دوره جامع طراحی واکسن با رویکرد بیوانفورماتیکی

به همراه گواهی شرکت در دوره از طرف شرکت دانش پردازان هدایتگر میهن (بیولوژیسم)  به زبان انگلیسی

دوره جامع «طراحی واکسن با رویکرد بیوانفورماتیکی» یک آموزش تخصصی و کاربردی است که فرآیند طراحی واکسن‌های نوین را بر اساس ابزارهای محاسباتی و تحلیل‌های ژنومی–پروتئینی به دانشجویان آموزش می‌دهد. در این دوره، شرکت‌کنندگان می‌آموزند که چگونه با استفاده از روش‌های بیوانفورماتیکی، اپیتوپ‌های ایمن‌زا را شناسایی کرده، ساختارهای پروتئینی را مدل‌سازی کنند و در نهایت یک کاندید واکسن ساب‌یونیت قابل‌اعتماد طراحی نمایند.

این آموزش گام‌به‌گام طیف وسیعی از موضوعات کلیدی را پوشش می‌دهد؛ از تحلیل دامنه‌های حفاظتی و پیش‌بینی اپیتوپ‌های B-cell، CTL و HTL گرفته تا انتخاب اپیتوپ‌های برتر، بررسی تنوع آلل‌های HLA، ساخت کانستراکت واکسن، و تحلیل پوشش جمعیتی. همچنین، شرکت‌کنندگان با ارزیابی ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و حل‌شوندگی پروتئین، مدل‌سازی سه‌بعدی و اعتبارسنجی ساختار، شناسایی اپیتوپ‌های ساختاری، و انجام داکینگ مولکولی با ابزارهایی مانند AutoDock Vina و ClusPro آشنا می‌شوند. مباحث تکمیلی شامل بهینه‌سازی کدون و کلونینگ در سیلیکون، شبیه‌سازی پاسخ ایمنی، و تحلیل دینامیک مولکولی (Normal Mode Analysis) نیز در این دوره ارائه می‌گردد.

در پایان این دوره انتظار می‌رود دانشجویان:

• توانایی شناسایی و انتخاب اپیتوپ‌های مناسب برای طراحی واکسن ساب‌یونیت را به دست آورند.
• با ابزارهای پیشرفته بیوانفورماتیکی در زمینه داکینگ مولکولی، مدل‌سازی ساختاری و شبیه‌سازی ایمنی آشنا شوند.
• بتوانند ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و زیست‌مولکولی کانستراکت‌های طراحی‌شده را تحلیل و تفسیر کنند.
• قابلیت طراحی، بهینه‌سازی و شبیه‌سازی یک کاندید واکسن را به‌صورت کامل و گام‌به‌گام کسب نمایند.

این دوره برای دانشجویان و پژوهشگران حوزه‌های بیوتکنولوژی پزشکی، ایمونولوژی، بیوانفورماتیک و طراحی دارو مناسب است و می‌تواند مسیر آن‌ها را برای ورود به حوزه واکسن‌های نسل جدید و پژوهش‌های پیشرفته در زمینه ایمنی‌زایی محاسباتی هموار کند.

سرفصل های دوره در یک نگاه

• Conserved domain analysis
• Prediction of linear B-cell epitopes
• Prediction of CTL epitopes
• Prediction of HTL epitopes
• Selection of top epitopes
• Allele finding
• Construction of a subunit vaccine
• Population coverage
• Protein solubility
• Physicochemical features
• Molecular docking using AutoDock Vina
• Prediction of 3D structure, refinement and validation
• Prediction of discontinuous B-cell epitopes
• Molecular docking using ClusPro
• Codon optimization and in silico cloning
• Immune simulation & visualization
• Normal Mode Analysis

سرفصل های دوره به صورت تفصیلی

• Conserved domain analysis

تحلیل دامنه‌ها و موتیف‌های تکاملی برای شناسایی اجزاء عملکردی پروتئین. این گام مبنای انتخاب نواحی حفاظتی و حذف بخش‌های غیرمرتبط یا خودی‌مانند در طراحی اپیتوپ‌محور است.

• Prediction of linear B-cell epitopes

پیش‌بینی قطعات پپتیدی سطحی و خطی که بالقوه توسط آنتی‌بادی‌ها شناسایی می‌شوند، با در نظر گرفتن خواص آنتی‌ژنی، دسترسی سطحی و توزیع هیدروفوبی/هیدروفیل. نتایج در انتخاب سایت‌های هدف برای القای پاسخ پادتن‌محور و طراحی آنتی‌بادی‌های تشخیصی کاربرد دارد.

• Prediction of CTL epitopes

شناسایی پپتیدهایی که قابلیت اتصال به مولکول‌های MHC کلاس I و ارائه به لنفوسیت‌های CD8⁺ را دارند، با مدل‌سازی پیوند پپتید–HLA و پیش‌بینی ایمونوژنیتی. این اپیتوپ‌ها برای القای پاسخ سلولی سیتوتوکسیک و حذف سلول‌های آلوده/تومورال کلیدی هستند.

• Prediction of HTL epitopes

پیش‌بینی پپتیدهای ارائه‌شونده توسط MHC کلاس II که لنفوسیت‌های CD4⁺ را فعال می‌کنند؛ عنصر حیاتی برای تقویت پاسخ آنتی‌بادی، تولید سایتوکاین‌های کمکی و ایجاد حافظه ایمنی پایدار.

• Selection of top epitopes

ترکیب و نمره‌دهی چندمعیاره (ایمونوژنیتی، عدم شباهت به پروتئین‌های خودی، عدم توکسیک یا آلرژن بودن) برای تعیین مجموعه‌ای از اپیتوپ‌های با بیشترین احتمال موفقیت بالینی و بیولوژیک.

• Allele finding

تحلیل اتصال اپیتوپ‌ها به طیف آلل‌های HLA و تعیین الگوهای پیوند برای پیش‌بینی اثربخشی در جمعیت‌های هدف؛ این تحلیل به طراحی مجموعه‌ای از اپیتوپ‌ها با پوشش آنتروپولوژیک بالا کمک می‌کند.

• Construction of a subunit vaccine

ترکیب اپیتوپ‌های منتخب با لینکِرها، سیگنال‌های تقویتی (adjuvant peptide motifs) و طراحی برای تولید یک کانستراکت پپتیدی/پروتئینی با قابلیت ایمنی و تولید آسان در میزبان بیان.

• Population coverage

محاسبه درصد افراد در مناطق جغرافیایی یا گروه‌های اتنیکی که با ترکیب آلل‌های HLA موجود، اپیتوپ‌ها را می‌توانند ارائه کنند؛ این تحلیل معیار تصمیم‌گیری برای انتخاب اپیتوپ‌های عمومی یا منطقه‌ای است.

• Protein solubility

برآورد احتمال حل‌شوندگی کانستراکت هنگام بیان در سامانه‌های بیولوژیک با استفاده از شاخص‌های محاسباتی؛ اهمیت این گام در موفقیت تولید، خالص‌سازی و مقیاس‌پذیری بیوشیمیایی است.

• Physicochemical features

محاسبه پارامترهایی شامل جرم مولکولی، نقطه ایزوالکتریک (pI)، شاخص پایداری، هیدروفوبیسیتی و محتوای آمینواسیدی؛ این اطلاعات برای طراحی شرایط بیان، فرمولاسیون و نگهداری حیاتی‌اند.

• Molecular docking using AutoDock Vina

پیش‌بینی حالت‌های اتصال و انرژی تعامل بین کانستراکت اپیتوپ ها و آلل های مربوطه با هدف برآورد توانایی القای پاسخ ایمنی و اولویت‌بندی حالت‌های اتصال برای تحلیل ساختاری بیشتر.

• Prediction of 3D structure, refinement and validation

ساخت مدل‌های سه‌بعدی کانستراکت با روش‌های هم‌ترازی/ابرمدل‌سازی، اصلاح هندسی و قراردادن ساختار در بهترین حالت پایدار، و استفاده از معیارهای اعتبارسنجی (Ramachandran, Z-score و غیره) برای تضمین قابل اتکا بودن مدل جهت تحلیل‌های بعدی.

• Prediction of discontinuous B-cell epitopes

شناسایی اپیتوپ‌های ساختاری که از بقایای دور از هم در توالی اما نزدیک در ساختار سه‌بعدی تشکیل می‌شوند؛ این اپیتوپ‌ها نقش محوری در تعامل با آنتی‌بادی‌های تولیدشده در شرایط فیزیولوژیک دارند.

• Molecular docking using ClusPro

آنالیز تعاملات پروتئین–پروتئین (مثل کانستراکت با گیرنده‌های ایمنی یا کمپلکس‌های ارائه‌دهنده آنتی‌ژن)، خوشه‌بندی حالت‌های برتر بر اساس انرژی و فراوانی و استخراج مدل‌های زیستی‌معنادار برای بررسی عملکرد مولکولی.

• Codon optimization and in silico cloning

تنظیم توالی ژنی برای تطابق با الگوهای کدون ترجیحی میزبان بیان، حذف ساختارهای ثانویه مضر و شبیه‌سازی واردسازی به وکتور مناسب به‌منظور افزایش کارایی بیان و تسهیل آزمایش‌های بیان در شرایط آزمایشگاهی.

• Immune simulation & visualization

شبیه‌سازی دینامیک پاسخ ایمنی (مثلاً با C-ImmSim) و تولید نمودارهای تغییرات جمعیت لنفوسیتی، تولید سایتوکاین‌ها و تیتر آنتی‌بادی برای پیش‌بینی کارایی ایمنی کانستراکت تحت سناریوهای دوز و زمان‌بندی مختلف.

• Normal Mode Analysis

بررسی حرکات جمعی و انعطاف‌پذیری ساختار در سطوح بلندمدت برای ارزیابی تأثیر دینامیک مولکولی بر دسترسی اپیتوپ‌ها و پایداری کانستراکت؛ این تحلیل اطلاعات تکمیلی برای طراحی پایدار و عملکردی فراهم می‌آورد.