Команда биологов из Питтсбургского университета[1] специализируются на поиске нанотел — небольших высокоспецифичных фрагментов антител, вырабатываемых ламами и верблюдами.
Нанотела особенно привлекательны для разработки в терапевтических целях, потому что они просты в производстве и биоинженерии. Кроме того, они обладают высокой стабильностью и растворимостью, их можно распылять и вдыхать, а не вводить внутривенно, как традиционные антитела.
Когда ламу иммунизируют патогеном иммунная система животного производит множество зрелых нанотел примерно за два месяца. Затем нужно определить, какие нанотела лучше всего нейтрализуют патоген и наиболее перспективны для разработки методов лечения людей.
Обычно этот процесс очень сложен, но новая методика, разработанная учеными, помогает идентифицировать такие высокоэффективные нанотела из иммунизированной сыворотки ламы в течение нескольких дней.
После взятия образца крови ламы, исследователи выделяют те нанотела, которые специфически связываются с интересующей целью на патогене. Затем нанотела разбиваются, чтобы высвободить небольшие пептиды «отпечатков пальцев», уникальные для каждого нанотела. Эти пептиды помещаются в масс-спектрометр, который измеряет их массу. Зная их массу, ученые могут определить их аминокислотную последовательность, то есть вычислить белковые строительные блоки, которые определяют структуру нанотела.
Одновременно аминокислотная последовательность загружается в компьютер, оснащенный программным обеспечением искусственного интеллекта. Быстро просматривая горы данных, программа «узнает», какие нанотела сильнее всего связываются с патогеном.
Так, например, в случае большинства доступных в настоящее время терапевтических средств против COVID-19 это белок шипа. Однако недавно стало ясно, что некоторые участки на шипе склонны к мутациям, которые меняют его форму и позволяют «ускользать» от антител. Новый подход позволяет выбирать те участки шипа, которые эволюционно стабильны и, следовательно, с меньшей вероятностью изменяться в новых вариантах вируса.
От аминокислот исследователи возвращаются к ДНК — указаниям по созданию большего количества нанотел. Их вводят в чаны с бактериальными клетками, которые действуют как мини-фабрики, производя на порядки больше нанотел по сравнению с человеческими клетками, необходимыми для производства традиционных антител. Бактериальные клетки удваиваются за 10 минут, а вместе с ними удваиваются и нанотела. Для сравнения человеческим клеткам на это требуется 24 часа.
Новая технология резко снижает стоимость производства терапевтических антител. Она может быть полезной для разработки лекарств не только против COVID-19, но и для лечения рака и нейродегенеративных заболеваний. Этот метод можно использовать и в персонализированной медицине, разрабатывая специфические методы лечения мутировавших супербактерий, которые не поддаются лечению антибиотиками.
Использованы фото Shutterstock/FOTODOM UKRAINE
- Yufei Xiang, Zhe Sang, Lirane Bitton, Jianquan Xu, Yang Liu, Dina Schneidman-Duhovny, Yi Shi. Integrative proteomics identifies thousands of distinct, multi-epitope, and high-affinity nanobodies. Cell Systems, Feb. 15, 2021; DOI: 10.1016/j.cels.2021.01.003
