Macaque HIV model ilifanya rare broad antibodies zitokee haraka — clue ya vaccine, si vaccine bado

Matokeo yenye matumizi si “chanjo ya HIV”

Utafiti wa chanjo ya HIV una tatizo gumu lililofichwa ndani ya phrase rahisi: broadly neutralizing antibodies.

Kingamwili hizi, kwa kifupi bNAbs, zinaweza kutambua aina nyingi tofauti za HIV badala ya aina moja nyembamba. Ndiyo maana ni muhimu. Tafiti za passive transfer zinaonyesha kwamba kutoa bNAbs zinazofaa kunaweza kulinda macaque dhidi ya changamoto ya SHIV, na kwa binadamu kingamwili VRC01 ililinda dhidi ya aina za virusi zinazoweza kudhibitiwa na kingamwili hiyo. Lakini kuifanya miili itengeneze kingamwili hizo kupitia chanjo imekuwa ngumu zaidi sana.

Sababu si HIV kubadilika tu. Sehemu ngumu zaidi ni kwamba bNAbs bora kwa kawaida hazitokei kwa jump moja.

Mara nyingi bNAbs hutokana na mazungumzo marefu ya mageuzi kati ya virusi na mfumo wa kinga. Kwanza, mfumo wa kinga unahitaji seli B ya awali iliyo nadra, yenye receptor inayokaribia kutambua umbo sahihi la virusi. Kisha virusi hubadilika ili kukwepa kingamwili zinazotokea. Mstari wa seli B unaozalisha kingamwili nao hubadilika. Mzunguko baada ya mzunguko, virusi na kingamwili husukumana kupitia mabadiliko na uteuzi.

Katika natural maambukizi hii inaweza kuchukua miezi au miaka, na minority tu ya watu huendeleza breadth kubwa — antibodies zinazoneutralize variants nyingi tofauti za HIV, si variant moja tu iliyoanzisha mwitikio.

makala mpya ya Science ya Ashwin Skelly, Harry Gristick, Hui Li, Edem Gavor na wenzake haitatui tatizo hilo kwa binadamu. Inafanya kitu finyu lakini muhimu: inajenga macaque SHIV modeli ambamo class moja inayotia matumaini ya bNAbs inaonekana mara nyingi zaidi na haraka zaidi kuliko kawaida, na inareconstruct route ya hatua mbili iliyofanya hilo litokee.

Toleo safi si “tuna chanjo ya HIV.” Ni: waandishi wamejenga modeli inayofanya rare antibody-development pathway ionekane vizuri vya kutosha kusomwa na labda kuigwa.

Waandishi walibadilisha nini

Target ni V3-glycan patch kwenye envelope protein ya HIV.

Phrase hiyo ina ideas kadhaa. HIV imezungukwa na envelope protein, mara nyingi huitwa Env, ambayo virus hutumia kuingia cells. Sehemu moja ya Env ni V3 mzunguko. Karibu na base ya mzunguko hiyo kuna vulnerable patch iliyopambwa na glycans — sugar groups zilizounganishwa na protein. Glycans mbili muhimu hapa huitwa N332 na N301, majina yanayoonyesha positions ambapo sugars hizo ziko kwenye Env.

Baadhi ya human bNAbs zinaweza kutambua V3-glycan patch hii na kuneutralize HIV kwa nguvu. Waandishi pia wanabainisha kwamba V3-glycan bNAbs ni structurally na genetically diverse ukilinganisha na classes nyingine za bNAb. Diversity hiyo ni good news kwa uundaji wa chanjo: kama precursor B cells nyingi tofauti zinaweza kufikia target, designers hawalazimiki kugonga genetic starting point moja nadra sana.

Waandishi walifanya kazi kwa kutumia modeli ya virusi vya upungufu wa kinga vya nyani-binadamu, au SHIV. SHIV si HIV yenyewe; ni virusi vya mseto vinavyotumiwa kwa macaque ili watafiti wachunguze mwitikio wa kinga dhidi ya gamba la HIV katika modeli ya mnyama.

Walitengeneza virusi vinavyoitwa SHIV.5MUT. Jina ni la kiufundi, lakini wazo ni rahisi: kuanzia SHIV yenye gamba la HIV, kisha kubadili sehemu ndogo ya gamba hilo ili lengo la V3-glycan lililofichika liwe rahisi zaidi kufikiwa na kingamwili.

Mabadiliko muhimu yalikuwa katika kitanzi cha V1 cha gamba la HIV. “Residue” hapa ni nafasi moja ya amino asidi katika protini. Ikilinganishwa na gamba la SHIV.BG505.N332 la awali, 5MUT hutofautiana katika nafasi nne za kitanzi cha V1: V134Y, N136P, I138L na D140N. Kila msimbo unaonyesha kwamba amino asidi moja katika nafasi fulani ilibadilishwa na nyingine. Mabadiliko hayo manne yalifanya epitope ya V3-glycan—eneo lengwa linalotambuliwa na kingamwili—lipatikane kwa urahisi zaidi kwa kingamwili za V3-glycan zinazojulikana.

Jaribio la wanyama kisha lililinganisha hali tatu.

Baadhi ya macaque walipewa kwanza kinga kwa immunogen za Env zilizoundwa hapo awali, kisha wakaambukizwa SHIV.5MUT. Kwa maneno mengine, mifumo yao ya kinga ilikuwa tayari imekutana na protini za Env zilizoundwa kwa makusudi kabla ya kupewa virusi vilivyohandisiwa.

Kundi jingine halikupewa chanjo ya awali; liliambukizwa moja kwa moja na SHIV.5MUT.

Kundi dhibiti liliambukizwa SHIV.BG505.N332 ya awali, virusi vya kulinganisha ambavyo havikuwa na mabadiliko yale manne ya V1 loop yaliyokuwa katika 5MUT.

Mpangilio huo ni muhimu kwa sababu matokeo makubwa hayakutegemea tu chanjo ya awali. Waandishi waligundua kwamba virusi vilivyohandisiwa, au toleo lililotokana navyo wakati wa mabadiliko, ndivyo vilivyoonekana kuwa kichocheo kikuu cha kuanzisha mistari ya bNAb.

Walichokuta

Utafiti ulianza na macaque 42 walioambukizwa katika makundi manne. Maambukizi yenye kuzaa virusi yalitokea kwa wote 42, yaani virusi vya majaribio vilianzisha maambukizi kwa mafanikio. Wanyama sita baadaye waliondolewa katika uchanganuzi mkuu wa mwaka mmoja: watano walikuwa na viwango vya juu vya virusi vilivyoendelea na wakafikia AIDS haraka, na mmoja alidhibiti maambukizi akiwa na virusi vichache sana katika damu na bila neutralization ya autologous inayoweza kugunduliwa—yaani bila kingamwili zinazoweza kupunguza virusi vilivyomwambukiza mwenyewe. Hivyo walibaki macaque 22 walioambukizwa SHIV.5MUT na macaque 14 wa kundi dhibiti walioambukizwa SHIV ya awali.

Waandishi walifafanua mwitikio wa bNAb katika plasma kuwa uwezo wa kupunguza angalau virusi vitatu kati ya vinane vya heterologous ndani ya wiki 48 baada ya maambukizi. “Heterologous” hapa humaanisha virusi tofauti na vile vilivyoanzisha maambukizi; kwa hiyo jaribio linauliza kama kingamwili zinafanya kazi zaidi ya aina ya awali ya virusi.

Kwa ufafanuzi huo, 14 kati ya 22 macaques walioambukizwa SHIV.5MUT walitengeneza miitikio ya bNAb. Katika kundi dhibiti lililoambukizwa SHIV.BG505.N332 ya awali, 0 kati ya 14 walifanya hivyo. Tofauti ilikuwa muhimu sana kitakwimu katika Fisher’s exact test ya waandishi (P < 0.0001).

Macaque wanane kati ya walioambukizwa SHIV.5MUT waliweza kupunguza angalau virusi sita kati ya vinane katika paneli ya uchunguzi, huku titers za ID50 mara nyingi zikiwa zaidi ya 1:1000. ID50 ni kipimo cha dilution: ikiwa neutralization bado inaonekana baada ya plasma kupunguzwa zaidi ya mara elfu moja, mwitikio huo si dhaifu wa mpakani. Uwezo wote mpana wa plasma ulielekezwa kwenye epitope ya V3-glycan.

Kisha waandishi walitenga mistari ya kingamwili kutoka kwa wanyama waliokuwa na neutralization pana zaidi katika plasma. Walichunguza kingamwili monoclonal 238 zilizowakilisha mistari 106 na kupata mistari 12 ya V3-glycan bNAb kutoka macaque wanane.

Dhidi ya paneli kubwa ya kimataifa yenye virusi 130, uwezo wa kingamwili hizo ulitofautiana sana. Upana wa neutralization ulikuwa kutoka 6% hadi 68%; hapa “upana” ni sehemu ya virusi vya majaribio ambavyo kingamwili inaweza kupunguza. Wastani wa kijiometri wa IC50 ulikuwa 0.06 hadi 2.80 mikrogramu kwa mililita. IC50 ni mkusanyiko wa kingamwili unaohitajika kupunguza maambukizi kwa nusu katika jaribio, kwa hiyo thamani ndogo kwa kawaida humaanisha neutralization yenye nguvu zaidi.

Kingamwili bora zilifikia upana unaofanana na baadhi ya V3-glycan bNAbs zenye nguvu zilizotengwa kwa binadamu, ingawa tofauti kati ya kingamwili ilikuwa kubwa: si kila kingamwili ilikuwa na upana mkubwa.

Mistari ya kingamwili pia ilikuwa tofauti kimuundo. Waandishi waliangalia ni sehemu zipi za jeni za mnyororo mzito wa kingamwili zilizotumika, urefu wa kitanzi muhimu cha kufungamana, na kiwango cha mabadiliko ya jeni za kingamwili wakati wa kukomaa. Mistari hiyo ilitumia sehemu kadhaa za familia za jeni VH3 na VH4, ilikuwa na vitanzi vya CDRH3 vyenye amino asidi 14 hadi 25, na kwa wastani ilikuwa na 8.4% ya mabadiliko ya somatic katika VH kwa kiwango cha nucleotide. Waandishi wanaona hili kuwa jambo la kutia moyo: mara baada ya kuanzishwa, mistari hii huenda isihitaji kiwango kikubwa sana cha mabadiliko kinachoonekana katika baadhi ya HIV bNAbs nyingine.

Utaratibu wa hatua mbili

Sehemu ya kuvutia ya makala si tu kwamba kingamwili zilitokea. Ni jinsi zilivyotokea.

Modeli ya waandishi ina utaratibu wa hatua mbili.

Kwanza, SHIV.5MUT huonyesha eneo lililobadilishwa la kitanzi cha V1. Mwitikio wa mapema wa kingamwili hulenga eneo hilo la V1. Kisha virusi hukwepa kinga kwa kufupisha kitanzi cha V1 na kubadilisha glycosylation yake—yaani mpangilio wa sukari zilizounganishwa nacho.

Pili, matoleo hayo ya virusi yenye kitanzi kifupi cha V1 huifanya epitope ya V3-glycan iliyokuwa chini yake ionekane wazi zaidi. Hilo huwapa seli B za awali zinazoweza kutoa V3-glycan bNAb nafasi ya kuanza kuitambua. Baada ya seli hizo kuhusishwa, virusi na kingamwili huendelea kubadilika kwa pamoja, na baadhi ya mistari ya kingamwili hukomaa kuelekea neutralization pana.

Hapo ndipo kuna kidokezo halisi kwa uundaji wa chanjo. Waandishi hawaripoti tu mwitikio wa kinga; wanaonyesha mlolongo wa matukio ambao wabunifu wa chanjo wanaweza kujaribu kuurudia bila kuhitaji maambukizi ya virusi vinavyojizalisha.

Makala pia inaonyesha kwamba kwa uwezekano binadamu wana malighafi ya kinga inayofanana kwa njia hii. Sehemu za jeni za VH zilizotumiwa na seli za awali za bNAb kwa macaque ni miongoni mwa aleli za kawaida katika hifadhidata za immunoglobulin za rhesus macaque na binadamu. Hilo halithibitishi kwamba njia ileile itafanya kazi kwa watu, lakini linaifanya iwe muhimu zaidi kuliko jambo linalopatikana kwa macaque pekee.

Kile ambacho hii haithibitishi

• Haionyeshi kwamba chanjo ya HIV imetengenezwa.
• Haionyeshi ulinzi dhidi ya maambukizi ya HIV kwa binadamu.
• Haionyeshi kwamba chanjo pekee inaweza kurudia njia hii.
• Haionyeshi kwamba mtu angezalisha kingamwili zilezile kwa usalama na kwa uhakika.
• Haithibitishi kwamba SHIV iliyohandisiwa yenyewe ni jukwaa la chanjo.
• Haiondoi hitaji la majaribio ya kliniki, tathmini ya usalama, mkakati wa dozi na uundaji wa immunogen.
• Haimaanishi kwamba mistari yote ya kingamwili za V3-glycan ina manufaa sawa; kingamwili zilizotengwa zilikuwa na upana tofauti.

Kikomo muhimu zaidi ni kwamba huu ni modeli ya maambukizi. SHIV.5MUT ilifanya kazi kama “immunogen inayobadilika” kwa sababu ilijizalisha na kubadilika chini ya shinikizo la kinga. Hilo ni muhimu kisayansi, lakini si njia ambayo chanjo ya kinga kwa binadamu inaweza kutolewa moja kwa moja.

Kazi ya kutafsiri matokeo haya kuwa chanjo ni ngumu zaidi: lazima itengenezwe mfululizo wa immunogen unaoiga hatua muhimu za mfiduo bila kutumia maambukizi yasiyodhibitiwa kama injini ya mchakato.

Ushahidi una nguvu kiasi gani?

Kwa dai ambalo makala yenyewe inalitoa, ushahidi ni wenye nguvu.

Ulinganisho mkuu uko wazi: 14 kati ya 22 dhidi ya 0 kati ya 14 ndani ya kipindi kilekile cha wiki 48. Waandishi pia wanaunganisha neutralization ya plasma, utengaji wa kingamwili monoclonal, uchanganuzi wa miundo, upangaji wa B-cell receptor na ufuatiliaji wa mfuatano wa virusi kwa muda. Mchanganyiko huo unashawishi zaidi kuliko kipimo kimoja cha neutralization.

Maelezo ya utaratibu pia yanaweza kufuatiliwa kwa undani usio wa kawaida. Waandishi wanaona uteuzi wa mapema katika V1, wanakadiria seli za awali za bNAb, wanatenga kingamwili zilizokomaa, wanaainisha epitopes zake, wanalinganisha miundo na kufuatilia mabadiliko ya mfuatano wa virusi kwa muda. Hiyo ndiyo sababu modeli ya mnyama ni muhimu hapa: inaruhusu ufuatiliaji wa muda mrefu ambao tafiti za maambukizi ya binadamu mara nyingi haziwezi kutoa kwa usafi kama huu.

Mapungufu pia ni halisi. Modeli hutumia macaque, si binadamu. SHIV ni mfumo mbadala. Njia hii inahusisha maambukizi kwa virusi vilivyohandisiwa, si ratiba iliyokamilika ya chanjo. Na ingawa mwitikio wa kingamwili ulikuwa wa mara kwa mara ukilinganishwa na kundi dhibiti, macaque 8 kati ya 22 walioambukizwa SHIV.5MUT bado hawakufikia ufafanuzi wa mwitikio wa bNAb.

Kwa hiyo ushahidi ni wenye nguvu kwa modeli na utaratibu huu. Kwa chanjo yenyewe, hatua bado ni ya mapema.

Kwa nini ni muhimu

Uundaji wa chanjo ya HIV mara nyingi umelazimika kuanzia mwisho: kutafuta bNAb iliyokomaa na yenye mafanikio, kukadiria seli yake ya awali, kisha kubuni immunogen zinazoweza kuongoza mstari wa seli B kupitia njia inayofanana.

Makala hii inatoa aina tofauti ya ramani. Inaonyesha njia inayoweza kurudiwa ambapo hali moja ya envelope iliyoundwa kwa makusudi inasukuma virusi kubadilika ili kukwepa kinga, na mabadiliko hayo yanafichua lengo linalofuata. Mfumo wa kinga hauonyeshwi tu epitope ya mwisho; unaongozwa kuelekea huko hatua kwa hatua na antijeni inayobadilika.

Ikiwa wabunifu wa chanjo wanaweza kuchukua nafasi ya sehemu inayotegemea virusi vinavyojizalisha kwa mfululizo unaodhibitiwa wa immunogen, matokeo haya yanaweza kusaidia katika mojawapo ya changamoto ngumu zaidi za chanjo ya HIV: kuanzisha seli sahihi za awali na kuziongoza zikomae bila mwitikio kuelekezwa kwenye malengo yasiyofaa.

Huo ni maendeleo halisi. Pia ni aina ya maendeleo yanayohitaji kuelezwa kwa uangalifu. Makala inatoa ramani bora zaidi kwa uundaji wa chanjo; haitoi chanjo iliyokamilika.

Muhtasari safi

Skelly, Gristick, Li, Gavor na wenzake walitengeneza modeli ya SHIV iliyosababisha V3-glycan broadly neutralizing antibodies kutokea kwa macaque kwa uthabiti mkubwa zaidi kuliko virusi vya awali vya kundi dhibiti. Ndani ya wiki 48, macaque 14 kati ya 22 walioambukizwa SHIV.5MUT walipata mwitikio wa bNAb katika plasma, dhidi ya 0 kati ya 14 walioambukizwa SHIV.BG505.N332 ya awali. Waandishi walitenga mistari 12 ya V3-glycan bNAb na kufuatilia utaratibu wa hatua mbili: kingamwili za mapema dhidi ya kitanzi cha V1 kilichobadilishwa zilichagua matoleo ya virusi yenye kitanzi kifupi cha V1; mabadiliko hayo yakafichua epitope ya V3-glycan na kuanzisha seli za awali za bNAb. Matokeo ni modeli muhimu na kidokezo cha kubuni immunogen za HIV. Si matokeo ya chanjo ya binadamu.

Ukaguzi bila kupamba ukweli

Kile makala inaonyesha: Modeli ya SHIV iliyohandisiwa kwa macaque ilifanya aina moja ya HIV broadly neutralizing antibodies itokee mara nyingi zaidi kuliko virusi vya awali vya kundi dhibiti, na waandishi waliweza kufuatilia njia inayowezekana ya hatua mbili ya jinsi kingamwili hizo zilivyojitokeza.

Kile kinachowezekana lakini hakijathibitishwa: Kwamba wabunifu wa chanjo wanaweza kuiga route hii kwa controlled sequence ya immunogens. Hilo ndilo translational hope, lakini makala haionyeshi kwa watu wala haitoi finished chanjo schedule.

Kile haionyeshi: chanjo ya HIV, ulinzi wa binadamu dhidi ya HIV, au njia salama ya kutumia virusi vilivyohandisiwa vinavyojizalisha kama chanjo. Pia haionyeshi kwamba kila mstari wa kingamwili za V3-glycan utakuwa mpana au wenye manufaa.

Kikomo kikuu kwa msomaji wa kawaida: utaratibu muhimu ulitokea ndani ya modeli ya maambukizi. SHIV.5MUT ilijizalisha, ikakwepa shinikizo la kinga na kufichua lengo linalofuata ilipobadilika. Chanjo ya kuzuia HIV kwa binadamu haiwezi kunakili mchakato huo usiodhibitiwa; inahitaji immunogen zilizoundwa kwa makusudi ambazo zinarudia mlolongo muhimu kwa usalama.

Msomaji wa kawaida anapaswa kuwa na uhakika kiasi gani? Uhakika mkubwa kwamba modeli ya macaque na utaratibu huu ni halisi ndani ya jaribio. Uhakika mdogo sana kwamba matokeo haya yanatabiri moja kwa moja chanjo ya binadamu. Hitimisho la tahadhari ni ramani imara zaidi ya kubuni immunogen za HIV, si mafanikio ya chanjo yenyewe.