un răspuns imun la infecții potențial periculoase, precum cea cu noul coronavirus înainte ca o persoană să intre în contact propriu-zis cu virusul. Acest lucru se realizează prin expunerea controlată a oamenilor la subcomponente lipsite de infecțiozitate ale virusului, în general prin injectare. Aceste componente stimulează răspunsul imun și duc la producerea de anticorpi și limfocite care asigură rezistența la infecție. 

În cazul vaccinului împotriva noului coronavirus, un punct de plecare foarte bun îl constituie eforturile depuse pentru obținerea vaccinurilor împotriva virusurilor SARS și MERS. Rezultatele obținute au demonstrat și potențiale dificultăți în realizarea unui vaccin eficient. Ca și în cazul vaccinurilor împotriva virusului SARS, proteina crampon S este principala țintă pentru dezvoltarea unui nou vaccin împotriva SARS-CoV-2. Unul dintre obiectivele unui potențial vaccin este de a accelera producerea de către corpul uman a unor anticorpi capabili să se atașeze de particulele virale și să le inactiveze. În experimente pe maimuțe, un vaccin împotriva SARS ce conținea proteina crampon completă a reușit să protejeze animalele de infecție [1]

Ce componente ale sistemului imunitar trebuie stimulate? 

Sarcina sistemului imunitar, aceea de a identifica și inactiva agenții patogeni, este una extrem de delicată deoarece trebuie realizată fără a afecta țesuturile și celulele sănătoase ale organismului uman. Mai mult decât atât, sistemul imunitar trebuie să lupte împotriva unui număr foarte variat de agenți infecțioși și, în consecință, și-a creat numeroase arme pentru acest lucru. De exemplu limfocitele implicate în răspunsul imun (numite T helper) sunt specializate - limfocitele Th1 inactivează bacteriile și virușii, iar limfocitele Th2 inactivează paraziții de dimensiuni mari precum viermii helmintici. Activarea eronată a acestor celule duce la o creștere a inflamației și poate agrava simptomele bolii. 

De asemenea, ca parte a răspunsului imun, limfocitele și alte celule produc compuși chimici cu rol în comunicarea sau semnalizarea celulară. Numite citokine, acestea au rol în coordonarea și stimularea răspunsului imun. Dacă însă răspunsul este exagerat, pot duce la apariția inflamației care în unele cazuri duce la oprirea funcționării unor organe vitale precum inima, plămânii sau rinichii. În cazul virusului SARS, există indicii că acest răspuns exagerat al sistemului imunitar este responsabil de o serie de complicații ce apar mai târziu în evoluția bolii. În cazul noului coronavirus, răspunsul imun exagerat este responsabil de complicațiile asociate cu boala COVID19, dar pentru un procent mic din persoanele infectate. Totuși, acest lucru nu este cu certitudine stabilit și reprezintă o direcție de cercetare importantă.  

Este astfel esențial ca viitorul vaccin împotriva noului coronavirus să stimuleze în mod echilibrat răspunsul imun și doar acele componente ce asigură protecția împotriva infecției. Sunt necesare teste clinice atent realizate pentru a face vaccinul nu doar eficient, dar și foarte sigur. 

Modele animale  

O problemă importantă în dezvoltarea unui vaccin împotriva noului coronavirus este lipsa de modele animale pe care cercetătorii să poată testa eficacitatea și siguranța acestuia. După epidemia de SARS din 2003, cercetătorii au studiat intens acest virus pe șoareci. Aceștia produc anticorpi împotriva SARS, iar sistemul lor imunitar este bine studiat. La șoareci însă, infecția cu SARS nu produce pneumonie așa cum se întâmplă la oameni. De aceea șoarecii nu pot fi utilizați pentru a testa dacă un vaccin este eficient sau nu.  

În cazul hamsterilor, plămânii acestora suferă modificări atunci când sunt infectați cu SARS, dar nici aceștia nu dezvoltă sindromul respirator acut sever specific oamenilor. Dihorii și câteva specii de maimuțe dezvoltă simptome specifice bolii SARS, dar nu într-o manieră consecventă utilă pentru studiu [2]

Eforturile de a dezvolta un vaccin împotriva virusului SARS pe animale de laborator s-au lovit de dificultăți în două direcții. Astfel, nu a fost posibilă dezvoltarea propriu-zisă a unei imunități complete și eficiente. De asemenea, stimularea eronată a unor componente ale sistemului imunitar duce la apariția unor efecte secundare nedorite dacă răspunsul imun este incomplet. Astfel, dintre primele vaccinuri împotriva SARS dezvoltate folosind dihori și maimuțe, unele au stimulat dezvoltarea de anticorpi împotriva proteinei crampon S, dar au avut un efect doar parțial împotriva dezvoltării bolilor de plămâni [3]. De asemenea, vaccinurile au fost asociate cu o inflamație a plămânilor atunci când șoarecii imunizați au fost infectați cu virusul [4]

Aceste exemple prezintă câteva dintre dificultățile întâmpinate în producerea unor vaccinuri. Ele demonstrează cât de important este ca vaccinul să stimuleze răspunsul imun dorit și de asemenea că testele privind compatibilitatea și siguranța sunt esențiale. Aceste eșecuri și descoperiri fac parte însă din calea normală de urmat pentru a identifica un vaccin împotriva noului coronavirus și nu există nici un motiv să credem că realizarea unui asemenea vaccin ar fi imposibilă. 

Referințe bibliografice 

1. Bukreyev A, Lamirande EW, Buchholz UJ, et al. Mucosal immunisation of African green monkeys (Cercopithecus aethiops) with an attenuated parainfluenza virus expressing the SARS coronavirus spike protein for the prevention of SARS. The Lancet. 2004 Jun;363(9427):2122-2127. DOI: 10.1016/s0140-6736(04)16501-x. 

2. Gretebeck LM, Subbarao K. Animal models for SARS and MERS coronaviruses. Current Opinion in Virology. 2015 Aug;13:123-129. DOI: 10.1016/j.coviro.2015.06.009. 

3. Liu W, Fontanet A, Zhang PH, et al. Two-year prospective study of the humoral immune response of patients with severe acute respiratory syndrome. The Journal of Infectious Diseases. 2006 Mar;193(6):792-795. DOI: 10.1086/500469. 

4. Tseng CT, Sbrana E, Iwata-Yoshikawa N, et al. Immunization with SARS coronavirus vaccines leads to pulmonary immunopathology on challenge with the SARS virus. Plos One. 2012 ;7(4):e35421. DOI: 10.1371/journal.pone.0035421.

SursaUK Research and Innovation (UKRI) - Coronavirus explained 
Tradus si adaptat de membrii Societății Române de Bioinformatică cu acordul UKRI; 

Conținut distribuit sub termenii licenței 
Licenţa Creative Commons
Această operă este pusă la dispoziţie sub Licenţa Creative Commons Atribuire 4.0 Internațional.

Sursa foto: Pixabay.com


 
Știri asociate:
15 Jun 2020

Cercetare şi dezvoltare în descoperirea agenţilor terapeutici pentru COVID-19 (boli asociate cu coronavirus)

Coronavirus este un virus de dimensiuni mari, care conține un genom ARN monocatenar încapsulat într-o membrană, care este străpunsÄ...

23 May 2020

Putem reduce riscul de infecție cu SARS-CoV-2 dezinfectând suprafețele?

Până la identificarea de terapii și vaccinuri care să ne protejeze de SARS-CoV-2, cea mai eficientă metodă de control a răspândirii...

Versiunea anterioară a site-ului poate fi accesată la adresa: http://old.uefiscdi.ro
Fiţi informat despre toate domeniile în care UEFISCDI îşi desfăşoară activitatea.
Înregistraţi-vă adresa de email pentru a primi newsletter-ul UEFISCDI
[T: 0.462, O: 466]