Bron: Science Daily | Methode: Herschreven
Origineel: “AI finds a surprising monkeypox weak spot that could rewrite vaccines”
Researchers used AI to pinpoint a little-known monkeypox protein that provokes strong protective antibodies. When the team tested this protein as a vaccine ingredient in mice, it produced a potent immune response. The discovery could lead to simpler, more effective…
Een internationaal team van wetenschappers heeft met behulp van kunstmatige intelligentie een belangrijke doorbraak geboekt in de strijd tegen het apenpokkenvirus (MPXV). De onderzoekers ontdekten een tot nu toe onbekend eiwit op het virusoppervlak dat krachtige beschermende antilichamen opwekt, wat de weg kan vrijmaken voor eenvoudigere en effectievere vaccins.
**Zoektocht naar betere bescherming**
Het apenpokkenvirus kan intense pijn veroorzaken en in ernstige gevallen zelfs de dood. Kinderen, zwangere vrouwen en mensen met een verzwakt immuunsysteem lopen het grootste risico. In 2022 verspreidde de ziekte zich over vele landen en raakte meer dan 150.000 mensen besmet. De ziekte veroorzaakte griepachtige symptomen samen met huiduitslag en letsels. Bijna 500 mensen overleden aan de gevolgen.
Tijdens die uitbraak vertrouwden gezondheidsautoriteiten op pokken vaccins om de meest kwetsbaren te beschermen. Deze vaccins zijn echter kostbaar en moeilijk te produceren omdat ze gebruik maken van een volledig, verzwakt virus.
“In tegenstelling tot een heel-virus vaccin dat groot en gecompliceerd is om te produceren, is onze innovatie slechts een enkel eiwit dat gemakkelijk te maken is,” verklaart Jason McLellan, professor moleculaire biowetenschappen aan de Universiteit van Texas in Austin en mede-hoofdauteur van de studie die gepubliceerd werd in Science Translational Medicine.
**Van patiëntenbloed naar antilichamen**
Het onderzoek begon bij de andere hoofdauteurs, Rino Rappuoli en Emanuele Andreano van de Fondazione Biotecnopolo di Siena in Italië. Zij identificeerden 12 antilichamen die MPXV neutraliseren door het bloed te analyseren van mensen die waren hersteld van het virus of eerder waren gevaccineerd.
Hoewel de antilichamen duidelijk waren, wist het team nog niet welke delen van het virus ze aanvielen. MPXV toont vele verschillende eiwitten op zijn oppervlak, en ten minste één daarvan is essentieel voor het verspreiden van infectie. Sommige van de nieuw ontdekte antilichamen interfereerden duidelijk met dit proces, maar de onderzoekers wisten niet welk oppervlakte-eiwit verantwoordelijk was.
Om nieuwe behandelingen of vaccins te ontwerpen, moesten ze de juiste koppeling tussen antilichaam en viraal eiwit bepalen. Deze cruciale virale eigenschap staat bekend als een antigeen.
**AI als spelbreker**
Om deze puzzel op te lossen, gebruikte McLellan’s groep het AlphaFold 3-model om te voorspellen welke van de ongeveer 35 virale oppervlakte-eiwitten waarschijnlijk sterk zouden binden aan de van patiënten afgeleide antilichamen. Het model identificeerde met hoge betrouwbaarheid een eiwit genaamd OPG153, en laboratoriumtests bevestigden de voorspelling.
“Het zou jaren hebben geduurd om dit doelwit te vinden zonder AI,” zegt McLellan, die ook de Robert A. Welch Leerstoel in Scheikunde bekleedt en helpt bij het leiden van Texas Biologics, een onderzoeksgroep van UT Austin gericht op therapeutische innovatie. “Het was echt opwindend omdat niemand er ooit eerder aan had gedacht voor vaccin- of antilichaamontwikkeling. Het was nooit eerder aangetoond dat het een doelwit was van neutraliserende antilichamen.”
**Testen in muizen bevestigen potentieel**
Deze bevinding toonde aan dat OPG153 zou kunnen dienen als een waardevol doelwit voor het ontwikkelen van op antilichamen gebaseerde therapieën of voor het ontwerpen van een nieuw type vaccin dat het immuunsysteem activeert om apenpokken te bestrijden.
Toen het team dit eiwit als vacciningrediënt testte in muizen, produceerde het een krachtige immuunrespons. De muizen ontwikkelden sterke neutraliserende antilichamen na het ontvangen van het virale oppervlakte-eiwit dat door AI-analyse was geïdentificeerd.
**Bredere implicaties voor volksgezondheid**
Omdat MPXV nauw verwant is aan het virus dat verantwoordelijk is voor pokken, kan deze ontdekking ook de creatie van verbeterde vaccins of behandelingen voor pokken ondersteunen. Pokken blijven een zorgwekkende ziekte vanwege het gemak van overdracht en het hoge sterftecijfer.
McLellan verwijst naar hun strategie als “omgekeerde vaccinologie”. “We begonnen met mensen die infectie met apenpokkenvirus hadden overleefd, isoleerden antilichamen die ze natuurlijk produceerden en werkten achterwaarts om te vinden welk deel van het virus fungeerde als het antigeen voor die antilichamen. Vervolgens hebben we het antigeen aangepast om soortgelijke antilichamen op te wekken in muizen,” legt McLellan uit.
**Naar de praktijk**
Het team werkt nu aan het verfijnen van versies van het antigeen en antilichamen die effectiever, goedkoper en gemakkelijker te produceren zouden kunnen zijn vergeleken met huidige opties die afhankelijk zijn van verzwakte pokken virussen. Hun langetermijndoel is om deze apenpokken- en pokken vaccin-antigenen en antilichaambehandelingen bij mensen te testen.
UT Austin heeft een octrooiaanvraag ingediend voor het gebruik van OPG153 en zijn derivaten als vaccin-antigeen. De Fondazione Biotecnopolo di Siena heeft een octrooiaanvraag ingediend voor antilichamen die OPG153 targeten.
**Vooruitblik**
Deze doorbraak markeert een veelbelovende wending in de ontwikkeling van vaccins tegen gevaarlijke virussen. Door AI in te zetten om snel potentiële doelwitten te identificeren, kunnen onderzoekers jaren besparen in het ontwikkelingsproces. Met verdere verfijning en menselijke proeven in het vooruitzicht, zou deze ontdekking kunnen leiden tot eenvoudigere, goedkopere en effectievere bescherming tegen zowel apenpokken als pokken.