Tradizionalmente, fin dai tempi di Louis Pasteur, i vaccini sono stati sviluppati isolando, inattivando e iniettando nel paziente i microorganismi (o parti di essi) che causano una determinata malattia. Questo approccio seppur generalmente efficace conservava una serie di aspetti negativi nella fase di sviluppo del vaccino, tendenzialmente molto lunga ed articolata. Verso la fine degli anni ’90 Rino Rappuoli, emerito microbiologo italiano, sviluppa un’innovativa tecnica per la progettazione di nuovi vaccini basata sul sequenziamento del genoma dei patogeni: la Reverse Vaccinology.
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Reverse Vaccinology
La Reverse Vaccinology è una tecnica che consente di sviluppare un vaccino a partire dalla sequenza genomica di un microorganismo. La tecnica rappresenta un passo avanti rispetto ai vaccini ricombinanti, ovvero quei vaccini che si basano sulle tecnologie del DNA ricombinante e che sfruttano, dopo aver individuato i determinanti genetici degli antigeni, vettori per clonare e produrre questi ultimi in gran quantità. La reverse vaccinology ha consentito lo sviluppo di un vaccino contro il Meningococco B (recentemente autorizzato) aprendo a filoni di ricerca per lo sviluppo di vaccini contro HIV e RSV (virus sinciziale respiratorio).
Per ricercare antigeni, ovvero elementi in grado di stimolare il sistema immunitario, con questa tecnica è necessario per prima cosa sequenziare il genoma del patogeno oggetto di studio. Una volta sequenziato il genoma avremo a disposizione migliaia di geni che codificano per tutte le proteine del patogeno, ma al fine della produzione del vaccino è necessario individuare solo l’immunoproteoma, ovvero tutti gli antigeni che interagiscono col sistema immunitario dell’ospite.
Figura 1: Analisi dell’immunoproteoma dell’organismo. In seguito all’analisi del genoma (contenente l’insieme di tutti i geni esprimibili) è possibile individuare il “trascrittoma” (l’insieme dei trascritti in RNA espressi da un organismo in specifiche condizioni) e quindi il “proteoma” (l’insieme delle proteine espresse in una specifica condizione). Un sottoinsieme del proteoma è rappresentato dal “proteoma di superficie” (tutte le proteine espresse in superficie) e di queste è possibile studiare il design tridimensionale. L’insieme degli antigeni capaci di interagire con il sistema immunitario dell’ospite rappresenta l’Iimmunoproteoma.
A questo punto entrano in gioco tecniche di bioinformatica che sulla base della similarità con antigeni noti riconosceranno i “nuovi” antigeni da candidare per la produzione di un vaccino.
Grazie a questa analisi abbiamo il grande vantaggio di poter rilevare anche quegli antigeni che non possono essere individuati in vitro perché non sono espressi o sono espressi molto poco, quindi abbiamo accesso a tutti gli antigeni. Gli antigeni vengono successivamente clonati in opportuni vettori (generalmente il lievito o i batteri) al fine di produrre le proteine e dopo questo passaggio generalmente si arriva ad avere una dozzina di antigeni candidati per la produzione di un vaccino. Questi candidati vengono infine testati in un modello animale. Grazie a questa tecnica i tempi si riducono notevolmente, gli antigeni da studiare sono più numerosi e si può applicare anche a microorganismi non coltivabili.
Vaccino contro il meningococco B
La neisseria meningitidis è un batterio Gram negativo che colonizza il naso-faringe del 5-10% dei soggetti in maniera asintomatica. E’ l’agente eziologico della meningite meningococcica e colpisce molto frequentemente i bambini in età scolare. Esistono diversi sierogruppi che provocano la meningite e questi inducono immunità non sovrapponibili: A, B,C, W135 e Y.
Inizialmente per A,C e W135 era disponibile un vaccino tetravalente ma non era disponibile nessun vaccino per B, che causa il 50% dei casi di meningite. Infatti sviluppare un vaccino per MenB era particolarmente difficoltoso per due motivi: l’alta variabilità delle più importanti proteine di membrana e soprattutto l’omologia del polisaccaride capsulare con alcune componenti dell’ospite.
Figura 2. Rappresentazione di MenB. PorA è l’antigene più abbondante ma è molto variabile. Grazie alla reverse vaccinology sono stati individuati altri antigeni meno abbondanti ma più conservati come FHBP (fattore H-binding protein), NadA (Neisseria adhesin A) e NHBA (Neisseria eparina-binding antigen).
Grazie alla reverse vaccinology è stato possibile individuare 91 nuove proteine di superficie e quindi potenziali antigeni (in 50 anni di ricerca tradizionale ne erano state individuate solo una decina!) e di queste ne sono state selezionate 5 per la produzione di un vaccino.
Il vaccino intramuscolare contro il meningococco B è stato approvato per la commercializzazione nel 2010 e dal 2017 entra a far parte del calendario vaccinale Italiano.
Fonti
- R.Rappuoli et al. “Reverse vaccinology 2.0: Human immunology instructs vaccine design.” JAM, March 28, 2016-http://jem.rupress.org/content/213/4/469
- Microbiologia clinica-Eudes Lanciotti Casa editrice Ambrosiana-2017
- Rinaudo et al. “Vaccinology in the genome era” J Clin Invest. 2009;119(9):2515-2525. https://doi.org/10.1172/JCI38330.
