SARS-CoV-2-Antigenkartierung für zukünftige COVID-19 Impfstoffzusammensetzung
Projektleiter*in: Prof. Dr. Albert Osterhaus, Dr. Imke Steffen
Schlüsselbereich
- Antivirale Strategien: Wirk- und Impfstoffe, Antikörper
Wer war beteiligt?
- Dr. Imke Steffen (Projektleiterin, TiHo)
- Prof. Dr. Albert Osterhaus (Projektleiter, TiHo)
- Prof. Dr. Stefan Pöhlmann (DPZ)
Was war das Ziel?
Angesichts des Auftretens neuartiger SARS-CoV-2-Varianten (VOC) und ihrer direkten Auswirkungen auf zukünftige COVID-19-Impfstrategien ist das Ziel dieser Studie die Erstellung einer Antigenkartographie für die Evolution von SARS-CoV-2. Für die aktuell relevanten VOCs setzen wir Pseudovirus-Neutralisations-assays und Rezeptorbindungsdomänen (RBD)-ELISAs ein, um spezifische Antikörpertiter zu bestimmen. Seren von Hamstern, die gegen die derzeit relevanten VOCs immunisiert wurden, und ein Panel menschlicher Seren, die nach der ersten und letzten COVID-19-Pandemiewelle von verschiedenen Kontinenten gesammelt wurden, werden in diesen Assays getestet, um ein dynamisches System für die SARS-CoV-2-Antigenkartographie zu etablieren. Lokale und weltweite Kooperationspartner, darunter aus Italien, Südafrika, Äthiopien, dem Südwesten der USA, dem Nordosten der USA und Mexiko, die jeweils 50 bis 100 menschliche Seren von Rekonvaleszenten beisteuern, die zu verschiedenen Zeitpunkten in der anhaltenden Pandemie gesammelt wurden, unterstützen diese Studie. Auf der Grundlage der generierten Daten und mit Hilfe von Prof. Derek Smith (Cambridge, UK) werden Antigenkarten für SARS-CoV-2 erstellt, die dazu beitragen, die zukünftige Impfstoffentwicklung zu leiten.
Das wurde erreicht:
Seit dem ersten Auftreten von SARS-CoV-2 sind besorgniserregende Varianten (variants of concern, VOC) entstanden, die größtenteils auf den Selektionsdruck zurückzuführen sind, der durch die zunehmende Immunität der menschlichen Bevölkerung ausgeübt wird. Die WHO hat VOCs als Varianten definiert, die mit größeren Veränderungen in der Epidemiologie, Virulenz, Übertragbarkeit und/oder Wirksamkeit von Impfstoffen und Therapeutika einhergehen. Es wurden fünf wichtige VOCs identifiziert: Alpha, Beta, Gamma, Delta und Omicron.
Die kontinuierliche Entwicklung von SARS-CoV-2 wird bei der künftigen Auswahl von Impfstoffkandidaten und therapeutischen humanen, monoklonalen Antikörpern eine wichtige Rolle spielen. Wir setzten die Methode der antigenen Kartographie ein, um die Entwicklung der antigenen Abstände zwischen den VOCs zu überwachen und zu visualisieren. Dabei verwendeten wir VSV-Pseudotypen, die das Spike-Protein der wichtigsten VOCs enthalten, um neutralisierende Antikörpertiter zu bestimmen. Syrische Goldhamster wurden mit den VOCs Wuhan, Gamma, Delta, Omicron BA.1 bzw. Omicron BA.5 infiziert, und drei Wochen nach der Infektion wurden Serumproben entnommen. Diese Seren neutralisierten die entsprechenden Varianten wirksam. Serum von Hamstern, die mit der VOC Wuhan infiziert waren, neutralisierte die VOCs Gamma und Delta, nicht aber Omicron BA.1 und BA.5. Ähnliche Ergebnisse wurden mit Seren von Hamstern erzielt, die mit der VOC Delta infiziert waren. Überraschenderweise neutralisierte das Serum von Hamstern, die mit SARS-CoV-2 Gamma infiziert waren, Wuhan, Delta und Omicron BA.1, wenn auch mit relativ niedrigem Titer. Hamster, die mit den VOCs Omicron BA.1 oder BA.5 infiziert wurden, entwickelten jedoch spezifischere Antikörper: Diese neutralisierten die jeweiligen VOCs nicht, auch nicht die verwandten VOC Omicron-Linien. Daher ist VOC Omicron antigenetisch weiter von den früheren VOCs entfernt und weist innerhalb der Variantenlinien größere antigenetische Unterschiede auf, was bereits veröffentlichte Daten bestätigt. Schließlich analysierten wir ein Panel von 511 menschlichen Seren aus den Jahren 2020-2021, die in Deutschland, Italien, Äthiopien, dem Südwesten der USA, dem Nordosten der USA und Mexiko gesammelt wurden.
Unsere Daten deuten darauf hin, dass individuelle Faktoren und nicht der geografische Standort oder der Zeitpunkt der Probenahme das Ausmaß der Kreuzneutralisierung gegen mehrere VOC bestimmen. Neutralisierende Antikörpertiter aus Hamster- und Humanproben wurden verwendet, um eine Antigenkarte zu erstellen, die die künftige Auswahl von SARS-CoV-2-Impfstoffkandidaten und therapeutischen humanen monoklonalen Antikörpern leiten wird.