Mekanik på nanonivå

För att proteiningenjörerna ska kunna bygga klart sitt hivvaccin måste de – mycket handgripligt – röja plats åt inkommande B-celler. En avancerad forskning där minsta avvikelse leder till en krasch. Man kan se lösningen, den hägrar, men man kan inte ta på den. Inte än.

Det låter väldigt konkret. Arbetet går ut på att gå in i ett protein för att öppna upp vissa regioner för antikroppar. I princip röjer forskarna landningsbanor för att kunna docka smidigt med antikropp på viruset. Den exakta yta en antikropp binder på kallas epitop. Dockningen måste vara helt perfekt, på nanometer- om inte ångströmnivå. Minsta skillnad gör att det inte fungerar alls.
– Rent rationellt är det så att om vi löser ett antal mekaniska problem så har vi ett fungerande vaccin. Sedan återstår förstås att se om lösningarna är möjliga, säger Gunilla Karlsson Hedestam, senior forskare och docent i virologi vid Institutionen för Mikrobiologi, Tumörbiologi och Cellbiologi (MTC) på Karolinska Institutet (KI).
Det kluriga med hiv är att viruset har en så stor variabilitet att man omöjligen kan förutspå vilken variant en viss person bär eller kommer att föra över till en annan person när nyinfektion sker. Hivs arvsmassa (genom) har cirka 10 000 baspar och viruset tolererar mutationer på väldigt många ställen så vi talar bokstavligen om miljontals möjliga varianter.
Ett vaccin som bara stimulerar ett immunsvar mot dessa föränderliga punkter kommer nämligen aldrig att fungera – viruset smiter hela tiden undan. Om mutationer i regel är en dålig sak för människor, så är alltså hivviruset betydligt mer överlevnadssmart – det utnyttjar den höga mutationsfrekvensen till sin egen fördel. Dessutom är dess genom väldigt plastiskt: så länge de essentiella funktionerna bibehålls är toleransen för andra olikheter stor.
– Vi försöker därför att identifiera de delar av genomet som trots allt måste vara stabila för att viruset ska vara fortsatt infektiöst. Det är dessa punkter som vi måste rikta in immunsvaret på.
Kruxet är att få antikropparna att komma åt dessa svåråtkomliga men väldigt viktiga oföränderliga ytor. Att få till dockningen.

Virusets skenmanöver

Gunilla Karlsson Hedestam säger att de delar av ytproteinen man studerar ligger ganska otillgängliga, inbäddade under de mer variabla delarna som viruset troligen har utvecklat för att lura sin värd. För att komma någon vart krävs det att man tänker tredimensionellt. Antikroppar binder sina antigen som en nyckel passar i ett lås, minsta fel på vinkeln omöjliggör en öppning. Det är med andra ord helt avgörande att kunna se proteinlandskapet framför sig.
– Viruset kan bygga upp hinder i vägen för viktiga funktioner, vi kallar dem för immune decoys – de har i princip till uppgift att lura immunsystemet genom att attrahera antikroppar mot fel mål.
Resultatet blir att immunsystemet aldrig får chansen att generera antikroppar mot det som man verkligen vill ha antikroppar mot.
– Därför jobbar vi hårt med att försöka bygga om proteinstrukturen i våra hivantigen så att de exponerar rätt epitop.
Det gäller att vrida och vända och för att komma åt de gömda epitoperna har forskargruppen avancerade datorprogram till sin hjälp. Det kallas till och med ”engineering”. Den huvudsakliga arbetsplatsen ligger på ett protein som sitter ihop som trimerer (strukturer med tre identiska molekyler), och sticker ut på ytan av hivviruset (tre stycken gp120 och tre stycken gp41, se bild nedan).
Gunilla Karlsson Hedestams forskning om ett hivvaccin utgår till stor del från hur redan fungerande vaccin faktiskt fungerar.
– Vi har valt en pragmatisk strategi. Vi vet säkert att proteinbaserade vaccin stimulerar bra antikroppar. Vi vet också att tricket är att inte bara stimulera antikroppar, utan att stimulera rätt typ av antikroppar.
Många vaccin är gjorda av protein tagna rakt av från ett virus, till exempel HPV-vaccinet (mot livmoderhalscancer), ofta tillsammans med en immunstimulerande komponent som lockar fram kroppens armé av T- och B-celler, så kallade adjuvans (se faktaruta). Att stimulera antikroppar mot hiv har man kunnat i 20 år, det är bara att det är fel sort, framför allt de som binder de variabla bitarna av virusets antigen. Ingen skyddseffekt alltså.
– Med hiv måste vi modifiera proteinet och då ser vi att det kan stimulera B-celler som annars inte stimuleras. Vi får en annan kvalitet på vårt antikroppssvar, säger Gunilla Karlsson Hedestam.

Den heliga Graal i sikte

Målet är att aktivera de B-celler som kan binda de relevanta ytorna av antigenet och att dessa B-celler ska bli antikroppsproducerande plasmaceller och minnes-B-celler.
– Ett vaccin som stimulerar antikroppar som kan binda virusets gemensamma, det vill säga oföränderliga strukturer har varit den heliga Graal i fältet under många år. En rent empirisk approach tror vi inte skulle fungera menar Gunilla Karlsson Hedestam.
– Vi modifierar proteinet en liten bit i taget, testar och ser hur antikropparna binder, och lyckas det inte så har vi alltid lärt oss något på vägen. Det är bara att inse att det aldrig finns någon garanti för ett lyckat vaccin. Men att titta på proteinet, att försöka förändra det, och att förstå konsekvenserna av att stimulera immunsvaret både vad det gäller själva antigenen och den grundläggande B-cellsimmunologin – det ger kunskaper man också kan applicera på framtagandet av vaccin mot andra infektionssjukdomar, som till exempel malaria och hepatit C.
Gunilla Karlsson Hedestams forskargrupp bygger alltså vidare på tidigare vaccinforskning, men är samtidigt unik i svensk och europeisk hivforskning.
– Mindre empiriskt och mer vetenskapligt kan man väl summera det. Det som är nytt för hiv och som man inte gjort för andra vaccin är att studera proteinet på den här extremt detaljerade nivån. Det är dock helt nödvändigt för att förstå hur antikroppar binder på ett så rörligt virus som hiv.

Lyckat med hård granskning

Väl medveten om att stora vaccintester på människor är otroligt dyra och komplicerade, har Gunilla Karlsson Hedestam varit en av de huvudsakliga användarna av försöksdjur på Astrid Fagreus Laboratorium vid Smittskyddsinstitutet (SMI) de senaste åren.
– Vi är restriktiva med apor och använder framför allt möss, men man kommer inte ifrån att apor har ett immunförsvar som mycket mer liknar människans. Möjligheterna till bra apförsök har dessutom gjort oss internationellt konkurrenskraftiga.
Trycket utifrån är hårt, och gruppen får många förfrågningar. Gunilla Karlsson Hedestams vaccinforskning kräver ett flertal olika kompetenser, till exempel skolade biokemister med kunskaper om proteiners biofysiska egenskaper samt immunologer med kunskap om hur immunceller känner igen främmande ämnen. Gruppen innehåller därför såväl proteiningenjörer som molekylärbiologer, virologer och immunologer.
Enligt Gunilla Karlsson Hedestam bygger forskningens höga kvalitet på rak och öppen kommunikation och ett kritiskt tänkande blandat med kreativitet och flexibilitet. Det går inte att väja för problem och man måste prioritera hårt. Att verkligen bevisa något kräver mycket jobb, man får ligga i för att hitta alla svagheter i experimenten samt hela tiden hålla sig ajour med den forskning som bedrivs inom näraliggande områden.
– Doktoranderna får snabbt lära sig att vara kvalitetsmedvetna, att bygga en solid bas av kunskap och metodologi. Kvalitet hellre än kvantitet.

Fötterna på jorden

Immunsystemet är komplext, att hitta rätt proteinveck och finjustera antikroppsdockning är inget lätt arbete – och i slutänden finns faktiskt risken att man aldrig hittar de B-celler som kan skapa ett vaccin, de kanske inte ens existerar.
Man kan förstås inte hålla på för evigt, verksamheten fortsätter bara så länge det finns pengar. (De senaste fem åren har Gunilla Karlsson Hedestams forskning finansierats av International Aids Vaccine Initiative, Gates Foundation, Sida och Vetenskapsrådet.) Hon är medveten om att gruppen förväntas leverera.
– Jag tror självklart på möjligheten till ett vaccin genom den här metoden. Finansiärer måste ha tålamod, förstå att man inte kan flyga planet förrän man byggt vingarna. Man bör varken vara naivt optimistisk – eftersom det kan leda till orealistiska förhoppningar – eller pessimistisk.
Gunilla Karlsson Hedestam säger att om vi ställer de rätta frågorna och svarar systematiskt så för vi fältet framåt. På vägen lär vi också få en rad oväntade resultat som påverkar forskningens riktning.
– Åt vilket håll kan man inte förutspå innan man gör experimenten – det har vi redan flera exempel på i vår forskningsgrupp.

Text: Marco Morner

Arkiv

• 2010
  • Nr 5-6 2010
  • Nr 4 2010
  • Nr 3 2010
  • Nr 2 2010
  • Nr 1 2010
• 2009
• 2008
• 2007
• 2006
• 2005
• Krönikor
• Ledare
• Myter, folktro, historia och bortglömt smittskydd