COVID-19

Vacinas e Tratamentos Através da Biotecnologia e Ciência

Em meio à pandemia global, estamos testemunhando o esforço, o trabalho e o progresso dos cientistas que procuram incansavelmente tratamentos para conter o impacto e a disseminação do Covid-19. A biotecnologia, a biologia sintética, o acesso a informações digitais gratuitas e abertas, e a crença na ciência são a chave para enfrentar o Covid-19.

Março 25, 2020
Alejandro Hernández
Diretor de Biotecnologia para a América Central e o Caribe da CropLife Latin America

COVID-19 é uma doença causada por um vírus chamado SARS-CoV-2. Foram necessários apenas 42 dias para a ciência e os cientistas estarem na primeira fase clínica de uma vacina baseada em biotecnologia moderna. É um tempo recorde, se considerarmos que a pesquisa e o desenvolvimento de uma vacina podem levar anos para atingir essa fase clínica usando tecnologias tradicionais.

A vacina é denominada mRNA-1273 da empresa Moderna Therapeutics e codifica um fragmento da camada do vírus (CoV spike), talvez o fragmento mais importante, já que é a chave para entrar nas células humanas. Isso em outros termos é:

1. Os vírus são muito pequenos, imagine uma bola de futebol como a célula humana e um grão de areia como o vírus. A célula tem 100 mícrones e o vírus que causa o COVID-19 é de 100 nanômetros.
2. Para que o vírus entre na célula, ele usa um mecanismo para enganá-la com sua cobertura, a qual é identificada pela proteína humana "ACE2". É como tentar abrir uma porta com uma chave mestra ("capa de vírus") que se parece um pouco com a original.
3. A vacina mRNA-1273 entra nas células e faz com que a própria célula humana faça pequenas porções do envelope do vírus (CoV-spike) transitoriamente, fazendo com que o corpo a identifique como algo "estranho" que desencadeia a resposta imune.

Vacinas com a mesma lógica científica foram desenvolvidas experimentalmente contra o zika, o ebola, a raiva e a gripe A, com a vantagem de que a estabilidade do mRNA aumenta ao usar o encapsulamento lipídico, como ocorre no mRNA-1273.

 Coronavirus, 2020. Ilustração da David S. Goodsell, RCSB Protein Data Bank doi: 10.2210 / rcsb_pdb / goodsell-gallery-019

Outras terapias contra COVID-19

Graças à Biotecnologia, não apenas a vacina mRNA-1273 está sendo desenvolvida, mas também outras vacinas, como as das empresas iBio e Medicago, que produzem vacinas em plantas, vacinas de DNA da empresa LineaRx, ou vacinas de proteína recombinante da Sanofi, entre outros.

Existem outras tecnologias, como um RNA de interferência que bloqueia o vírus na forma de nebulizadores¹, proteínas ACE2 recombinantes que induzem o vírus a não se ligar às células humanas, e anticorpos que atacam o vírus.

Em resumo, graças ao conhecimento da estrutura tridimensional das proteínas do vírus² e das que participam de sua entrada, estão sendo fabricados inibidores dessas proteínas.

E o que dizer do sequenciamento completo dos genomas de vírus e sua evolução em tempo real, disponível no Next Strain; um projeto de código aberto para aproveitar o potencial científico e de saúde pública dos dados do genoma de diferentes patógenos. Com mais de 1000 genomas, este é um exemplo de biotecnologia aplicada, do enorme avanço que tivemos nos últimos anos para obter sequências rápidas e econômicas e da colaboração da comunidade científica.

As tecnologias de edição de genes ou CRISPR nos ajudam a projetar métodos de detecção muito mais rápidos usando o Cas13 que detecta RNA em vez de Cas9 que detecta DNA. Lembro ao leitor que o vírus SARS-CoV-2 é de RNA. Assim, o Instituto Broad tem testes que detectam os genes S e ORF1ab em aproximadamente uma hora por meio de fragmentos complementares vinculados ao CAS13a e tiras de detecção que mudam de cor, usando alguns dos princípios dos testes de gravidez.

No momento, as terapias disponíveis imediatamente e sendo testadas são baseadas em compostos antivirais que parecem ter algum efeito, como Remdesivir (inibe a síntese de RNA), cloroquina (bloqueia a entrada viral na célula) e lopinavir / ritonavir (reprodução celular). Esses tratamentos são baseados em tecnologias químicas mais convencionais, mas igualmente eficazes, e é por isso que a história nos lembra que sempre deve haver uma abordagem inclusiva e abrangente.

A descoberta da vacinação remonta ao ano de 1798, com o tratamento da varíola, quando o médico Edward Jenner notou que o produtor de leite Benjamin Jesty e sua família não contraíram varíola, pois haviam sido expostos a uma variante da varíola presente nas vacas; daí o nome Vaccine "Variolae Vaccinae". No entanto, o uso de engenharia genética ou DNA recombinante em vacinas remonta ao início dos anos 80, com a vacina contra hepatite B produzida em leveduras (Engerix-B, GSK; Recombivax-HB, MSD) ou em células humanas (GenHevac-B, Sanofi Pasteur). A primeira vacina contra a malária também foi recombinante produzida em leveduras (Mosquirix por GSK), igualmente a vacina contra herpes zoster (Shingrix por GSK), a vacina meningocócica B (Bexsero, GSK e Trumenba, Pfizer), cólera (toxina B recombinante), papiloma humano (recombinante bivalente e quadivalente) e algumas vacinas para o vírus da influenza sazonal (Flublok Quadrivalent, Protein Sciences Corporation). Hoje, 40 anos após a vacina contra a hepatite B, temos o desafio de desenvolver uma vacina contra a SARS-CoV-2 usando todos os avanços científicos, e enquanto a ciência faz seu trabalho, devemos seguir as instruções de prevenção, como o distanciamento social e a lavagem constante das mãos.

Estamos experimentando uma pandemia global e uma reação científica como nunca vimos antes. É evidente que a biotecnologia, a biologia sintética e o acesso a informações digitais gratuitas e abertas (digital sequence information) são avanços científicos essenciais para enfrentar o Covid-19.

¹ Empresas como Alnylam Pharmaceuticals e Sirnaomics.

² Veja as estruturas 3D em https://www.rcsb.org/news?year=2020&article=5e3c4bcba5007a04a313edcc

Referências

• Gootenberg, J. S., Abudayyeh, O. O., Lee, J. W., Essletzbichler, P., Dy, A. J., Joung, J., ... & Myhrvold, C. (2017). Nucleic acid detection with CRISPR-Cas13a/C2c2. Science, 356(6336), 438-442.
• Guo, D. (2020). Old weapon for new enemy: drug repurposing for treatment of newly emerging viral diseases. Virologica Sinica, 1-3.
• Hodgson, J. 2020. The pandemic pipeline. Nature Biotechnology. https://www.nature.com/articles/d41587-020-00005-z
• Kellner MJ, Koob JG, Gootenberg JS, Abudayyeh OO, and Zhang F. SHERLOCK: nucleic acid detection with CRISPR nucleases. Nature Protocols. 2019 Oct;14(10):2986-3012. doi: 10.1038/s41596-019-0210-2.
• Pardi, N., Hogan, M. J., Porter, F. W., & Weissman, D. (2018). mRNA vaccines—a new era in vaccinology. Nature reviews Drug discovery, 17(4), 261. https://doi.org/10.1038/nrd.2017.243
• Petsch, B., Schnee, M., Vogel, A. B., Lange, E., Hoffmann, B., Voss, D., ... & Kramps, T. (2012). Protective efficacy of in vitro synthesized, specific mRNA vaccines against influenza A virus infection. Nature biotechnology, 30(12), 1210.
• Plotkin, S. A., & Plotkin, S. L. (2011). The development of vaccines: how the past led to the future. Nature Reviews Microbiology, 9(12), 889-893.
• Richner, J. M., Himansu, S., Dowd, K. A., Butler, S. L., Salazar, V., Fox, J. M., ... & Ciaramella, G. (2017). Modified mRNA vaccines protect against Zika virus infection. Cell, 168(6), 1114-1125.
• Rosa, S. G. V., & Santos, W. C. Clinical trials on drug repositioning for COVID-19 treatment.
• Sun, J., He, W. T., Wang, L., Lai, A., Ji, X., Zhai, X., ... & Veit, M. (2020). COVID-19: epidemiology, evolution, and cross-disciplinary perspectives. Trends in Molecular Medicine.
• Vetter, V., Denizer, G., Friedland, L. R., Krishnan, J., & Shapiro, M. (2018). Understanding modern-day vaccines: what you need to know. Annals of medicine, 50(2), 110-120.
• Yang, S., Fink, D., Hulse, A., & Pratt, R. D. (2017). Regulatory considerations in development of vaccines to prevent disease caused by Chikungunya virus. Vaccine, 35(37), 4851-4858.
• Zhang, F., Abudayyeh, O. O., & Jonathan, S. G. A protocol for detection of COVID-19 using CRISPR diagnostics.