غربالگری در مقیاس وسیع پروتئین های سل، آنتی ژن های احتمالی زیادی را نشان داده است که می توانند به عنوان واکسن جدیدی علیه سل، کشنده ترین بیماری عفونی جهان، ساخته شوند.
در مطالعه جدید، تیمی از مهندسان بیولوژیک MIT توانستند در میان بیش از ۴۰۰۰ پروتئین باکتریایی، تعداد انگشت شماری از پپتیدهای ایمنی زا را شناسایی کنند که به نظر می رسید پاسخ قوی یک نوع سلول T را که مسئول تنظیم پاسخ سلول های ایمنی به عفونت است، تحریک می کند.
در حال حاضر تنها یک واکسن سل وجود دارد که به نام BCG شناخته می شود، که نسخه ضعیف شده یک باکتری است که باعث ایجاد سل در گاوها می شود. این واکسن به طور گسترده در برخی از نقاط جهان تجویز می شود، اما به اندازه کافی از بزرگسالان در برابر سل ریوی محافظت نمی کند. سل سالانه جان بیش از ۱ میلیون نفر را در سراسر جهان می گیرد.
برایان برایسون، دانشیار مهندسی بیولوژیک در MIT و یکی از اعضای مؤسسه Mass General Brigham MIT و هاروارد می‌گوید: «ما می‌خواهیم بر آنچه هنوز بار بزرگ سل در سطح جهانی است تأثیر بگذاریم. کاری که ما سعی کردیم با این اولین واکسن سل انجام دهیم، تمرکز بر آنتی ژن هایی بود که اغلب روی صفحه نمایش خود می بینیم و همچنین به نظر می رسد که باعث تحریک پاسخ در سلول های T افرادی می شود که قبلاً عفونت سل داشته اند.
برایسون و فارست وایت، ند سی و جانت سی رایس، استاد مهندسی بیولوژیک در MIT و عضو موسسه کخ برای تحقیقات سرطان یکپارچه، نویسندگان ارشد این مطالعه هستند. امروز به نظر می رسد پزشکی ترجمه علوم. Owen Leddy PhD ’25 نویسنده اصلی مقاله است.
تعیین اهداف واکسن
از آنجایی که واکسن BCG بیش از ۱۰۰ سال پیش ساخته شد، هیچ واکسن دیگری برای استفاده از سل تایید نشده است. مایکوباکتری توبرکلوزیس بیش از ۴۰۰۰ پروتئین تولید می‌کند و انتخاب پروتئین‌هایی را که می‌توانند هنگام استفاده به عنوان واکسن، پاسخ ایمنی قوی ایجاد کنند، به چالشی دلهره‌آور تبدیل می‌کنند.
در مطالعه جدید، برایسون و شاگردانش با شناسایی پروتئین های سل ارائه شده بر روی سطح سلول های انسانی آلوده، تلاش کردند تا حوزه نامزدها را محدود کنند. هنگامی که یک سلول ایمنی مانند فاگوسیت آلوده می شود مایکوباکتری توبرکلوزیسبرخی از پروتئین های باکتریایی به قطعاتی به نام پپتیدها شکسته می شوند که سپس توسط پروتئین های MHC روی سطح سلول نمایش داده می شوند. این کمپلکس‌های پپتید MHC به عنوان سیگنالی عمل می‌کنند که می‌تواند سلول‌های T را فعال کند.
MHC ها یا کمپلکس های اصلی سازگاری بافتی در دو نوع معروف به کلاس I و کلاس II وجود دارند. MHC های کلاس I سلول های T کشنده را فعال می کنند، در حالی که MHC های کلاس II سلول های T کمکی را تحریک می کنند. سه ژن وجود دارد که می‌توانند پروتئین‌های MHC-II را در سلول‌های انسانی کد کنند و صدها نوع از هر کدام وجود دارد. این به این معنی است که هر دو فرد ممکن است مجموعه‌ای بسیار متفاوت از مولکول‌های MHC-II داشته باشند که آنتی‌ژن‌های متفاوتی را ارائه می‌کنند.
برایسون می‌گوید: «به‌جای بررسی همه ۴۰۰۰ پروتئین سل، می‌خواستیم بپرسیم کدام یک از این پروتئین‌های سل واقعاً از طریق MHC به بقیه سیستم ایمنی نشان داده می‌شوند. اگر بتوانیم به این سوال پاسخ دهیم، می‌توانیم واکسن‌هایی را متناسب با آن طراحی کنیم.»
برای پاسخ به این سوال، محققان فاگوسیت های انسان را با ویروس آلوده کردند. مایکوباکتری توبرکلوزیس. سه روز بعد، آنها مجتمع‌های MHC-پپتید را از سطوح سلول استخراج کردند و سپس پپتیدها را با استفاده از طیف‌سنجی جرمی شناسایی کردند.
محققان با تمرکز بر پپتیدهای متصل به MHC-II، ۲۷ پپتید TB از ۱۳ پروتئین رایج در سلول های آلوده را یافتند. آنها سپس این پپتیدها را با قرار دادن آنها در معرض سلول های T اهدایی افرادی که قبلاً به سل آلوده شده بودند، آزمایش کردند.
آنها دریافتند که ۲۴ مورد از این پپتیدها حداقل در برخی از نمونه ها پاسخ سلول T را برانگیختند. هیچ یک از پروتئین‌هایی که این پپتیدها از آنها به وجود آمده‌اند در هر اهداکننده منفرد کار نمی‌کند، اما برایسون معتقد است واکسنی که از ترکیبی از این پپتیدها استفاده می‌کند احتمالاً در بیشتر افراد مؤثر است.
برایسون می‌گوید: «در یک دنیای کامل، اگر سعی می‌کردید واکسنی طراحی کنید، پروتئینی را انتخاب می‌کردید و آن پروتئین به هر اهداکننده ارائه می‌شد. این باید برای همه کارساز باشد». اما با استفاده از اندازه‌گیری‌هایمان، پروتئین سل پیدا نکردیم که هر اهداکننده‌ای را که تاکنون آنالیز کرده‌ایم را پوشش دهد.»
واکسن های mRNA را وارد کنید.
نامزدهای واکسنی که محققان شناسایی کردند شامل چندین پپتید از دسته ای از پروتئین ها به نام سیستم های ترشح نوع ۷ (T7SS) است. برخی از این پپتیدها همچنین در مطالعه قبلی روی MHC-1 در آزمایشگاه برایسون پیدا شدند.
برایسون می‌گوید: «سوبستراهای سیستم ترشحی نوع ۷ قطعه بسیار کوچکی از پروتئوم کلی سل هستند، اما وقتی به MHC کلاس I یا MHC کلاس II نگاه می‌کنید، به نظر می‌رسد سلول‌ها آنها را ترجیحاً نشان می‌دهند.
دو تا از شناخته‌شده‌ترین این پروتئین‌ها، EsxA و EsxB، توسط باکتری‌ها ترشح می‌شوند تا به فاگوسیت‌ها کمک کنند تا از غشاهایی که برای احاطه کردن خود در داخل سلول استفاده می‌کنند، فرار کنند. هیچکدام از پروتئین ها نمی توانند به تنهایی از غشاء عبور کنند، اما زمانی که آنها به هم می رسند و یک هترودایمر را تشکیل می دهند، می توانند سوراخ هایی ایجاد کنند که به سایر پروتئین های T7SS نیز اجازه فرار می دهد.
برای ارزیابی اینکه آیا پروتئین‌هایی که شناسایی کردند واکسن خوبی می‌سازند، محققان واکسن‌های mRNA را ایجاد کردند که دو توالی پروتئین (EsxB و EsxG) را کد می‌کند. محققان چندین نسخه از این واکسن را طراحی کرده اند که بخش های مختلف سلول ها را هدف قرار می دهد.
محققان سپس این واکسن را روی فاگوسیت‌های انسان اعمال کردند، جایی که دریافتند واکسن‌هایی که لیزوزوم‌های سلولی را هدف قرار می‌دهند (ارگانل‌هایی که مولکول‌ها را تجزیه می‌کنند) مؤثرترین هستند. این واکسن ها ۱۰۰۰ برابر بیشتر از سایر واکسن ها باعث ایجاد MHC پپتید سل می شوند.
آنها سپس دریافتند که وقتی EsxA را به واکسن اضافه کردند بیان حتی بیشتر بود زیرا این امر امکان تشکیل هترودیمرهایی را فراهم می کند که می توانند به غشای لیزوزوم نفوذ کنند.
محققان اکنون ترکیبی از هشت پروتئین دارند که به عقیده آنها ممکن است برای بیشتر افراد در برابر سل محافظت کند، اما آنها همچنان به آزمایش این ترکیب با نمونه‌های خونی از مردم سراسر جهان ادامه می‌دهند. آنها همچنین امیدوارند مطالعات بیشتری را برای بررسی میزان محافظت این واکسن در مدل های حیوانی انجام دهند. آزمایش انسانی احتمالا چند سال دیگر است.
این تحقیق توسط مرکز تحقیقات سرطان MIT در مؤسسه Koch، مؤسسه ملی بهداشت، مؤسسه ملی علوم بهداشت محیطی و آزمایشگاه ملی فردریک برای تحقیقات سرطان تأمین شده است.