Разработка вакцины против коронавируса COVID-19 с использованием обратной вакцинологии и машинного обучения

Для окончательной борьбы с возникшей пандемией COVID-19 необходимо разработать эффективную и безопасную вакцину против этого высококонтагиозного заболевания, вызываемого коронавирусом SARS-CoV-2. Обзор литературы и клинических испытаний показал, что для разработки вакцин против SARS и MERS исследовались цельный вирус, а также шиповидный (S), нуклеокапсидный (N) и мембранный (M) белки. Однако эти кандидаты в вакцины могут не обеспечивать полной защиты и вызывать опасения относительно безопасности. Затем мы применили инструменты обратной вакцинологии Vaxign и недавно разработанный инструмент Vaxign-ML на основе машинного обучения для прогнозирования кандидатов в вакцины против COVID-19. Анализ с помощью Vaxign показал, что последовательность белка N SARS-CoV-2 консервативна по отношению к SARS-CoV и MERS-CoV, но не к четырём другим коронавирусам человека, вызывающим лёгкие симптомы. При исследовании всего протеома SARS-CoV-2 было предсказано, что шесть белков, включая белок S и пять неструктурных белков (nsp3, 3CL-pro и nsp8-10), являются адгезинами, имеющими ключевое значение для прикрепления вируса и инвазии в организм хозяина. С помощью Vaxign-ML также было предсказано, что белки S, nsp3 и nsp8 обладают высокой протективной антигенностью. В отличие от широко используемого белка S, белок nsp3 ранее не исследовался ни в одном исследовании коронавирусных вакцин и был выбран для дальнейшего изучения. Было установлено, что nsp3 более консервативен у SARS-CoV-2, SARS-CoV и MERS-CoV, чем среди 15 коронавирусов, инфицирующих человека и других животных. Также было предсказано, что этот белок содержит промискуитетные Т-клеточные эпитопы MHC-I и MHC-II, а предсказанные линейные В-клеточные эпитопы локализуются на поверхности белка. Предсказанные нами мишени для вакцин обладают потенциалом для разработки эффективной и безопасной вакцины против COVID-19. Мы также предлагаем «коктейльную вакцину Sp/Nsp», содержащую структурный белок или структурные белки (Sp) и неструктурный белок или неструктурные белки (Nsp), которая могла бы стимулировать эффективные взаимодополняющие иммунные ответы.