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Publicação
Affinity reagents towards SARS-CoV-2
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Resumo(s)
The interest in biopharmaceuticals has increased over the years, and the recent coronavirus disease 2019 (COVID-2019) pandemic, caused by the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), highlighted the importance of the continuous improvement of bioprocesses to allow more accessible therapies in large quantities. Biopharmaceuticals are pharmaceutical products of biological origin, like vaccines or monoclonal antibodies (mAb). However, whilst current biopharmaceutical upstream processing can meet their increasing demand, the downstream processing remains largely unoptimised, amounting to the majority of the production costs and suffering from low yields, which further drop with scale-up. Current downstream processing relies heavily on chromatography, the platforms of which are oftentimes expensive and unsustainable, thus representing targets of potential optimisation to improve purification efficiency.
The design of a novel synthetic affinity ligand towards the SARS-CoV-2 spike protein is herein described. This also served as a proof-of-concept for the development a workflow to quickly produce solutions towards COVID-19, and could be easily adapted to future pandemics. A combinatorial library was designed in silico based on existing ligands and screened against spike protein, both experimentally under chromatographic conditions, and computationally, culminating in a lead ligand with high binding and recovery of original strain spike protein, its receptor-binding domain (RBD), and an Omicron variant spike protein, and an enrichment factor of approximately 15.
Finally, a molecular modelling (MD) protocol was optimised using, as a case study, the binding of a mutated Staphylococcus aureus protein A to immunoglobulin G (IgG).
O interesse em biofármacos tem aumentado ao longo dos anos, e a recente pandemia da COVID-19, causada pelo SARS-CoV-2, destacou a importância do melhoramento contínuo de bioprocessos para permitir terapias mais acessíveis e em grandes quantidades. Os biofármacos consistem em fármacos de origem biológica, como vacinas ou anticorpos monoclonais. Porém, embora a sua produção atualmente consiga responder à procura crescente, a sua purificação permanece pouco otimizada, perfazendo a maioria dos custos de produção e sofrendo baixos rendimentos, que diminuem com o aumento da escala. A purificação atualmente depende bastante de cromatografia, cujas plataformas são frequentemente dispendiosas e não sustentáveis, representando portanto alvos de potencial otimização para melhorar a eficiência da purificação. O desenho de um novo ligando de afinidade sintético para a proteína da espícula do SARS-CoV-2 é aqui descrito. Este trabalho também serviu como uma prova de conceito para o desenvolvimento de um processo para produzir rapidamente soluções para a COVID-19, e pode ser facilmente adaptado para pandemias futuras. Uma biblioteca combinatorial foi desenhada in silico baseada em ligandos existentes e rastreada contra a proteína da espícula, tanto experimentalmente sob condições cromatográficas, como computacionalmente, culminando num ligando principal com elevada ligação e recuperação desta proteína da estirpe original, do seu domínio de ligação, e desta proteína de uma variante Omicron, e um fator de enriquecimento de aproximadamente 15. Finalmente, um protocolo de modelação molecular foi otimizado usando, como um estudo de caso, a ligação de uma proteína A de Staphylococcus aureus mutada à imunoglobulina G.
O interesse em biofármacos tem aumentado ao longo dos anos, e a recente pandemia da COVID-19, causada pelo SARS-CoV-2, destacou a importância do melhoramento contínuo de bioprocessos para permitir terapias mais acessíveis e em grandes quantidades. Os biofármacos consistem em fármacos de origem biológica, como vacinas ou anticorpos monoclonais. Porém, embora a sua produção atualmente consiga responder à procura crescente, a sua purificação permanece pouco otimizada, perfazendo a maioria dos custos de produção e sofrendo baixos rendimentos, que diminuem com o aumento da escala. A purificação atualmente depende bastante de cromatografia, cujas plataformas são frequentemente dispendiosas e não sustentáveis, representando portanto alvos de potencial otimização para melhorar a eficiência da purificação. O desenho de um novo ligando de afinidade sintético para a proteína da espícula do SARS-CoV-2 é aqui descrito. Este trabalho também serviu como uma prova de conceito para o desenvolvimento de um processo para produzir rapidamente soluções para a COVID-19, e pode ser facilmente adaptado para pandemias futuras. Uma biblioteca combinatorial foi desenhada in silico baseada em ligandos existentes e rastreada contra a proteína da espícula, tanto experimentalmente sob condições cromatográficas, como computacionalmente, culminando num ligando principal com elevada ligação e recuperação desta proteína da estirpe original, do seu domínio de ligação, e desta proteína de uma variante Omicron, e um fator de enriquecimento de aproximadamente 15. Finalmente, um protocolo de modelação molecular foi otimizado usando, como um estudo de caso, a ligação de uma proteína A de Staphylococcus aureus mutada à imunoglobulina G.
Descrição
Palavras-chave
SARS-CoV-2 affinity ligands de novo design molecular modelling bioseparation