Projektowanie nowego kandydata na szczepionkę wieloepitopową przeciwko Treponema pallidum z wykorzystaniem adhezyn metodą odwrotnej wakcynologii

Dlaczego nowy pomysł na szczepionkę ma znaczenie w przypadku starej choroby

Kiła to od wieków znana choroba przenoszona drogą płciową, która ponownie narasta na całym świecie. Choć antybiotyki, takie jak penicylina, potrafią wyleczyć zakażenie, nie zapobiegają ponownemu zakażeniu. Wciąż nie ma szczepionki chroniącej przed kiłą, częściowo dlatego, że czynnik wywołujący — Treponema pallidum — jest trudny do hodowli w laboratorium i sprytnie ukrywa się przed układem odpornościowym. W tym badaniu wykorzystano projektowanie wspomagane komputerowo, aby zbudować i przetestować in silico oraz w bakteriach nowy rodzaj eksperymentalnej szczepionki, który celuje jednocześnie w kilka słabych punktów mikroorganizmu.

Wybór punktów zaczepienia bakterii jako celów

T. pallidum zakaża ludzi, przyczepiając się do tkanek i omijając naturalne bariery. Robi to za pomocą cząsteczek powierzchniowych zwanych adhezynami, które działają jak maleńkie haki, pomagając bakterii przylgnąć do komórek gospodarza, przemieszczać się przez tkanki i unikać ataku immunologicznego. Badacze założyli, że te wystawione „haki” są atrakcyjnymi celami szczepionkowymi, ponieważ przeciwciała mogłyby je zablokować i uniemożliwić osiedlenie się patogenu. Z genomu dobrze zbadanej szczepu wybrali siedem białek adhezyjnych, które występują na powierzchni, wykazują korzystne cechy chemiczne i nie są podobne do białek ludzkich ani mysich, co zmniejsza ryzyko reakcji krzyżowych.

Budowa szczepionki z wielu fragmentów przy pomocy komputera

Zamiast używać całych białek, zespół skupił się na krótkich odcinkach zwanych epitopami, czyli konkretnych fragmentach rozpoznawanych przez komórki odpornościowe. Korzystając z kilku narzędzi predykcyjnych online, zeskanowali adhezyny w poszukiwaniu regionów prawdopodobnie rozpoznawalnych przez komórki B, które wytwarzają przeciwciała, oraz przez dwa rodzaje komórek T, które pomagają koordynować i przeprowadzać odpowiedź immunologiczną. Wybrali piętnaście epitopów T-komórkowych i siedem epitopów B-komórkowych, które przewidywano jako silnie antygenowe, nietoksyczne i niealergizujące oraz obejmujące wiele genetycznych wariantów populacji światowej. Te fragmenty połączono krótkimi segmentami łączącymi i sparowano z wbudowanym peptydem wzmacniającym odpowiedź immunologiczną, tworząc pojedyncze białko szczepionkowe wieloepitopowe nazwane MEVTP.

Badanie struktury i zachowania wirtualnie

Następnie autorzy sprawdzili, czy zaprojektowane białko złoży się w stabilną strukturę i będzie dobrze współdziałać z kluczowymi czujnikami odpornościowymi. Korzystając z narzędzi takich jak AlphaFold i serwisów do udoskonalania modeli, przewidzieli trójwymiarową strukturę szczepionki i weryfikowali, że większość jej elementów znajduje się w energetycznie korzystnych pozycjach. Potem symulowali, jak MEVTP będzie wiązać się z dwoma receptorami wrodzonej odporności, TLR2 i TLR4, które inicjują odpowiedzi zapalne po wykryciu drobnoustrojów. Dokowanie komputerowe i długie symulacje dynamiki molekularnej sugerowały, że szczepionka może tworzyć ciasne, stabilne kompleksy z tymi receptorami, zwłaszcza z TLR4, utrzymując wiele punktów styku i zwartą ogólną strukturę.

Od projektu cyfrowego do białka wytworzonego w laboratorium

Aby wyjść poza teorię, badacze dostosowali sekwencję genową MEVTP pod kątem wydajnej produkcji w powszechnie stosowanych bakteriach laboratoryjnych. Wprowadzili zoptymalizowany gen do plazmidu ekspresyjnego, zaimplementowali go w Escherichia coli i wywołali syntezę białka fuzyjnego w komórkach. Otrzymany produkt, z niewielkim znacznikiem do oczyszczania, wyizolowano przy użyciu kolumn z afinowością do niklu i potwierdzono analizą żelową oraz western blotem o przybliżonym oczekiwanym rozmiarze. Równolegle zespół zaprojektował wersję mRNA szczepionki, wykorzystując elementy znane z poprawiania stabilności i translacji, oraz sprawdził, że przewidywana struktura RNA ma niską energię całkowitą, co jest kolejnym wskaźnikiem odporności molekuły.

Symulowane odpowiedzi immunologiczne i kolejne kroki

Na koniec grupa użyła symulatora układu odpornościowego, aby zbadać, jak organizm mógłby zareagować na powtarzane dawki szczepionki. Model wirtualny przewidywał silne fale przeciwciał, w tym różne podklasy IgG, wraz ze wzrostem cytokin, takich jak interferon-gamma i interleukina-2, które sygnalizują intensywną aktywność komórek T. Liczby pomocniczych i cytotoksycznych komórek T, komórek B oraz innych komórek obronnych wzrosły i utworzyły populacje pamięci, co sugeruje potencjał długotrwałej ochrony w tym symulowanym modelu. Podsumowując, praca proponuje starannie zaprojektowaną wieloepitopową szczepionkę przeciwko adhezynom, która wydaje się być stabilna, niealergizująca i immunogenna in silico oraz którą można uzyskać jako oczyszczone białko. Jednak jej rzeczywista zdolność do zapobiegania kile będzie znana dopiero po gruntownych testach na zwierzętach, a w końcu u ludzi.

Cytowanie: Tang, H., Chen, Z., Yan, H. et al. Designing a novel multiepitope vaccine candidate against Treponema pallidum via adhesins using reverse vaccinology. Sci Rep 16, 15305 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45084-1

Słowa kluczowe: szczepionka przeciwko kile, Treponema pallidum, wieloepitopowa, odwrotna wakcynologia, białka adhezyn