انقلاب بیوانفورماتیک در طراحی محاسباتی واکسن

ایمنی‌شناسی

طراحی محاسباتی واکسن در سال‌های اخیر اهمیت بیشتری پیدا کرده است زیرا با وجود پیشرفت‌های متعدد در علوم مختلف، همچنان عوامل بیماری‌زای متعدد، تهدید کننده‌ی حیات انسان هستند. از این رو یکی از راه حل ریشه‌کنی بیماری‌های مختلف، عرضه‌ی واکسن به بازار دارویی میباشد.
مراحل طراحی محاسباتی واکسن در روش‌های مختلف از الگوریتم تقریبا مشخصی پیروی میکند، اعم از:

• مرحله‌ی پیش بالینی
• 3 فاز مرحله‌ی انسانی
• گرفتن تاییدیه
• و در نهایت تولید در ابعاد وسیع

شما نیز میتوانید برای اطلاعات بیشتر با کلیک کردن بر روی این لینک از طریق سایت FDA مطالعات بیشتری در مورد پروسه‎‌ی تجربی طراحی واکسن کسب کنید.

روش‌های سنتی طراحی واکسن

امروزه روش‌های سنتی در مراحل تولید واکسن، مانند گذشته مورد توجه نمی‌باشد. از دلایل این موضوع میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• ظهور بیمار‌ی‌های گسترده
• ایمنی ناکافی
• عدم نتیجه‌ی مطلوب
• هزینه و زمان مورد نیاز زیاد
• و …

علاوه براین به علت تنوع پروتئین‌ها و آنتی‌ژن‌ها، واکسن‌های سنتی همواره ایمنی کافی را نمی‌توانند تضمین کنند. زیرا آنتی‌ژن‌های جدید نمی‌توانند در شرایط آزمایشگاهی تولید گردد و در نتیجه ارزیابی‌های فاز آزمایشگاهی ناقص باقی می‌ماند. به عنوان راهکار برای پژوهش‌های غیر قابل کشت، طراحی محاسباتی واکسن به وسیله‌ی بیوانفورماتیک ارائه شده است. امروزه نیز روش‌های نوین در طراحی محاسباتی واکسن برای بیماری‌هایی با پاتوژن غیر قابل کشت گسترش یافته است.

طراحی بیوانفورماتیکی واکسن

در سالهای اخیر، دانشمندان بیوانفورماتیکی، توانسته‌اند ابزارهای متعددی مرتبط با حوزه‌ی طراحی محاسباتی واکسن را توسعه دهند. این ابزارها و تکنیک‌ها، پاسخگوی نیازهای متعدد دانشمندانی است که پیش‌تر، صرفا در آزمایشگاه مشغول طراحی واکسن بودند.

در زیر به بخشی از خدماتی که این تکنیک‌های محاسباتی در اختیار ما قرار میدهند اشاره میکنیم.

• اگر چندین کاندید واکسن پیشنهاد شود، ابزارهای بیوانفورماتیکی می‌توانند با ارزیابی هر کدام بهترین کاندید را ارائه دهند.
• تعدد آنتی‌ژن‌ها در پروسه طراحی واکسن، امری بسیار شایع است که تکنولوژی‌های محاسباتی می‌توانند بهترین آنتی‌ژن‌ از بین کاندیدهای موجود شناسایی کنند.
• ابزارهای محاسباتی و بیوانفورماتیکی می‌توانند نحوه‌ی اتصال کاندید واکسن به مولکول‌های سیستم ایمنی را بررسی کنند.
• روش‌های بیوانفورماتیکی، علاوه بر شناسایی پروتئین و آنتی‌ژن‌های سطحی، روش‌هایی را برای شناسایی پروتئین‌های درون سلولی نیز ارائه می‌دهند.
• ابزارهای بیوانفورماتیکی توانسته‌اند در زمینه‌ی پیشبینی عوارض جانبی، نحوه‌ی اتصال واکسن به مولکول‌های سیستم ایمنی و مکانیسم ایجاد ایمنی در بدن فعالیت کنند.
• و… .

ساخت واکسن با روش‌های محاسباتی

طراحی واکسن با روش‌های محاسباتی شامل چند مرحله است که گام‌های مختلف آن به شرح زیر است:

• بررسی توالی کامل ژنوم عامل بیماری‌زا
• پیدا کردن پروتئین‌های کاندید که خود شامل چندین مرحله است. برای مثال:
  • پیدا کردن orfها
  • مکان‌یابی پروتئین‌ها
  • بررسی سیگنال پپتید پروتئین‌ها
  • بررسی نواحی transmembrane helices
  • بررسی سمیت پروتئین‌ها
  • برسی آلرژن بودن یا نبودن پروتئین‌ها
  • بررسی آنتی‌ژن بودن و قدرت ایمنی‌زایی پروتئین‌ها
  • بررسی میزان شباهت پروتئین‌های پیدا شده به پروتئین‌های انسانی و حیوان مورد آزمایش
• پیش‌بینی اپی‌توپ‌ها
  • B Cell and T Cell
• گذراندن اپی‌توپ‌ها از چندین فیلتر مختلف برای پیدا کردن بهترین اپی‌توپ‌ها از جمله:
  • بررسی سمیت اپی‌توپ‌ها
  • برسی آلرژن بودن یا نبودن اپی‌توپ‌ها
  • بررسی آنتی‌ژن بودن و قدرت ایمنی‌زایی اپی‌توپ‌ها
• شناسایی بهترین ادجوانت‌ها
• شناسایی بهترین لینکرها
• ساخت کاندید واکسن
• و در نهایت ارزیابی محاسباتی کاندید واکسن که خود شامل چندین مرحله است. مانند:
  • بررسی ساختار دوم
  • بررسی ساختار سوم
  • بررسی خصوصیات فیزیک و شیمیایی
  • داکینگ
  • شبیه‌سازی دینامیک مولکولی
  • و دیگر آنالیز‌های ساختاری

پس از این مراحل فرمولاسیون بهینه برای واکسن تعیین می‌گردد تا سنجش‌های آزمایشگاهی و بعد از آن فازهای بالینی طی گردد. پس از تاییدیه این مراحل، در حجم گسترده واکسن تولید می‌گردد.

دوره‌ی طراحی واکسن با رویکرد بیوانفورماتیکی

طراحی محاسباتی واکسن یکی از اهداف و زمینه‌های مطالعاتی مهم در بیوانفورماتیک میباشد. از این سو کمپ بیوانفورماتیک آموزش طراحی واکسن با روش‌های بیوانفورماتیکی را ارائه داده است که در آن از قدم اول تا مرحله‌ی ساخت نهایی کاندید واکسن را تدریس کرده است.

شما میتوانید برای اطلاع از جزئیات این دوره بر روی لینک زیر کلیک کلیک کنید.
آموزش طراحی واکسن با روش‌های بیوانفورماتیکی