SARS-CoV-2 adalah virus RNA untai tunggal dengan glikoprotein yang dipukul di permukaannya.Selain itu, virus corona kelelawar dan MERS ditemukan memiliki tingkat kemiripan urutan yang tinggi. Dengan demikian, banyak protein vaksin potensial dan target terapeutik ada di SARS-CoV-2. Protein ini terutama bertanggung jawab untuk patogenisitas dan interaksi dengan tubuh inang. Ini terdiri dari empat jenis protein: protein amplop (E-protein), spike gliko-protein (S-protein), protein membran (M-protein), dan protein nukleokapsid (N-protein), serta ORF. (membuka bingkai bacaan). Transmembran virus dalam glikoprotein spike ini memiliki afinitas dua arah yang tinggi untuk reseptor ACE2 pada sel inang manusia. Ini juga dianggap sebagai penggerak sistem kekebalan.
Protein spike permukaan (S) SARS-CoV-2 terdiri dari dua subunit, S1 dan S2, dengan S1 bertanggung jawab penuh atas reseptor sel inang dan S2 menampung mesin fusi membran. Protein lonjakan SARS-CoV-2 secara struktural identik dengan glikoprotein lonjakan SARS-CoV. Menurut penelitian sebelumnya, protein lonjakan SARS-CoV-2 sangat penting selama infeksi. Stimulasi proteolitik protein spike oleh protease sel inang dengan demikian merupakan penentu penting.Tampaknya menghasilkan sel B dan sel T yang mampu melakukan respons imun terhadap protein lonjakan SARS-CoV-2 bisa menjadi cara potensial untuk mengobati COVID-19.
Pengembangkan vaksin multi-epitop dikarenakan subunit S1 dari domain pengikat reseptor protein lonjakan (RBD) berinteraksi dengan reseptor ACE2 sel inang, antibodi tertentu yang berasal dari vaksinasi RBD dapat secara signifikan menekan infiltrasi virus dengan memblokir interaksi tersebut. Akibatnya, domain RBD digunakan untuk mengembangkan vaksin melawan MERS-CoV dan SARS-CoV. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi potensi epitop sel T dan sel B pada protein spike SARS-CoV-2 dari isolat Surabaya dan mengembangkan vaksin multiepitop. Selain itu, vaksin yang dirancang harus bersifat antigenik, non-alergenik, dan tidak beracun, serta memenuhi semua parameter yang ditetapkan yang diperlukan untuk mengembangkan vaksin berkualitas tinggi, seperti sifat fisikokimia, molekuler docking, kloning in-silico, dan kemampuan untuk memicu respon imunogenik.
Pengambilan seluruh sekuens genom Indonesia dan di translasi menjadi asam amino dengan menggunakan sekuens seluruh genom yang diakses isolat Surabaya ID No. 1366503 yang diambil dari Database GISAID EpiCoV™ (Germany). Urutan tersebut menjadi sasaran dengan alat penerjemah EXPASY: https://web.expasy.org/translate/. Selanjutnya untuk diterjemahkan menjadi asam amino dan dilakukan identifikasi segmen glikoprotein spike dalam urutan SAR-CoV-2. Bagian yang dipilih dikonfirmasi melalui web protein NCBI: https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi. Selanjutnya Prediksi epitop linier sel-B adri Protein spike diidentifikasi melalui server web IEDB: http://tools.iedb.org/bcell/result/ untuk prediksi epitop linier sel-B. Kemudian dilakukan identifikasi epitop sel T dengan menggunakan alat server web IEDB: http://tools.iedb.org/mhci/ untuk memprediksi ikatan MHC-1 dan MHC-2 dalam penelitian ini. Tahapan selanjutnya prediksi antigenic, non-allergic, non-toxic untuk epitop sel B dan T epitop yang diprediksi menjadi sasaran server web Vaxi-Jen v2.0: http://www.ddg-pharmfac.net/vaxijen/VaxiJen/VaxiJen.html untuk evaluasi antigenisitas. Sementara prediksi struktur sekunder dan tersier vaksin menggunakan SOPMA: https://npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/secpred sopma.pl untuk mendapatkan struktur sekunder dari vaksin subunit. Akhirnya perancangan molekuler dari vaksin menggunakan Server web Cluster-2.0: https://cluspro.org/home.php digunakan untuk melakukan docking protein-protein dari vaksin yang dirancang dengan toll-like receptor 3 (TLR-3) untuk mengevaluasi interaksi mereka.
Dalam studi ini adalah menggunakan Surabaya isolat SARS-CoV-2 dari RCVTD-ITD, dengan aksesi No. 1366503, diunduh dari database GISAID-EpiCoV pada 27 Juli 2021 untuk mendesain vaksin multi-epitop. Seluruh genom sequence (WGS) ditranslasikan menjadi protein menggunakan alat Extasy. Segmen glikoprotein spike dipilih dari urutan asam amino (protein) yang diterjemahkan dan di konfirmasi melalui protein-BLAST dari database NCBI. Segmen protein spike yang dipilih terdiri dari 1451 asam amino (posisi awal = 7321).
Urutan protein spike yang diidentifikasi dimasukkan ke dalam Bepipred server web IEDB, yang memperkirakan total 32 peptida berdasarkan antigenisitas, non-alergenik, dan non-toksisitas, hanya dua peptida yang dipilih sebagai epitop sel B potensial untuk vaksin epitop subunit. Selain itu, sifat fisiko-kimia masing-masing peptida diperoleh melalui alat web ProtParam dan itemukan indeks ketidakstabilan, indeks alifatik, rata-rata besar pI teoritis hidropatisitas (GRAVY), dan pI teoritis molekuler. Selanjutnya rekayasa vaksin multi-epitopik dengan menggunakan 2B-sel, 8MHC-1, dan 7 epitop MHC-II dengan skor antigenik 0,5 untuk merekayasa vaksin multi-epitop. dalam meningkatkan imunogenisitas konstruk dalam penelitian inimenggunaka Penaut EAAAK untuk menghubungkan adjuvan dengan epitop sel B, dan penaut GPGPG diterapkan untuk menghubungkan sel B dengan epitop MHC-I, dan MHC-II. Sementaraitu tumpang tindih epitop ini dihilangkan untuk mengurangi panjang dan ukuran vaksin. Akhirnya, konstruksi vaksin direkayasa berdasarkan beberapa epitop subunit dengan berat molekul 40825,59 Da dan 392 asam amino.
Strategi diatas dilakukan karenapendekatan tradisional in vitro dan in vivo untuk mengidentifikasi antigen, memprediksi epitop, alergi, dan toksisitas untuk pengembangan vaksin memakan waktu dan mahal. Sebaliknya, teknik bioinformatika terbukti lebih efektif, memudahkan dan mempercepat pengembangan vaksin. Penelitianini dilakukan karena mengevaluasi potensi imunogenik dari spike glikoprotein yang ada pada isolat Surabaya di bawah aksesi ID 1366503 dan memberikan informasi tentang vaksin multiepitopik yang direkayasa menggunakan protein Spike. Penyelidikan saat ini mengidentifikasi epitop sel B dan sel T yang bertanggung jawab untuk induksi kekebalan bawaan dan adaptif. Vaksin hasil rekayasa memiliki berat molekul (MW) 40.82559 KDa, yang merupakan kandidat vaksin yang sangat baik karena berat molekul yang direkomendasikan untuk pembuatan vaksin berkualitas baik adalah <110 KDa. Konstruksi antigenisitas vaksin yang disarankan ditentukan menjadi 0,5558, yang sebanding dengan 0,5430. Pemodelan ini sangat penting untuk lebih memahami fungsi protein pada tingkat proteome dan tidak pernah ditemukan alergi.
Sementara itu server web RAMPAGE memvalidasi model yang disempurnakan ditemukan 95,8% residu di wilayah yang dikehendaki. Struktur halus dianggap sebagai struktur berkualitas dengan >70% residunya berada di wilayah target. Hal ini dianggap sebagai struktur kualitas Docking terhadap molekul protein-protein untuk konstruksi vaksin dan TLR-3 terhadap interaksi ikatan yang kuat di antara kedua molekul tersebut. TLR3 dalam penelitian sebagai reseptor yang penting untuk memunculkan respons imun terhadap patogenisitas virus, dan diperoleh urutan nukleotida 1176 yang dioptimalkan dengan kandungan GC 57,22 dan CAI 0,89. Strategi ini untukm,enimbulkan respon imunhumoral dan seluler dengan aktifitas yang signifikan seperti IL-23, IL-12, IL-18, IL 4, IL-6, dan IL-10, serta dapat menunjukkan tingkat produksi IFN-y yang tinggi. Dengan demikian akan menghasilkan IgG1, IgG2, IgM, IgM + IgG, dan IgG1 + IgG2 yang lebih tinggi. Secara bersamaan, diamati bahwa sebagai tingkat antigen menurun, dan tingkat imunoglobulin meningkat untuk mengkonfirmasi efektivitas vaksin yang dikembangkan. Pengembangan vaksin subunit multi-epitop berbasis protein spike saat ini menunjukkan hasil yang menjanjikan ketika dianalisis melalui alat viroinformatika. Namun, kemanjuran produk yang sebenarnya akan tetap tidak diketahui tanpa pengujian laboratorium dan lapangan.
Dengan menggunakan pendekatan bioinformatika, maka dapat mengurangi waktu dan biaya untuk mengidentifikasi epitop di laboratorium. Dalam penelitian ini, telah dikembangkan model vaksin multiepitop SARS-CoV-2 berbasis glikoprotein spike isolate Surabaya, Indonesia, dengan menggunakan teknik bioinformatika dan menemukan interaksi yang kuat dengan memasangkan reseptor TLR-3ai adjuvant. Berdasarkan haasil analisis simulasi imun mengungkapkan bahwa vaksin yang dikembangkan memunculkan respons imun humoral dan seluler. Temuan penelitian menyarankan bahwa itu harus diuji lebih lanjut di laboratorium dan lapangan untuk kepentingan kesehatan masyarakat.
Penulis: Fedik Abdul Rantam
Jurnal: Shehzad A., Sumartono C., Nugraha J., Susilowati H., Wijaya A.Y.,Ahmad H.I.,Kashif M., Tyasningsih W. and Rantam F.A. 2022. Development of Multi-Epitope Spike of Glycoprotein Vaccine to Combat SARS-CoV-2 Using The Bioinformatics Approach. J.Pharm & Pharm Res. 10 (3), 445-458, 2022
