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Come si "disattiva" SARS-CoV-2 per alcuni vaccini Covid (ad esempio Covaxin)?

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Alcuni vaccini Covid come Covaxin impiegano una "cellula Vero inattivata da virus intero".

Come viene "disattivato" il virione per il vaccino?


Per Covaxin (BBV152), SARS-CoV-2 è stato inattivato dal trattamento con -propiolattone [1]. Il β-propiolattone reagisce e modifica, tra l'altro, gli acidi nucleici, impedendone la replicazione [2].

[1] Yadav P, Ella R, Kumar S, et al. 2020. Notevole immunogenicità ed efficacia protettiva di BBV152, un vaccino SARS-CoV-2 inattivato nei macachi rhesus. Prestampa.

[2] Perrin P, Morgeaux S. 1995. Inattivazione del DNA da parte del -propiolattone. Biologia 23(3):207-211.


In che modo i ricercatori sono stati in grado di sviluppare vaccini COVID-19 così rapidamente?

Lo sviluppo del vaccino è tipicamente misurato in anni, non in mesi. Ma mentre la pandemia di COVID-19 infuria, gli scienziati stanno correndo contro il tempo per sviluppare un'immunizzazione che fornisca protezione contro il virus SARS-CoV-2. I risultati stanno battendo i record di sviluppo.

Per quanto impegnativo sarà lo sviluppo e la distribuzione di un vaccino, la comunità scientifica nazionale deve affrontare anche un altro ostacolo, convincendo un pubblico sempre più scettico che il vaccino COVID-19 è sicuro e quanto sia importante ottenere una vaccinazione COVID-19 in primo luogo.

"Anche il vaccino più efficace può proteggere noi o i nostri cari se le persone hanno paura di prenderlo o non lo prenderanno", ha affermato Kathleen Mullane, DO, PharmD, direttore degli studi clinici sulle malattie infettive presso UChicago Medicine. &ldquoSappiamo che le cose si stanno muovendo più velocemente che mai, ma la comunità scientifica nazionale ha cooperato e collaborato in modi come mai prima d'ora e siamo assolutamente impegnati a garantire che tutto ciò che è approvato alla fine funzioni e sia sicuro. Mi farò vaccinare e raccomando la vaccinazione per la mia famiglia e i miei amici perché credo nella sicurezza e nell'efficacia di questi agenti.&rdquo

I rapidi progressi su un vaccino COVID-19 significano che i dati relativi alla sicurezza e alla durata a lungo termine di questi vaccini continueranno a fluire molto tempo dopo che un vaccino è stato approvato per l'uso di emergenza. Tuttavia, coloro che si interrogano sulla sicurezza dei vaccini possono essere incoraggiati dal fatto che, nonostante la velocità con cui sono stati sviluppati questi vaccini, sono stati seguiti gli importanti controlli normativi e di valutazione progettati per proteggere i pazienti. Queste pietre miliari aiutano a determinare quanto sarà sicuro ed efficace un vaccino e se i benefici valgono o meno i potenziali rischi.

Operazione Warp Speed: accelerazione della ricerca sui vaccini

Prima della pandemia di COVID-19, ottenere un nuovo vaccino dall'ideazione all'approvazione potrebbe richiedere 10 anni e miliardi di dollari. Con solo un vaccino candidato su 10 che arriva sul mercato, lo sviluppo di un vaccino è una proposta rischiosa per i produttori farmaceutici. Per coloro che non hanno familiarità con il processo metodico della ricerca clinica, il processo può sembrare tortuosamente lento. In primo luogo, i ricercatori devono studiare la struttura e il comportamento infettivo di un agente patogeno. Quindi, scoprono come far sì che il corpo umano produca al meglio una risposta immunitaria per combatterlo. Successivamente, il vaccino viene testato per sicurezza ed efficacia e prima utilizzando modelli cellulari, animali e matematici e successivamente in studi clinici umani multifase che coinvolgono migliaia di partecipanti. Solo allora può iniziare il processo di approvazione federale.

Con il tempo che scorre sulla pandemia di COVID-19, le aziende farmaceutiche stanno sfruttando la tecnologia dei vaccini già consolidata che potrebbe accelerare il processo verso la produzione di un vaccino sicuro.

Dozzine di vaccini contro il virus SARS-CoV-2 sono in fase di sviluppo da parte di aziende farmaceutiche globali, ma finora solo una manciata ha raggiunto sperimentazioni cliniche di fase 3 su larga scala. Negli studi di fase 3, decine di migliaia di volontari partecipano per testare la sicurezza e l'efficacia dell'immunizzazione. Finora, 11 studi di fase 3 sono stati avviati a livello globale, anche se ne sono previsti altri nei prossimi mesi e anni mentre altri sforzi di ricerca si stanno muovendo attraverso la pipeline.

Stanno ottenendo una spinta dall'Operazione Warp Speed ​​(OWS), una collaborazione tra l'industria farmaceutica e il governo federale. Per compensare il costo dello sviluppo del vaccino COVID-19 e per aiutare a mobilitare i vaccini approvati il ​​più rapidamente possibile per il pubblico americano, il governo ha istituito un programma di finanziamento sostenuto da quasi 10 miliardi di dollari in fondi federali. OWS ha iniziato con un ambizioso obiettivo iniziale: consegnare 300 milioni di dosi di un vaccino sicuro ed efficace agli americani a partire da gennaio 2021.

Questo investimento finanziario ha notevolmente accelerato la tempistica per lo sviluppo di vaccini attraverso studi clinici, revisione della FDA e distribuzione di massa di un vaccino. Attraverso la collaborazione di reti consolidate di studi sui vaccini, medici scienziati esperti hanno ridotto significativamente il tempo e il costo dello sviluppo di siti di sperimentazioni cliniche e dell'arruolamento di volontari per partecipare a questi importanti studi. Tutti questi fattori a loro volta significano che una volta che un vaccino ha superato le tappe fondamentali di sicurezza ed efficacia e ha ricevuto l'approvazione per l'uso di emergenza (EUA) dal governo federale, le organizzazioni sanitarie sono state in grado di iniziare a fornire il vaccino ai pazienti nel giro di pochi giorni. Ad esempio, il vaccino mRNA Pfizer/BioNTech è stato approvato per l'uso di emergenza dalla FDA giovedì 10 dicembre 2020 gli operatori sanitari venivano vaccinati entro lunedì 14 dicembre.

Tecnologia dei vaccini e studi clinici

Dovrebbe anche essere rassicurante il fatto che quasi 200 anni di sviluppo di vaccini hanno generato una serie di piattaforme di vaccini altamente efficaci e sicure, che richiedono meno tempo e sforzi per produrre nuovi tipi di vaccini. Il riciclaggio della tecnologia vaccinale esistente consente ai ricercatori di concentrare il loro tempo sull'identificazione dei migliori bersagli che produrranno la risposta immunitaria più forte con il minor numero di effetti collaterali.

"Davvero, la maggior parte del lavoro di sviluppo della piattaforma vaccinale è già stata eseguita", ha affermato Habibul Ahsan, MD, direttore dell'Institute for Population and Precision Health presso l'Università di Chicago Medicine. &ldquoDevi solo fare la parte rimanente, ovvero aggiungere gli antigeni virali giusti alla piattaforma già collaudata e assicurarti che sia sicuro ed efficace negli esseri umani. Anche solo negli ultimi 5-10 anni, abbiamo fatto grandi passi avanti nello sviluppo di nuovi tipi di piattaforme di vaccini come quelle testate per SARS-CoV-2.&rdquo

I vaccini funzionano presentando al sistema immunitario dell'organismo proteine ​​patogene, chiamate antigeni, che attivano la risposta immunitaria e generano anticorpi per proteggersi dalla malattia.

I candidati al vaccino che attualmente fanno notizia utilizzano piattaforme basate su mRNA e vettoriali. Questi vaccini inducono il corpo a produrre gli antigeni virali, che generano la risposta immunitaria appropriata. In passato sono stati sviluppati vaccini basati su vettori per malattie tra cui SARS, MERS e, in particolare, il virus mortale Ebola, e vaccini mRNA sono stati precedentemente testati per prevenire il virus Zika.

Queste immunizzazioni di nuova generazione non sono mai state provate su così larga scala prima, ma ci sono già prove che queste piattaforme sono sicure ed efficaci, con un rischio ridotto degli effetti collaterali generati da vaccini a virus intero vivi attenuati o disattivati.

"I vaccini mRNA e vettoriali sono una tecnologia più recente, i primi prodotti sono stati sviluppati nel 1999", ha affermato Mullane. &ldquoIn base alla nostra comprensione della biologia umana, non c'è motivo di credere che dovrebbero rappresentare un rischio maggiore rispetto a qualsiasi tipo di vaccino più tradizionale. Semmai, la preoccupazione più grande è per quanto tempo sono efficaci. I dati preliminari sull'efficacia finora sono estremamente promettenti.&rdquo

Per proteggersi dall'incertezza, la FDA ha aggiunto regole aggiuntive per fornire una maggiore sicurezza prevedendo punti di controllo specifici per gli studi accelerati COVID-19. Ciò include la richiesta ai ricercatori di raccogliere almeno due mesi di dati di follow-up dalla maggioranza dei partecipanti a ciascuna sperimentazione, anche se i primi dati mostrano risultati promettenti e sicurezza ed efficacia a lungo termine fino a due anni dopo il ricevimento dei vaccini.

Per accelerare lo sviluppo, molti studi sul COVID-19 sono condotti in studi che combinano le fasi 1, 2 e/o 3 in cui i ricercatori iniziano vaccinando un numero inferiore di volontari sani. Mentre la sperimentazione continua e se il vaccino sembra essere sicuro, si apre a più partecipanti, come quelli con condizioni di salute preesistenti. Gli studi di efficacia di fase 3 su larga scala alla fine includono decine di migliaia di volontari. L'attuale gamma di prove include una varietà di tipi di vaccini e include sia modelli collaudati che approcci di nuova generazione.

La velocità con cui queste prove stanno procedendo ha sollevato dubbi sulla loro sicurezza o meno. Consapevoli della persistente sfiducia dovuta alla politicizzazione della pandemia e della storica privazione dei diritti dei medici in alcune comunità, gli scienziati coinvolti nella ricerca sui vaccini COVID-19 stanno attenti a non sopravvalutare i primi risultati degli studi clinici in corso e ad essere trasparenti sui rischi coinvolti.

Molti stanno facendo sforzi per entrare nella comunità per parlare con potenziali volontari, affrontare le loro preoccupazioni e offrire l'opportunità di partecipare, in particolare nelle sperimentazioni di fase 3 su larga scala. Ad esempio, alla UChicago Medicine, i medici stanno portando unità mediche mobili nei quartieri circostanti per portare il vaccino direttamente alle porte d'ingresso delle persone.

"Molti centri di reclutamento per questi studi non sono facilmente accessibili alle minoranze e alle popolazioni a basso reddito", ha affermato Ahsan. &ldquoMa UChicago Medicine ha lavorato duramente per costruire solide relazioni con la nostra comunità locale e assicurarsi che sappiano che siamo qui per servirli.&rdquo

Quali rischi comportano i vaccini?

Come la maggior parte dei trattamenti medici, qualsiasi vaccino è accompagnato da un certo grado di rischio. Gli effetti collaterali sono generalmente lievi, che vanno dal dolore nel sito di iniezione a una leggera febbre e dolori muscolari. In un caso su 100.000, i vaccini possono scatenare gravi reazioni allergiche. Ancora più raro (la stima è di una su un milione) è un aumento del rischio di sviluppare condizioni autoimmuni che colpiscono il sistema nervoso, come la sindrome di Guillain-Barre.

Due studi separati in cui vaccini con virus del vettore vivo non replicativo &mdash sperimentazione di fase 3 sul vaccino AstraZeneca con sede nel Regno Unito e sperimentazione di fase 3 sul vaccino Janssen con sede negli Stati Uniti &mdash sono stati brevemente sospesi dopo che un partecipante ha sperimentato un evento medico inspiegabile noto come "reazione avversa" che potrebbe essere stato legati alla loro partecipazione allo studio. Entrambi hanno ripreso da allora dopo che ricercatori e regolatori hanno stabilito che non esisteva una chiara connessione tra il vaccino e gli eventi medici e li hanno ritenuti abbastanza sicuri da continuare. Nessun evento avverso è stato ancora collegato ai candidati al vaccino mRNA, ad eccezione di una manciata di reazioni allergiche che richiedono EpiPens.

La sfida, in particolare di fronte a una pandemia globale, consiste nel trovare l'equilibrio tra i benefici del vaccino e il rischio che può rappresentare per coloro che lo ricevono. Nella maggior parte dei casi, l'equilibrio scende dalla parte del vaccino.

"In questo momento, stiamo correndo contro il tempo", ha detto Ahsan. "Forse in sei mesi o un anno, se abbiamo approvato un vaccino, un numero sufficiente di persone si sarà ammalato che i potenziali effetti collaterali non valgono più il rischio" ma per ottenere quel tipo di immunità di gregge, il 50 o il 60 percento dei La popolazione statunitense dovrebbe contrarre il virus. Sono 150 o 200 milioni di persone che contraggono COVID-19 e probabilmente oltre un milione di morti. Vale assolutamente la pena cercare di evitarlo.&rdquo

Cosa ci vorrà per "tornare alla normalità"?

Prima che qualsiasi vaccino possa ricevere l'approvazione federale, anche per uso di emergenza, gli investigatori devono aspettare che decine di migliaia di volontari ricevano il loro vaccino sperimentale. Quindi, aspettano che passi abbastanza tempo perché alcuni di quei volontari siano esposti a COVID-19, il che dice quanto sia efficace ciascun vaccino. Gli scienziati stanno anche studiando se coloro che hanno ricevuto il vaccino contro un placebo e abbiano avuto forme di malattia meno gravi. Senza dati che dimostrino in modo definitivo che i vaccini sono sia sicuri che efficaci, non saranno approvati per l'uso nel pubblico in generale.

Una volta che una sperimentazione clinica raccoglie dati sufficienti per dimostrare che un vaccino è sia sicuro che efficace, il vaccino si dirige alle autorità di regolamentazione federali. L'azienda farmaceutica che ha sviluppato il prodotto invia i dati alla FDA, dove vengono esaminati e rianalizzati da statistici federali e da un comitato consultivo esterno di esperti scientifici e medici. Poiché i vaccini COVID-19 verranno presentati alla FDA prima che vengano acquisiti dati a lungo termine, è probabile che un vaccino riceverà un'autorizzazione all'uso di emergenza anziché la piena approvazione. Questo è stato il caso del vaccino mRNA Pfizer/BioNTech, approvato per l'uso di emergenza dalla FDA il 10 dicembre 2020, e del vaccino mRNA Moderna, approvato il 18 dicembre 2020.

Poi arriva la sfida di produrre e distribuire un vaccino, in particolare nei primi giorni in cui c'è una fornitura limitata. Le autorità affermano che a gennaio potrebbero essere disponibili da 20 a 30 milioni di dosi, ma il lancio completo potrebbe richiedere mesi per ottenere lotti sufficienti per il pubblico in generale. Nel frattempo, le autorità daranno la priorità alla distribuzione a coloro che sono maggiormente a rischio di contrarre COVID-19 o coloro che sono a più alto rischio di subire gli effetti più gravi della malattia, come operatori sanitari, anziani, adulti con condizioni preesistenti e lavoratori essenziali.

Man mano che viene distribuito un nuovo vaccino, le sperimentazioni cliniche proseguiranno e continueranno a fluire dati sulla sua efficacia a lungo termine e su eventuali problemi di sicurezza. Ciò consentirà ai ricercatori e agli operatori sanitari di adattare la distribuzione secondo necessità.

Realisticamente, il pubblico in generale probabilmente non avrà accesso a un vaccino fino a questa estate. Questo è molto più tardi dell'obiettivo iniziale dell'Operazione Warp Speed ​​di avere 300 milioni di dosi disponibili entro gennaio, ma significativamente più velocemente di qualsiasi altro sforzo di sviluppo di vaccini fino ad oggi.

Quando viene lanciato un vaccino, ogni individuo dovrebbe parlare con il proprio medico del proprio stato di salute unico e se un vaccino è o meno la scelta giusta per loro, in particolare quegli individui che appartengono a gruppi che non sono stati inclusi negli studi clinici.

Idealmente, le prove saranno abbastanza forti da far sentire la maggior parte degli americani al sicuro nel ricevere il vaccino. Far vaccinare un numero sufficiente di persone è fondamentale per ottenere l'immunità di gregge, il punto in cui una malattia non può più diffondersi perché una parte sufficiente della comunità è vaccinata o ne è immune.

Nel frattempo, il mondo sta aspettando senza fiato di vedere se questi vaccini si dimostrano o meno lo strumento di cui abbiamo bisogno per tornare sulla strada della normalità.


Due prospettive sulla misurazione della trasmissione

Se un vaccino Covid-19 può ridurre gli eventi di infezione da SARS-CoV-2, asintomatici o meno, ciò potrebbe segnalare che la trasmissione del virus ad altri potrebbe essere ridotta, ha affermato Bottazzi. Questa teoria si basa sul pensiero che quando ci sono meno persone infette dal virus, allora ci sono meno persone che diffondono il virus, ha spiegato.

Eppure Nikolai Petrovsky, PhD, professore, College of Medicine and Public Health, Flinders University, Adelaide, Australia, differiva, osservando che la capacità di un vaccino di ridurre l'infezione è un discutibile surrogato per la riduzione della trasmissione. La trasmissione dovrebbe essere misurata in base alla persona non vaccinata che è esposta a SARS-CoV-2 e non in base alla persona vaccinata e infetta che potenzialmente trasmette il virus, ha spiegato. "La trasmissione riguarda la prossima persona nella catena", ha detto Petrovsky, aggiungendo che i tassi di infezione e i tassi di trasmissione non dovrebbero essere confusi.

Sebbene possa esserci un'associazione tra infezione e trasmissione, non ci sono dati sufficienti per valutare se esiste una correlazione lineare, ha affermato Gary Kobinger, PhD, capo, Vector Design and Immunotherapy Special Pathogens, Medical Microbiology, University of Manitoba, Canada. In effetti, l'efficacia della trasmissione del vaccino è fondamentale per essere misurata in coloro che non sono vaccinati ma esposti al virus, ma c'è anche un valore nella raccolta di dati dal diffusore del virus, ha aggiunto Rory de Vries, PhD, assistente professore, Dipartimento di Viroscience, Erasmus Centro medico universitario, Rotterdam, Paesi Bassi.

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2. Approcci alla progettazione dei vaccini

2.1. Selezione dell'antigene SARS-CoV-2

La proteina SARS-CoV-2 S si lega principalmente ai recettori ACE2 per mediare l'ingresso virale, nelle vie respiratorie superiori e inferiori. La proteina S matura è una proteina di fusione trimerica di classe I situata sulla superficie del virione. Possiede due frammenti, S1 contenente il dominio di legame del recettore (RBD) e S2 contenente il peptide di fusione. Diversi studi con anticorpi monoclonali hanno dimostrato che gli esseri umani infetti sviluppano robusti anticorpi neutralizzanti contro la proteina S e in particolare contro il frammento S1 con il dominio legante il recettore (RBD) del SARS-CoV-2 (Baum et al., 2020, Hansen et al., 2020, Ju et al., 2020). Nei primi studi per i vaccini SARS-CoV-2, anche la proteina N è stata valutata per l'efficacia ma, utilizzando modelli in vivo, i vaccini a base di N non hanno prodotto alcuna protezione. Inoltre, hanno mostrato un'esacerbazione dell'infezione dovuta all'aumento dell'infiltrazione eosinofila polmonare (Deming et al., 2006). Le proteine ​​M ed E sono di minor interesse come bersagli vaccinali a causa della minore immunogenicità (Du et al., 2008).

2.2. Piattaforme vaccinali

I progressi in virologia, biologia molecolare e immunologia hanno creato molte alternative ai tradizionali approcci vaccinali. Sono attualmente in fase di sviluppo più di 100 vaccini candidati contro il virus SARS-CoV-2 (“Vaccines – COVID19 Vaccine Tracker”), basati su diverse piattaforme (Fig. 4). Queste piattaforme possono essere suddivise in “traditional” approcci (cioè., vaccini con virus vivi attenuati o inattivati) e “innovativi approcci” come i vaccini a RNA o DNA e i vaccini a vettore virale ricombinante.

Piattaforme di vaccini in fase di sviluppo contro SARS-CoV-2.

2.2.1. Vaccini virali vivi attenuati

I vaccini vivi attenuati derivano direttamente dai virus patogeni che possiedono ancora la capacità di infettare le cellule e replicarsi ma sono trattati in modo da causare nessuna malattia o solo una malattia molto lieve. L'attenuazione può essere completata facendo crescere il virus in condizioni sfavorevoli come a temperatura non ottimale o mediante modifica razionale del genoma del virus (per esempio., de-ottimizzazione dei codoni, rimozione dei geni responsabili del contrasto del riconoscimento immunitario innato ( Broadbent et al., 2016 , Talon et al., 2000 )). Tuttavia, queste tecniche richiedono tempo e sono tecnicamente impegnative, risultando in uno sviluppo difficile e lungo. Essendo quasi identico al virus naturale che causa l'infezione, un virus vivo attenuato di solito crea una risposta immunitaria umorale e cellulo-mediata forte e duratura dopo un regime di vaccinazione prime/boost. Inoltre, poiché il virus si replica dopo la vaccinazione, la risposta immunitaria prende di mira proteine ​​virali sia strutturali che non strutturali, ampliando le risposte immunitarie umorali e cellulari senza l'uso di adiuvanti poiché questi vaccini contengono già adiuvanti naturali ( Lee e Nguyen, 2015). Questo tipo di vaccino può essere somministrato per via intranasale per indurre una risposta immunitaria della mucosa come nel caso del vaccino influenzale quadrivalente contro A(H1N1), A(H3N2) e due virus influenzali B disponibili sul mercato con il marchio FluMist Quadrivalent ( “ FluMist Quadrivalent | FDA ”). Viene facilmente somministrato come sospensione da 0,2 mL fornita in un dispositivo spray intranasale preriempito monodose da dividere circa la metà in ciascuna narice.

2.2.2. Vaccini virali inattivati

Nei vaccini virali inattivati ​​di solito è presente l'intero virus che causa la malattia o una parte di esso (dove il materiale genetico è stato distrutto). Rispetto ai vaccini virali vivi attenuati, sono considerati più sicuri e stabili e sebbene il loro materiale genetico sia stato distrutto, contengono ancora molte proteine ​​antigeniche e quindi, come nel caso dei coronavirus (per esempio. SARS-CoV-2) è probabile che le risposte immunitarie colpiscano molte proteine ​​diverse come S ma anche M, E e N. I vaccini inattivati ​​stimolano solo le risposte mediate dagli anticorpi, che possono essere più deboli e meno longeve, poiché rispetto ai vaccini vivi attenuati e, quindi, i vaccini inattivati ​​vengono spesso somministrati insieme agli adiuvanti e possono essere necessarie anche dosi di richiamo. La produzione del vaccino richiede strutture di livello 3 di biosicurezza in cui il virus viene coltivato in una coltura cellulare (di solito cellule Vero) seguita dall'inattivazione. La produttività del virus nella coltura cellulare potrebbe influenzare la resa di produzione finale ( Yadav et al., 2021 ). Questo tipo di vaccino si è dimostrato sicuro ed efficace nella prevenzione di malattie come la polio e l'influenza (https://www.who.int/vaccine_safety/initiative/tech_support/Part-2.pdf - accesso 22 marzo 2021).

2.2.3. Vaccini ricombinanti a vettore virale

I vaccini basati su vettori virali (sotto forma di una versione modificata innocua di un virus alternativo) utilizzano un virus modificato (il vettore) per fornire il codice genetico (RNA o DNA) per un antigene, (per esempio., nel caso di COVID-19 la proteina S) nelle cellule umane che poi produrranno l'antigene. Infettando le cellule e istruendole a produrre l'antigene, questo tipo di vaccino imita un'infezione virale naturale al fine di generare la risposta immunitaria richiesta (Roller et al., 2011). Questo meccanismo induce una forte risposta immunitaria cellulare da parte delle cellule T e la produzione di anticorpi da parte delle cellule B. I vettori virali sono coltivati ​​in linee cellulari e la loro produzione è rapida e semplice (Sebastian e Lambe, 2018).

I vettori virali possono replicarsi e non replicarsi. I vettori virali replicanti possiedono la capacità di replicarsi e quindi possono produrre nuove particelle virali che forniscono una fonte continua di antigeni del vaccino per periodi prolungati. Ciò si traduce in una risposta immunitaria più forte con una singola dose rispetto ai vettori virali non replicanti. I vettori virali replicanti sono selezionati in modo che il virus non possa causare una malattia mentre infetta l'ospite. Di solito derivano da virus attenuati progettati per esprimere la proteina antigenica specifica come la proteina S per il vaccino COVID-19. D'altra parte, i vettori virali non replicanti non conservano la capacità di creare nuove particelle virali perché i geni virali chiave per la replicazione sono stati precedentemente rimossi. Gli approcci più comuni di questo tipo di vaccino si basano su un adenovirus somministrato per via intramuscolare. Come vantaggio dei vaccini con vettori virali, la loro produzione non richiede l'uso di virus patogeni vivi, i vettori possono essere facilmente prodotti in grandi quantità mostrando una buona stimolazione delle risposte sia delle cellule B che T in vivo ( Zhu et al., 2020a ) . Come svantaggio, l'immunità del vettore preesistente può neutralizzare l'efficacia del vaccino. Tuttavia, questo problema può essere facilmente evitato utilizzando vettori rari nell'uomo ( Mercado et al., 2020 ), derivati ​​da animali ( Folegatti et al., 2020 ) o virus che non generano molta immunità. Inoltre, poiché l'immunità del vettore può essere problematica durante la seconda dose in un regime di potenziamento primario, l'uso di due diversi vettori virali durante le due dosi può aiutare a evitare questo problema. Tuttavia, in questo caso, l'antigene del vaccino può essere prodotto solo finché il vaccino iniziale rimane nelle cellule infette, determinando una risposta immunitaria generalmente più debole. È probabile che siano necessarie dosi di richiamo.

Un esempio di vaccino vettore virale è il vaccino rVSV-ZEBOV ricombinante e replicante contro Ebola (Marzi et al., 2011) approvato dalla FDA nel 2019. Consiste nel virus della stomatite vescicolare (VSV) geneticamente modificato per esprimere la principale glicoproteina dall'ebolavirus dello Zaire. È una sospensione somministrata per via intramuscolare con una singola dose (https://www.fda.gov/media/133748/download - accesso 22 marzo 2021).

2.2.4. Vaccini a subunità proteica

I vaccini a subunità proteica (chiamati anche vaccini acellulari) non contengono alcun virus intero, ma frammenti antigenici purificati come proteine ​​isolate (per esempio., la proteina S del virus SARS-CoV-2) appositamente selezionati per la loro capacità di stimolare il sistema immunitario.

Molti antigeni differenti possono essere selezionati per sviluppare vaccini acellulari come specifiche proteine ​​isolate da agenti patogeni virali o batterici, catene di molecole di zucchero (polisaccaridi) presenti nelle pareti cellulari di alcuni batteri o una proteina di trasporto che lega una catena di polisaccaridi al fine di potenziare il sistema immunitario risposta. I vaccini acellulari sono generalmente considerati molto sicuri poiché non possono causare la malattia. La risposta immunitaria di solito non è così robusta come per i vaccini vivi attenuati, quindi sono spesso necessarie dosi di richiamo. Un possibile svantaggio di questo tipo di vaccino è che le proteine ​​isolate potrebbero essere denaturate e quindi legarsi ad anticorpi diversi rispetto alla proteina del patogeno. Nel caso della SARS-CoV-2, le proteine ​​antigeniche utilizzate sono la proteina S o la RBD. Il vantaggio di questo tipo di vaccino è che il virus vivo non viene gestito. I vaccini a subunità proteica comunemente usati sono i vaccini acellulari della pertosse (aP) che contengono la tossina della pertosse inattivata detossificata mediante trattamento con una sostanza chimica o utilizzando tecniche di genetica molecolare (https://www.who.int/vaccine_safety/initiative/tech_support/Part -2.pdf - consultato il 22 marzo 2021). Per migliorare l'efficacia di questo vaccino, l'allume viene aggiunto come adiuvante per promuovere una risposta anticorpale più forte. (Allen e Mills, 2014). Un altro vaccino acellulare è contro l'epatite B contenente l'antigene di superficie del virus dell'epatite B (HBsAg) prodotto con tecnologia ricombinante. Anche questo vaccino contiene fosfato di alluminio o idrossido di alluminio come adiuvante per potenziare la risposta immunitaria dopo la somministrazione (https://www.who.int/vaccine_safety/initiative/tools/Hep_B_Vaccine_rates_information_sheet.pdf - consultato il 22 marzo 2021).

2.2.5. Vaccini a RNA e DNA

I vaccini a base di acido nucleico seguono una strategia diversa rispetto agli altri vaccini. Invece di fornire direttamente l'antigene proteico al corpo, forniscono il codice genetico dell'antigene alle cellule del corpo, istruendo le cellule a produrre l'antigene che poi stimolerà una risposta immunitaria. Questo tipo di vaccini è facile e veloce da sviluppare e sono i vaccini più promettenti per il futuro. Si dividono in vaccini a base di RNA e DNA. I vaccini a RNA utilizzano RNA messaggero (mRNA) o RNA autoreplicante normalmente formulato in un vettore particolato come una membrana a doppio strato lipidico (liposoma). Questa formulazione protegge l'mRNA quando entra per la prima volta nel corpo e aiuta l'internalizzazione cellulare ( Pardi et al., 2015 ). Sono necessarie dosi più elevate per l'mRNA rispetto all'RNA autoreplicante, che si amplifica. Quando l'mRNA è all'interno delle cellule, può essere tradotto nella proteina antigenica dai ribosomi per avviare la stimolazione della risposta immunitaria. Quindi l'mRNA viene naturalmente scomposto e rimosso dal corpo. Un vantaggio principale di questa tecnologia è che il vaccino può essere prodotto completamente senza l'uso di colture cellulari, tuttavia, la stabilità di conservazione a lungo termine è impegnativa poiché richiede la conservazione congelata. I vaccini a base di RNA vengono solitamente somministrati per iniezione ed è quindi improbabile che inducano una forte immunità della mucosa ( Pardi et al., 2018 ).

Essendo più stabile dell'mRNA/RNA, il DNA non necessita di essere formulato in portatori di particolato. Si basano sul DNA plasmidico che può essere prodotto su larga scala nei batteri. Il DNA contiene promotori di espressione nei mammiferi e il gene specifico che codifica per l'antigene (per esempio., la proteina spike) prodotta dopo l'assorbimento nelle cellule della persona vaccinata. Per essere consegnati, di solito hanno bisogno di strategie di consegna come l'elettroporazione che aiutano l'assorbimento cellulare del DNA. Entrambe queste tecnologie basate sugli acidi nucleici sono l'ultima frontiera della vaccinazione e fino ad ora sono stati approvati due diversi vaccini mRNA per uso umano (cioè., Moderna e Pfizer/BioNTech ( Baden et al., 2021 , Polack et al., 2020 )) mentre il vaccino a DNA più avanzato finora è l'INO-4800 di Inovio che è entrato negli studi clinici di Fase 2/3 (“Safety , immunogenicità ed efficacia di INO-4800 per COVID-19 in adulti sieronegativi sani ad alto rischio di esposizione a SARS-CoV-2 - Visualizzazione testo completo - ClinicalTrials.gov”).

2.3. adiuvanti

Molte formulazioni di vaccini contengono un adiuvante o combinazioni di adiuvanti che migliorano la risposta immunitaria alla vaccinazione. La parola �juvant” significa “per aiutare/aiutare” e inizialmente gli adiuvanti venivano usati solo per aumentare il potenziale immunogenico degli antigeni purificati. Non tutti i tipi di vaccini necessitano di un adiuvante come il virus vivo attenuato che possiede adiuvanti naturali. Negli ultimi anni, conoscendo e comprendendo l'immunologia della vaccinazione, il ruolo degli adiuvanti si è ampliato (Pasquale et al., 2015).

I primi coadiuvanti autorizzati (quasi 70  anni fa) per uso umano sono stati i sali di alluminio (per esempio., idrossido di alluminio, fosfato di alluminio, solfato di potassio e alluminio (allume)). Sono ancora i più utilizzati per la loro capacità ad ampio spettro di rafforzare le risposte immunitarie e la loro sicurezza. Agiscono principalmente per aumentare la produzione di anticorpi con un meccanismo immunitario che rimane non completamente compreso (Lee e Nguyen, 2015).

Sono stati sviluppati adiuvanti più recenti per colpire componenti specifici della risposta immunitaria dell'organismo come i recettori di tipo alto (TLR) che, quando attivati, stimolano la produzione di citochine/chemochine pro-infiammatorie e interferoni di tipo I che aumentano l'attività dell'ospite. x02019s capacità di eliminare l'agente patogeno. L'immunità adattativa si sviluppa immediatamente dopo la risposta immunitaria innata in modo che la protezione contro la malattia sia più forte e duri più a lungo (Steinhagen et al., 2011).

Tra i nuovi coadiuvanti già autorizzati, AS04 (Didierlaurent et al., 2009) è una miscela di monofosforil lipide A che agiscono come agonista del TLR4 e sale di alluminio, MF59 (Liang et al., 2020) è un'emulsione olio in acqua composta da squalene che act by improving antigen uptake, recruiting immune cells and promoting the migration of activated APS, AS01B ( Alving et al., 2012 ) is a liposomal combination of monophosphoryl lipid A and a natural compound extracted from the Chilean soapbark tree (cioè., QS-21), and Cytosine phosphoguanine (CpG) ( Liang et al., 2020 ) that is a synthetic form of DNA that mimics bacterial and viral genetic material acting as TLR9 agonist. Different examples of vaccines that uses adjuvants are reported in Fig. 5 .

Timeline of the main adjuvants used in human vaccines.


Are the vaccines safe?

Every vaccine that is approved in the United States, even if under emergency use authorization, undergoes stringent safety testing, and the CDC continues to collect data on any side effects or adverse outcomes that could be related to the vaccine over time.

People who receive vaccines may experience a number of side effects, such as a sore arm, fever, fatigue, chills, nausea, and body aches — especially after the second dose of one of the two-dose regimens. This is a sign that the immune system is reacting and is not a cause for concern. The CDC recommends taking a painkiller after (not before) getting the shot and exercising the arm to avoid soreness.

The side effects are generally more intense after the second shot, as the immune system reacts to the known spike protein. The CDC also reports that 80% of those who reported experiencing side effects were women, which may be related to sex hormones’ role in the immune response, according to a New York Times article.

There are some rare serious side effects, such as anaphylaxis — a life-threatening, but treatable, allergic reaction. In the United States, this reaction has occurred in about two to five people per million vaccinated and has not resulted in any deaths.

The CDC requires that vaccinated people stay at the vaccination site for observation for at least 15 minutes after getting the shot in case they do have a negative reaction.

Kathryn Edwards, MD, a vaccinologist and the Sarah H. Sell and Cornelius Vanderbilt professor of pediatrics in the Division of Infectious Diseases at Vanderbilt University School of Medicine in Nashville, Tennessee, spends most of her day assessing reactions after COVID-19 vaccines as part of her CDC-funded Clinical Immunization Safety Assessment unit. Her team, which is working with allergists, believes that someone who has an immediate anaphylactic reaction to the first dose of an mRNA vaccine should not receive the second dose of that vaccine but rather may be able to get the Johnson & Johnson vaccine for their second shot with careful monitoring.

“I’ve been doing this a long time, and I don’t know that I’ve worked any harder than I am now. We want to make sure that the public knows that we want these vaccines to be both safe and effective.”

Kathryn Edwards, MD
Vaccinologist and professor of pediatrics in the Division of Infectious Diseases at Vanderbilt University School of Medicine

Edwards also cautions that not all adverse reactions that happen around the time of vaccination are caused by the vaccine. As people with underlying conditions — particularly older individuals — receive a vaccine, heart attacks or strokes will happen and could be coincidental. Her team is working to determine whether certain reactions are happening more often than would be expected after vaccination.

For example, there is a concern that came up with the AstraZeneca vaccine that resulted in several countries pausing or limiting its use due to reports of blood clots. Edwards says that the number of people who have experienced blood clots after being vaccinated in the United States so far is lower than what would be expected in the everyday population. Still, the CDC is continually looking at these rates to identify any signal for a reaction that might be associated with a vaccine.

Though any long-term effects of the vaccines are not yet known, Edwards says that she and the CDC are being vigilant in investigating any potential problems as they arise.

“I’ve been doing this a long time,” she notes. “And I don’t know that I’ve worked any harder than I am now. We want to make sure that the public knows that we want these vaccines to be both safe and effective.”


Here’s what makes 4 promising COVID-19 vaccines unique — and potentially useful

Millions of people, like Reinaldo de Souza Santos of the Baré ethnic group in Brazil (shown getting the Sinovac vaccine), are getting COVID-19 vaccine shots, but more vaccines are needed. Some upcoming vaccines may help fill the gap.

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Barely a year after the World Health Organization declared the coronavirus outbreak a pandemic, 11 vaccines worldwide have been granted emergency use authorization or given full approval. Millions of shots are going into arms every day: As of March 19, 410 million people around the world have gotten the jabs.

As mind-boggling as that is, it still falls far short of the need.

Those 11 vaccines “will not be enough to fulfill the global need in the short term,” says Esther Krofah, executive director of FasterCures, part of the Milken Institute think tank in Washington, D.C. Of the more than 7 billion people on Earth, only about 1.2 percent of the world’s population is now fully vaccinated against the coronavirus. “We need as many vaccines over the finish line as can get through the scientific process,” she says.

Help may be on the way. Another 251 COVID-19 vaccines are at some stage of development with 60 far enough along to be tested in people, says Carly Gasca, senior associate at FasterCures.

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Some vaccines are close to the finish line. For example, one made by Novavax of Gaithersburg, Md., may soon request emergency use authorization in the United States and other countries. But vaccines in the pipeline can fail at any stage. Already at least four vaccine candidates have been abandoned, including two from pharmaceutical giant Merck that failed to generate immune responses as strong as those from natural infections. That company is now helping produce Johnson & Johnson’s one-dose vaccine (SN: 2/27/21).

Among the hurdles: The already-in-use vaccines have set a high bar. For instance, mRNA vaccines from Moderna and Pfizer have proven to have about 94 to 95 percent efficacy in clinical trials and in real-world situations and may protect against infection and disease after just one shot (SN: 2/26/21). And finding people willing to participate in gold-standard clinical trials in which they might get a placebo instead of a vaccine could be tough, especially in countries where other authorized vaccines are available.

“You have to have something super über-duper special about your product to survive in this environment,” says Onyema Ogbuagu, a virologist who heads COVID-19 clinical trials at Yale School of Medicine.

That edge could come from logistics. To be effective, vaccines have to get into people’s bodies. So unlike the Pfizer and Moderna shots, vaccines that don’t have to be frozen have a better chance of being used in rural or remote areas and places that don’t have resources to buy and maintain freezers, Gasca says.

Or an edge could come from an ability to handle emerging variants of the coronavirus that may be more infectious, more deadly or both (SN: 2/5/21). “The variants emerging are changing the landscape of the kind of virus we’re fighting now versus the virus that we were fighting in the fall and in the summer,” Krofah says. New vaccines may need to combat even more variants.

Here’s a closer look at some of the novel ways vaccine makers are approaching these challenges.

COVAXX

Come funziona: COVAXX designed small pieces of protein, called peptides, from several of the proteins from SARS-CoV-2, the coronavirus that causes COVID-19. Peptides mimic important structures within the coronavirus proteins, including a part of the spike protein used to break into cells. When injected into the body, the lab-made peptides prod the immune system to build antibodies and gear up other immune cells to attack the coronavirus should the vaccinated person encounter it later. (The Dallas-based company is not connected to the similarly named World Health Organization’s COVAX program that distributes vaccines to low-income countries.)

How it’s different: While other vaccines, including Novavax’s candidate, use the entire spike protein, COVAXX has homed in on portions of coronavirus proteins that are important for function and are likely to provoke a reaction from the immune system. The vaccine is stable at refrigerator temperature.

Clinical trial status: The company completed Phase I testing for safety and the ability to rev up the immune system in 60 adults. All of the volunteers made antibodies and had immune cells known as T cells and B cells trained to recognize the coronavirus in the event of future encounters. Participants had only mild side effects, with few people reporting symptoms such as fever and fatigue.

Researchers at a COVAXX facility on Long Island, New York, are helping devise and test a vaccine made of peptides, small portions of proteins, from the coronavirus. COVAXX

COVAXX is doing Phase II testing in Taiwan to learn more about the immune response and side effects. Phase II and III testing will begin soon in Brazil to determine the vaccine’s efficacy.

Combating variants: The company is already working a second generation of the vaccine that could work against multiple variants, says COVAXX cofounder Mei Mei Hu.

Thoughts on being behind: “I never thought this was winner takes all,” Hu says. “The demand is still incredible, and even when it is met, there will continue to be unmet needs,” including vaccines that can tackle variants, vaccines that work well for people with suppressed immune systems, vaccines for children and vaccines that can mix and match with others in case booster shots are needed.

Vaxart

Come funziona: The San Francisco–based company engineered a common cold virus called an adenovirus to carry instructions for making two coronavirus proteins into human cells. There, the proteins can be made to prime the immune system to later fend off the coronavirus.

How it’s different: Vaxart’s vaccine is a pill: It can be swallowed instead of injected. The tablets can be stored at room temperature and don’t need trained medical workers or equipment to administer. That could make the pill ideal for sending booster doses through the mail or using in hard-to-reach places where keeping vaccines cold is difficult. And people who are afraid of needles might like a tablet alternative.

Taking the vaccine orally also may produce more of an immune response in the mucous membranes that line the nose, mouth, throat and digestive tract than injected vaccines do, says Sean Tucker, Vaxart’s founder and chief scientific officer.

Other vaccines already in use, including the Johnson & Johnson, AstraZeneca, Sputnik V and CanSino vaccines, also contain engineered adenoviruses. But those vaccines have instructions for making just one coronavirus protein, the famous spike protein. Vaxart’s vaccine contains instructions for making the spike protein, and also for the nucleocapsid, or N protein. The N protein is important for replication and assembly of the coronavirus. It provides another target for antibodies that can shut the virus down.

A new COVID-19 vaccine in pill form (shown) might provide easy ways to get inoculations and boosters to people even in hard-to-reach places. Vaxart Inc.

Clinical trial status: Because the vaccine works in airways and the digestive tract, it is difficult to directly compare with injected vaccines, Tucker says. But the vaccine appears to generate antibodies against both the spike and N proteins and revs up T cells to combat the virus, according to preliminary results from a small Phase I trial to test safety and immune responses. Full results are expected soon.

Side effects were generally mild. Some who took a high dose experienced diarrhea and nausea. Those symptoms are not usually seen with injected vaccines. A lower dose of the tablet vaccine didn’t produce those symptoms.

The company will soon begin a Phase IIa study to determine the optimal dose of the vaccine, and Tucker says the team hopes to start an efficacy study later this year.

Combating variants: Even though the spike protein has undergone many changes, the N protein hasn’t altered much. The difference between the N proteins in the B.1.351 variant first described in South Africa and the original SARS-CoV-2 is just one amino acid. Hopefully that will mean antibodies and T cells against the N protein can neutralize variants as well as they do the original virus, Tucker says. Meanwhile, he says, “we are looking at new versions of the vaccines in research and will test preclinically [in animals or cells] to see if there are advantages to making new matched vaccines.”

Thoughts on being behind: The coronavirus may never go away entirely. If it behaves like coronaviruses that cause the common cold, people may get reinfected every two to five years. “I think our vaccine could be a great second-generation solution,” Tucker says. The pill vaccine might be an easy way to deliver boosters to people who have gotten other COVID-19 vaccines, he says.

Valneva

Come funziona: Valneva’s vaccine is an inactivated, or “killed,” version of SARS-CoV-2. The virus used in the vaccine was isolated from a patient in Italy. The vaccine virus is grown in monkey cells and then chemically inactivated and mixed with two adjuvants, substances that enhance the body’s immune response.

Although inactivated vaccines have been used for decades, “our vaccine is not any less modern than any of the others,” says Thomas Lingelbach, the Saint-Herblain, France-based company’s president and chief executive officer.

How it’s different: It uses two adjuvants, including one made by Dynavax and used in an FDA-approved hepatitis B vaccine. Several inactivated COVID-19 vaccines, including ones made by the Chinese companies Sinopharm and Sinovac and by Bharat Biotech in India, are in use around the world. But those vaccines don’t have the extra boosts from the dual adjuvants in Valneva’s vaccine.

Clinical trial status: Results from a Phase I/II study are expected in April.

Combating variants: Because the vaccine contains the whole virus (minus one protein), variants that have tweaks in their spike protein may not be as big a problem for Valneva’s vaccines as for other vaccines. There are a lot of other parts of the virus for the immune system to recognize. The company is also working on creating versions of the vaccine based on strains circulating in people.

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Thoughts on being behind: “We’re not entirely unhappy to be a bit slower,” Lingelbach says. The company may be able to build on other vaccines’ successes and learn from their failures. By comparing immune responses from its vaccine with already established vaccines, the company may be able to get hints of its vaccine’s efficacy early on in its development rather than having to wait for a Phase III trial. Regulators eventually may allow head-to-head comparisons of efficacy — as is commonly done with new flu vaccines — rather than testing each vaccine against a placebo.

INOVIO

Come funziona: DNA instructions for building the coronavirus spike protein are zapped into the skin with a split-second pulse of electricity. From there, cells in the body produce the spike protein and cue the immune defenses.

How it’s different: No other vaccine has this delivery method. Electrical pulses that push the DNA into cells are made by a handheld device that resembles an electric toothbrush. Some people report that the zap is less painful than a needle stick.

The vaccine may produce fewer side effects than some already in use. “We haven’t seen fatigue and fever and other systemic effects,” says Joseph Kim, INOVIO’s chief executive officer. Kim speculates it may be because the vaccine contains only DNA and saline, or because different types of cells may take up the DNA than are affected by injected vaccines. Only five of 40 people tested in a Phase I study reported any side effects, and all of those were mild, researchers reported December 23 in EClinicalMedicine.

Additionally, the vaccine can be stored for a year at room temperature and for five years in a refrigerator.

Instead of needles, INOVIO will use its Cellectra device (shown) to zap its DNA vaccine into people’s arms with a split-second pulse of electricity. INOVIO

Clinical trial status: Results from the Phase I study indicate that people make antibodies against the coronavirus at higher levels, on average, than those given the Johnson & Johnson and Sinovac vaccines, which use adenoviruses to deliver DNA instructions for building the spike protein to human cells, Kim says. It’s unclear why. And while antibody levels were lower than those produced by the mRNA vaccines, the DNA vaccine does a good job of revving up T cells to fight the coronavirus.

INOVIO has started Phase II testing of its vaccine, with early results expected soon. A Phase III trial will start once the U.S. Food and Drug Administration clears a commercial version of the DNA delivery device to be used in the trial.

Combating variants: The company is testing whether antibodies made against the vaccine can still fight off the variants. In addition, INOVIO, headquartered in Plymouth Meeting, Pa., hopes to engineer a universal COVID vaccine that could fight off known and unknown versions of SARS-CoV-2.

Thoughts on being behind: The company isn’t worried about standing out against other vaccines, Kim says. “We have several advantages as a vaccine,” he says. “We are extremely motivated to get to our efficacy trial.… We’re working very eagerly and passionately to make sure that INO-4800 is one of the arsenals that global health will have to fight this infection around the world.

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Editor's Note:

This story was updated March 31, 2021, to correct the description of how the Valneva vaccine was created and what makes it different from other vaccines. The virus used in the vaccine is doused with chemicals, not genetically engineered, to inactivate it, and its adjuvants differ.

Una versione di questo articolo appare nel numero del 24 aprile 2021 di Notizie scientifiche.


Coronavirus: A map of Sars-CoV-2 activated proteins

Representation of the predicted SARS-CoV-2/Human interactome [26] (available for download at http://korkinlab.org/wuhanDataset), containing 200 unique interactions among 125 proteins (nodes). SARS-CoV-2 proteins are depicted as green circles, while human proteins are represented as squares. The color of human protein nodes reflects the integrated effect of MERS and SARS infections on the node network (see Supplementary Table S2) as a Normalized Enrichment Score (NES). Network visualization was performed via Cytoscape [49]. Credit: Courtesy of Journal of Clinical Medicine

What happens when the pathogen responsible for the Covid-19 pandemic, the coronavirus Sars-CoV-2, makes contact with a human bronchial cell? A group of researchers from the Universities of Bologna and Catanzaro (Italy) mapped the interactions between the virus proteins and those of humans, showing which proteins are being "activated" and "de-activated" by Sars-CoV-2.

"Gaining knowledge about the molecular effects of Sars-CoV-2 on human proteins is fundamental to devise effective drug therapies," says Federico M. Giorgi, principal investigator of the study and a researcher at the University of Bologna. "Inhibiting the interactions that we mapped may represent an effective strategy for a therapy able to contain the disruptive force of Sars-CoV-2 and other coronaviruses on human cells."

This study was published on the Journal of Clinical Medicine. The researchers were able to identify human cell defense mechanisms, when the virus enters the body, for example, as well as how Sars-CoV-2 spreads in the human body, e.g., via proteins favoring its replication.

An integrated approach

Beta-coronaviruses, a sub-family of coronaviruses, mainly cause respiratory and intestinal diseases. To date, we are aware of seven strains of beta-coronavirus that affect humans. Three of them are particularly dangerous: Sars-CoV, causing Sars, Mers-CoV, causing Mers, and the new Sars-CoV-2, causing Covid-19, the illness that has already infected over 1 million people around the globe.

We know that Sars-CoV-2 has a lot in common with its beta-coronavirus "cousins," and with Sars-CoV in particular. Nevertheless, a detailed description of how this virus attacks human cells is still missing. To shed some light on this issue, researchers compared the interactome (the set of interactions between proteins) deriving from the encounter between Sars-CoV-2 and a human cell with the available information on the behavior of Sars-CoV and Mers-CoV viruses.

"This integrated approach draws from our knowledge of other beta-coronaviruses and from what we have learned about this new coronavirus so far. Crucially, it allowed to identify the main factors behind the action of Sars-Cov-2," explains Giorgi. "As a result, we were able to create a map showing which proteins are activated, thus increasing their production, and which are deactivated, consequently decreasing their quantity, when the virus attacks a cell of the human breathing system."

This analysis revealed proteins that play a relevant role when the new coronavirus encounters a human cell. One of these proteins (MCL1) regulates the process of apoptosis (programmed cell death), an anti-viral defense mechanism, setting in motion a series of reactions that eventually cause cells to trigger their own death in order to stop the attack of the virus. Other proteins are instead limited in their scope once they come into contact with the coronavirus. The deactivation of protein EEF1A1, for example, hinders the replicating ability of the virus.

The downside, however, is that Sars-CoV-2 also exploits other mechanisms in order to spread throughout the body. Indeed, researchers came to three main conclusions. Firstly, they found out that the virus is able to hinder the activity of mitochondria (the organelles in charge of cell respiration) secondly, they discovered that some specific viral proteins (NSP7 and NSP13) are able to deactivate some cell defense mechanisms and thirdly, they observed the increase of some proteins that favur RNA metabolism, and as a consequence, the action and replication of the virus (whose genome is a single RNA strand).

Then the protein ACE2 interacts with the "spikes" of the coronavirus, allowing it to enter the cells. The analysis shows that the cells fight the virus attack, decreasing the presence of ACE2. Researchers also observed that a lower presence of this protein may damage lung tissues, thus favoring the spread of the virus anyway.

"This valuable information about the effects of the new coronavirus on the proteins of human cells may prove to be fundamental in redirecting the development of drug therapies, since common antiviral treatments seem to be unsuccessful," says Federico M. Giorgi. "Recent advances in pharmaceutical science allow for the quick development of new molecules, which may prove to be very effective to counteract the action of the virus proteins and to improve the response of human cells."

Finally, the researchers analyzed the presence of ACE2 to shed some light on the animal origin of the Sars-CoV-2 coronavirus, which was initially ascribed to bats and then also to pangolins. This study brought to the fore a closer similarity between ACE2 proteins of human cells and those of pangolins. This result supports the hypothesis that this small mammal might have been the first host of Sars-CoV-2, or at least an intermediate one between bats and humans.

The title of the study is "Master Regulator Analysis of the SARS-CoV-2/Human Interactome." The researchers are Federico M. Giorgi, Daniele Mercatelli and Carmine Ceraolo from the Department of Pharmacy and Biotechnology of the University of Bologna and Pietro H. Guzzi from the Magna Græcia University of Catanzaro.


Coronavirus Jumped From Bats To Humans With Little Genetic Change

London: The progenitor of the novel coronavirus underwent “very little change” to adapt to humans from bats, according to a new study which suggests that the ability of the virus to spread from one person to another likely evolved in the flying mammal prior to it jumping to its new human host.

Lo studio, pubblicato sulla rivista PLOS Biologia, assessed hundreds of thousands of sequenced genomes of the SARS-CoV-2 virus and found that for the first 11 months of the COVID-19 pandemic, there has been very little ‘important genetic change’ observed in the coronavirus.

However, it noted that some changes such as the D614G mutation, and similar tweaks in the virus spike protein has affected its biology.

“This does not mean no changes have occurred, mutations of no evolutionary significance accumulate and ‘surf’ along the millions of transmission events, like they do in all viruses,” explained study first author Oscar MacLean from the University of Glasgow’s centre for virus research in Scotland.

But the scientists said it was “surprising” how transmissible SARS-CoV-2 has been from the outset.

“Usually viruses that jump to a new host species take some time to acquire adaptations to be as capable as SARS-CoV-2 at spreading, and most never make it past that stage, resulting in dead-end spillovers or localised outbreaks,” said Sergei Pond, another co-author of the study from Temple University in the US.

Analysing the mutations undergone by the novel coronavirus and related sarbecoviruses ‒ the group of viruses the COVID virus belongs to from bats and pangolins ‒ the scientists found evidence of fairly significant change, but all before the emergence of SARS-CoV-2 in humans.

Based on this observation, the researchers said SARS-CoV-2 came with a ready-made ability to infect humans and other mammals, with these properties likely evolving in bats prior to it jumping to humans.

“While an undiscovered ‘facilitating’ intermediate species cannot be discounted, collectively, our results support the progenitor of SARS-CoV-2 being capable of efficient human transmission as a consequence of its adaptive evolutionary history in bats, not humans, which created a relatively generalist virus,” the scientists wrote in the study.

Although the novel coronavirus is still cleared by the human immune response in the vast majority of infections, the scientists cautioned that it is now moving away faster from the January 2020 variant used in all of the current vaccines to raise protective immunity.

The current vaccines will continue to work against most of the circulating variants, but as more time passes, and the bigger the differential between vaccinated and not-vaccinated numbers of people, they said there will be more opportunity for the virus to escape vaccines.

“The first race was to develop a vaccine. The race now is to get the global population vaccinated as quickly as possible,” said David L Robertson, lead author of the study from the the University of Glasgow.


Vector vaccine

Vaccines that use this: Johnson & Johnson, AstraZeneca (not yet available in the U.S.)

Come funziona: Vector vaccines are made from a modified version of a live virus, says Dr. Lee. Those harmless viruses&mdashin this case, an adenovirus, which is a version of the common cold&mdashare sent into your body containing an instruction manual that tells your cells to make a spike protein a harmless piece of the SARS-CoV-2 virus (that&rsquos the one that causes Covid-19). Vector vaccines will not give you Covid-19. Your body starts to make antibodies to this so that if the real spike protein comes around on the Covid-19-causing coronavirus, the antibodies will attack it and ultimately help defend your body. If you&rsquove had an MMR (measles, mumps, and rubella) or chicken pox vaccine, these work in a similar manner.


Why the Study Claiming SARS-CoV-2’s RNA Is Fused Into Human DNA Is Flawed

In September 1957, Francis Crick proposed the ‘central dogma of molecular biology’. He suggested that information always flows in living beings from DNA – a stable, inheritable molecule – through a relatively unstable intermediate, the messenger RNA, and then onto proteins, which are the workhorses of all life functions. And everywhere scientists looked, they realised all organisms followed this dogma – until 1970.

In this year, Howard Temin and David Baltimore found something odd in one group of viruses.

Viruses, like other living beings, come in all shapes and sizes, and are classified into different families. However, viruses are not classified the same way as other life forms. This is because they can be both alive and not alive – a feature that demands that taxonomists also consider other attributes that make viruses different.

Another such feature is their genetic material.

Viruses are the only known life-forms that can use RNA as their genetic material. There are different kinds of RNA-containing viruses. To propagate itself, each virus makes a copy of the information in its genetic material to pass onto its ‘daughter’ viruses. Some viruses contain the machinery to make copies of their RNA, and they don’t have a DNA component in their life cycle whatsoever. The influenza, hepatitis C and SARS-CoV-2 viruses are in this category. These viruses also deviate from the central dogma only slightly: there is no DNA, but the information flows only from the RNA to proteins.

But what Temin and Baltimore discovered in 1970 was a proper exception to the central dogma. They found viruses that could make a DNA copy with their RNA using an enzyme called reverse transcriptase, in a process called reverse transcription. A virus then mixes this DNA with the DNA of its host, thus becoming part of the host forever. Such viruses – called retroviruses – violate the central dogma because information first flows from RNA to DNA, and then from the DNA to the RNA to proteins.

Viruses like HIV and Rous sarcoma belong to this family.

In all, there are seven families, or groups, of viruses, and each group specifies special adaptations, refined over years of evolution, often through several hosts. It’s also unusual – maybe even impossible – to have members of one class of viruses show fundamental properties associated with another.

This is why a preprint paper uploaded to the bioRxiv preprint server on December 13 caught the scientific community by surprise. The paper claimed, outlandishly, that parts of the SARS-CoV-2 viral RNA could be reverse transcribed into DNA and integrated into the human genome.

According to the paper’s authors, they were attempting to explain why some COVID-19 patients showed signs of the virus in RT-PCR tests even weeks after recovering from the disease. Their explanation is based on a group of genetic entities called long interspersed nuclear elements (LINE). The human genome has multiple LINEs – effectively, parts of our DNA responsible for reverse-transcribing human RNA into DNA, and integrating it into the human DNA at a different part. The paper claims these LINEs do the same thing with parts of the novel coronavirus’s RNA as well.

This process differs from what retroviruses like HIV do routinely: they use their own proteins to convert and mix the DNA.

The authors’ claims are based largely on one primary observation and one experiment. The observation banks on a powerful tool called RNA-seq, which provides the sequences of all the RNA molecules produced by a cell. So a RNA-seq’s output is a sort of measure of all the genes that are active in the target cell. The authors reported that in cells infected with SARS-CoV-2, there were some viral RNA sequences interspersed between RNA sequences of human genes.

This data may seem convincing at first glance, but the devil is in the details. The authors appear to have overlooked the fact that in the process of preparing a sample for RNA-seq, the scientist must herself artificially reverse transcribe RNA into DNA – because only DNA can be sequenced (for further study). So the chimeric viral and human RNA could just be an artefact of the RNA-seq process, since reverse transcriptases are known to mix and match target sequences.

To prove their claims in an experimental setup, the authors genetically altered cells to make proteins that can perform reverse transcription. Then they infected these cells with the SARS-CoV-2 virus, and reported that the SARS-CoV-2 viral RNA is converted into DNA.

They performed the experiment by forcing cells to make unnatural quantities of two proteins: LINEs and HIV reverse transcriptase (RT). The problem with the former is that LINEs are rarely produced naturally in the same quantities as those in the experiment, raising doubts about whether the results reflect what is realistically possible. And the problem with the latter is that there is no chance HIV RT is naturally present in a cell infected with SARS-CoV-2 because the two viruses do not infect the same cell types. So the experimental evidence has some big loopholes that don’t in any way justify what the authors claim.

Instead, the authors could have provided data from an older technique: the Southern blot. In 1973, the English molecular biologist Edwin Southern reported a very simple way to check if a particular fragment of DNA is present in a given sample. A DNA molecule has two strands (the ‘double helix’), and the string of nucleobases on one strand can only pair to a specific string of nucleobases on the other. So Southern figured that by studying one strand, researchers could know what the other strand looked like.

The way to do this – for example – is to synthesise one strand of the SARS-CoV-2 DNA and mix it with copies of human DNA, and check for signs of binding.

The preprint paper’s lack of convincing evidence has opened it up to criticism from scientists for its erroneous assertions and unproven claims. At the same time, David Baltimore, who won a Nobel Prize for helping discover the reverse transcriptase enzyme, told the prominent Scienza magazine the study was “impressive”, and other news outlets have amplified his comments.

Such words have elevated the study’s profile in a way it didn’t deserve to be in the middle of a pandemic scarred by misinformation and pseudoscience. The manuscript’s bioRxiv page itself includes numerous demands from researchers around the world (as comments) to take it down.

To be clear, what the preprint’s authors have claimed is still within the realm of possibility, but their experiments and interpretations aren’t convincing. The claim is extraordinary: the first report of reverse transcription by a non-retrovirus. It would mean there’s a chance that your body keeps a record of all RNA viruses that ever infected it, and open up a whole new angle to immune memory. But extraordinary claims require extraordinary evidence – which the preprint paper doesn’t have. So for now, we wait for proof.

Arun Panchapakesan is a molecular biologist working in the HIV-AIDS laboratory at the Jawaharlal Nehru Centre for Advanced Scientific Research, Bengaluru.


Guarda il video: Bagaimana Kesan Vaksin Covid 19 Dan Keberkesanannya (Agosto 2022).