Diagnóstico sorológico diferencial de Dengue, Zika e Chikugunya : análises in silico e revisão sistemática

Abstract

RESUMO: Os vírus da Dengue, Zika e Chikungunya têm sido responsáveis por diversos surtos e epidemias em vários países. O diagnóstico diferencial destas arboviroses é um desafio, considerando a sobreposição de sintomas, a cocirculação e dificuldade de acesso das metodologias de alto desempenho. A pesquisa de anticorpos no soro oferece uma importante alternativa para suprir essa demanda, já que é uma estratégia mais acessível e rotineiramente usada em diversos contextos. Desta forma, o presente estudo apresenta dois trabalhos distintos: 1) Revisão sistemática para avaliar o uso de proteínas do envelope (E) viral no sorodiagnóstico de Dengue Zika e Chikungunya; e 2) Pesquisa in silico para seleção de epítopos antigênicos específicos dessas arboviroses para uso como marcadores no sorodiagnóstico diferencial. Primeiramente, a revisão sistemática foi realizada seguindo as recomendações PRISMA (protocolo de registro na PROSPERO CRD42021265243). Foram recuperados 11 artigos. As publicações incluíram testes de detecção de antígenos e anticorpos, sendo o imunoensaio enzimático o método mais utilizado. Alguns estudos otimizaram as técnicas de diagnóstico, como captura de anticorpos, uso de moléculas competidoras e nanosensores, que aprimoraram a performance dos testes. Várias configurações da proteína E foram utilizadas nos trabalhos avaliados (proteína purificada, proteína recombinante de uma porção selecionada ou mutada, ou ainda, na forma de peptídeos). Sete estudos apresentaram baixo risco de viés e a qualidade das evidências foi considerada moderada entre os estudos envolvendo a detecção de Dengue. Os relatos de sucesso do uso e produção da proteína E torna este antígeno uma opção adequada para composição de testes e/ou aplicação de estratégias alternativas para melhorar o desempenho deste antígeno no sorodiagnóstico. Neste sentido, por meio das técnicas de bioinformática, selecionamos um epítopo da proteína de membrana (M) e dois da proteína E para cada flavivírus, e três epítopos na proteína do envelope de Chikungunya. Os fragmentos selecionados foram considerados expostos ao solvente, específicos (também entre os sorotipos da Dengue), conservados e previstos e/ou encontrados experimentalmente como epítopos lineares e/ou descontínuos. Estes fragmentos foram utilizados para construção de proteínas quiméricas para cada vírus, cuja predição estrutural e análises de dinâmica molecular indicaram seu equilíbrio termodinâmico e a estabilidade estrutural. Portanto, as análises computacionais viabilizaram o desenvolvimento racional de marcadores multi-epítopos estáveis e viáveis para um futuro sorodiagnóstico específico para Dengue, Zika e Chikungunya.

ABSTRACT: Dengue, Zika, and Chikungunya viruses have been responsible for numerous outbreaks and epidemics in several countries. The differential diagnosis of these arboviruses is a challenge, considering the overlapping of symptoms, cocirculation, and difficulty on accessing high-performance methodologies. The investigation of serum antibodies offers an important alternative to meet this demand since it is a more affordable strategy and habitually used in various contexts. Thus, this study presents two distinct works: 1) Systematic review to evaluate the use of viral envelope (E) proteins in the serodiagnosis of Dengue Zika and Chikungunya; and 2) In silico analyses to select specific antigenic epitopes of these arboviruses for use as markers in differential serodiagnosis. First, the systematic review was performed following PRISMA recommendations (PROSPERO registration protocol CRD42021265243). Eleven articles were retrieved. The publications included antigen and antibody detection tests, which enzyme immunoassay was the most widely used method. Some studies optimized diagnostic techniques, such as antibody capture, use of competing molecules, and nanosensors, which improved test performance. Various E protein designs were used in the evaluated studies (purified protein, recombinant protein from a selected or mutated portion, or as peptides). Seven studies showed a low risk of bias and the quality of evidence was considered moderate among the studies involving Dengue detection. The successful reports of the use and production of the E protein make this antigen a suitable option for test composition and/or application of alternative strategies to improve the performance of this antigen in serodiagnosis. In this sense, using bioinformatics techniques, we selected one epitope of the membrane protein (M) and two of the E protein for each flavivirus and three epitopes in the Chikungunya envelope protein. The selected fragments were considered solvent-exposed, specific (also among Dengue serotypes), conserved and predicted and/or experimentally identified as linear and/or discontinuous epitopes. These fragments were used to construct chimeric proteins for each virus, whose structural prediction and molecular dynamics analyses indicated their thermodynamic equilibrium and structural stability. Therefore, computational analyses enabled the rational development of stable and feasible multi-epitope markers for future specific serodiagnosis of Dengue, Zika, and Chikungunya.