Под руководством аспиранта UCSF Майкла Шуфа группа исследователей создала полностью синтетическую молекулу, которая блокирует важнейший механизм SARS-CoV-2, не позволяя вирусу заражать человеческие клетки. Соответствующий отчет опубликован на сервере препринтов bioRxiv. Лабораторные исследования показали, что сконструированная молекула является одним из наиболее эффективных инструментов в борьбе с коронавирусом.
Аэрозоль, в состав которого входит синтезированное вещество, назвали «AeroNabs». Его можно вводить самостоятельно при помощи ингалятора или как обычный назальный спрей раз в сутки.
«Мы рассматриваем AeroNabs как молекулярную форму средств индивидуальной защиты, которая могла бы служить надежным временным барьером до тех пор, пока не появится вакцина от COVID-19, — заявил соавтор AeroNabs Питер Уолтер, профессор биохимии и биофизики в Калифорнийском университете, сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза. — Кроме того, для тех, кто не сможет получить доступ к вакцине или будет невосприимчив к ней, AeroNabs сможет обеспечить и постоянную защиту».
Довольно любопытно, что молекулы для AeroNabs были разработаны на основе нанотел, белков, подобных антителам, которые в природе встречаются у лам и верблюдов. С момента открытия в бельгийской лаборатории в конце 1980-х уникальные свойства нанотел заинтриговали ученых всего мира.
«Хотя они действуют так же, как антитела, обнаруженные в иммунной системе человека, нанотела обладают рядом уникальных преимуществ против SARS-CoV-2», — пояснил соавтор изобретения Аашиш Манглик, доктор медицинских наук, доцент кафедры фармацевтической химии.
Манглик в своей лаборатории специализируется на разработке нанотел с различными функциями, а потому сразу выделил сильные стороны этих белков.
Например, нанотела на порядок меньше человеческих антител, поэтому ими легче манипулировать и модифицировать в лаборатории. Их небольшой размер и относительно простая структура также делают их значительно более стабильными, по сравнению с антителами других млекопитающих. Кроме того, в отличие от человеческих антител, нанотела можно легко и недорого производить в больших объемах, используя в качестве «фабрик по производству» бактерии E.Coli или дрожжи. Аналогичный метод безопасно использовался в течение десятилетий для массового производства инсулина.
Но, как отметил Манглик, «нанотела были для нас только отправной точкой. Хоть они и хороши сами по себе, мы думали, что можем улучшить их с помощью белковой инженерии. Это в конечном итоге привело к разработке AeroNabs».
SARS-CoV-2 использует так называемые spike-белки для заражения клеток. Они покрывают поверхность вируса, из-за чего вирус внешне напоминает корону при взгляде на него в электронный микроскоп: отсюда и название вирусного семейства, куда входит и SARS-CoV-2, — «коронавирусы».
Лучшие научные фото 2020 года — в нашей галерее:
Spike-белки могут находиться в двух состояниях: активном и неактивном. Когда какой-либо из примерно 25 спайков вирусной частицы активизируется, его составные части становятся готовы прикрепиться к рецептору ACE2, которым обладают клетки дыхательных путей.
Спайк и рецептор взаимодействуют по типу «ключ-замок», что позволяет вирусу проникнуть в клетку и превратить ее в фабрику по производству копий SARS-CoV-2. Исследователи планировали разработать нанотела, которые бы не давали взаимодействовать Spike-белкам с рецепторами АСЕ2, — и им это удалось.
Ученым пришлось проанализировать более двух миллиардов синтетических нанотел, что в итоге позволило им выбрать 21 экземпляр, наиболее подходящий для блокирования Spike-белков. Впоследствии оказалось, что самыми эффективными из них являются те, которые крепятся непосредственно к белкам коронавируса.
Далее было необходимо удостовериться, что эти нанотела будут эффективно предотвращать заражение клеток настоящим вирусом. Вероника Резель, вирусолог из лаборатории Марко Виннуцци, сотрудник Института Пастера в Париже, проверила три самых многообещающих нанотела против живого SARS-CoV-2 и обнаружила, что они обладают необычайно мощным действием, предотвращая заражение даже при очень малых дозах.
Причем наиболее мощные из этих нанотел блокируют не только активированный spike-белок, но и сжимают его в закрытом состоянии, что обеспечивает дополнительную защиту от его взаимодействия с рецептором АСЕ2.
Чтобы превратить синтезированные нанотела в еще более мощный противовирусный препарат, ученые сконструировали гибридный аппарат из трех нанотел, который гарантировал, что если хотя бы одно из них соединится со spike-белком, то аналогичным образом сработают и другие. Такой гибрид оказался в 200 тысяч раз мощнее одиночного нанотела.
Кроме того, исследователи также смогли обнаружить два специфических участка, изменения в которых приводили к 500-кратному повышению эффективности нанотел.
И когда они использовали результаты обеих модификаций, соединив вместе три мощных мутировавших нанотела, результаты оказались многообещающими. «Когда мы объединили результаты обеих модификаций, показатели эффективности оказались за гранью наших возможностей по их измерению», — заявил Уолтер.
В заключительной серии экспериментов исследователи провели серию стресс-тестов: подвергли гибридные нанотела воздействию высоких температур, превратили их в стабильный порошок для хранения и создали аэрозоль. Каждый из этих процессов сильно повреждает большинство белков, но ученые подтвердили, что благодаря присущей нанотелам стабильности потери противовирусной активности в аэрозольной форме не наблюдалось. Это позволяет предположить, что AeroNabs являются мощным противовирусным средством SARS-CoV-2, которое при этом можно долго хранить.
Сейчас исследовательская группа ведет активные переговоры с коммерческими партнерами, чтобы масштабировать производство и клинические испытания AeroNabs. В случае успеха AeroNabs должны стать широко доступным недорогим безрецептурным лекарством для профилактики и лечения COVID-19.
Читайте также:
Смотрите наши видео:
