علم اللقاحات العكسي

علم اللقاحات العكسي هو تطوير لعلم اللقاحات يستخدم المعلوماتية الحيوية وممارسات علم الأدوية العكسي ، وقد رائد هذا المجال رينو رابولي ، واستُخدم لأول مرة ضد المكورات السحائية من المجموعة المصلية ب . ^{[ 1 ]} ومنذ ذلك الحين، استُخدم في العديد من اللقاحات البكتيرية الأخرى. ^{[ 2 ]}

تقوم الفكرة الأساسية وراء علم اللقاحات العكسي على فحص الجينوم المرضي بأكمله باستخدام مناهج المعلوماتية الحيوية لاكتشاف الجينات. وتشمل بعض السمات التي تُراقَب هذه الجينات، والتي قد تشير إلى قدرتها على إثارة الاستجابة المناعية، الجينات التي تُشفِّر بروتينات ذات توضع خارج خلوي ، وببتيدات الإشارة ، ومحددات الخلايا البائية . ^{[ 3 ]} تُصفَّى هذه الجينات بناءً على السمات المرغوبة التي تجعلها أهدافًا جيدة للقاحات، مثل بروتينات الغشاء الخارجي . وبمجرد تحديد المرشحين، يتم إنتاجهم صناعيًا وفحصهم في نماذج حيوانية للعدوى. ^{[ 4 ]}

بعد أن نشر كريغ فينتر التسلسل الجيني لأول كائن حي حر المعيشة عام ١٩٩٥، أصبحت التسلسلات الجينية للكائنات الدقيقة الأخرى متاحة بسهولة أكبر مع نهاية القرن العشرين. وقد انبثق علم اللقاحات العكسي، الذي يعتمد على تصميم اللقاحات باستخدام التسلسل الجيني للمُمْرِض، من هذه الثروة الجديدة من المعلومات الجينية، بالإضافة إلى التطورات التكنولوجية. ويُعدّ علم اللقاحات العكسي أكثر كفاءة من علم اللقاحات التقليدي، الذي يتطلب زراعة كميات كبيرة من كائنات دقيقة محددة، فضلاً عن إجراء اختبارات معملية مكثفة.

في عام 2000، طوّر رينو رابولي ومعهد جيه كريج فينتر أول لقاح باستخدام علم اللقاحات العكسي ضد المكورات السحائية من المجموعة المصلية ب. ثم واصل معهد جيه كريج فينتر وآخرون العمل على لقاحات ضد المكورات العقدية من المجموعة أ، والمكورات العقدية من المجموعة ب، والمكورات العنقودية الذهبية، والمكورات الرئوية. ^{[ 5 ]}

بدأت محاولات علم اللقاحات العكسي مع بكتيريا المكورات السحائية من النوع ب (MenB). تسببت هذه البكتيريا في أكثر من 50% من حالات التهاب السحايا، وعجز العلماء عن ابتكار لقاح ناجح لها بسبب بنيتها الفريدة. يُشابه غلافها السكري المتعدد غلاف مستضد ذاتي بشري، إلا أن بروتيناتها السطحية تختلف اختلافًا كبيرًا؛ وقد جعل نقص المعلومات حول هذه البروتينات تطوير لقاح أمرًا بالغ الصعوبة. ونتيجة لذلك، اتجه رينو رابولي وعلماء آخرون إلى المعلوماتية الحيوية لتصميم لقاح فعال. ^{[ 5 ]}

قام رابولي وآخرون في معهد جيه كريج فينتر بتسلسل جينوم المكورات السحائية من النوع B. ثم قاموا بمسح الجينوم المتسلسل بحثًا عن مستضدات محتملة. ووجدوا أكثر من 600 مستضد محتمل، تم اختبارها عن طريق التعبير عنها في بكتيريا الإشريكية القولونية . استُخدمت المستضدات الأكثر قابلية للتطبيق عالميًا في اللقاحات النموذجية. وقد أثبت العديد منها فعاليته في الفئران، إلا أن هذه البروتينات وحدها لم تتفاعل بفعالية مع الجهاز المناعي البشري لعدم قدرتها على تحفيز استجابة مناعية كافية لتحقيق الحماية المطلوبة. لاحقًا، أُضيفت حويصلات غشائية خارجية تحتوي على عديدات السكاريد الدهنية المستخلصة من تنقية الحويصلات على مزارع البكتيريا سالبة الغرام. وقد عززت إضافة هذا المساعد المناعي (الذي تم تحديده مسبقًا باستخدام مناهج علم اللقاحات التقليدية) الاستجابة المناعية إلى المستوى المطلوب. وفي وقت لاحق، ثبت أن اللقاح آمن وفعال لدى البالغين. ^{[ 5 ]}

خلال تطوير لقاح المكورات السحائية من النوع B، اعتمد العلماء نفس أساليب علم اللقاحات العكسي لمسببات الأمراض البكتيرية الأخرى. وكان لقاحا المكورات العقدية من النوع A والمكورات العقدية من النوع B من أوائل اللقاحات العكسية التي تم ابتكارها. ولأن هذه السلالات البكتيرية تحفز إنتاج أجسام مضادة تتفاعل مع المستضدات البشرية، كان من الضروري ألا تحتوي لقاحات هذه البكتيريا على تشابهات مع البروتينات المشفرة في الجينوم البشري لتجنب حدوث آثار جانبية، مما أدى إلى ظهور الحاجة إلى علم اللقاحات العكسي القائم على الجينوم. ^{[ 5 ]}

وفي وقت لاحق، تم استخدام علم اللقاحات العكسي لتطوير لقاحات ضد المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للمضادات الحيوية والمكورات الرئوية ^{[ 5 ].}

تتمثل الميزة الرئيسية لعلم اللقاحات العكسي في إيجاد أهداف اللقاحات بسرعة وكفاءة. قد تستغرق الطرق التقليدية عقودًا لكشف مسببات الأمراض والمستضدات، والأمراض، والمناعة. مع ذلك، يمكن أن تكون المحاكاة الحاسوبية سريعة جدًا، مما يسمح بتحديد لقاحات جديدة للاختبار في غضون سنوات قليلة فقط. ^{[ 6 ]} أما الجانب السلبي فهو أن هذه العملية لا تستهدف سوى البروتينات. في حين أن مناهج علم اللقاحات التقليدية يمكنها إيجاد أهداف جزيئية حيوية أخرى مثل السكريات المتعددة .

على الرغم من أن استخدام تقنية المعلوماتية الحيوية لتطوير اللقاحات أصبح شائعًا خلال العقد الماضي، إلا أن المختبرات العامة غالبًا ما تفتقر إلى البرامج المتقدمة اللازمة لذلك. مع ذلك، يتزايد عدد البرامج التي تُسهّل الوصول إلى معلومات علم اللقاحات العكسي. يُعدّ برنامج NERVE أحد برامج معالجة البيانات الحديثة نسبيًا. ورغم أنه يتطلب التنزيل ولا يشمل جميع تنبؤات المستضدات، إلا أنه يُساعد في توفير بعض الوقت من خلال دمج الخطوات الحسابية لعلم اللقاحات العكسي في برنامج واحد. أما برنامج Vaxign، وهو برنامج أكثر شمولًا، فقد تم إنشاؤه عام 2008. وهو برنامج قائم على الإنترنت ومتاح للجميع. ^{[ 7 ]}

على الرغم من أن برنامج Vaxign أثبت دقته وكفاءته العالية، إلا أن بعض العلماء ما زالوا يستخدمون برنامج RANKPEP المتاح عبر الإنترنت للتنبؤ بروابط الببتيد. يستخدم كل من Vaxign وRANKPEP مصفوفات تسجيل النقاط الخاصة بالموقع (PSSMs) عند تحليل تسلسلات البروتين أو محاذاة التسلسلات. ^{[ 8 ]}

أصبحت مشاريع المعلوماتية الحيوية بمساعدة الحاسوب شائعة للغاية، لأنها تساعد في توجيه التجارب المختبرية. ^{[ 9 ]}

• أدى علم اللقاحات العكسي إلى زيادة التركيز على بيولوجيا مسببات الأمراض. ^{[ 5 ]}
• أدى علم اللقاحات العكسي إلى اكتشاف الشعيرات في مسببات الأمراض موجبة الجرام مثل المكورات العقدية من النوع أ، والمكورات العقدية من النوع ب، والمكورات الرئوية. سابقًا، كان يُعتقد أن جميع البكتيريا موجبة الجرام لا تحتوي على أي شعيرات. ^{[ 5 ]}
• أدى علم اللقاحات العكسي أيضًا إلى اكتشاف بروتين ربط العامل G في المكورات السحائية، والذي يرتبط بعامل المتممة H لدى البشر. يسمح هذا الارتباط للمكورات السحائية بالنمو في دم الإنسان مع حجب المسارات البديلة. لا ينطبق هذا النموذج على العديد من أنواع الحيوانات، التي لا تمتلك نفس عامل المتممة H الموجود لدى البشر، مما يشير إلى تمايز المكورات السحائية بين الأنواع المختلفة. ^{[ 5 ]}