Опубликовано : Авг 24, 2020

Исследования антител могут ускорить тестирование на коронавирус, методы лечения и вакцины

Исследования антител могут ускорить тестирование на коронавирус, методы лечения и вакцины
Изображение первого случая COVID-19 в США, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Сферические вирусные частицы, окрашенные в синий цвет, содержат поперечные сечения вирусного генома, показанные в виде черных точек. Предоставлено: Центры по контролю и профилактике заболеваний: Ханна А. Баллок и Азайби Тамин.

Используя смоделированные компоненты отличительных шиповых белков коронавируса, исследователи Технологического института Джорджии вместе с коллегами из Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC) в Атланте производят антитела, которые могут привести к усовершенствованию методов тестирования на вирус. , потенциальные методы лечения для инфицированных — и, в конечном итоге, возможно, вакцина, которая могла бы полностью предотвратить заражение коронавирусом.

Антитела вырабатываются мышами, которые подвергаются воздействию пептидов — коротких цепочек аминокислот, — продуцируемых генетическим кодом вируса. Исследователи выбирают отличительные компоненты вирусной поверхности, создают пептидные структуры в лаборатории и помещают их на наночастицы для создания искусственных иммуногенов, предназначенных для стимуляции иммунной системы мышей.

Антитела производятся в сотрудничестве с командой CDC по разработке иммунодиагностики, отделом поддержки диагностики реагентов, отделом научных ресурсов Национального центра новых зоонозных инфекционных заболеваний. Ученые обоих учреждений используют антитела для изучения связывания антигена в коронавирусе. К настоящему времени в результате этой работы были получены сотни новых антител против вирусного шипового белка.

«Мы проводим серию иммунизаций с компонентами белков коронавируса, которые, по нашему мнению, особенно важны и могут быть замечены иммунной системой мыши», — сказал М.Г. Финн, который является со-руководителем проекта в качестве председателя Школы химии и биохимии Технологического института Джорджии. «Иммунизация и последующие бустеры позволяют нам получить образцы клеток иммунной системы мышей. Исследователи CDC используют их для создания тысяч антител-кандидатов, которые мы затем используем для проверки связывания антител с частями вируса».

Технологический институт Джорджии не имеет образцов коронавируса в своих лабораториях, но вместо этого генерирует белковые компоненты на основе информации о генетическом секвенировании, которая была разработана на ранней стадии пандемии учеными, выделившими вирус.

Использование бактерий для борьбы с вирусом

Исследователи Технологического института Джорджии используют обычные бактерии, чтобы помочь им разработать новое оружие против коронавируса.

«Нам известен геном вируса и какая часть генома кодирует аминокислотные последовательности, из которых состоит белок-шип», — сказал Финн. «Исходя из этого, мы можем создать фрагмент ДНК, который включает инструкции по производству этого белка, но адаптирует эти инструкции для наилучшей работы с бактериальными клетками, такими как кишечная палочка, которые мы можем выращивать в лаборатории. Мы помещаем ДНК в бактерии, она преобразуется в РНК, и бактерии создают столько копий компонента белка-шипа, сколько мы хотим. В нашем случае мы заставляем эти компоненты белка прикрепляться к внешней поверхности наночастицы, где иммунная система может их распознать «.

Затем мышам вводят желаемые наночастицы. Иммунная система грызунов вырабатывает антитела, которые могут быть получены из В-клеток, ключевого компонента иммунной системы животных. На выработку антител уходит около месяца.

Работа началась в марте, и к настоящему времени получены сотни антител против вирусных белков-шипов. В настоящее время ведется подготовка к расширению работы с использованием роботизированных систем и к исследованию участков вируса, где могут прикрепляться наиболее сильные из антител.

Когда началась пандемия коронавируса, лаборатория Финна работала с CDC над антителами к другим заболеваниям. Исследователи изменили курс, чтобы поддержать своих сотрудников CDC в решении проблемы COVID-19.

Антитела — ключ к сложной иммунной системе

Антитела — это молекулы, вырабатываемые иммунной системой в ответ на патоген, такой как вирус, бактерия или другой захватчик. Есть разные виды антител; некоторые служат в качестве часовых, патрулирующих кровоток в поисках захватчиков. Другие развиваются, чтобы атаковать конкретных захватчиков, таких как вирусы, в то время как еще один вид ведет учет захватчиков, с которыми тело отбивалось, на случай, если атакующий вернется. Тем не менее, другие антитела могут блокировать попытку патогена связываться с клетками и инфицировать их.

«Причина, по которой вам требуется несколько дней, чтобы переболеть простудой, — объяснил он, — заключается в том, что иммунной системе требуется несколько дней, когда она хорошо работает, чтобы включить эволюционный процесс, который генерирует антитела. которые могут связываться с новым патогеном «.

Люди рождаются с определенными антителами, которые могут слабо прикрепляться к большинству захватчиков. Но чтобы сражаться с грозным противником, необходимо создать более специфические антитела, которые будут сильнее прикрепляться к захватчику. Для нового захватчика, такого как коронавирус, идет гонка на время между скоростью распространения инфекции и развитием успешного ответа организма.

«Организм постоянно вносит изменения в общую структуру антител, пока не создаст молекулу, способную захватить вторгающийся патоген таким образом, чтобы он сигнализировал остальной части тела, что он нашел что-то, что не принадлежат, — сказал Финн. Сигналы от антитела привлекают другие клетки иммунной системы, которые убивают захватчика, поглощая его или распыляя токсины.

Когда иммунная система работает хорошо, вторжение вируса может даже не вызывать симптомов; возбудитель просто будет отправлен без всякой мудрости.

Не все антитела одинаковы

Люди, которые вакцинированы против кори или выздоравливают от кори, часто имеют пожизненный иммунитет от вируса, то есть никогда больше не заразятся. Для этого нужна особенно прочная и долговечная система антител. Но почему-то организм не с такой энергией реагирует на каждую инфекцию.

Исследователи знают, что коронавирус генерирует антитела, но еще не знают, что это на самом деле означает.

«У нас пока нет ответа на вопрос, защищает ли иммунный ответ человека на коронавирус от нового воздействия этого вируса», — сказал Финн. «Скорее всего, да, но научное сообщество этого еще не доказало.

Исследования, чтобы выяснить это, безусловно, продолжаются на животных моделях по всему миру, а также на пациентах с COVID-19, анализируя кровь тех, кто был инфицирован и выздоровел. «

Поскольку люди раньше не подвергались воздействию коронавируса, их иммунная система не имеет опыта с ним. Хотя этот опыт быстро усваивается, тем временем люди находятся в невыгодном положении в этой борьбе. Вирус также может мутировать, что означает, что антитела, выработанные в результате одного воздействия, могут не распознавать вирус при следующей атаке.

«Некоторые патогены очень сложно убить, и иммунной системе сложно с ними справиться», — сказал Финн. «Существует большая разница в том, насколько хорошо иммунная система обрабатывает вирусы с течением времени или на разных уровнях воздействия».

Одной из ключевых проблем, влияющих на исход коронавирусной инфекции, является объем вирусных частиц, которым подвергается человек. Вдыхать частицы от соседнего чихания инфицированного человека, вероятно, намного опаснее, чем прикосновение к вирусным частицам, которые были оставлены на поверхности, возможно, часами ранее этим же человеком.

«Первую ситуацию вы должны предотвратить с помощью физического дистанцирования; вторую сложнее предотвратить, но она гораздо менее опасна, потому что первоначальное количество вируса, которое вы получаете, чрезвычайно важно».

Антитела, используемые в тестировании

Способность антитела связываться с захватчиком может быть основой для тестов, которые могут быстро обнаружить коронавирус, поэтому одним из результатов сотрудничества Технологического института Джорджии и CDC могут стать усовершенствованные тесты для определения того, у кого COVID-19.

Многие текущие тесты используют процесс, называемый полимеразной цепной реакцией (ПЦР), который определяет присутствие РНК вируса на основе образцов, взятых из мазков из носа. Эти тесты достаточно точны, но должны проводиться с использованием дорогостоящего и сложного оборудования.

Финн надеется, что исследование антител Технологического института Джорджии приведет к более быстрой и дешевой альтернативе. Антитела будут прикрепляться к вирусным частицам, и это прикрепление можно будет обнаружить. Некоторые тесты на коронавирус сейчас используют эту технологию, но необходимы улучшения.

«Если у вас есть антитело, которое прочно связывается с вирусом, то вы можете создать тест на бумажной полоске, который в принципе будет похож на тест на беременность», — сказала Финн. «С некоторой степенью чувствительности такой тест сможет быстро определить, присутствует ли вирус».

Поскольку организм вырабатывает антитела в ответ на инфекцию, тестирование на антитела также полезно для выявления людей, которые могли вылечиться от коронавируса. Это было бы полезно для изучения того, как далеко распространился вирус, и, возможно, для определения того, у кого может быть иммунитет к вирусу. Эти тесты на антитела отличаются от тестов, используемых для определения того, активно ли человек инфицирован вирусом.

«Если тест сделан правильно и показывает, что у вас есть антитела к новому коронавирусу, значит, вы инфицированы, даже если у вас не было классических симптомов», — сказал Финн. «Но мы не обязательно знаем, что на самом деле показывает конкретный тест на антитела».

Первоначально разрешив продажу множества различных тестов на антитела, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) теперь требует дополнительных доказательств их эффективности, которая оценивается по двум параметрам: чувствительности и специфичности. Чувствительность — это способность теста обнаруживать очень небольшие количества вируса, а специфичность — это его способность точно определять интересующий вирус. Между этими двумя показателями часто приходится идти на компромисс.

«Причина, по которой несколько лабораторий могут работать над этим, заключается в том, что производство антител во многих отношениях является случайным процессом», — сказал Финн. «Это удача в розыгрыше, поэтому чем больше будет продолжаться экспериментов, тем больше вероятность, что кто-то найдет правильный».

Еще один тип антител может препятствовать прикреплению вируса к клетке. Такие нейтрализующие антитела могут помочь тем, кто уже инфицирован. «Для кого-то, кто инфицирован, вы могли бы ввести антитело, чтобы оно связывалось с вашими клетками и уничтожало вирус», — объяснил Финн.

Шаг к вакцинам, Святому Граалю

Понимание антител также может дать ключ к разгадке процесса разработки вакцин, на разработку, тестирование и производство которых обычно уходят годы в количествах, достаточных для защиты миллиардов уязвимых людей во всем мире. Многие вакцины, которые изначально выглядят многообещающими, не соответствуют строгим требованиям безопасности и эффективности, поэтому так много вакцин против коронавируса в настоящее время находятся на ранних стадиях разработки.

Хорошие вакцины обманывают иммунную систему, заставляя ее реагировать на любой патоген, для защиты от которого она предназначена. Вакцины с течением времени изготавливались разными способами — иногда из убитого или иммобилизованного патогена, а иногда из фрагмента патогена. Первая в мире вакцина, которая помогла ликвидировать бедствие оспы, была не более чем заражением родственным вирусом, известным как коровья оспа.

«Разработка вакцин — величайшее достижение биомедицины в современную эпоху для спасения человеческих жизней», — сказал Финн. «В целом вакцины очень безопасны, потому что они тщательно тестируются. Поскольку их вводят здоровым людям, чтобы они оставались здоровыми, вы должны тестировать их на многих, многих людях, чтобы убедиться, что вакцина хорошо переносится».

Понимание антител, создаваемых в ответ на коронавирус, может выявить слабые места, на которые может воздействовать вакцина. Вероятно, что на поверхности вируса есть много таких мест, где разработчики вакцины могут найти цель.

«Было бы здорово, если бы работа, которую мы проводим с антителами, в конечном итоге помогла бы определить способ успешной атаки на этот вирус», — сказал Финн./p>

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *