גישה חישובית חדשה תאפשר פיתוח חיסונים לכלל האוכלוסייה

המערכת החיסונית פועלת באמצעות הצגה. תאי T אינם מזהים פולש ישירות, אלא הם מזהים תא נגוע או סרטני רק כאשר שברי חלבונים מתוך התא, פפטידים, מוצגים על-פני הקרום בידי מולקולות הנקראות HLA. מולקולות אלו הן האזור המגוון ביותר בגנום האנושי, וידועים בו יותר מ-22,000 וריאנטים גנטיים שונים. לכל אדם מערך HLA אישי, כך שכל מולקולה תעדיף קבוצה מצומצמת של פפטידים. כך נוצר אתגר עתיק של עיצוב חיסונים מבוססי תאי T, שהרי פפטיד שמעורר תגובה חיסונית חזקה אצל אדם אחד, עשוי להיות בלתי נראה אצל אחר.

פרופ’ תומר הרץ מהפקולטה למדעי הבריאות באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, יחד עם הסטודנטיות אלינור פאר וליאל כהן-לביא וחוקרים נוספים ממכוןLa Jolla Immunology (LJI) בארה"ב, מציעים שיטה חישובית חדשה שעוקפת מכשול זה.

במסגרת השיטה, שכינויה 'סופר HLA', מחפשים מחטים ב"ערמת שחת" ביולוגית: פפטידים באורך 9 חומצות אמינו, שאמורים להיקשר במקביל למספר רב של גרסאות HLA מקבוצות-על שונות. השיטה החישובית, מבוססת על מודל הסתברותי (שרשרת מרקוב) ואלגוריתמים לניבוי קישור מבוססי למידת מכונה. כמו כן היא כוללת גם סינון של פפטידים הדומים לחלבונים אנושיים עצמיים או את אלו שקשה לחבר ביניהם. מתוך מאגר התחלתי של למעלה מ-190,000 פפטידים מועמדים, נבחרו 100 פפטידים שעברו סינתזה ונבדקו במעבדה של פרופ׳ סטה בארה"ב.

עשרים-וארבעה פפטידים אומתו ניסויית כסופר-קושרים אמיתיים. 21 מהם נקשרו לארבע קבוצות-על של HLA או יותר, ואחד נקשר לתשע מתוך תריסר אפשריות. לשם השוואה, בכל מאגרי המידע הרפואי העולמיים הקיימים כיום (כמו ה-IEDB), תועדו עד כה רק כמה עשרות פפטידים בעלי יכולת קישור רחבה כזו. סופר-קושרים, מסתבר, אינם תופעה נדירה - הם פשוט לא חופשו עד כה בכלים החישוביים הנכונים.

האלגוריתם הוא שמאפשר תכנון של פפטידים בעלי כיסוי אימונולוגי רחב באוכלוסיות מגוונות גנטית, שהוא תנאי-סף לחיסון יעיל באמת, בייחוד כשמדובר במחלות זיהומיות גלובליות, אנטיגנים סרטניים או אוכלוסיות שמיוצגות פחות במאגרי ההתייחסות הקיימים.

הרץ מספר שזרעי הרעיון נשתלו בשיחה שנערכה לפני כחמש-עשרה שנה, יחד עם עמיתו ד"ר חן ינובר, ממכון KI, כאשר שניהם היו בפוסט דוקטורט במרכז Fred Hutchinson  לחקר הסרטן בסיאטל. "רעיונות טובים", הוא אומר, "שווה להמשיך לחפור בהם, גם הרבה אחרי שהסקיצה הראשונה נכתבה על הלוח הלבן".

השיטה סוללת את הדרך לתכנון חיסונים שיהיו יעילים עבור אוכלוסיות מגוונות גנטית, כולל קבוצות מיעוט שאינן מיוצגות מספיק במאגרי המידע הקיימים. הגישה רלוונטית במיוחד לפיתוח חיסוני סרטן מותאמים אישית וכן לחיסונים כנגד פנדמיות עולמיות, שבהם נדרש כיסוי חיסוני רחב ומהיר.