Инженерные нанотела как спасители при атаке вариантов SARS-CoV-2
Ученые разрабатывают новую стратегию в затянувшейся борьбе с вирусом SARS-CoV-2, создавая нанотела, способные нейтрализовать варианты вируса двумя разными способами.
В лабораторных исследованиях были идентифицированы две группы молекул, эффективных против вариантов вируса. Используя разные механизмы, нанотела в каждой группе обходили мутации и блокировали способность вируса связываться с рецептором ACE2, который позволяет ему проникать в клетки хозяина.
Хотя вакцинация позволяет возобновить некоторые допандемийные виды деятельности, SARS-CoV-2 быстро обходит вакцины за счет мутаций. В этом исследовании нанотела нейтрализовали три появляющихся варианта: Alpha, Beta и Gamma.
"Компании уже начали вводить варианты, вызывающие озабоченность, в конструкцию бустерных доз существующих вакцин, — сказал Кай Сюй, соавтор исследования. — Но вирус постоянно мутирует, и скорость мутации может быть выше, чем мы можем охватить. Поэтому нам необходимо использовать несколько механизмов для контроля распространения вируса".
Ускоренный предварительный просмотр статьи опубликован онлайн в Nature.
Нанотела — это антитела, полученные из иммунизации верблюжьих млекопитающих (верблюды, ламы, альпаки), которые можно перепроектировать в крошечные молекулы, имитирующие структуру и функции человеческих антител.
Для этой работы исследователи иммунизировали лам для получения однодоменных антител против SARS-CoV-2. Они также иммунизировали "наномышей" — трансгенных мышей с геном верблюжьих, созданных для генерации нанотел, подобных тем, что производят верблюжьи.
Команда усилила силу нанотел, сначала иммунизируя животных рецептор-связывающим доменом (RBD) вирусного спайк-белка, а затем делая бустерные инъекции, содержащие весь спайк-белок.
"Используя эту стратегию последовательной иммунизации, мы получили нанотела, которые могут захватывать вирион, распознавая рецептор-связывающий домен с очень высоким сродством", — сказал Сюй.
Ученые протестировали нейтрализующую способность разных нанотел, картировали поверхность RBD, провели функциональный и структурный анализ и измерили силу их сродства, чтобы сузить круг кандидатов с большой библиотеки до шести молекул.
Коронавирус высокоинфекционен, потому что он очень прочно связывается с рецептором ACE2, чтобы получить доступ к клеткам легких и носовой полости человека, где создает свои копии для заражения других клеток. Рецептор-связывающий домен на спайк-белке имеет фундаментальное значение для успешного прикрепления к ACE2.
"Интерфейс RBD-ACE2 находится на вершине рецептор-связывающего домена — эта область является основной мишенью для защитных человеческих антител, генерируемых вакцинацией или предыдущей инфекцией, чтобы блокировать вирусное проникновение, — сказал Сюй. — Но это также область, часто мутирующая в вариантах".
Два механизма нейтрализации:
- Распознавание консервативного региона: Некоторые нанотела могут связываться с консервативной (малоизменчивой) областью RBD — скрытым местом, слишком узким для доступа человеческих антител. Прикрепление в этом месте, даже на некотором расстоянии от точки соединения RBD с ACE2, все равно блокирует проникновение SARS-CoV-2 в клетку-хозяин.
- Нацеливание на интерфейс RBD-ACE2: Другая группа нанотел, привлекаемая к интерфейсу RBD-ACE2, в исходной форме не могла нейтрализовать некоторые варианты. Однако, когда исследователи сконструировали эту группу как гомотримеры (три копии, связанные в тандеме), нанотела достигли мощной нейтрализации вируса. Такое же изменение структуры нанотел, связывающихся с консервативной областью RBD, также повысило их эффективность.
Предстоит еще много исследований, но результаты показывают, что нанотела могут стать перспективным инструментом для предотвращения смертности от COVID-19, когда вакцины окажутся скомпрометированы.
"Наш будущий план — дальше выделять антитела, специфичные против появляющихся вариантов, для терапевтической разработки и найти лучшее решение для вакцин, опираясь на знания об этих антителах", — сказал Сюй.