Миллионы лет назад неизвестный общий предок современных лам, верблюдов и альпака подвергся необычной генетической мутации. Этот эволюционный случай дал ламам и их сородичам особый тип антител, которых нет ни у одного другого млекопитающего. Как ни удивительно, они могут помочь в борьбе с опасным вирусом COVID-19.
Подробнее об исследовании
Исследователи из Института Розалинд Франклин и Оксфордского университета сообщили об открытии двух видов антител ламы, также называемых нанотелами, которые могут предотвратить заражение человеческих клеток вирусом COVID-19. Нанотела могут блокировать взаимодействие между вирусом и клеткой человека.
Как и все антитела, нанотела, обнаруженные профессор Реем Оуэнсом и его командой, обладают способностью распознавать и прикрепляться к определенному месту на определенном белке — в данном случае к так называемым спайковым белкам, покрывающим поверхность нового коронавируса. Когда эти шипы цепляются за ACE2, белок, который находится снаружи многих человеческих клеток, коронавирус может проникнуть и заразить эти клетки. Если спайковые белки блокируются от присоединения к ACE2, вирус будет находиться вокруг, не нанося при этом вреда организму.
Антитела, разработанные для медицинского лечения, сначала выделяют у лабораторных животных, таких как кролики, а затем генетически модифицируют, чтобы они как можно больше походили на человеческие. Но некоторые виды, в том числе ламы и их собратья верблюды, обладают весьма необычными антителами.
Преимущества нанотел
Эти крошечные молекулы имеют свои особые преимущества. Они блокируют связывание спайкового белка с ACE2. Кроме того, они очень стабильны. В отличие от большинства антител, они сохраняют свою форму в экстремальных условиях, таких, например, как человеческий желудок.
Учитывая эти преимущества, нанотела были разработаны для лечения различных заболеваний. Одно из них даже было одобрено FDA для борьбы с раком. Метод разработки нанотел включает в себя инъекцию безвредной частицы патогена в организм животного. После того как установится иммунный ответ, ученые извлекают антитела.
Но прививка ламы и извлечение ее нанотел - это долгий процесс, который занимает несколько месяцев. Сегодня ученые, занимающиеся разработкой вакцины против коронавируса, не могут так долго ждать. Поэтому Оуэнс и его коллеги пошли другим путем.
Нанотела для борьбы с новым вирусом
Ученые начали с огромного набора нанотел, которые ранее были взяты у лам. Затем они использовали спайковый белок, чтобы "выловить" любые нанотела, которые могли бы к нему прикрепиться. Эта стратегия позволила ученым быстро идентифицировать нанообъект, обладающий потенциалом против SARS-CoV-2.
К сожалению, эта наночастица не прикрепилась к белку достаточно плотно, чтобы эффективно блокировать проникновение нового коронавируса в клетки. Поэтому Оуэнс и его команда произвольно мутировали область нанообъекта в надежде создать более плотную связь. И им это удалось: в присутствии достаточно большого количества одного из мутировавших нанотел SARS-CoV-2 был совершенно неспособен проникать в клетки человека.
Другой ученый - Маклеллан - и его команда, опубликовавшие свое открытие в журнале Cell в мае, использовали другую стратегию. У них уже были разработки наночастиц против SARS-CoV-1, коронавируса, вызвавшего эпидемию атипичной пневмонии в 2002 и 2004 годах. Они обнаружили, что эта же наночастица способна противостоять современному вирусу.
Какой из двух типов нанотел эффективнее в борьбе с новым вирусом: ответ ученых
Ученые считают, что два нанотела лучше, чем одно, для лечения COVID-19. По их мнению, они могут быть использованы одновременно, чтобы, возможно, создать аддитивный или синергетический эффект. Поскольку нанотела, обнаруженные каждой группой, прикрепляются к белку в разных точках, при совместном использовании они могут объединиться, чтобы еще больше затруднить соединение вируса с ACE2.
Но ученые также говорят, что это временные меры. Они все еще ждут, когда ламы, которых они подвергли воздействию спайкового белка, произведут свои собственные нанотела SARS-CoV-2.
Исследователи надеются, что их нанотела могут оказаться эффективными средствами лечения людей, которые болеют COVID-19 в тяжелой форме. В то время как иммунная система пациента борется за адекватный иммунный ответ, нанотела и другие типы антител могут функционировать в качестве экстренной меры для предотвращения проникновения SARS-CoV-2 в большее количество их клеток.
Достоинства лечения нанотелами
То же самое обоснование лежит в основе лечения, которое включает инъекцию пациенту плазмы от человека, перенесшего коронавирус. Но переливание крови, хоть и эффективная мера помощи, но сопряжено с риском заражения инфекциями и зависит напрямую от того, сколько людей сдадут кровь. Ученые полагают, что до тех пор, пока вакцина не станет доступной, лечение антителами может использоваться в качестве краткосрочной защиты для медицинских работников и семей пациентов.
Нанотела могут быть более удобными для работы. Из-за своих маленьких размеров они гораздо легче перемещаются по тканям тела, поэтому их необязательно вводить пациентам. Они могут вдыхаться непосредственно в легкие, где и происходит развитие респираторных инфекций.
Более того, их проще производить. Небольшой размер нанотел означает, что они могут быть получены в бактериях. А значит, что их производство требует гораздо меньше затрат, чем получение стандартных антител, которые реально получить только из клеток животных.
Джейкоб Глэнвилл, президент и генеральный директор Distributed Bio, биотехнологической компании, которая разрабатывает традиционные антитела для использования против нового коронавируса, считает, что простота производства является существенным аргументом в их пользу.
В долгосрочной перспективе Маклеллан надеется, что антитела ламы не только помогут побороть смертоносный вирус, а и предотвратят повторение пандемии в будущем. Ученые также надеются, что если в будущем произойдет очередная вспышка коронавируса, им уже удастся получить антитела, которые с первого дня будут нейтрализовать вирус.