I virus SARS-CoV-2 infettano le persone utilizzando una proteina di superficie, denominata Spike, che agisce come una chiave permettendo l’accesso dei virus nelle cellule, in cui poi si possono riprodurre. La proteina Spike rappresenta una chiave di lettura di molti aspetti legati all’infezione ed alla sua diffusione. La proteina Spike è altamente immunogena; la sua porzione recettoriale (RBD) si lega alle cellule e favorisce l’ingresso del virus.
Affinché SARS‑CoV‑2 penetri le cellule è essenziale che avvenga un processo di trasferimento transmembrana basato su un’attivazione biochimica mediata da RBD di Spike su cellule che esprimono ACE-2 (enzima 2 di conversione dell’angiotensina) e TMPRSS-2 (Transmembrane Serine Protease 2).
Vaccini e proteina Spike
Il vaccino COVID-19 è un vaccino destinato a prevenire la malattia da coronavirus 2019 (COVID-19). Sono attualmente disponibili due tipologie di vaccino (COVID-19 Comirnaty - BioNTech/Pfizer e COVID-19 Vaccine Moderna) che sfruttano una molecola denominata RNA messaggero (mRNA) con le istruzioni per produrre una proteina presente su SARS-CoV-2, il virus responsabile di COVID-19.
Il vaccino COVID-19 mRNA BNT162b2 (Comirnaty) e il vaccino COVID-19 mRNA Vaccine Moderna sono fatti con molecole di acido ribonucleico messaggero (mRNA) che contengono le istruzioni perché le cellule della persona che si è vaccinata producano le proteine Spike. Nel vaccino le molecole di mRNA sono inserite in una microscopica vescicola lipidica che permette l’ingresso del mRNA nelle cellule.
Il vaccino a mRNA non utilizza virus attivi, ma fornisce alle cellule umane esclusivamente le istruzioni per produrre un frammento del virus, la proteina Spike, che indurrà la produzione di anticorpi specifici verso il virus SARS-CoV-2, e quindi l’immunità. Con questo vaccino non viene somministrato alcun virus, né vivo né attenuato, perciò il vaccino non può causare malattie. La sola proteina spike non può causare infezione o malattia.
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Tutti i vaccini attualmente in studio sono stati messi a punto per indurre una risposta che blocca la proteina Spike e quindi impedisce l’infezione delle cellule. Le proteine prodotte stimolano il sistema immunitario a produrre anticorpi specifici. Il vaccino, quindi, non introduce nelle cellule di chi si vaccina il virus vero e proprio, ma solo l’informazione genetica che serve alla cellula per costruire copie della proteina Spike.
Efficacia dei vaccini
Per essere approvati dalle autorità regolatorie tutti i vaccini devono aver dato prova di efficacia. Nel caso del vaccino prodotto da Pfizer, il primo ad essere approvato, le sperimentazioni hanno mostrato un’efficacia del 94%. I risultati degli studi hanno dimostrato che due dosi del vaccino COVID-19 mRNA BNT162b2 (Comirnaty) somministrate a distanza di 21 giorni l’una dall’altra possono evitare al 95% degli adulti dai 16 anni in poi di sviluppare la malattia COVID-19 con risultati sostanzialmente omogenei per classi di età, genere ed etnie.
Uno studio clinico di dimensioni molto ampie ha dimostrato che COVID-19 Vaccine Moderna era efficace nella prevenzione di COVID-19 nei soggetti a partire dai 18 anni di età. Lo studio ha coinvolto un totale di circa 30.000 persone, metà delle quali ha ricevuto il vaccino, mentre l’altra metà ha ricevuto un placebo. L’efficacia è stata calcolata su circa 28.000 persone di età compresa tra 18 e 94 anni, che non presentavano segni di precedente infezione.
Ciò significa che il vaccino ha dimostrato di essere efficace al 94,1%. nello studio. che il numero dei casi sintomatici di COVID-19 si è ridotto del 94,1% nei soggetti che avevano ricevuto il vaccino (su 14.134 persone vaccinate 11 presentavano COVID-19 con sintomi), rispetto a quelli che avevano ricevuto un’iniezione fittizia (su 14.073 persone a cui era stata somministrata un’iniezione fittizia 185 presentavano COVID-19 con sintomi).
Gli studi clinici condotti finora hanno permesso di valutare l’efficacia del vaccino COVID-19 sulle forme clinicamente manifeste di COVID-19 ed è necessario più tempo per ottenere dati significativi per dimostrare se i vaccinati si possono infettare in modo asintomatico e contagiare altre persone. Sebbene sia plausibile che la vaccinazione protegga dall’infezione, i vaccinati e le persone che sono in contatto con loro devono continuare ad adottare le misure di protezione anti COVID-19.
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Durata della protezione
La durata della protezione non è ancora definita con certezza perché il periodo di osservazione è stato necessariamente di pochi mesi, ma le conoscenze sugli altri tipi di coronavirus indicano che la protezione dovrebbe essere di almeno 9-12 mesi. Non è ancora chiaro, ma sono in corso studi in merito, se il vaccino protegge solo dalla malattia o impedisce anche l’infezione.
Nuove molecole per bloccare la proteina Spike
Gli scienziati hanno appena sviluppato una nuova molecola che potrebbe bloccare l'ingresso del coronavirus nelle nostre cellule e dunque impedire che l'infezione Covid-19 si diffonda. La molecola, sviluppata dal team dell'università di Aarhus in Danimarca, appartiene a una classe di composti chiamati aptameri. Gli aptameri sono brevi filamenti di acidi nucleici con la peculiarità di ruscire a interagire e legarsi a molecole e proteine.
In questo caso la nuova molecola - l'aptamero - si lega alla proteina spike e così si comporta come uno scudo, un filtro che non permette l'entrata del virus nella cellula. La tecnica su cui si basa, ovvero l'utilizzo degli aptameri, non è nuova: nel coronavirus, per esempio, è stata testata recentemente anche da un team italiano sempre come nuova strategia per bloccare il patogeno.
La molecola è un aptamero a Rna, stabile chimicamente, che si lega alla proteina spike del coronavirus. Gli aptameri sono frutto di scoperte relativamente recenti: gli scienziati li hanno isolati per la prima volta agli inizi degli anni '90 e oggi sono utilizzati già in qualche caso in ambito medico, per esempio per scopi diagnostici.
Il composto odierno, un aptamero a Rna, è formato dagli stesso tipo di mattoncini che costituiscono anche i vaccini a Rna messaggero (mRna), ovvero gli acidi nucleici e in particolare l'Rna. Questa somiglianza, spiegano gli autori, rende la molecola appena ottenuta semplice da utilizzare e meno costosa rispetto agli anticorpi, impiegati per trattare Covid-19 e nei test antigenici per rintracciare la presenza dell'infezione.
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Tuttavia, la molecola non nasce come un nuovo vaccino ma come una terapia che potrebbe aiutare a fermare la diffusione ulteriore del virus una volta che l'organismo è stato infettato.
L'idea è quella di creare un muro fra il virus e la cellula: il muro è proprio la nuova molecola che impedisce il contatto con il virus. La molecola, infatti, si attacca alla superficie di Sars-Cov-2 e impedisce alla proteina spike - possiamo pensarla come una chiave - di entrare nella 'serratura' della cellula (il recettore Ace2). I primi risultati mostrano che l'aptamero si lega in maniera molto efficiente sia alla proteina spike nella sua struttura intera sia a una sua parte più specifica, il dominio di legame al recettore (Rbd, Receptor binding domain).
Questa interazione ha dimostrato di prevenire l'ingresso del virus nelle cellule. Questo suggerisce che i punti in cui la molecola si attacca alla proteina spike combaciano con quelli con cui la spike si lega al recettore Ace2 delle nostre cellule. “Grazie alla sua piccola dimensione”, si legge nello studio, “e alla stabilità chimica, il nostro aptamero potrebbe rappresentare un'alternativa agli anticorpi e ai nanocorpi mirati per colpire la proteina spike”.
Varianti e mutazioni della proteina Spike
I virus a RNA come SARS-CoV-2 sono soggetti a frequenti mutazioni, la maggioranza delle quali non altera significativamente l’assetto e le componenti del virus. Molte varianti di SARS-CoV-2 sono state segnalate nel 2020, ma finora queste varianti non hanno alterato il comportamento naturale del virus.
Cambiamenti nella conformazione della proteina Spike e di conseguenza del suo potere immunogeno sono alla base dell’insorgenza della maggior parte delle mutazioni e quindi delle varianti. Guardando all’evoluzione di SARS‑CoV‑2, occorre sottolineare innanzitutto come la capacità di mutazione dei coronavirus sia generalmente più bassa rispetto a quella di altri virus a RNA.
Un elevato turnover virale con una modesta capacità di mutazione basata su errori della RNA polimerasi virale può portare alla comparsa di differenti gradi di diversificazione del virus. In questo giro di potenziali mutazioni che si generano, meccanismi di compenso fanno si che buona parte delle mutazioni non siano compatibili con la sopravvivenza stessa del virus.
L’identificazione delle nuove varianti di SARS‑CoV‑2, secondo l’organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), deve essere classificata con lettere greche progressive ed il loro successivo monitoraggio richiede la valutazione di alcuni parametri di impatto fenotipico: trasmissibilità, gravità della malattia, rischio di reinfezione basato sulla tenuta della risposta immunitaria, capacità diagnostica.
Già la variante Beta, identificata per la prima volta in Qatar, dimostrava virulenza immutata ma qualche capacità di evadere in parte la sorveglianza immunologica secondaria al vaccino a RNAm ed a quelli a vettore virale.
Dai primi studi sulla nuova variante omicron è emerso che la mutazione sottostante questa variante comporterebbe una maggiore trasmissibilità rispetto alle precedenti, mentre alcuni modelli matematici stimano che in pochi mesi potrebbe diventare la variante dominante. è stato calcolato che omicron presenti più di 30 mutazioni nella proteina Spike e 15 nella RBD su cui i vaccini COVID‑19 sono basati.