Новый подход к 2D-скринингу библиотеки антител поможет бороться даже с мутирующими патогенами

Ученые представили комплексную платформу, которая позволяет быстро — в течение месяца — разрабатывать высокоэффективные терапевтические антитела против новых штаммов SARS-CoV-2 и других вирусов. Авторы составили библиотеку белковых фрагментов и с ее помощью обнаружили антитела, распознающие даже мутирующий патоген с 95–99% эффективностью. Предложенный подход поможет бороться не только с вирусными, но и с бактериальными и аутоиммунными заболеваниями. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Communications Biology.

Для лечения вирусных инфекций у людей с ослабленным иммунитетом и пожилых пациентов используют терапевтические антитела — белки, которые помогают иммунной системе бороться с заболеваниями. Например, существует несколько препаратов на основе антител для лечения COVID-19. Часто такие молекулы выделяют из сыворотки крови выздоравливающих пациентов. В ней содержатся В-клетки, которые, когда распознают что-то опасное — например, бактерию или вирус, — производят антитела для защиты организма. Однако выделение потенциально терапевтических моноклональных, то есть индивидуальных, антител затруднено из-за крайне низкой доли специфичных к интересующему вирусу В-клеток в крови. Кроме того, при стандартном подходе поиска моноклональных антител, эффективных против нового малоизученного патогена, обычно требуется значительное время (более полугода) — и некоторые вирусы, например, SARS-CoV-2, успевают мутировать. В результате этого участок, который изначально распознавали антитела, изменяется, и защитные молекулы теряют способность нейтрализовать патоген. Поэтому необходим более быстрый и эффективный способ получения антител, в том числе против быстро мутирующих вирусов.

Ученые из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (Москва) предложили платформу для быстрого получения высокоэффективных вирус-нейтрализующих антител из сыворотки переболевших и вакцинированных доноров. В качестве модели в исследовании использовался уже хорошо изученный вирус SARS-CoV-2. Авторы взяли образцы крови у пяти пациентов. Двое из них переболели COVID-19 в легкой форме. Еще трое были добровольцами, получившими две дозы российской вакцины Sputnik V.

Сначала образцы крови испытали на способность нейтрализовать вирус, используя псевдовирусные частицы, и оказалось, что плазма и переболевших COVID-19, и вакцинированных достаточно эффективно нейтрализует SARS-CoV-2. Это происходит из-за наличия антител, которые связываются с S-белком в оболочке вируса. Затем авторы выделили из образцов крови В-клетки, часть из которых производят специфичные к коронавирусу антитела. Исследователи определили структуру всех возможных антител, которые вырабатывают такие В-клетки, и составили их библиотеки, в которые вошли тысячи последовательностей. Для дальнейшего обнаружения специфичных к SARS-CoV-2 моноклональных антител ученые использовали библиотеку фрагментов S-белка коронавируса, размещенных на поверхности бактериофагов — частиц, в данном случае выступающих в качестве носителей, с помощью которых из множества В-клеток можно было отобрать только те, что распознают коронавирусный S-белок.

Данный подход позволяет отбирать нейтрализующие антитела с эффективностью 95–99% — в разы быстрее, чем с помощью используемых на сегодняшний день подходов (от 3 до 6 недель против полугода). Кроме того, метод можно использовать при разработке лекарств от новых малоизученных инфекций или при быстрой мутации старых патогенов, например коронавируса или вируса гриппа. Благодаря этому платформа может стать одним из инструментов для предотвращения будущих пандемий. Более того, этот подход можно применить для лечения не только вирусных инфекций, но и бактериальных, онкологических и аутоиммунных заболеваний, ведь для борьбы с ними организму тоже нужны антитела.

«Предложенный подход поможет в случае новой эпидемии разрабатывать терапевтические антитела за максимально короткие сроки (около 1–2 месяцев). Для сравнения, в случае пандемии COVID-19 получение первых терапевтических антител заняло более полугода, хотя потом, после детального изучения механизмов действия SARS-CoV-2, последующие антитела разрабатывались уже быстрее. В дальнейшем с использованием данной платформы мы планируем изучить профиль антител для аутоиммунных и онкологических заболеваний, что поможет улучшить существующие методы терапии данных болезней», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Яков Ломакин, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биокатализа ИБХ РАН.