Development of conserved multi-epitopes based hybrid vaccine against SARS-CoV-2 variants: an immunoinformatic approach

• DOI: 10.1007/s40203-023-00156-2
• Publication Date: 2023-07-27T17:01:37Z
• Authors: Allah Rakha Yaseen; Muhammad Suleman; Abdul Salam Qadri; Ali Asghar; Iram Arshad; Daulat Munaza Khan
• Keywords: Radiology, Nuclear Medicine and Imaging; Vaccines; Therapeutic Antibodies: Development, Engineering, and Applications; Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2); Life Sciences; Infectious disease (medical specialty); Coronavirus Disease 2019 Research; FOS: Health sciences; Prediction of Peptide-MHC Binding Affinity; Computational biology; Coronavirus disease 2019 (COVID-19); Infectious Diseases; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Virology; FOS: Biological sciences; Health Sciences; Genetics; Pathology; Medicine; Epitope; Disease; Molecular Biology; Biology; Antibody

Le monde a été confronté à des perturbations sans précédent telles que la quarantaine mondiale et la pandémie de COVID-19 due au SRAS-CoV-2. Pour lutter contre ces situations troublantes, plusieurs vaccins efficaces ont été développés et sont actuellement utilisés. Cependant, l'émergence de nouveaux variants en raison du taux de mutation élevé du SRAS-CoV-2 remet en question l'efficacité des vaccins existants et a mis en évidence la nécessité de nouveaux vaccins qui seront efficaces contre divers variants du SRAS-CoV-2. Dans cette étude, nous avons exploité les quatre protéines structurelles du SRAS-CoV-2 pour exécuter un vaccin multi-épitope potentiel contre le SRAS-CoV-2 et ses variants. Le vaccin a été conçu en utilisant les épitopes antigéniques, non toxiques et non allergènes des cellules B et des cellules T, qui ont été sélectionnés à partir de régions conservées de protéines virales. Pour construire une construction de vaccin, des épitopes ont été connectés par différents linkers et un adjuvant a également été attaché au début de la construction pour améliorer l'immunogénicité et la spécificité des épitopes. La construction vaccinale a ensuite été criblée à travers les filtres susmentionnés et elle a obtenu un score de 0,6019 par rapport au seuil de 0,4 sur VexiJen 2.0, ce qui valide son antigénicité. Les récepteurs de type Toll (c.-à-d. TLR2, TLR3, TLR4, TLR5 et TLR8) et la construction vaccinale ont été ancrés par Cluspro 2.0, et TLR8 a montré une forte interaction avec la construction ayant une énergie de liaison négative maximale de − 1577,1 kCal/mole. Les simulations immunitaires de C-IMMSIM sur trois doses du vaccin et les simulationsde dynamique moléculaire d'iMODS ont été exécutées pour évaluer la fiabilité des complexes amarrés. La stabilité de la construction vaccinale a été évaluée à travers les analyses physico-chimiques et les résultats suggèrent que le vaccin fabriqué est stable dans un large éventail de circonstances et peut déclencher des réponses immunitaires contre divers variants du SRAS-CoV-2 (en raison des épitopes conservés). Cependant, pour renforcer la formulation du vaccin et évaluer son innocuité et son efficacité, des investigations et des études supplémentaires sont nécessaires pour étayer les données informatiques de cette recherche aux niveaux in vitro et in vivo.<br/>El mundo se ha enfrentado a interrupciones sin precedentes como la cuarentena mundial y la pandemia de COVID-19 debido al SARS-CoV-2. Para combatir estas situaciones inquietantes, se han desarrollado varias vacunas eficaces que se están utilizando actualmente. Sin embargo, la aparición de nuevas variantes debido a la alta tasa de mutación del SARS-CoV-2 desafía la eficacia de las vacunas existentes y ha puesto de relieve la necesidad de nuevas vacunas que sean eficaces contra diversas variantes del SARS-CoV-2. En este estudio, explotamos las cuatro proteínas estructurales del SARS-CoV-2 para ejecutar una posible vacuna multiepitópica contra el SARS-CoV-2 y sus variantes. La vacuna se diseñó utilizando epítopos de linfocitos B y linfocitos T antigénicos, no tóxicos y no alergénicos, que se seleccionaron de regiones conservadas de proteínas virales. Para construir una construcción de vacuna, los epítopos se conectaron a través de diferentes enlazadores y también se unió un adyuvante al inicio de la construcción para mejorar la inmunogenicidad y especificidad de los epítopos. El constructo de vacuna se cribó a través de los filtros mencionados anteriormente y obtuvo una puntuación de 0,6019 frente al umbral de 0,4 en VexiJen 2.0, lo que valida su antigenicidad. Los receptores de tipo Toll (es decir, TLR2, TLR3, TLR4, TLR5 y TLR8) y la construcción de vacuna se acoplaron mediante Cluspro 2.0, y TLR8 mostró una fuerte interacción con la construcción que tenía una energía de unión negativa máxima de -1577,1 kCal/mol. Las simulaciones inmunes de C-IMMSIM sobre tres dosis de la vacuna y las simulaciones dinámicas moleculares de iMODS se ejecutaron para evaluar la fiabilidad de los complejos acoplados. La estabilidad de la construcción de la vacuna se evaluó a través de los análisis fisicoquímicos y los hallazgos sugirieron que la vacuna fabricada es estable en una amplia gama de circunstancias y puede desencadenar respuestas inmunitarias contra diversas variantes del SARS-CoV-2 (debido a epítopos conservados). Sin embargo, para fortalecer la formulación de la vacuna y evaluar su seguridad y efectividad, se requieren investigaciones y estudios adicionales para respaldar los datos computacionales de esta investigación a niveles in vitro e in vivo.<br/>واجه العالم اضطرابات غير مسبوقة مثل الحجر الصحي العالمي وجائحة كوفيد-19 بسبب فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة. ولمكافحة هذه الحالات المقلقة، تم تطوير العديد من اللقاحات الفعالة ويجري استخدامها حاليًا. ومع ذلك، فإن ظهور متغيرات جديدة بسبب ارتفاع معدل طفرة فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة (SARS - CoV -2) يتحدى فعالية اللقاحات الحالية ويسلط الضوء على الحاجة إلى لقاحات جديدة ستكون فعالة ضد مختلف متغيرات فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة (SARS - CoV -2). في هذه الدراسة، استغللنا البروتينات الهيكلية الأربعة لفيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة (SARS - CoV -2) لتنفيذ لقاح محتمل متعدد النوى ضد فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة (SARS - CoV -2) ومتغيراته. تم تصميم اللقاح باستخدام حواتم الخلايا البائية وغير السامة وغير المسببة للحساسية والخلايا التائية، والتي تم اختيارها من المناطق المحفوظة من البروتينات الفيروسية. لبناء بناء لقاح، تم توصيل الحواتم من خلال روابط مختلفة وتم أيضًا إرفاق مادة مساعدة في بداية البناء لتعزيز المناعة المناعية وخصوصية الحواتم. ثم تم فحص بناء اللقاح من خلال المرشحات المذكورة أعلاه وسجل 0.6019 مقابل عتبة 0.4 على VexiJen 2.0 مما يؤكد صحة مستضداته. تم إرساء المستقبلات الشبيهة بالرسوم (أي TLR2 و TLR3 و TLR4 و TLR5 و TLR8) وبنية اللقاح بواسطة Cluspro 2.0، وأظهر TLR8 تفاعلًا قويًا مع البنية التي لها طاقة ربط سلبية قصوى تبلغ -1577.1 كيلو كالوري/مول. تم تنفيذ المحاكاة المناعية لـ C - IMMSIM على ثلاث جرعات من اللقاح والمحاكاة الديناميكية الجزيئية لـ iMODS لتقييم موثوقية المجمعات الراسية. تم تقييم استقرار بنية اللقاح من خلال التحليلات الفيزيائية والكيميائية واقترحت النتائج أن اللقاح المصنع مستقر في ظل مجموعة واسعة من الظروف ويمكن أن يؤدي إلى استجابات مناعية ضد مختلف متغيرات فيروس كورونا 2 المرتبط بمتلازمة الجهاز التنفسي الحادة الوخيمة (بسبب الحواتم المحفوظة). ومع ذلك، لتعزيز صياغة اللقاح وتقييم سلامته وفعاليته، هناك حاجة إلى تحقيقات ودراسات إضافية لدعم البيانات الحسابية لهذا البحث على المستويين المختبري والحيوي.<br/>The world has faced unprecedented disruptions like global quarantine and the COVID-19 pandemic due to SARS-CoV-2. To combat these unsettling situations, several effective vaccines have been developed and are currently being used. However, the emergence of new variants due to the high mutation rate of SARS-CoV-2 challenges the efficacy of existing vaccines and has highlighted the need for novel vaccines that will be effective against various SARS-CoV-2 variants. In this study, we exploited the four structural proteins of SARS-CoV-2 to execute a potential multi-epitope vaccine against SARS-CoV-2 and its variants. The vaccine was designed by utilizing the antigenic, non-toxic, and non-allergenic B-cell and T-cell epitopes, which were selected from conserved regions of viral proteins. To build a vaccine construct, epitopes were connected through different linkers and an adjuvant was also attached at the start of the construct to enhance the immunogenicity and specificity of the epitopes. The vaccine construct was then screened through the aforementioned filters and it scored 0.6019 against the threshold of 0.4 on VexiJen 2.0 which validates its antigenicity. Toll-like receptors (i.e., TLR2, TLR3, TLR4, TLR5, and TLR8) and vaccine construct were docked by Cluspro 2.0, and TLR8 showed strong interaction with construct having a maximum negative binding energy of − 1577.1 kCal/mole. C-IMMSIM's immune simulations over three doses of the vaccine and iMODS' molecular dynamic simulations were executed to assess the reliability of the docked complexes. The stability of the vaccine construct was evaluated through the physicochemical analyses and the findings suggested that the manufactured vaccine is stable under a wide range of circumstances and can trigger immune responses against various SARS-CoV-2 variants (due to conserved epitopes). However, to strengthen the formulation of the vaccine and assess its safety and effectiveness, additional investigations and studies are required to support the computational data of this research at in-vitro and in-vivo levels.<br/>