Une nouvelle approche du développement de vaccins

Le développement de vaccins vise à protéger le plus grand nombre possible de personnes contre les infections. Les fragments protéiques courts d’agents pathogènes, appelés épitopes, sont considérés comme une nouvelle approche prometteuse pour le développement de vaccins.

Dans la revue Systèmes cellulaires, des bioinformaticiens de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) présentent désormais une méthode permettant d'identifier les épitopes qui promettent une vaccination sûre dans le groupe de population le plus large possible. Ils ont également calculé des candidats vaccins contre le coronavirus SARS-CoV-2 à l’aide de leur outil HOGVAX.

Pendant la pandémie de coronavirus, les vaccins dits à ARNm se sont révélés particulièrement efficaces et flexibles. Ces vaccins ciblent les protéines dites de pointe, des structures caractéristiques à la surface du virus. L'ARNm contient la séquence de la protéine Spike, qui est produite dans le corps après la vaccination et entraîne ensuite le système immunitaire humain.

Les « épitopes » – de courts fragments de protéines pathogènes capables de déclencher une réponse immunitaire – sont considérés comme une méthode alternative à l’ARNm et une approche prometteuse pour obtenir des réponses immunitaires ciblées de manière rapide, rentable et sûre.

Chaque personne possède un système immunitaire unique : en fonction de ses antécédents d’infection, chacun est entraîné à manipuler et à réagir à différentes protéines. “Il s'agit d'un problème fondamental des vaccins basés sur des épitopes”, explique le professeur Dr Gunnar Klau, titulaire de la chaire de bioinformatique algorithmique au HHU. Il a envisagé une nouvelle approche pour développer de tels vaccins avec son doctorat. l'étudiante Sara Schulte et le professeur Dr Alexander Dilthey de l'Institut de microbiologie médicale et d'hygiène hospitalière.

Le professeur Klau compare le problème à celui d'un chef qui doit créer un nouveau plat pour un grand événement : « Certains invités ont des allergies, tandis que d'autres n'aiment pas certains ingrédients. Le chef doit donc sélectionner des ingrédients que le plus grand nombre d'invités possible peuvent manger et apprécier.”

Traduit au développement de vaccins, cela signifie qu’ils recherchent des épitopes qui déclenchent une bonne réponse immunitaire chez le plus grand nombre de personnes possible. Cela est nécessaire car il est impossible d’intégrer un nombre illimité de fragments protéiques dans un vaccin afin que les différents systèmes immunitaires puissent rechercher les séquences qui leur conviennent : le support n’a tout simplement pas une capacité suffisante.

L'équipe de trois chercheurs a adopté une approche particulière avec son outil bioinformatique « HOGVAX ».

Sara Schulte déclare : « Au lieu d'enchaîner les épitopes du vaccin bout à bout, nous utilisons des séquences identiques au début et à la fin des épitopes afin de pouvoir les superposer. La section identique, connue sous le nom de « chevauchement », est ainsi représenté une seule fois dans le vaccin, ce qui nous permet de gagner énormément de place.” Cela permet à son tour d’inclure beaucoup plus d’épitopes dans un vaccin.

Afin de gérer efficacement les épitopes et leurs chevauchements les plus longs, les chercheurs utilisent une structure de données connue sous le nom de « graphe de chevauchement hiérarchique » (HOG).

Klau déclare : “Pour rester dans l'analogie culinaire : HOG correspond à un livre de recettes compressé ou rétréci, à partir duquel le chef peut désormais sélectionner les recettes qui conviennent à tous les convives.”

Le professeur Dilthey déclare : « À titre de test, nous avons appliqué HOGVAX aux données du virus SARS-CoV-2 et nous avons pu intégrer beaucoup plus d'épitopes que d'autres outils. Selon nos calculs, nous serions en mesure d'atteindre et d'immuniser – plus de 98 % de la population mondiale. »

Sara Schulte déclare : « À l'avenir, nous travaillerons à l'adaptation de HOGVAX pour une utilisation dans le traitement du cancer. L'objectif ici est de développer des agents spécialement conçus pour des patients individuels qui attaquent les cellules tumorales de manière ciblée. »