​​Сотрудники лаборатории молекулярной микробиологии Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН разрабатывают подходы для рационального дизайна антител на примере антитела против вируса клещевого энцефалита

 
Ранее данное антитело показало высокую эффективность в экспериментах на животных по отношению к трем основным субтипам вируса: дальневосточному, сибирскому и европейскому. Вместе с тем, на основе экспериментов с рекомбинантными вирусными белками исследователи предположили, что есть потенциал по оптимизации структуры антитела для более прочного связывания с сибирским и европейским субтипами вируса. 
 
Специфический сывороточный иммуноглобулин, который обычно вводят тем, кого укусил клещ, может вызывать аллергические реакции и биологически небезопасен. Ранее ученые из ИХБФМ СО РАН разработали химерное антитело против вируса клещевого энцефалита, которое не имеет таких недостатков и уже прошло испытания на животных. Клиническими исследованиями занимается индустриальный партнер института — АО «Фармасинтез».
 
Есть три основных разновидности (субтипа) вируса клещевого энцефалита: дальневосточный, сибирский и европейский. Исходное мышиное моноклональное антитело было получено с использованием дальневосточного субтипа, затем на его основе исследователи создали химерное антитело. По словам научного сотрудника ИХБФМ СО РАН кандидата химических наук Ивана Константиновича Байкова, параллельно с работой по созданию штамма-продуцента химерного антитела и исследованием противовирусных свойств этого антитела на животной модели ученые изучали молекулярные особенности механизма действия антитела: определили пространственную структуру комплекса антитела с фрагментом вирусного белка, а также исследовали прочность связывания антитела с фрагментами вирусного белка различных субтипов. Оказалось, что с сибирским и европейским вариантами белка антитело связывается несколько менее прочно, чем с дальневосточным. Однако, подчеркивает Иван Байков, это не означает более низкой эффективности антитела по отношению к этим субтипам вируса: в экспериментах на животных не было обнаружено существенной разницы между субтипами, антитело одинаково хорошо проявляло протективную активность на всех исследованных штаммах.

 
«Химерное антитело, созданное нами ранее, эффективно нейтрализует вирус и защищает животных от клещевого энцефалита. И оно прекрасно подходит для создания лекарства. Однако мы надеемся, что если удастся оптимизировать связывающий центр антитела и повысить сродство к вирусным белкам сибирского и европейского штаммов, то такие оптимизированные антитела, вероятно, будут обладать еще более высокой защитной активностью. С производственной и потребительской точки зрения это означает введение более низких доз препарата антитела для достижения той же эффективности. В этом проекте мы не ставим цель сделать новое антитело для создания нового лекарства. В том числе и потому, что это потребует новых вложений в проведение доклинических средств и создание штамма-продуцента. То, что мы пытаемся сейчас сделать в рамках проекта — это разработать подходы, с помощью которых, анализируя пространственные структуры, далее осуществлять рациональный дизайн антител и улучшать их свойства. Тут возможно несколько подходов. Одно дело, когда мы что-то меняем в антителе навскидку, не зная структуры, и смотрим на результат. Это не рациональный дизайн, а скорее случайный перебор. Мы же в рамках молодежного гранта РНФ (№ 19-74-00107) пытаемся модифицировать данное антитело методами белковой инженерии не вслепую, а на основе структурных данных и данных молекулярной динамики. И затем смотрим, улучшаются ли свойства модифицированных вариантов», — уточняет Иван Байков.
 
Что касается различий в прочности связывания с белками разных субтипов вируса клещевого энцефалита, то

 
​«…есть предположение, это вызвано тем, что дальневосточный вариант вирусного белка содержит в определенном участке своей поверхности более компактный аминокислотный остаток, который хорошо стыкуется с поверхностью антитела, в то время как сибирский и европейский варианты вирусного белка содержат в этом же положении более объемный аминокислотный остаток. Если посмотреть на пространственную структуру комплекса, это достаточно хорошо видно», — объясняет Иван Константинович.
 
На данный момент удалось создать около десятка различных мутантных вариантов антитела. Самый лучший из них связывается с сибирским и европейским вариантами вирусного белка в два раза более прочно по сравнению с исходным антителом. При этом к дальневосточному варианту вирусного белка сродство снизилось. Это было ожидаемо, потому что структуру антитела подогнали под европейский и сибирский варианты вирусного белка, а значит, отдалились от дальневосточного. 
 
Есть несколько способов получения структуры белковых молекул: рентгеновская кристаллография, криоэлектронная микроскопия и ядерно-магнитный резонанс. В первом из способов кристаллы белка или белкового комплекса помещают в пучок рентгеновского излучения (на синхротроне или лабораторном дифрактометре).

 
​«Интенсивность на синхротроне более высокая, на сбор данных уходит гораздо меньше времени (буквально минуты, для некоторых установок даже секунды). Однако у рентгеновской кристаллографии есть “узкое горлышко”: получение белковых кристаллов. Чтобы закристаллизовать белок, нужно создать необходимые условия: во-первых, обеспечить высокую концентрацию белка, чтобы молекулам было удобнее находиться не в растворе, а образовать кристаллическую решетку. Во-вторых, нужно подобрать правильное значение pH, обеспечить наличие тех или иных солей, стабилизирующих межмолекулярные связи», — рассказывает исследователь.
 
Структура комплекса между антителом против вируса клещевого энцефалита и вирусным белком была получена на источнике синхротронного излучения PETRA III комплекса DESY (Гамбург, Германия) совместно с коллегами из Германии и Чехии. Использование синхротронов необходимо для того, чтобы получать пространственную структуру белковых молекул и узнавать, что происходит у них внутри. Грубо говоря, это как большой микроскоп, с помощью которого можно изучать то, как упакованы атомы белка и его аминокислотные остатки, с тем чтобы в дальнейшем принимать решения, что и как менять в этом белке.

 
​«После того как мы получили тот или иной вариант антитела, мы анализируем изменение сродства к вирусным белкам различных субтипов и отбираем лучшие варианты. Далее мы можем закристаллизовать этот комплекс и определить его структуру с помощью источника синхротронного излучения, например СКИФа, чтобы в деталях увидеть строение интересующей нас области», — говорит Иван Байков.
 
«Проблема отсутствия источника синхротронного излучения поблизости не в том, что трудно попасть на зарубежные установки, — добавил ученый. — Дело в том, что есть привязка к жесткому графику: вы пишете заявку, вам дают время, обычно это происходит один-два раза в год. А если синхротрон находится рядом, там не слишком большая очередь и вы имеете к нему доступ, всё гораздо проще, инструмент у вас под руками. Наличие СКИФа поблизости, безусловно, облегчит такого рода исследования».​​​
 
Мария Фёдорова
 
Изображение предоставлено исследователями​​: вирион вируса клещевого энцефалита, с которым связаны фрагменты антител

Похожие новости

  • 07/10/2020

    Тритерпеноиды оказались эффективны против колита у мышей

    ​Сотрудники Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Новосибирского института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН в экспериментах на мышах показали, что препарат на основе химических производных глицирретовой кислоты, полученной из корня солодки, эффективно подавляет воспаление в тканях толстой кишки.
    549
  • 12/05/2021

    Производные смоляных кислот из ели сибирской помогут в терапии глиобластомы

     Сибирские ученые синтезировали соединения, способные до 40 % увеличивать эффективность применения химиотерапевтического препарата темозоломида на клетках глиобластомы — агрессивной опухоли мозга.
    661
  • 30/10/2020

    Российские биологи изучат систему защиты бактерий от антибиотиков

    ​Ученые Института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН изучат систему защиты бактерий от повышенного стресса и окислительных повреждений, вызываемых антибиотиками, что может повысить эффективность применения препаратов, сообщил 29 октября ТАСС в кулуарах научной конференции форума OpenBio заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН, член-корреспондент РАН Дмитрий Жарков.
    539
  • 16/01/2019

    Новосибирские ученые выявили механизмы сохранения структуры ДНК при оксидативном стрессе

    ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН выявили новые механизмы, благодаря которым ДНК сохраняет свою структуру при оксидативном стрессе. Эти знания представляют огромный фундаментальный интерес, а кроме того, могут быть использованы для создания лекарств против рака и других болезней.
    1538
  • 14/07/2020

    Сибирские ученые разрабатывают антираковые препараты нового поколения на основе альбумина

    ​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в сотрудничестве с коллегами из ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН», Новосибирского института органической химии им. Н.
    1628
  • 12/12/2017

    Новосибирские и московские ученые разработали антитела для диагностики грибковых заболеваний

    ​Исследователи из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН совместно с коллегами из Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН создали новый высокоэффективный диагностикум аспергиллезов, который поможет отличить эти заболевания от других подобных и быстро подобрать правильное лечение.
    1483
  • 30/04/2020

    Препарат на основе белка плазмы крови сделал МРТ безопаснее и точнее

    ​Российские химики разработали органический препарат, применяемый врачами перед сеансом магнитно-резонансной томографии с использованием контрастных веществ. Ученые модифицировали белок плазмы крови альбумин, внедрив в него молекулы нитроксильных радикалов.
    2125
  • 30/10/2020

    Академик Валентин Викторович Власов - об информационной гигиене в условиях эпидемии коронавируса

    ​Научный руководитель Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН академик Валентин Власов делится соображениями об информационной гигиене в условиях эпидемии коронавируса.  — На самом деле этот вид гигиенической защиты от заболевания сегодня выходит на первый план.
    1006
  • 18/12/2018

    Сибирские биохимики нашли связь дефектов стволовых клеток с аутоиммунными заболеваниями

    ​Рассеянный склероз, волчанка и другие аутоиммунные болезни могут возникать из-за серьезных нарушений в работе стволовых клеток костного мозга, заставляющих их собирать особые агрессивные антитела. Об этом рассказали биохимики, выступавшие на конгрессе "Аутоиммунные и иммунодефицитные заболевания" в Москве.
    3149
  • 25/06/2020

    Бактерии в стрессе и вирус-целитель: пресс-тур в ИХБФМ СО РАН

    ​​​В новосибирском научном институте помогают делать тест-системы для коронавируса, разрабатывают противораковые препараты и пытаются повысить эффективность антибиотиков.​  Препарат, разрабатываемый в лаборатории Ольги Лаврик (справа), сделает более эффективной химиотерапию онкозаболеваний.
    983