12月 20， 2023
Exploiting epitope overlaps: A new approach to vaccine development
HOGVAX工具的功能原理。图片来源：HHU/Sara Schulte
疫苗开发旨在保护尽可能多的人免受感染。病原体的短蛋白片段，即所谓的表位，被视为一种很有前途的疫苗开发新方法。
在《细胞系统》杂志上，来自杜塞尔多夫海因里希·海涅大学（HHU）的生物信息学家现在提出了一种方法，用于识别那些有望在尽可能广泛的人群中安全免疫的表位。他们还使用他们的 HOGVAX 工具计算了针对冠状病毒 SARS-CoV-2 的候选疫苗。
在冠状病毒大流行期间，所谓的mRNA疫苗被证明特别成功和灵活。这些疫苗针对的是所谓的刺突蛋白——病毒表面的特征结构。mRNA包含刺突蛋白的序列，该序列在接种疫苗后在体内产生，然后训练人体免疫系统。
“表位”——能够触发免疫反应的病原体蛋白的短片段——被视为 mRNA 的替代方法，也是快速、经济高效且安全地获得靶向免疫反应的有前途的方法。
每个人都有独特的免疫系统：根据他们的感染史，他们被训练来处理不同的蛋白质并对其做出反应。“这是基于表位的疫苗的一个基本问题，”HHU算法生物信息学主席Gunnar Klau教授解释说。他与他的博士生Sara Schulte和医学微生物学和医院卫生研究所的Alexander Dilthey教授一起考虑了一种开发此类疫苗的新方法。
克劳教授将这个问题比作一位厨师需要为大型活动制作一道新菜，“有些客人过敏，而另一些客人不喜欢某些食材，所以厨师需要选择尽可能多的客人可以吃并会喜欢的食材。
使用HOGVAX工具，所谓的表位（触发免疫反应的病原体的短蛋白片段）可以组合在一起，以创造新的疫苗。目的是最大限度地扩大人口覆盖率。图片来源：HHU/Sara Schulte
转化为疫苗开发，这意味着他们正在寻找能够在尽可能多的人中引发良好免疫反应的表位。这是必要的，因为不可能将无限数量的蛋白质片段包装到疫苗中，以便各种免疫系统可以寻找适合它们的序列——载体培养基根本没有足够的容量。
由三名研究人员组成的团队使用他们的生物信息学工具“HOGVAX”采取了一种特殊的方法。
Sara Schulte说：“我们不是将疫苗的表位端到端地串在一起，而是在表位的开头和结尾使用相同的序列，这样我们就可以覆盖它们。因此，被称为“重叠”的相同部分在疫苗中只出现一次，这使我们能够节省大量空间。这反过来又使更多的表位能够包含在疫苗中。
为了有效地管理表位及其最长的重叠，研究人员使用了一种称为“分层重叠图”（HOG）的数据结构。
克劳说：“用烹饪的比喻来说：HOG对应于一本压缩或缩小的食谱，厨师现在可以从中选择适合所有客人的食谱。
Dilthey教授说：“作为一项测试，我们将HOGVAX应用于SARS-CoV-2病毒的数据，与其他工具相比，我们能够整合更多的表位。根据我们的计算，我们将能够覆盖世界98%以上的人口并为其接种疫苗。
Sara Schulte说：“未来，我们将致力于将HOGVAX用于癌症治疗。其目的是开发专门为个体患者设计的药物，以靶向方式攻击肿瘤细胞。
更多信息：Sara C. Schulte et al, HOGVAX: Exploiting epitope overlaps to maximize population coverage in vaccine design with application to SARS-CoV-2, Cell Systems (2023). DOI: 10.1016/j.cels.2023.11.001