Несмотря на то что пандемия COVID-19 формально закончилась, продолжают появляться новые штаммы вируса SARS-CoV-2. Лишь немногие антитела, известные ученым ранее, способны нейтрализовать весь широкий спектр его вариантов. Специалисты из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН выявили и исследуют наноантитела лам, активные против различных штаммов коронавируса. Статья об этом опубликована в международном журнале Vaccines.
В пробирках находятся ДНК, кодирующие антитела ламы. Фото Ирины Барановой
«Новые варианты коронавируса не сильно опасны, ведь со временем он приспосабливается к человеческой популяции и оптимизирует свое распространение среди людей. Тем не менее стоит четко обозначить, кому именно новые штаммы угрожают сильнее всего. Наиболее опасно заболевание для людей с ослабленным иммунитетом. К ним относятся пациенты с хроническими заболеваниями, онкобольные пациенты, пожилые люди, лица с аутоиммунными расстройствами, принимающие лекарства, подавляющие иммунитет. Большинство здоровых взрослых людей переносят новые варианты вируса относительно легко. Несмотря на это, группа риска все равно велика: в нашей стране миллионы людей входят в категорию тех, чей иммунитет ослаблен», — рассказывает участник исследовательских проектов лаборатории инженерии антител ИМКБ СО РАН Павел Юрьевич Десюкевич.
Все вирусы сильно подвержены генетической изменчивости. Антитела в иммунной системе вырабатываются против одного варианта, но постепенно при размножении в организме вирус меняется генетически, и те участки, которые кодировали вирусные белки и узнавались антителами, меняются. В результате вирус постоянно ускользает от действия иммунитета.
Основная задача ученых — найти антитела, узнающие сразу несколько различных вариантов вируса. Они будут актуальны долгое время и смогут защищать пациентов, независимо от того, какой штамм сейчас доминирует.
«Антитела — это белки, производимые иммунной системой организма для защиты от инфекций. Они имеют специфичную структуру, позволяющую распознавать и связываться с чужеродными агентами, такими как вирусы и бактерии. У человека каждое антитело состоит из четырех белковых цепей: двух легких и двух тяжелых. Эти цепи образуют уникальную форму, которая позволяет антителу точно соответствовать своей цели», — отмечает старший научный сотрудник лаборатории инженерии антител ИМКБ СО РАН кандидат биологических наук Сергей Владимирович Гусельников.
Антитела у лам устроены иначе, чем у человека. Они содержат только две тяжелые цепи, без легких. «Из-за отсутствия второй области распознавание антигена осуществляется всего одной частью. Кроме того, из-за своего меньшего размера они обладают уникальной особенностью: место контакта на чужеродном веществе-антигене не выпуклое, а представляет собой углубления и канавки. Такая структура делает взаимодействие с антигеном более эффективным и специфичным. Чужеродные вещества, включая вирусы, часто пытаются уклоняться от распознавания человеческими антителами, используя различные механизмы маскировки. Однако структуры антител лам делают их менее уязвимыми перед этими механизмами, обеспечивая надежное связывание даже с труднодоступными участками вирусов», — говорит старший лаборант-исследователь лаборатории иммуногенетики ИМКБ СО РАН Павел Павлович Солодков.
Исследователи начали работу с несколькими антигенораспознающими фрагментами антител лам, каждый из которых мог прикрепляться к разным участкам белка коронавируса и обезвреживать определенную группу его разновидностей. Задача состояла в том, чтобы подобрать сочетание нескольких фрагментов антител, справляющееся абсолютно со всеми известными вариантами коронавируса одновременно.
«В отличие от полноразмерных антител, наноантитела не требуют парной сборки тяжелой и легкой вариабельных цепей, что сильно облегчает проведение генно-инженерных манипуляций и делает работу с ними проще и эффективнее. Кроме того, лам можно многократно иммунизировать с контролем дозы и режима введения вирусных белков для стимуляции вирус-специфического иммунитета. В то время как доноров человеческих антител приходится выбирать из очень ограниченного круга людей, одновременно перенесших инфекцию, прошедших вакцинацию и имеющих высокие титры антител», — комментирует старший научный сотрудник лаборатории инженерии антител ИМКБ СО РАН кандидат биологических наук Антон Николаевич Чикаев.
Исходно исследователи использовали несколько отдельных антител ламы, каждое из которых нейтрализовало лишь ограниченную группу вариантов коронавируса. Когда эти антитела объединили в единое биспецифическое (двойное) антитело, оно показало способность нейтрализовать намного большее разнообразие вирусных штаммов. Терапия на основе таких антител действует даже при их крайне низкой концентрации, что существенно повышает практическое значение работы. Результаты сопоставляли с лучшими антителами, разработанными учеными по всему миру, и новая комбинация демонстрирует высокие показатели эффективности.
Для оценки действенности разрабатываемых препаратов ученые проводят тесты на животных моделях (хомяках и мышах) в сотрудничестве с Федеральным исследовательским центром фундаментальной и трансляционной медицины. В этих экспериментах ученые показали эффективность ряда антител человека и ламы в отношении нейтрализации SARS-CoV-2.
«Антитела на основе наноантител ламы — это новое направление, которое набирает популярность в мире; уже существует несколько антител, предназначенных для человека, но созданных на основе наноантител ламы, которые проходят различные стадии клинических испытаний. В нашей лаборатории, в свою очередь, имеется целый отработанный пайплайн (последовательность этапов) для получения таких антител не только к коронавирусу, но и к любым другим патогенам. Сейчас исследование находится на завершающей стадии: осталось провести проверку разработанных антител на последних появившихся вариантах коронавируса», — подытожил Антон Чикаев.
Хотя ученые добились больших успехов, биотехнологические предприятия пока не спешат применять новую технологию. Исследователи обеспокоены отсутствием интереса с их стороны, ведь коронавирус все еще активен и требует эффективных решений.
Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
