Новое исследование предполагает, что метод биоинженерии для увеличения производства определенных белков может стать основой эффективной вакцины против нового коронавируса, вызывающего COVID-19.
Ученые манипулировали естественным клеточным процессом, чтобы увеличить уровни двух белков, используемых вирусом для заражения других клеток, упаковали инструкции по повышению уровня белка в наночастицы и ввели их мышам. В течение месяца у мышей выработались антитела против вируса SARS-CoV-2.
Этот метод включает изменение определенных последовательностей матричной РНК, молекул, которые переводят генетическую информацию в функциональные белки. Хотя эти последовательности не транслируются в белки, исследователи изменили их структуры, чтобы обеспечить более высокие, чем обычно, уровни белков. Последовательности известны как нетранслируемые области или UTR.
"Мы разрабатывали РНК-мессенджер в течение четырех лет, и в начале этого года мы добились некоторого прогресса в определении роли UTR – а затем произошел COVID-19," сказал Ичжоу Донг, старший автор исследования и доцент кафедры фармацевтики и фармакологии в Государственном университете Огайо.
Хотя клинические испытания фазы 3 ускоренных вакцин-кандидатов от COVID-19 продолжаются, Донг сказал, что платформа его лаборатории предлагает потенциальную альтернативу.
"Если нынешние вакцины работают хорошо, это прекрасно. Если это необходимо для поля, то это вариант. Это сработало так, как ожидается от вакцины, и мы можем очень быстро расширить ее," он сказал. "На данный момент это доказательство концепции – мы продемонстрировали, что можем оптимизировать последовательность матричной РНК, чтобы улучшить производство белка, продуцировать антигены и индуцировать антитела против этих специфических антигенов."
Исследование опубликовано сегодня в журнале Advanced Materials.
Суть метода типична для разработки вакцины: использование фрагментов структуры патогена для производства антигена – чужеродного вещества, которое вызывает соответствующий иммунный ответ – и поиск безопасного способа введения его в организм.
Но инженерная техника выводит дизайн антигенов на новый уровень за счет использования UTR мессенджеров РНК, сказал Донг.
Его лаборатория работала с двумя UTR, которые завершают начало и конец сборки белка, функционируя как регуляторы этого процесса и влияя на то, как полученный белок взаимодействует с другими. Сами UTR представляют собой цепочки нуклеотидов, молекул, из которых состоят РНК и ДНК.
"Для нашего приложения мы попытались оптимизировать UTR, чтобы улучшить процесс производства белка. Мы хотели продуцировать как можно больше белка, чтобы дать небольшую дозу матричной РНК, которая продуцирует достаточно антигена для индукции антител против вируса," Донг сказал.
Команда экспериментировала с двумя потенциальными антигенами, которые, как известно, новый коронавирус использует, чтобы вызывать инфекцию: белком-шипом на его поверхности и доменом связывания рецептора, компонентом белка-шипа, который вирус использует, чтобы проникнуть в клетки-хозяева. необходимый шаг для создания копий самого себя. Оба используются в других вакцинах-кандидатах от SARS-CoV-2.
После манипулирования информационной РНК для этих двух белков команда заключила их в липидные наночастицы, разработанные ранее в лаборатории Донга. Они ввели мышам экспериментальную вакцину и сделали им ревакцинацию через две недели. Через месяц после первой инъекции иммунные клетки мышей восприняли антигены двух белков и выработали антитела против них.
"Иммунной системе требуется некоторое время, чтобы обработать антигены и заставить клетки вырабатывать антитела," Донг сказал. "В этом исследовании мы обнаружили антитела через 30 дней."
И даже если эта вакцина-кандидат не нужна от COVID-19, он продолжает совершенствовать этот новейший метод создания мессенджер-РНК.
"UTR – это платформа, которую можно применить к любому типу РНК-мессенджера. Мы изучаем другие методы лечения," Донг сказал.