Разработан метод, который может сократить один из важных этапов в разработке современных вакцин
Ученые из Scripps Research разработали метод, который может сократить один из важных этапов в разработке современных вакцин.
Исследователи, чья работа опубликована в журнале Science Advances 19 января 2022 года, показали, что они могут использовать низкотемпературную электронную микроскопию высокого разрешения (крио-ЭМ) для быстрого определения характеристик антител, вызванных вакциной или инфекцией, которые связываются с желаемой мишенью вируса на атомном уровне.
"Пандемия COVID-19 подчеркнула необходимость в надежных и быстрых вакцинных и противовирусных технологиях", - говорит старший автор исследования Эндрю Уорд, доктор философии, профессор кафедры интегративной структурной и вычислительной биологии Scripps Research. "Мы уверены, что наш новый подход поможет удовлетворить эту потребность, значительно упростив процесс обнаружения антител".
"Традиционно выявление антител, полезных против вируса, включает в себя трудоемкую сортировку и тестирование В-клеток, вырабатывающих антитела, чтобы найти нужные - процесс, который занимает месяцы", - говорит постдокторский научный сотрудник и соавтор первого исследования Александр Антанасиевич, доктор философии.
"С помощью этого нового метода мы можем пройти путь от сбора образцов крови у инфицированных или иммунизированных пациентов до выявления всех интересующих нас антител примерно за десять дней", - добавляет штатный научный сотрудник и соавтор исследования Чарльз Боуман.
Прорыв исследователей отчасти стал возможен благодаря недавним усовершенствованиям в крио-ЭМ - технологии, которая использует пучок электронов для освещения и получения изображений объектов, расположенных гораздо ниже масштаба обычной световой микроскопии. Например, в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications в августе, исследователи использовали крио-ЭМ с высоким разрешением для быстрого и точного картирования мест связывания антител у макак-резусов с синтетическими версиями белка оболочки ВИЧ, которые разрабатываются для потенциальных вакцин против ВИЧ.
В новом исследовании команда сделала еще один шаг вперед в этом направлении. Они использовали компьютерный алгоритм "структура-последовательность", который может связать структуру антитела, определенную с помощью крио-ЭМ, с последовательностью ДНК, создающей эту структуру. Для этого они собрали библиотеку всех последовательностей ДНК, кодирующих антитела у обезьян, полученную путем быстрого секвенирования генетического материала В-клеток, вырабатывающих антитела, из лимфатических узлов животных.
Применив алгоритм к данным крио-ЭМ и библиотеке последовательностей антител, ученые смогли надежно сопоставить интересующее их антитело на крио-ЭМ изображениях с уникальным антителом, определенным в базе данных последовательностей.
Исследователи показали, что они могут подтвердить точность результата, создав копии этого уникального, "моноклонального" антитела, используя данные о последовательности, и проверив с помощью крио-ЭМ, что антитело связывается идентично первоначально полученному изображению антитела.
Сейчас ученые совершенствуют свою методику, чтобы оптимизировать ее скорость и удобство использования, и применяют ее в нескольких областях: для быстрой оценки реакции антител человека на экспериментальные вакцины против ВИЧ; для разработки методов лечения аутоиммунных заболеваний, блокирующих антитела; и для обнаружения антител, которые могут терапевтически поражать другие белковые мишени на клетках.
Они ожидают, что будущие усовершенствования технологии крио-ЭМ и алгоритмов преобразования структуры в последовательность позволят еще быстрее идентифицировать антитела, используя только структурные изображения высокого разрешения, без необходимости секвенирования ДНК В-клеток.
"Такой подход к определению структуры к последовательности имеет большой потенциал в иммунологии и за ее пределами", - говорит Антанасиевич. "Мы предполагаем, что когда-нибудь его можно будет использовать для изучения взаимодействия белка с белком в целом, например, для выявления партнеров данного белка по связыванию".
