24 сентября 2020, четверг, 01:41
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Ламы, нанотела и COVID-19

Лама
Лама
Danny Barron/Flickr

Особенности иммунной системы лам могут стать критически важными в борьбе с COVID-19. В исследовании, опубликованном недавно в журнале Nature Structural & Molecular Biology, ученые объявили о создании двух нанотел, которые способны блокировать проникновение коронавируса SARS-CoV-2 в клетки человека.

История нанотел началась в 1989 году, когда группа ученых из Свободного университета Брюсселя исследовала иммунную систему одногорбых верблюдов и обнаружила необычный тип антител, который не встречался ранее ни у каких животных. Напомним, что антитела представляют собой молекулы белка, состоящие из четырех цепочек аминокислот, соединенных между собой дисульфидными связями так, что в целом молекула имеет форму буквы Y. Из четырех аминокислотных цепочек две называются тяжелыми, а две — легкими. Тяжелые цепочки идут по всей длине буквы Y, легкие дублируют их в раздвоенной части молекулы.

Как обнаружили Реймонд Хэмерс (Raymond Hamers) и его коллеги, у верблюдов нашлись антитела, где не было легких цепочек вообще. Об этом открытии ученые рассказали в 1993 году в журнале Nature. Позже аналогичные антитела нашлись у родственников верблюдов — лам, альпак и викуний. А затем и среди животных совсем другой группы — хрящевых рыб: пятнистого воббегонга (Orectolobus maculates), усатой акулы-няньки (Ginglymostoma cirratum) и семейства химеровых (Chimaeridae).Считается, что антитела из тяжелых цепочек (heavy-chain antibody) возникли у хрящевых рыб и верблюдовых независимо и представляют собой пример конвергентной эволюции.

 

Антитела из тяжелых цепочек у акул (слева), верблюдовых (в центре) в сравнении с обычным антителом — иммуноглобулином G (справа). Тяжелые аминокислотные цепочки окрашены в темный цвет, легкие — в светлый.

Антитела из тяжелых цепей стали не только интересным объектом исследования. Молекулярные биологи скоро научились получать из них антитела еще меньшего размера, уже никак не напоминающие по форме букву Y. Они представляют собой короткую молекулу из примерно 110 аминокислот. Их молекулярная масса составляет всего 12–15 килодальтанов (у обычных антител — 150–160 кДа). Поэтому их назвали нанотелами (nanobodies) или наноантителами, еще одно их название — однодоменные антитела — отражает тот факт, что у них имеется только один связывающий домен (участок молекулы, распознающий ее цель — антиген). Во многих случаях однодоменные антитела легче проникают в ткани организма. Есть исследования, в которых продемонстрирована способность таких антител преодолевать гемато-энцефалический барьер, то есть проникать из крови в мозг, что недоступно для многих других веществ. К тому же, они стабильнее обычных антител, а значит могут дольше храниться и переносить повышение температуры. Заодно небольшой размер молекул облегчает выведение из организма через почки тех наноантител, которые не связались с антигеном. Обнаружилась у нанотел и способность распознавать антигены, которая не под силу обычным антителам. Всё это делает однодоменные антитела потенциально важным инструментом диагностики и терапии.

Получают однодоменные антитела чаще всего при помощи живых верблюдов или лам, делая им инъекцию нужного антигена (например, вирусного белка) и выделяя затем их матричную (информационную) РНК, кодирующую антитела из тяжелых цепочек. Во многих случаях нанотела продуцируют генетически модифицированные соответствующим образом штаммы кишечной палочки (Saccharomyces cerevisiae) или дрожжей (Pichia pastoris). Иногда для выработки нанотел можно использовать даже трансгенные растения (табак). Существуют также подходы, когда однодоменные антитела получают из обычных четырехцепочечных антител.

Если в молекулу нанотела добавить элементы, позволяющие определить ее нахождение, то можно использовать эти антитела для диагностики. Такими элементами могут быть, например, короткоживующие радиоизотопы (и тогда их обнаружит позитронно-эмиссионная томография), микропузырьки (их выявит ультразвуковое исследование) или флуоресцентные белки (для оптической томографии). Диагностические нанотела могут быть нацелены на специфические белки, связанные с ростом разных опухолей. Соединив нанотела с веществом, флуоресцирующим в ближнем инфракрасном диапазоне, ученые смогли прямо в ходе хирургической операции определять границы опухоли и метастазов. Способность нанотел распознавать формы бета-амилоида дает возможность использовать их при диагностике болезни Альцгеймера.

Ведутся исследования и по использованию нанотел в лечении бактериальных и вирусных заболеваний. Их высокая способность к распространению в сочетании с относительной легкостью производства (например, в дрожжевых культурах) делает их хорошими кандидатами для лечения ряда инфекций, например, для борьбы с бактериями Mycoplasma hominis, Helicobacter pylori, Clostridium difficile или вирусом гриппа H5N1, ВИЧ, ящура или герпеса HSV-2. К тому же, антитела будут связываться только с выбранным видом бактерий, тогда как антибиотики уничтожают всех бактерий. Компания Ablynx в бельгийском Генте (с 2018 года стала подразделением крупной фармкомпании Sanofi) разработала терапевтические антитела ALX-0171 для лечения респираторно-синцитиальновирусной инфекции у детей раннего возраста. Нанотело связывается с белком на поверхности вируса и не дает вирусу проникать внутрь клеток. Существуют успешные эксперименты по применению нанотел в лечении онкологических и аутоиммунных заболеваний, а также для нейтрализации токсинов (ботулиновый токсин, рицин, яды разных видов скорпионов).

Авторы нынешнего исследования во главе с Реймондом Оуэнсом (Raymond J. Owens) и Джемсом Нейсмитом (James H. Naismith) из Оксфордского университета и Института имени Розалинд Франклин решили найти нанотела, способные предотвращать заражение коронавирусом SARS-CoV-2. Этот вирус, чтобы проникнуть в клетку человека, использует рецептор-связывающий домен (RBD) гликопротеина, составляющего «шипы», на белковой оболочке вируса. Домен RBD соединяется с белком ACE2 на клеточной мембране. Авторы исследования использовали библиотеку имеющихся однодоменных антител, чтобы подобрать те из них, которые наиболее подходят для соединения с RBD. Проведя дополнительные модификации, ученые создали два нанотела, H11-D4 и H11-H4, которые связывают RBD и блокируют его взаимодействие с ACE2.

Одновременно ученые продолжают работу по созданию принципиально новых нанотел, нацеленных на RBD. «Использование иммунизации, естественной иммунной системы, для созревания высокоаффинных взаимодействий, очевидно, даст молекулы лучше всего связывающиеся [c RBD]», — говорит Оуэнс. В этой работе ученым помогает Фифи, десятилетняя самка ламы, одна из пятнадцати лам, содержащихся в Университете Рединга. Она получила инъекции очищенных белков вируса SARS-CoV-2, и теперь ученые отслеживают, какие антитела и наноантитела появляются в ее крови.

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.