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Uma vacina contra o coronavírus pode ser a primeira a superar a natureza

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Foram notícias sombrias para o COVID-19. O número de mortos na Itália disparou agora acima da China. Os países estão fechando fronteiras. Grandes cidades nos EUA ordenaram que o “abrigo no local” reduzisse a transmissão viral, interrompendo gravemente os meios de subsistência, as empresas e os relacionamentos pessoais para um bem maior.

Então. Que tal boas notícias?

De acordo com ESTADO, a Fundação Bill e Melinda Gates e o Instituto Nacional de Saúde (NIH) estão apostando na biologia sintética para superar a natureza na engenharia de novas vacinas contra o vírus COVID-19.

É um movimento de vários anos em obras. A idéia é simples: já podemos “treinar” o sistema imunológico humano para reconhecer, caçar e atacar invasores usando variações do inimigo viral; pedaços de vírus, vírus vivos com capacidade de infecção por joelhos. Os cientistas já entendem amplamente como desencadear uma resposta imune segura com base na composição de um vírus.

Com a biologia sintética, por que não podemos aumentar essas respostas várias vezes?

Graças aos avanços da velocidade do sequenciamento e síntese do genoma, agora é relativamente simples projetar componentes de um vírus que são críticos para desencadear uma resposta imune. Para os biólogos sintéticos, isso representa uma oportunidade crítica para reformular uma indústria lenta de engenharia de vacinas com base em tecnologia de décadas. Por que estar em conformidade com a natureza quando há uma chance de superar seus projetos?

Se o COVID-19 voltar, ou surgir outra epidemia de coronavírus – uma grande chance, dizem os epidemiologistas – a biologia sintética poderia nos oferecer uma vacina universal plug-and-play. Um que é produzido em escala, não precisa de refrigeração e pode ser facilmente adaptado a um novo surto e enviado para o mundo inteiro.

De qualquer maneira, como são feitas as vacinas?

As vacinas são tão críticas para a nossa vida cotidiana que é fácil ignorar como elas são feitas. Existem várias maneiras, mas o conceito geral é o mesmo: identificar o inimigo, criar um que cause menos sintomas e fabricá-lo em escala.

“O inimigo” pode ser o vírus inteiro ou os componentes protéicos do vírus que se destacam. Para todo o vírus, os cientistas podem projetar um que esteja vivo, mas menos virulento, ou usar um vírus morto. Mais recentemente, eles têm se concentrado em descobrir a proteína “agarradora” do vírus que interage com o sistema imunológico – eles são basicamente como nosso corpo identifica inimigos e enfurece-se no modo de ataque.

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Imagine uma almofada de alfinetes como um vírus: as agulhas saindo dela são as proteínas – chamadas “antígenos” – que interagem com nosso sistema imunológico, e não a própria almofada. As vacinas são geralmente similares em estrutura ou funcionalidade a esses antígenos da agulha. Pense neles como faróis para atrair nossas células imunológicas.

Independentemente da abordagem exata, o ponto crucial está treinando o sistema imunológico para reconhecer algo nefasto que nunca foi visto antes, sem submetê-lo à força total do vírus. Saber o que o sistema imunológico adquire – identificando os “sinais” – em um vírus nos dá um alvo incrivelmente potente.

E se colarmos esses alvos de antígenos de “agulha” de forma intercambiável em uma almofada de alfinetes sintética?

Vacinas de Designer

Essa é a ideia geral que lidera o desenvolvimento de vacinas de biologia sintética. Esqueça a natureza; destilamos partes críticas de um vírus e podemos extrair pedaços de Lego deles de maneira plug-and-play. Uma definição específica do que constitui uma “vacina de biologia sintética” ainda está em andamento, mas uma categorização é dupla: vacinas que usam componentes genéticos projetados ou partículas artificiais que imitam vírus reais.

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A primeira opção já está em ensaios clínicos. Em vez de produzir componentes de proteínas antigênicas, os cientistas podem sintetizar o mRNA, o mensageiro que entrega o código genético à fábrica de proteínas de uma célula. É o que a Moderna está tentando com a vacina COVID-19. Em teoria, o RNAm fará com que nossas próprias células sigam suas instruções e produzam antígenos virais. Isso alarma o sistema imunológico e o aciona para gerar soldados – geralmente proteínas chamadas anticorpos que se agarram aos faróis.

Infelizmente, testes de segurança iniciais descobriram que as vacinas de mRNA podem desencadear reações prejudiciais, e não está claro quão eficaz elas serão. Até o momento, essas vacinas ainda precisam obter a aprovação do FDA. Com a vacina COVID-19 da Moderna nos ensaios da Fase I em seres humanos, no entanto, podemos obter resultados de segurança (embora ainda não sejam eficazes) já nos próximos meses.

A outra ideia é muito mais ambiciosa. A idéia é criar um vírus falso que amplifique seletivamente o componente antigênico. É um trabalho de duas etapas. Primeiro, os cientistas precisam criar um “núcleo” auto-montado que imite o corpo do vírus – a parte que geralmente não toca o sistema imunológico. O Dr. Neil King, que trabalha com vacinas contra o coronavírus na Universidade de Washington, está usando nanopartículas para construir esse núcleo com a ajuda do design computacional.

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Nem todas as nanopartículas fazem o corte. A chave é projetar uma que funcione bem com as proteínas antigênicas, que precisam ser pontilhadas na superfície do núcleo. Quanto mais os antígenos se destacam, mais fácil é para o sistema imunológico reconhecer esses invasores.

Aqui é onde entra a biologia sintética. Usando sofisticados algoritmos de computador, os cientistas podem simular como diferentes tamanhos de nanopartículas interagem com o componente antigênico – e, por sua vez, quão bem eles estimulam o sistema imunológico. “Podemos tentar um milhão de variantes no computador” antes de encontrar uma sequência de proteínas que forme uma nanopartícula ideal para a montagem automática, disse King.

Uma vez que o desenho é limpo, a sequência de proteínas da nanopartícula é codificada em instruções de DNA sintético. As bactérias E. Coli, os cavalos de trabalho do laboratório, adotam essas instruções, processam-nas dentro de suas próprias células e bombeiam proteínas de nanopartículas em escala. Quando purificadas – e se as simulações do computador se desenrolarem – as proteínas se auto-reunirão em nanopartículas ideais em tubos de ensaio.

O segundo passo é descobrir onde colocar as agulhas na nanopartícula de almofada. Os cientistas sabem há muito tempo que certos fatores podem aumentar a chance de o sistema imunológico reconhecer o antígeno viral – por exemplo, onde as agulhas são colocadas por quantos existem e em que arranjo. O corpo tem muitas respostas bioquímicas que produzem antígenos sintéticos muito antes que o sistema imunológico seja visto – como lavamos as mãos com frequência ou usamos desinfetantes para neutralizar um vírus. Para uma vacina, precisamos que os antígenos permaneçam por tempo suficiente para treinar o sistema imunológico.

King, por exemplo, descobriu que uma matriz repetida e ordenada dos antígenos virais COVID-19 produz uma resposta imunológica mais forte do que um único antígeno de proteína “agulha” na almofada de alfinetes. Em outras palavras? As vacinas baseadas em nanopartículas biossintéticas semelhantes a vírus podem ser mais eficientes do que o RNA ou outras vacinas em andamento para o COVID-19. De acordo com Notícias STAT, vários grupos começaram a testar essas nanopartículas feitas em laboratório em ratos para estudar como os animais reagem a componentes do tipo COVID-19.

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O futuro das vacinas?

A biologia sintética para vírus pode parecer absurda. Pode não ser uma solução de curto prazo para esmagar imediatamente o COVID-19. Mas não é um sonho. Este mês, King apresentou um modelo de vacinas projetadas ao presidente dos EUA, enquanto este último visitava instalações nos Centros de Controle de Doenças (CDC).

Se a solução funcionar, analisaremos uma classe de vacinas totalmente nova que rompe com a realidade da natureza. As vacinas baseadas em nanopartículas, por exemplo, não precisam de produtos químicos adicionais – chamados de “adjuvantes” – para ajudar a estimular o sistema imunológico. Como os adjuvantes são um componente adicional que, em uma minoria de casos, pode levar à reação exagerada do sistema imunológico, não tê-los poderia facilitar os processos de fabricação e reduzir os efeitos adversos.

Além disso, a biologia sintética também pode coroar uma vacina com uma propriedade crítica: resiliência ao calor. Um grande problema com a produção e o envio globais de vacinas é que elas geralmente precisam ser refrigeradas. No entanto, estruturas de proteínas sintéticas de nanopartículas poderiam torná-las muito mais estáveis ​​do que as vacinas tradicionais. Isso significa que, para quem precisa de ajuda em uma pandemia, em qualquer altitude e clima, a ajuda pode estar mais fácil no caminho.

Finalmente, há esperança de plug-and-play. Se outro vírus novo surgir, os cientistas poderão substituir os antígenos do vírus COVID-19 – as agulhas que se destacam – pelas do novo vírus. A almofada de alfinetes permanece ideal e a mesma. Em teoria, poderia nos armar dramaticamente com um plano para lidar melhor com o próximo surto.

As vacinas projetadas são, sem dúvida, ainda muito novas e muito ambiciosas. Mas talvez a pandemia do COVID-19 esteja dando exatamente o que eles precisam. O desenvolvimento da vacina definha há quase um século, contando com os métodos tradicionais. Agora que estamos enfrentando nossos inimigos virais de maneira muito mais visceral e em escala global, por que não pressionar pelo próximo salto quântico no design de vacinas?

Crédito da imagem: MasterTux por Pixabay

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