Une équipe de scientifiques des États-Unis a récemment développé une structure de nanoparticules de bactériophage T4 de bio-ingénierie utilisant la technologie CRISPR qui peut être utilisée comme plateforme universelle pour produire des vaccins. Ils ont utilisé le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) comme modèle pour développer la plateforme. L’étude est actuellement disponible sur le bioRxiv* serveur de pré-impression.
Conception d’un nanovaccin T4-SARS-CoV-2 par l’ingénierie CRISPR. Des ADN modifiés correspondant à divers composants du virion du SRAS-CoV-2 sont incorporés dans le génome du bactériophage T4. Chaque ADN a été introduit dans E. coli en tant que plasmide donneur (a), recombiné dans le génome de phage injecté par édition du génome ciblée CRISPR (b). Différentes combinaisons d’inserts CoV-2 ont ensuite été générées par de simples infections de phages et l’identification des phages recombinants dans la descendance (c). Par exemple, un phage recombinant contenant l’insert CoV-2 n ° 1 (bleu foncé) peut être utilisé pour infecter CRISPR E. coli contenant l’insert Co-V2 contenant le plasmide donneur n ° 2 (rouge foncé). Les plaques de descendance obtenues contiendront le phage recombinant n ° 3 avec les deux inserts n ° 1 et n ° 2 (bleu foncé plus rouge foncé) dans le même génome. Ce processus a été répété pour construire rapidement un pipeline de phages vaccinaux multiplex T4-SRAS-CoV-2 (d). Les vaccins candidats sélectionnés ont ensuite été criblés dans un modèle de souris (e) pour identifier le vaccin le plus puissant (f). Modèle structurel du nanovaccin T4-SARS-CoV-2 montrant une vue agrandie d’un capsomère hexamérique unique (g). Le capsomère présente six sous-unités de la protéine de capside principale gp23 * (vert), des trimères de Soc (bleu) et une fibre Hoc (jaune) au centre du capsomère. Les gènes de pointe exprimables sont insérés dans le génome du phage, le peptide externe 12 aa E (rouge) est affiché à l’extrémité de la fibre Hoc, les trimères S (cyan) sont attachés aux sous-unités Soc et les protéines de la nucléocapside (jaune) sont emballées dans le génome coeur. Voir Résultats, matériel et méthodes et vidéo supplémentaire pour plus de détails.
Sommaire
Contexte
La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), causée par l’agent pathogène du SRAS-CoV-2, a alourdi les structures sanitaires et socio-économiques de nombreux pays dans le monde. Pour freiner la transmission virale, plusieurs vaccins ont été fabriqués en un temps record, et certains de ces vaccins sont déjà en cours de déploiement dans de nombreux pays touchés par la pandémie.
Pour une découverte plus rapide de vaccins efficaces contre les agents pathogènes nouvellement émergés tels que le SRAS-CoV-2, il est crucial de développer une plate-forme de vaccin universelle qui peut être incorporée avec une variété d’antigènes cibles, tels que l’ADN, les protéines, les peptides et les domaines, soit séparément ou dans diverses combinaisons. Une telle plate-forme serait particulièrement utile pour concevoir et sélectionner le vaccin le plus approprié sans passer par des cycles de conception répétitifs.
Dans la présente étude, les scientifiques ont développé une plateforme de nanovaccins en bio-ingénierie du bactériophage T4 à l’aide de la technologie CRISPR. Une telle plate-forme peut être utilisée pour produire rapidement des vaccins candidats comprenant plusieurs composants de tout pathogène émergent.
Étudier le design
Les scientifiques ont utilisé le bactériophage T4 comme plate-forme modèle pour concevoir des vaccins candidats. La capside de T4 est recouverte de deux protéines non essentielles à savoir Soc et Hoc. Alors que Soc aide à stabiliser la capside, Hoc aide T4 à se fixer aux cellules hôtes. Ces deux protéines peuvent être utilisées comme adaptateurs pour faire adhérer des déterminants antigéniques (épitope) à la capside. Mécanistiquement, la capside T4 décorée d’épitopes viraux / bactériens agit comme des modèles moléculaires associés aux agents pathogènes, et peut donc déclencher l’activation des récepteurs de reconnaissance de formes et induire de fortes réponses immunitaires.
Pour concevoir le modèle de vaccin, les scientifiques ont utilisé le SRAS-CoV-2 comme agent pathogène modèle et ont inséré plusieurs composants viraux, notamment le pic, l’enveloppe et la nucléocapside sous forme d’ADN ou de protéines dans des nanoparticules T4 à l’aide de la technologie CRISPR. Pour insérer les composants viraux, ils ont éliminé les régions génomiques non essentielles du phage T4. Surtout, ils ont utilisé différents compartiments de phage T4 pour insérer différents types d’épitopes viraux. Plus précisément, ils ont inséré un gène de pointe de pleine longueur, un gène de domaine de liaison au récepteur et un gène de nucléocapside dans le génome du phage T4 et des molécules de nucléocapside co-emballées dans le noyau du génome. En outre, ils ont conçu le phage T4 pour afficher le peptide d’enveloppe virale et les trimères de pointe.
Par ingénierie séquentielle, ils ont créé de multiples phages T4 recombinants (candidats vaccins) comprenant différentes combinaisons d’épitopes pathogènes.
Pour maintenir la structure de type natif des composants viraux, ils ont utilisé l’approche de pontage SpyCatcher-SpyTag, qui est nécessaire pour le pliage et la glycosylation appropriés des épitopes pathogènes à l’intérieur des phages T4.
Un autre fait important est que les vaccins à base de T4 ne nécessitent pas d’adjuvant pour induire les réponses immunitaires souhaitées. Cela permet de réduire le coût du vaccin et la complexité de la fabrication. De plus, les vaccins fabriqués sans adjuvant sont généralement plus sûrs que les vaccins couplés à un adjuvant car les adjuvants chimiques sont souvent associés à une réactogénicité liée au vaccin. Dans cette étude, aucun effet indésirable n’a été observé après la vaccination des animaux avec des candidats vaccins à base de T4.
Réponses immunitaires
En testant ces vaccins candidats sur des modèles de souris et de lapin, les chercheurs ont observé que le phage T4 présentant les trimères de pointe virale induisait les niveaux les plus élevés de réponses immunitaires médiées par les anticorps et les lymphocytes T. Les anticorps spécifiques de pointe sont capables de bloquer l’interaction entre le domaine de liaison au récepteur de pointe et le récepteur de l’enzyme de conversion 2 de l’angiotensine hôte (ACE2), en plus de neutraliser le virus.
Pris ensemble, ce candidat vaccin est capable de fournir une protection complète contre l’infection par le SRAS-CoV-2 chez la souris. En plus de générer des anticorps spécifiques aux pics, le vaccin induit une large réponse immunitaire contre les protéines d’enveloppe et de nucléocapside.
Importance de l’étude
L’étude a fourni une plate-forme de conception de vaccins à base de phages T4 pour générer de manière rentable des candidats vaccins efficaces contre tout agent pathogène dans un délai très court. Des niveaux élevés de stabilité et de profils de sécurité font de la T4 bio-ingénierie une plate-forme précieuse pour développer des candidats vaccins multipotents comprenant plus d’un épitope pathogène distinct dans une même formulation, ce qui est important pour générer des réponses immunitaires robustes et largement répandues.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.