С помощью компьютерной программы под названием "Розетта," исследователи из Университета Вандербильта имеют "переработанный" антитело, обладающее повышенной эффективностью и способное нейтрализовать больше штаммов вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающего СПИД, чем любое известное природное антитело.
Их результаты, опубликованные сегодня в Интернете в The Journal of Clinical Investigation, предполагают, что модифицированные компьютером антитела могут ускорить поиск эффективной терапии или вакцины от вируса, который до сих пор ускользал от всех попыток его искоренить.
"Существует консенсус (в области ВИЧ), что вакцина, которая работает, будет специально разработанной," сказал Джеймс Кроу-младший., M.D., директор Центра вакцин Вандербильта, который руководил работой с Йенсом Мейлером, доктором философии.D., доцент кафедры химии и фармакологии.
Работая с коллегами из Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, исследователи Вандербильта начали с "родитель" антитело, выделенное из крови ВИЧ-инфицированного человека, которое было сильным "нейтрализатор" ВИЧ в лабораторных тестах.
Затем исследователи использовали компьютерную программу Rosetta, которая может предсказать структуру белка по его аминокислотной последовательности, чтобы "редизайн" антитело. Заменив одну аминокислоту, они смогли повысить стабильность антитела при его связывании с белком оболочки ВИЧ.
Исследователи не изменили интерфейс между антителом и вирусом. Напротив, за счет повышения своей термодинамической стабильности антитело стало более жестким и лучше подходило к белку ВИЧ, как замок и ключ.
"Заменив одну аминокислоту, мы сделали ее в четыре раза более мощной, в четыре раза сильнее, а также она начала убивать еще больше штаммов ВИЧ, чем исходное антитело," сказал Кроу, профессор Энн Скотт Карелл и профессор педиатрии, патологии, микробиологии и иммунологии.
Исходное изолированное антитело в настоящее время производится в больших количествах из одного клона иммунных клеток и, таким образом, является "моноклональный" антитело. В настоящее время проходит клинические испытания. Кроу сказал, что модифицированное антитело может быть добавлено к исследованию как версия второго поколения.
Область разработки антител быстро выросла из-за необходимости лечить и предотвращать изнурительные и часто смертельные вирусные инфекции, а также из-за технологических достижений, которые сделали возможным "видеть" и усилить взаимодействие между вирусом и антителами, убивающими вирус.
ВИЧ – коварный противник. Каждый день он эволюционирует или изменяет белок оболочки на своей поверхности, чтобы избежать иммунного обнаружения. По словам Кроу, один человек, инфицированный ВИЧ, несет больше разновидностей вируса, чем все штаммы гриппа, выделенные во всем мире. Иммунная система просто не успевает.
В 2013 году ученые Scripps под руководством доктора философии Яна Уилсона.D., и Эндрю Уорд, Ph.D., сообщил в журнале Science о структуре белка оболочки ВИЧ с помощью кристаллографии и криоэлектронной микроскопии. "Теперь мы знаем, как это выглядит," Кроу сказал. "Мы можем лучше понять, как на это ориентироваться."
В прошлом году Кроу и еще один коллега по Скриппсу Уильям Шиф, доктор философии.D., сообщил в журнале Nature, что "вычислительный дизайн белка" может использоваться для индукции мощных нейтрализующих антител к респираторно-синцитиальному вирусу (РСВ), основной причине респираторных инфекций у детей раннего возраста.
"Это была первая статья, в которой люди соглашались с тем, что компьютерный дизайн вакцины работает," он сказал.
Имея структуру и доказательство принципа, ученые теперь используют компьютер для создания нейтрализующих антител против частей белка оболочки, которые не изменяются.
По дороге, сказал Кроу, "если вычислительный дизайн … можем предсказать, как вирусы будут развиваться в будущем, мы потенциально можем разработать антитела и вакцины для вирусов до того, как они появятся в природе."
С этой целью Кроу и Мейлер организовали Группу интерфейсов, разноплановую группу ученых из университетского городка, в том числе эксперта по теории игр, который моделирует взаимодействие между вирусами и иммунной системой.
"У вас не могло быть такого рода биомедицинских исследований," он сказал, "без того игривого, любопытного эстетического чувства, которое вы получаете с сообществом Розетты.’"