Desenvolvimento de candidatos vacinais contra o vírus zika utilizando a proteína do envelope viral, recombinante, funcionalizada ou não em nanobastões de ouro
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Resumo
Por décadas, as infecções causadas pelo vírus Zika (ZIKV) foram negligenciadas em função de seus sintomas leves e número limitado de casos. Nos últimos anos, a rápida disseminação do ZIKV e sua ligação inesperada com a síndrome congênita do Zika e a síndrome de Guillain Barré transformaram o vírus em um problema emergente de saúde pública de interesse global, para o qual não há vacina disponível. Dentre as áreas que se apresentam de forma atrativa e com grande potencial de utilização no desenvolvimento de plataformas vacinais eficientes, a nanotecnologia tem ganho destaque, principalmente as nanopartículas de ouro. Suas
propriedades ópticas e químicas únicas permitem sua ligação a moléculas orgânicas, como proteínas, incluindo seu uso como carreadores vacinais. No presente trabalho, mostramos a expressão heteróloga e purificação da proteína do envelope do ZIKV (ZIKV-E), a funcionalização de nanobastões de ouro comerciais (Nanopartz) com a proteína ZIKV-E e a caracterização da vacina experimental produzida. Finalmente, avaliamos a resposta imune celular e humoral gerada após a imunização de camundongos BALB/c com a proteína produzida e com os nanobastões de ouro ligados à proteína, cada qual combinado com os
adjuvantes vacinais monofosforil A lipídio (análogo de LPS) e 7DW8-5 (análogo α-GalCer) e também com alúmen. Para isso, produzimos em E. coli BL21 e purificamos uma versão recombinante da proteína E de ZIKV (ZIKV-E) truncada em sua porção C-terminal. A proteína purificada foi reconhecida por anticorpos Anti-His e Panflavi 4G2 em ensaios de western-blot. Na sequência, os nanobastões de ouro foram funcionalizados com a proteína recombinante produzida e a ferramenta caracterizada por espectroscopia UV/Vis, avaliação do potencial zeta, avaliação do raio hidrodinâmico e fluorometria, confirmando a ligação da proteína à superfície
dos nanobastões de ouro. Após a imunização dos camundongos com as vacinas experimentais, foram detectados altos níveis de anticorpos neutralizantes anti-ZIKV. Além disso, as vacinas experimentais se mostraram capazes de induzir a ativação de células do sistema imune dos animais imunizados com atividade polifuncional de secreção de importantes citocinas em um contexto de infecção viral e ativação de células de memória. Observamos aumento do IFN-γ secretado por linfócitos TCD4+ e TCD8+ no grupo imunizado com a vacina experimental completa, além disso, avaliamos a presença do marcador CD127, em populações com fenótipos
de memória efetora (CD44+) e central (CD44+CD62L+). Juntos, nossos resultados são significativos e o imunógeno promissor para novos ensaios. Os próximos passos deste trabalho incluem avaliar a proteção desta vacina experimental frente a um desafio com ZIKV.
Abstract
For decades, infections caused by the Zika virus (ZIKV) were neglected because of their usual
mild symptoms and limited number of cases. In recent years, however, the rapid spread of ZIKV
and its unexpected link to congenital Zika syndrome and Guillain-Barré syndrome have turned
the virus into an emerging public health problem of global concern, for which no vaccine is
available. Among the areas that present themselves in an attractive way and with great potential
for use in the development of efficient vaccine platforms, nanotechnology has gained
prominence, especially gold nanoparticles, for their unique optical and chemical properties that
allow their binding to organic molecules, such as proteins, including their use as vaccine
carriers. In the present work, we show the heterologous expression and purification of the Zika
virus envelope protein (ZIKV-E), the functionalization of commercial gold nanorods
(Nanopartz) with the produced protein and the characterization of the experimental vaccine
produced. Finally, we evaluated the cellular and humoral immune response generated after
immunization of BALB/c mice with the produced protein and with the protein-bound gold
nanorods, each combined with the vaccine adjuvants monophosphoryl lipid A (LPS analog)
and 7DW8- 5 (α-GalCer analogue) and also with alum. For this, we produced in E. coli BL21
and purified a recombinant version of the ZIKV protein E (ZIKV-E) truncated in its C-terminal
portion. The purified protein was recognized by Anti-His and Panflavi 4G2 antibodies in
western-blot assays. Subsequently, commercial gold nanorods were functionalized with the
recombinant protein produced and the tool characterized by UV/Vis spectroscopy, evaluation
of the zeta potential, evaluation of the hydrodynamic radius and by fluorometry, confirming the
binding of the protein to the surface of gold nanorods. Upon mice immunization with the
experimental vaccines, high levels of anti-ZIKV neutralizing antibodies were detected. Besides
that, experimental vaccines were able to induce the activation of immune system cells from
immunized animals with polyfunctional activity of secretion of important cytokines in a context
of viral infection and activation of memory cells. We observed an increase in IFN-γ secreted
by specific CD4+ and CD8+ lymphocytes in the group immunized with the complete
experimental vaccine, in addition, we evaluated the presence of the CD127 marker, in
populations with the effector (CD44+) and central (CD44+ CD62L+) memory phenotype.
Together, our results are significant, and the immunogen promising for further trials. The next
steps of this work include evaluating the protection of this experimental vaccine in the face of
a challenge with ZIKV.
Assunto
Microbiologia, Zika virus, Vacinas de subunidades, Nanotecnologia
Palavras-chave
vírus Zika, vacina de subunidade, nanobiotecnologia, nanobastões de ouro