Đây là bản đồ quy mô nguyên tử 3D, hay cấu trúc phân tử, của Hexapro, một phiên bản sửa đổi của protein đột biến SARS-CoV-2, được mô tả trong một bài báo trên tạp chí Science vào ngày 23 tháng 7 năm 2020. Sáu chìa khóa các biến đổi, được gọi là proline, được biểu thị dưới dạng hình cầu màu đỏ và xanh lam và giúp khóa protein vào cấu trúc trước khi truyền máu, hình dạng mà nó có trước khi bị nhiễm trùng. Credit: Đại học Texas tại Austin

Đáp ứng nhu cầu phát triển nhanh hàng tỷ liều vắc xin COVID-19 cứu người, một nhóm khoa học tại Đại học Texas tại Austin đã thiết kế lại thành công một protein quan trọng từ coronavirus và việc sửa đổi có thể cho phép nhiều sản xuất vắc xin nhanh hơn và ổn định hơn trên toàn thế giới.

Phát hiện mới được mô tả trên tạp chí Science.

Hầu hết các ứng cử viên vắc-xin coronavirus huấn luyện hệ thống miễn dịch của con người nhận ra một loại protein quan trọng trên bề mặt của virus SARS-CoV-2 được gọi là protein đột biến để chống lại sự lây nhiễm. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một phiên bản mới của loại protein này, khi được biểu hiện trong tế bào, tạo ra lượng protein nhiều hơn gấp 10 lần so với protein đột biến tổng hợp trước đó đã được sử dụng trong nhiều loại vắc xin COVID-19. Cùng với các đồng nghiệp tại Viện Y tế Quốc gia, một số thành viên của nhóm nghiên cứu UT cũng đã thiết kế phiên bản trước đó của protein đột biến được tìm thấy trong ít nhất hai ứng cử viên vắc xin COVID-19 hiện đang được thử nghiệm lâm sàng tại Hoa Kỳ.

Jason McLellan, phó giáo sư tại Khoa Khoa học Sinh học Phân tử và là tác giả cấp cao của bài báo cho biết: “Tùy thuộc vào loại vắc-xin, phiên bản cải tiến này của protein có thể làm giảm kích thước của mỗi liều hoặc tăng tốc độ sản xuất vắc-xin. “Dù bằng cách nào, điều đó có nghĩa là nhiều bệnh nhân hơn được tiếp cận với vắc xin nhanh hơn.”

Được đặt tên là HexaPro, protein mới cũng ổn định hơn so với phiên bản protein đột biến trước đó của nhóm nghiên cứu, điều này giúp cho việc lưu trữ và vận chuyển dễ dàng hơn. Nó cũng giữ được hình dạng ngay cả khi chịu áp lực nhiệt, trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ phòng và qua nhiều lần đông lạnh. Những phẩm chất như vậy là mong muốn ở một loại vắc-xin mạnh mẽ.

Quỹ Bill & Melinda Gates đã đóng góp vào sự phát triển của công nghệ thông qua một khoản tài trợ nhằm làm cho người dân ở các quốc gia có thu nhập thấp hơn có thể tiếp cận được vắc xin. Các công ty vắc xin với các công nghệ nền tảng khác nhau sẽ có khả năng thử nghiệm và phát triển hơn nữa vắc xin COVID sử dụng HexaPro. McLellan cũng cho biết có sự quan tâm từ các đối tác trong việc mở rộng khả năng tiếp cận công nghệ cho những người ở các nước đang phát triển.

McLellan nói: “Bốn tỷ người sống ở các nước đang phát triển sẽ cần được tiêm vắc-xin như tất cả chúng ta.

Jason S. McLellan, phó giáo sư khoa học sinh học phân tử, bên trái và nghiên cứu sinh Daniel Wrapp, bên phải, làm việc trong Phòng thí nghiệm McLellan tại Đại học Texas ở Austin Thứ Hai ngày 17 tháng 2 năm 2020. Credit: Vivian Abagiu / Đại học Texas tại Austin

HexaPro cũng có thể được sử dụng trong các xét nghiệm kháng thể COVID-19, nơi nó sẽ hoạt động như một thăm dò để xác định sự hiện diện của kháng thể trong máu của bệnh nhân, cho biết liệu một người trước đó đã bị nhiễm vi rút hay chưa.

Tác giả đầu tiên của bài báo là Ching-Lin Hsieh, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của McLellan. Các tác giả tương ứng là McLellan; Ilya Finkelstein, một phó giáo sư tại Khoa Khoa học Sinh học Phân tử; và Jennifer Maynard, một giáo sư tại Trường Kỹ thuật Cockrell.

Phiên bản gốc của protein đột biến của nhóm nghiên cứu tạo thành cơ sở cho các ứng cử viên vắc xin hiện đang được thử nghiệm lâm sàng trên người, bao gồm mRNA-1273 của Moderna và NVX-CoV2373 của Novavax.

Đối với vắc xin dựa trên axit nucleic sử dụng các tế bào của chính bệnh nhân để tạo ra các protein virus kích hoạt phản ứng miễn dịch, chẳng hạn như mRNA-1273, protein đột biến cải tiến này có thể cho phép các phiên bản thế hệ tiếp theo yêu cầu liều lượng nhỏ hơn nhiều để tạo ra cùng một miễn dịch phản hồi từ một bệnh nhân. Đối với vắc xin tiểu đơn vị có chứa phiên bản của protein vi rút thực tế như một kháng nguyên, chẳng hạn như NVX-CoV2373, nhiều liều vắc xin khác có thể được sản xuất trong cùng một khung thời gian. Dù bằng cách nào, từ quan điểm sản xuất, điều này có nghĩa là tăng tốc độ tiếp cận với vắc xin cứu sinh.

Dựa trên kinh nghiệm của họ trong việc tạo ra các protein ổn định làm vắc-xin chống lại MERS-CoV, loại coronavirus gây ra hội chứng hô hấp ở Trung Đông và các loại virus khác, các nhà nghiên cứu đã xác định được 100 biến đổi khác nhau đối với protein đột biến mà họ tin rằng có thể dẫn đến ổn định hơn, biểu hiện cao hơn phiên bản. Tiếp theo, họ tạo ra 100 phiên bản khác nhau của protein bằng cách đưa các bản thiết kế di truyền cho mỗi phiên bản vào một môi trường nuôi cấy tế bào người khác nhau. Trong số 100 phiên bản của protein đột biến đó, 26 phiên bản ổn định hơn hoặc có biểu hiện cao hơn.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã lấy bốn trong số những sửa đổi có lợi đó, cộng với hai từ protein tăng đột biến ổn định ban đầu và kết hợp chúng để tạo ra HexaPro. Khi họ đưa các bản thiết kế di truyền cho phiên bản protein đột biến này vào môi trường nuôi cấy tế bào người, các tế bào đã tạo ra lượng protein nhiều gấp 10 lần so với protein ban đầu của chúng.

Đơn xin cấp bằng sáng chế của Hoa Kỳ gần đây đã được nộp cho HexaPro, với các nhà phát minh sau (tất cả đều là tác giả của bài báo mới nhất này): Ching-Lin Hsieh, Jory A. Goldsmith, Jeffrey M. Schaub, Chia-Wei Chou, Andrea M. DiVenere, Kamyab Javanmardi, Hung-Che Kuo, Daniel Wrapp, Patrick O. Byrne, Christy K. Hjorth, Nicole V. Johnson, Nianshuang Wang, Jennifer A. Maynard, Ilya J. Finkelstein và Jason S. McLellan.

Công ty công nghệ sinh học Sino Biological đã nhận được giấy phép không độc quyền từ UT Austin để sản xuất HexaPro và bán nó cho các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới.

Tham khảo: “Thiết kế dựa trên cấu trúc của mũi nhọn SARS-CoV-2 được ổn định trước khi tưới máu” của Ching-Lin Hsieh, Jory A. Goldsmith, Jeffrey M. Schaub, Andrea M. DiVenere, Hung-Che Kuo, Kamyab Javanmardi, Kevin C. Le, Daniel Wrapp, Alison G. Lee, Yutong Liu, Chia-Wei Chou, Patrick O. Byrne, Christy K. Hjorth, Nicole V. Johnson, John Ludes-Meyers, Annalee W. Nguyen, Juyeon Park, Nianshuang Wang, Dzifa Amengor, Jason J. Lavinder, Gregory C. Ippolito, Jennifer A. Maynard, Ilya J. Finkelstein và Jason S. McLellan, ngày 23 tháng 7 năm 2020,Khoa học.
DOI: 10.1126 / science.abd0826

Các tác giả khác của bài báo là Kevin C. Le, Alison Gene-Wei Lee, Yutong Liu, John Ludes-Meyers, Annalee W. Nguyen, Juyeon Park, Dzifa Amengor, Jason J. Lavinder và Greg C. Ippolito.

Công trình này được hỗ trợ bởi Viện Y tế Quốc gia, Quỹ Welch và Quỹ Khoa học Quốc gia. Finkelstein là Học giả CPRIT về Nghiên cứu Ung thư.

Nguồn: scitechdaily.com