High-Yield Production and Antigenic Profiling of a Stabilized SARS-CoV-2 S2-Fc Fusion Protein Using GlycoSwitch Pichia pastoris
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि ग्लाइको-इंजीनियर्ड *Pichia pastoris* में एक स्थिर SARS-CoV-2 S2-Fc फ्यूजन प्रोटीन का उत्पादन एक अत्यधिक एंटीजेनिक, मानव-समान ग्लाइकोसिलेटेड प्रोटीन उत्पन्न करता है जो मूल न्यूट्रलाइजिंग एपिटोप्स को संरक्षित करता है, जो संरक्षित S2 डोमेन को व्यापक-स्पेक्ट्रम कोविड-19 टीकों के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार के रूप में स्थापित करता है।
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वायरस लगातार अपना रूप बदलते रहते हैं, जो एक उत्तरजीविता रणनीति (survival tactic) है जो उन्हें उन लोगों की प्रतिरक्षा प्रणाली से बच निकलने में मदद करती है जो टीकाकृत हो चुके हैं या पहले संक्रमित हो चुके हैं। अधिकांश वर्तमान टीके SARS-CoV-2 वायरस के सबसे बाहरी हिस्से पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जो एक स्पाइक के आकार का प्रोटीन है जिसका उपयोग वायरस मानव कोशिकाओं में प्रवेश करने के लिए करता है। हालांकि यह बाहरी हिस्सा प्रतिरक्षा प्रणाली के लिए पहचानना आसान है, लेकिन यह वही हिस्सा भी है जो सबसे अधिक बार बदलता है, ठीक वैसे ही जैसे कोई अपराधी लगातार अपना भेष बदलता रहता है। यह नए वेरिएंट्स के साथ तालमेल बिठाना टीकों के लिए कठिन बना देता है। हालांकि, इस बदलते बाहरी स्तर के नीचे एक अधिक स्थिर कोर (core) स्थित है जिसकी वायरस को कार्य करने के लिए आवश्यकता होती है। यह आंतरिक खंड, जिसे S2 सबयूनिट (S2 subunit) के रूप में जाना जाता है, शायद ही कभी बदलता है क्योंकि यह वायरस को कोशिका के साथ जोड़ने के आवश्यक यांत्रिक कार्य को पूरा करता है। चूंकि यह वायरस के विभिन्न संस्करणों में इतना सुसंगत है, इसलिए वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह सोचा है कि क्या इस स्थिर कोर को लक्षित करने से भविष्य के प्रकोपों के खिलाफ एक व्यापक और लंबे समय तक चलने वाली सुरक्षा कवच प्रदान किया जा सकता है।
ईरान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस विचार का परीक्षण करने के लिए इस स्थिर आंतरिक कोर पर आधारित एक वैक्सीन उम्मीदवार (vaccine candidate) बनाने का लक्ष्य रखा। उन्हें एक महत्वपूर्ण चुनौती का सामना करना पड़ा: S2 प्रोटीन स्वाभाविक रूप से चिपचिपा होता है और इसे बिना आपस में गुच्छे बनाए या टूटे बड़ी मात्रा में बनाना कठिन होता है। इस समस्या को हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक सूक्ष्म यीस्ट (yeast) Pichia pastoris की ओर रुख किया, जो जैव प्रौद्योगिकी में प्रोटीन को कुशलतापूर्वक बनाने के लिए एक कार्यबल के रूप में जाना जाता है। उन्होंने इस यीस्ट को एक संशोधित S2 प्रोटीन बनाने के लिए इंजीनियर किया, जिसमें प्रोटीन को स्थिर रखने और उसे लंबे समय तक टिकने में मदद करने के लिए एक मानव प्रतिरक्षा घटक को जोड़ा गया। महत्वपूर्ण रूप से, उन्होंने इस यीस्ट के एक विशेष, आनुवंशिक रूप से संशोधित स्ट्रेन का उपयोग किया जिसे प्रोटीन पर ऐसे शर्करा अणुओं (sugar molecules) की परत चढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया था जो मानक यीस्ट स्ट्रेन द्वारा उत्पादित पौधों जैसे खुरदरे शर्करा के बजाय मानव कोशिकाओं में पाए जाने वाले शर्करा जैसे दिखते हैं।
शोधकर्ताओं ने इस इंजीनियर किए गए यीस्ट कोशिकाओं को बड़े बैचों में उगाया, और S2 प्रोटीन के उत्पादन को सक्रिय करने के लिए उन्हें मेथनॉल खिलाया। कुछ दिनों के बाद, उन्होंने कोशिकाओं के आसपास के तरल पदार्थ को एकत्र किया और प्रोटीन को शुद्ध किया, जिससे इसे यीस्ट के शेष पदार्थों से अलग किया गया। उन्होंने पाया कि विशेष, शुगर-इंजीनियर यीस्ट स्ट्रेन ने मानक स्ट्रेन की तुलना में थोड़ा अधिक प्रोटीन का उत्पादन किया, जिससे लगभग 20.6 माइक्रोग्राम प्रति मिलीलीटर प्राप्त हुआ, जबकि मानक स्ट्रेन से 18.6 माइग्राम प्रति मिलीलीटर प्राप्त हुआ था। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह थी कि प्रोटीन की गुणवत्ता मायने रखती थी। जब उन्होंने यह परीक्षण किया कि मानव एंटीबॉडीज इस प्रोटीन को कितनी अच्छी तरह पहचानती हैं, तो शुगर-इंजीनियर यीस्ट द्वारा बनाए गए संस्करण ने काफी बेहतर प्रतिक्रिया दिखाई, जो मानक यीस्ट द्वारा बनाए गए संस्करण की तुलना में लगभग 31 प्रतिशत बेहतर तरीके से जुड़ (bind) पाया। इसने पुष्टि की कि मानव-समान शुगर कोटिंग ने प्रोटीन के प्राकृतिक आकार को बनाए रखने में मदद की, जिससे प्रतिरक्षा प्रणाली के लिए इसे पहचानना आसान हो गया।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह प्रोटीन प्रतिरक्षा प्रणाली के साथ प्रभावी ढंग से संपर्क कर सके, टीम ने एक हानिरहित, नकली वायरस का उपयोग करके परीक्षण किए, जिसकी सतह पर SARS-CoV-2 का स्पाइक मौजूद था। उन्होंने इस नकली वायरस को मानव एंटीबॉडीज के साथ मिलाया, जो शुद्ध किए गए S2 प्रोटीन के विरुद्ध उत्पन्न हुई थीं। परिणामों ने दिखाया कि ये एंटीबॉडीज नकली वायरस को बेअसर करने में सक्षम थीं, जिससे कोशिकाओं को संक्रमित होने से रोका जा सका। यह सुझाव देता है कि प्रोटीन में प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा पहचान के लिए आवश्यक सही संरचनात्मक विशेषताएं बनी रहती हैं, जो वैक्सीन घटक के रूप में इसकी क्षमता का समर्थन करती हैं। यह अध्ययन इंगित करता है कि वायरस के इस स्थिर आंतरिक कोर पर ध्यान केंद्रित करना और इसे यीस्ट में सही शुगर कोटिंग के साथ उत्पादित करना एक व्यवहार्य मार्ग है। हालांकि शोधकर्ता उल्लेख करते हैं कि पूर्ण सुरक्षा और नई प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं को उत्पन्न करने की क्षमता की पुष्टि करने के लिए जीवित जीवों में और अधिक परीक्षण की आवश्यकता है, उनका कार्य यह प्रदर्शित करता है कि इस संरक्षित, अपरिवर्तित हिस्से पर निर्मित वैक्सीन वर्तमान और भविष्य के विभिन्न वेरिएंट्स के खिलाफ एक शक्तिशाली रक्षा प्रदान कर सकती है।
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