La prueba serológica señala los desencadenantes virales de enfermedades como la diabetes y la enfermedad celíaca

01 Jan

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Una nueva prueba serológica no solo puede ayudar a la humanidad a prepararse y responder a la próxima pandemia, sino que también puede ser fundamental en la búsqueda de desencadenantes virales de enfermedades como la diabetes y la enfermedad celíaca.

Jason Ladner, profesor asistente en el Departamento de Ciencias Biológicas y el Instituto de Patógenos y Microbioma (PMI), fue un innovador líder en PepSeq, una tecnología que permite a los científicos probar la unión de anticuerpos contra cientos de miles de objetivos proteicos a la vez, en lugar de de probar uno a la vez. Cuando intentamos rastrear un virus contagioso, como el coronavirus, y descubrir cómo responder a él, obtener respuestas rápidamente puede ser la respuesta entre la vida y la muerte.

Este protocolo se presenta en detalle en un artículo publicado a principios de noviembre en Nature Protocols.

El documento, "PepSeq: una plataforma completamente in vitro para serología altamente multiplexada utilizando bibliotecas de péptidos con código de barras de ADN personalizables", describe el enfoque novedoso para realizar ensayos de serología altamente multiplexados y detalla el enfoque del equipo para diseñar y sintetizar bibliotecas PepSeq personalizadas, así como cómo utilizar estas bibliotecas para realizar ensayos e interpretar los datos. La esperanza, dijo Ladner, es proporcionar una hoja de ruta para que los científicos de todo el mundo utilicen el protocolo en su propia investigación, acercándonos a las respuestas sobre algunas de las principales enfermedades infecciosas.

 Es un importante paso adelante ya que las preocupaciones sobre el bioterrorismo, las enfermedades zoonóticas y la próxima pandemia nunca están lejos. Comprender estos patógenos ayudará a los científicos a desarrollar vacunas y rastrear su movimiento y evolución.

 "Los ensayos serológicos son importantes para diagnosticar muchas infecciones humanas y animales", dijo. "Sin embargo, los ensayos tradicionales a menudo carecen de sensibilidad y/o especificidad. Nuestro enfoque puede ayudar a identificar qué proteínas estimulan más comúnmente una respuesta de anticuerpos durante la infección y qué epítopos son específicos para el patógeno de interés, en lugar de tener reactividad cruzada entre patógenos relacionados. "

 ¿Qué es PepSeq?

En su forma más básica, el protocolo permite a los científicos probar cómo las proteínas, o antígenos, se unen a cientos de miles de anticuerpos a la vez. Los antígenos, que son partes de un patógeno, como un virus o una bacteria, son los objetivos de los anticuerpos en la sangre del huésped. Se producen nuevos anticuerpos en respuesta a cada nueva infección, que son altamente específicos para antígenos particulares y pueden persistir durante meses o incluso años. Por lo tanto, los anticuerpos ayudan a proteger de futuras infecciones con patógenos similares, pero también proporcionan un registro de exposiciones pasadas.

Entonces, una de las grandes preguntas en el aspecto médico es qué anticuerpos protegen contra la infección. Aquí es donde la humanidad se encontró en 2020, sin saber cuáles eran los anticuerpos correctos que el cuerpo necesitaba desarrollar para responder al COVID-19. Esa información era necesaria para crear una vacuna eficaz y, en el futuro, podría ayudar a desarrollar enfoques de vacunación que protegerían ampliamente contra coronavirus como SARS-CoV-2, incluidos aquellos que aún no hemos identificado.

 Una pregunta aún más importante implica identificar qué anticuerpos se necesitan para atacar los antígenos de un patógeno. Aquí es donde la humanidad se encontró en 2020, sin saber cuáles eran los anticuerpos correctos que el cuerpo necesitaba desarrollar para responder al COVID-19. Esa información era necesaria para crear una vacuna eficaz.

 PepSeq, que inicialmente fue desarrollado por un equipo que incluía a John Altin, ahora investigador de TGen, colaborador de Ladner y coautor del estudio, contribuye a este proceso de dos maneras clave. Primero, permite a los científicos evaluar simultáneamente la unión de anticuerpos a través de una gran cantidad de antígenos diferentes. Debido a que los anticuerpos son evidencia de infecciones pasadas de un huésped, saber qué anticuerpos tiene una persona puede ofrecer pistas sobre a qué patógenos ha estado expuesta en el pasado. Este ensayo permite a los investigadores explorar ampliamente el historial de exposición mediante pruebas de infecciones pasadas por todos los virus que se sabe que infectan humanos

 "Esto puede ayudarnos a comprender mejor la epidemiología de las enfermedades infecciosas, y también nos empodera en nuestra búsqueda de posibles desencadenantes virales de enfermedades no infecciosas como la diabetes y la enfermedad celíaca", dijo Ladner.

 En segundo lugar, los antígenos utilizados en PepSeq son péptidos cortos, lo que significa que normalmente no tienen más de 64 aminoácidos de longitud. Eso significa que cada vez que un anticuerpo se une a un antígeno PepSeq, la señal es específica de una región de proteína en particular, lo que permite a Ladner y su equipo diseccionar la respuesta del anticuerpo en detalle. Ayuda a determinar qué partes de un patógeno son el objetivo más común de los anticuerpos y qué anticuerpos son específicos de patógenos particulares, como el nuevo coronavirus que causa el COVID-19, y cuáles reconocen de forma cruzada y potencialmente brindan protección cruzada contra patógenos estrechamente relacionados. , como los coronavirus que pueden causar el resfriado común.

 "En particular, hemos estado muy interesados ​​en un par de epítopos que están altamente conservados entre el SARS-CoV-2 y los coronavirus humanos 'endémicos' que han estado infectando a los humanos durante décadas y, en general, solo causan un resfriado común", dijo. "Descubrimos que la dinámica de la respuesta de anticuerpos a estos epítopos es distinta, y las respuestas dirigidas contra estas regiones podrían proporcionar una amplia protección contra los coronavirus".

 El tercer factor clave que abarca todos los ensayos: PepSeq permite que estas pruebas se ejecuten rápidamente y con un volumen de muestra mucho más pequeño que otros ensayos, lo que es crucial porque a menudo estas muestras son valiosas y escasean.

 ¿Que pasa ahora?

 Este estudio proporciona la información necesaria para que cualquier investigador utilice PepSeq. También proporciona la justificación de las decisiones que tomaron en el proceso para que otros puedan aprovechar la tecnología. Tan innovador como es este protocolo, los investigadores apuntan a que otros innoven aún más. El equipo de Ladner lidera el desarrollo de protocolos bioinformáticos y paquetes de software personalizados que crearán las bibliotecas PepSeq y permitir la interpretación de los datos recopilados a través del protocolo.

 Desde un punto de vista general, tener este tipo de conversaciones ayuda al campo en su conjunto a progresar, dijo Ladner. Ayuda a desarrollar la confianza en el proceso y los resultados.

 "Incluso si nadie fuera de PMI y TGen termina usando PepSeq, queremos que la comunidad científica en general confíe en que los resultados son confiables y la mejor manera de hacerlo es a través de la transparencia sobre el proceso", dijo. "En este tipo de manuscrito de protocolo, podemos profundizar mucho más en los métodos que en un manuscrito centrado en los resultados de un proyecto de investigación particular que utiliza PepSeq".

 Ladner también está refinando un protocolo para nuevos tipos de muestras, que incluyen saliva humana, orina y mosquitos alimentados con sangre. También está usando PepSeq para comprender mejor la distribución y la ecología de los virus que afectan a otros animales pero no a los humanos (todavía). Esto permitirá a su equipo explorar la reactividad de los anticuerpos en otros animales, como murciélagos, lo que demostrará qué tipos de virus infectan comúnmente a estas especies reservorio.

 Aunque la mayor parte de esta investigación está dirigida a preguntas en la parte de investigación del proceso, debería sentar las bases que conduzcan a una respuesta más efectiva durante futuros brotes, así como vacunas y tratamientos terapéuticos para enfermedades virales.

 "Uno de los principales objetivos de la vacunación es estimular la producción de respuestas protectoras de anticuerpos, y PepSeq puede ayudarnos a comprender la respuesta de anticuerpos a la vacunación", dijo Ladner. "Los resultados de los ensayos de PepSeq ciertamente podrían ayudar a informar estrategias y enfoques que están más directamente relacionados con la preparación y respuesta a brotes".