Хотя пандемия COVID-19 официально завершилась, продолжают возникать новые штаммы вируса SARS-CoV-2. Большинство антител, известных ученым ранее, не способны эффективно нейтрализовать все существующие варианты. Ученые из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН обнаружили и изучают наноантитела лам, демонстрирующие активность против различных штаммов коронавируса. Статья об этом опубликована в международном журнале Vaccines.
«Современные варианты коронавируса не представляют существенной угрозы, поскольку со временем он адаптируется к человеческой популяции и оптимизирует свое распространение. Однако важно четко определить, какие группы населения наиболее уязвимы. Наибольшему риску подвержены люди с ослабленным иммунитетом, в том числе пациенты с хроническими заболеваниями, онкологические больные, пожилые люди, лица с аутоиммунными расстройствами и те, кто принимает препараты, подавляющие иммунную систему. У большинства здоровых взрослых людей новые варианты вируса протекают относительно легко. Тем не менее, группа риска остается значительной: в нашей стране миллионы людей имеют ослабленный иммунитет», — рассказывает участник исследовательских проектов лаборатории инженерии антител ИМКБ СО РАН Павел Юрьевич Десюкевич.
Вирусы характеризуются высокой степенью генетической изменчивости. Иммунная система вырабатывает антитела, направленные против конкретного варианта вируса, однако в процессе размножения в организме вирус претерпевает генетические изменения. Это приводит к модификации участков, кодирующих вирусные белки и распознаваемых антителами, что позволяет вирусу постоянно избегать воздействия иммунной защиты.
Главная цель исследований ученых заключается в разработке антител, способных распознавать сразу несколько различных форм вируса. Такие антитела сохранят свою эффективность на протяжении длительного периода и обеспечат защиту пациентов, вне зависимости от преобладающего штамма.
«Белки, называемые антителами, вырабатываются иммунной системой для защиты организма от инфекций. Их структура специфична и позволяет им распознавать и взаимодействовать с чужеродными агентами, например, вирусами и бактериями. Каждое антитело у человека формируется из четырех белковых цепей: двух легких и двух тяжелых. Они создают уникальную конфигурацию, благодаря которой антитело может точно взаимодействовать с определенным веществом», — говорит старший научный сотрудник лаборатории инженерии антител ИМКБ СО РАН, кандидат биологических наук Сергей Владимирович Гусельников.
У лам антитела имеют иную организацию, чем у людей. В их составе присутствуют только две тяжелые цепи, легкие отсутствуют. В связи с этим, распознавание антигена происходит благодаря лишь одной части молекулы. Помимо этого, благодаря меньшим размерам, эти антитела обладают характерной особенностью: место контакта с чужеродным антигеном не выступает вовне, а сформировано углублениями и канавками. Данная структура повышает эффективность и специфичность взаимодействия с антигеном. Чужеродные вещества, например вирусы, нередко стремятся избежать распознавания со стороны человеческих антител, используя разнообразные механизмы маскировки. Однако строение антител лам делает их менее восприимчивыми к этим механизмам, что обеспечивает надежное связывание даже с труднодоступными участками вирусов», — отмечает старший лаборант-исследователь лаборатории иммуногенетики ИМКБ СО РАН Павел Павлович Солодков.
Ученые приступили к работе с несколькими антигенораспознающими фрагментами антител, причем каждый из них способен связываться с различными областями белка коронавируса и нейтрализовать определенную его разновидность. Целью являлось выявление оптимальной комбинации нескольких антительных фрагментов, способных одновременно обезвреживать все известные варианты коронавируса.
«Наноантитела, в отличие от полноразмерных, не нуждаются в парной сборке тяжелой и легкой вариабельных цепей, что значительно упрощает проведение генно-инженерных манипуляций и повышает эффективность работы с ними. Также, лам можно многократно иммунизировать, контролируя дозу и режим 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.
Изначально исследователи применяли несколько отдельных антител, полученных от ламы, каждое из которых эффективно нейтрализовало лишь небольшое количество вариантов коронавируса. Объединив эти антитела в биспецифическое (двойное) антитело, ученые получили препарат, способный нейтрализовать гораздо более широкий спектр вирусных штаммов. Терапевтическое применение антител данного типа возможно даже при их минимальной концентрации, что значительно увеличивает ценность проведенных исследований. Полученные результаты были сопоставлены с характеристиками наиболее эффективных антител, разработанных специалистами во всем мире, и новая комбинация продемонстрировала выдающиеся показатели.
Для определения эффективности разрабатываемых лекарственных средств исследователи проводят испытания на животных (используя хомяков и мышей) совместно с Федеральным исследовательским центром фундаментальной и трансляционной медицины. В ходе этих экспериментов было продемонстрирована способность ряда антител, полученных от человека и ламы, к нейтрализации вируса SARS-CoV-2.
«Наноантитела ламы стали перспективным направлением в современной науке, и уже несколько антител, разработанных на их основе и предназначенных для человека, проходят различные этапы клинических испытаний. В нашей лаборатории разработан комплексный пайплайн для получения таких антител не только против коронавируса, но и против широкого спектра патогенов. В настоящее время исследование находится на завершающей стадии: предстоит проверка разработанных антител на новейших вариантах коронавируса, — отметил Антон Чикаев.
Несмотря на значительные достижения ученых, биотехнологические компании пока не проявляют большой заинтересованности в использовании новой технологии. Исследователи выражают обеспокоенность этой ситуацией, поскольку коронавирус остается активным и нуждается в действенных методах борьбы с ним.
Подготовка материала стала возможной благодаря гранту Министерства науки и инноваций Российской Федерации в рамках проведения Десятилетия науки и технологий.