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Um novo teste sorológico no qual um professor da NAU desempenhou um papel importante no desenvolvimento pode não apenas ajudar a humanidade a se preparar e responder à próxima pandemia, mas também pode ser fundamental na busca de gatilhos virais de doenças como diabetes e doença celíaca.
Jason Ladner, professor assistente do Departamento de Ciências Biológicas e do Instituto de Patógenos e Microbiomas (PMI), foi um dos principais inovadores do PepSeq, uma tecnologia que permite aos cientistas testar a ligação de anticorpos contra centenas de milhares de proteínas-alvo ao mesmo tempo. de testar um de cada vez. Quando estamos tentando rastrear um vírus contagioso como o coronavírus e descobrir como responder a ele, obter respostas rapidamente pode ser a resposta entre a vida e a morte.
Este protocolo é apresentado em detalhes em um artigo publicado no início de novembro em Protocolos da Natureza.
“PepSeq: uma plataforma totalmente in vitro para sorologia altamente multiplexada usando bibliotecas de peptídeos com código de barras personalizáveis” descreve a nova abordagem para conduzir ensaios de sorologia altamente multiplexados e detalha a abordagem da equipe para projetar e sintetizar bibliotecas PepSeq personalizadas, bem como usá-las bibliotecas para realizar ensaios e interpretar os dados. A esperança, disse Ladner, é fornecer um roteiro para os cientistas de todos os lugares usarem o protocolo em suas próprias pesquisas, aproximando-nos das respostas sobre algumas das principais doenças infecciosas.
É um passo importante, pois as preocupações com bioterrorismo, doenças zoonóticas e a próxima pandemia nunca estão longe e a compreensão desses patógenos ajudará os cientistas a desenvolver vacinas, bem como rastrear seu movimento e evolução.
“Os ensaios de sorologia são importantes para diagnosticar muitas infecções humanas e animais”, disse ele. No entanto, os ensaios tradicionais muitas vezes carecem de sensibilidade e/ou especificidade. Nossa abordagem pode ajudar a identificar quais proteínas estimulam mais comumente uma resposta de anticorpos durante a infecção e quais epítopos são específicos para o patógeno de interesse, em vez de apresentarem reação cruzada entre patógenos relacionados”.
O que é PepSeq?
Em sua forma mais básica, o protocolo permite que os cientistas testem como alvos de proteínas, ou antígenos, se ligam a centenas de milhares de anticorpos por vez. Os antígenos, que são pedaços de um patógeno – como um vírus ou uma bactéria – são os alvos dos anticorpos no sangue do hospedeiro. Novos anticorpos são produzidos em resposta a cada nova infecção, esses anticorpos são altamente específicos para determinados antígenos e podem persistir por meses ou até anos. Portanto, os anticorpos ajudam a proteger de futuras infecções por patógenos semelhantes, mas também fornecem um registro de exposições passadas.
Uma das grandes questões do lado médico, então, é quais anticorpos fornecem proteção contra infecções. Foi aqui que a humanidade se encontrou em 2020 – sem saber quais eram os anticorpos certos que o corpo precisava desenvolver para responder ao COVID-19. Essa informação era necessária para criar uma vacina eficaz e, no futuro, poderia ajudar a desenvolver abordagens de vacinação que protegessem amplamente contra coronavírus como SARS-CoV-2, incluindo aqueles que ainda não identificamos.
A grande questão do lado médico, então, é identificar quais anticorpos são necessários para atacar os antígenos de um patógeno. Foi aqui que a humanidade se encontrou em 2020 – sem saber quais eram os anticorpos certos que o corpo precisava desenvolver para responder ao COVID-19. Essa informação era necessária para criar uma vacina eficaz.
O PepSeq, inicialmente desenvolvido por uma equipe que incluía John Altin, agora pesquisador do TGen, colaborador de Ladner e coautor do estudo, contribui para esse processo de duas maneiras principais. Primeiro, permite que os cientistas avaliem simultaneamente a ligação do anticorpo em um grande número de diferentes antígenos. Como os anticorpos são evidências de infecções passadas de um hospedeiro, saber quais anticorpos uma pessoa possui pode oferecer pistas de quais patógenos foram expostos no passado. Este ensaio permite que os pesquisadores explorem amplamente o histórico de exposição, testando evidências de infecções passadas por todos os vírus conhecidos por infectar humanos.
“Isso pode nos ajudar a entender melhor a epidemiologia das doenças infecciosas e também nos capacitar em nossa busca por possíveis gatilhos virais para doenças não infecciosas, como diabetes e doença celíaca”, disse Ladner.
Em segundo lugar, os antígenos usados no PepSeq são peptídeos curtos, o que significa que normalmente não têm mais de 64 aminoácidos de comprimento. Isso significa que cada vez que um anticorpo se liga a um antígeno PepSeq, o sinal é específico para uma região específica de uma proteína, o que permite que Ladner e sua equipe dissequem a resposta do anticorpo em detalhes minuciosos. Isso ajuda a descobrir quais partes de um patógeno são mais comumente visadas por anticorpos e quais anticorpos são específicos para patógenos específicos, como o novo coronavírus que causa o COVID-19, e que reconhecem – e potencialmente protegem contra – de perto patógenos relacionados, como os coronavírus que podem causar o resfriado comum.
“Em particular, estamos muito interessados em alguns epítopos altamente conservados entre o SARS-CoV-2 e os coronavírus humanos ‘endêmicos’ que infectam humanos há décadas e geralmente causam apenas um resfriado comum”, disse ele. “Descobrimos que a dinâmica da resposta do anticorpo a esses epítopos é distinta e as respostas direcionadas contra essas regiões podem fornecer ampla proteção contra os coronavírus”.
O terceiro fator-chave que abrange todos os ensaios: o PepSeq permite que esses testes sejam executados rapidamente e com um volume de amostra muito menor do que outros ensaios – importante porque muitas vezes essas amostras são preciosas e escassas.
O que acontece agora?
Este estudo fornece as informações necessárias para qualquer pesquisador usar o PepSeq. Ele também fornece sua justificativa para as decisões que tomaram no processo, para que outros possam desenvolver a tecnologia. Por mais inovador que seja esse protocolo, o objetivo dos pesquisadores é que outros inovem ainda mais. A equipe de Ladner está liderando o desenvolvimento de protocolos de bioinformática e pacotes de software personalizados que criarão as bibliotecas PepSeq e permitirão a interpretação dos dados coletados por meio do protocolo.
Do ponto de vista geral, ter esse tipo de conversa ajuda o campo como um todo a progredir, disse Ladner. Ajuda a desenvolver a confiança no processo e nos resultados.
“Mesmo que ninguém fora do PMI e TGen acabe usando PepSeq, queremos que a comunidade científica mais ampla confie que os resultados são confiáveis, e a melhor maneira de fazer isso é através da transparência sobre o processo”, disse ele. “Neste tipo de manuscrito de protocolo, podemos entrar em muito mais detalhes sobre os métodos do que em um manuscrito focado nos resultados de um projeto de pesquisa específico que utiliza PepSeq”.
Ladner também está refinando um protocolo para novos tipos de amostra, incluindo saliva e urina humana e mosquitos alimentados com sangue. Ele também está usando o PepSeq para entender melhor a distribuição e a ecologia dos vírus que afetam outros animais, mas não os humanos (ainda). Isso permitirá que sua equipe explore a reatividade de anticorpos em outros animais, como morcegos, o que demonstrará quais tipos de vírus comumente infectam essas espécies de reservatórios.
Embora a maior parte desta pesquisa seja voltada para questões na parte de apuração de fatos do processo, ela deve estabelecer uma base que leve a uma resposta mais eficaz durante surtos futuros, bem como vacinas e tratamentos terapêuticos para doenças virais. A equipe de Ladner tem financiamento da Agência de Redução de Ameaças de Defesa do Departamento de Defesa dos EUA para usar PepSeq para entender melhor as vantagens e desvantagens de diferentes plataformas de entrega de vacinas.
“Um dos principais objetivos da vacinação é estimular a produção de respostas protetoras de anticorpos, e o PepSeq pode nos ajudar a entender a resposta de anticorpos à vacinação”, disse Ladner. “Os resultados dos ensaios PepSeq certamente podem ajudar a informar estratégias e abordagens mais diretamente ligadas à preparação e resposta a surtos”.
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