Реинжиниринг антител к COVID-19

Поскольку во всем мире зарегистрированы миллионы случаев COVID-19, люди обращаются к тестам на антитела, чтобы узнать, подвергались ли они воздействию коронавируса, вызывающего болезнь. Но что такое антитела? Почему они важны? Если они у нас есть, невосприимчивы ли мы к COVID-19? И если нет, то почему?

Тесты на антитела проверяют наличие антител, которые представляют собой специфические белки, вырабатываемые в ответ на инфекции. Антитела специфичны для болезни. Например, антитела к кори защитят вас от кори, если вы снова заразитесь этим заболеванием, но не защитят вас от заражения паротитом, если вы заразились паротитом.

«Антитела важны, потому что они предотвращают инфекцию и лечат пациентов, пострадавших от болезней, – сказал Виктор Падилья-Санчес, исследователь из Католического университета Америки в Вашингтоне, округ Колумбия. – Если у нас есть антитела, мы невосприимчивы к болезням, пока они в вашей системе вы защищены. Если у вас нет антител, инфекция продолжается, и пандемия продолжается ».

Эта форма защиты на основе чужеродных антител называется пассивным иммунитетом – краткосрочным иммунитетом, который предоставляется, когда человеку дают антитела к болезни, а не вырабатывают эти антитела через свою собственную иммунную систему.

«Сейчас мы находимся на начальных этапах этого процесса, и здесь я надеюсь, что моя работа может помочь», – сказал Падилья-Санчес. Падилья-Санчес специализируется на вирусах. В частности, он использует компьютерные модели для понимания структуры вирусов на молекулярном уровне и использует эту информацию, чтобы попытаться выяснить, как работает вирус.

Тяжелый острый респираторный синдром (ТОРС) был первым новым инфекционным заболеванием, выявленным в 21 веке. Это респираторное заболевание возникло в китайской провинции Гуандун в ноябре 2002 года. Всемирная организация здравоохранения определила этот новый коронавирус (SARS-CoV) как агент, вызвавший вспышку.

Сейчас мы находимся в эпицентре еще одного нового коронавируса (SARS-CoV-2), который появился в Ухане, Китай, в 2019 году. COVID-19, болезнь, вызванная SARS-CoV-2, стала быстро распространяющейся пандемией, которая достигла большинства стран мира. По состоянию на июль 2020 года COVID-19 заразил более 15,5 миллионов человек во всем мире и более 630000 человек умерли.

Структурный анализ гликопротеина шипа SARS-CoV. В A показан спайковый белок SARS-CoV (PDB ID: 6ACG), связанный с ACE2 (коричневый) и антителом 80R (голубой), наложенный на один и тот же сайт связывания. В B показано, что белок-шип связан только с антителом 80R (PDB ID: 2GHW), а структурная модель RBD белка-шипа SARS-CoV-2 (пурпурный) содержит недостающие петли. Эта модель гомологии послужила основой для экспериментов по стыковке. В C показан спайк, окрашенный субъединицей и показывающий гликаны. Есть только два возможных гликана в области RBD в 331 и 343, и ни один из этих сайтов не влияет на связывание 80R. Предоставлено: Виктор Падилья-Санчес, исследователь, Католический университет Америки.
На сегодняшний день нет никаких вакцин или терапевтических средств для борьбы с болезнью.

Поскольку оба заболевания (SARS-CoV и SARS-CoV-2) имеют один и тот же спайковый белок, ключ входа, который позволяет вирусу проникать в клетки человека, идея Падилья-Санчеса заключалась в том, чтобы взять антитела, обнаруженные во время первой вспышки в 2002–80 гг. и m396 – и модернизировать их для соответствия текущему вирусу COVID-19.

Исследование, проведенное в июне 2020 года в онлайн-журнале Research Ideas and Outcomes , описывает усилия Падиллы-Санчеса по решению этой проблемы с помощью компьютерного моделирования. Он обнаружил, что различия в последовательностях не позволяют 80R и m396 связываться с COVID-19.

«Понимание того, почему 80R и m396 не связываются со спайковым белком SARS-CoV-2, может проложить путь к разработке новых эффективных антител», – сказал Падилья-Санчес. «Мутировавшие версии антител 80r и m396 могут быть произведены и введены в качестве терапевтического средства для борьбы с болезнью и предотвращения инфекции».

Его эксперименты по стыковке показали, что аминокислотные замены в 80R и m396 должны увеличивать связывающие взаимодействия между антителами и SARS-CoV-2, обеспечивая новые антитела для нейтрализации вируса.

«Теперь мне нужно доказать это в лаборатории», – сказал он.

В своих исследованиях Падилья-Санчес опирался на суперкомпьютерные ресурсы, выделенные через Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE). XSEDE – это единая виртуальная система, финансируемая Национальным научным фондом, используемая учеными для интерактивного обмена вычислительными ресурсами, данными и опытом.

Стыковочный интерфейс между модифицированным антителом 80R и RBD шипового белка SARS-CoV-2. Модель показывает структурный интерфейс с антителом 80R вверху и RBD внизу. Семь замен в 80R показаны пурпурным цветом, а остатки RBD показаны голубым. Обратите внимание, как замены в 80R допускают новые ароматико-ароматические взаимодействия, которые улучшают связывание с RBD и не присутствуют в 80R дикого типа. E484 указывает на бета-цепь 80R, и поэтому была введена замена глицином, чтобы избежать конфликтов. Предоставлено: Виктор Падилья-Санчес, исследователь, Католический университет Америки.
Распределенные XSEDE системы Stampede2 и Bridges в Техасском вычислительном центре (TACC) и суперкомпьютерном центре Питтсбурга поддерживали стыковочные эксперименты, макромолекулярные сборки, а также крупномасштабный анализ и визуализацию.

«Ресурсы XSEDE были необходимы для этого исследования», – сказал Падилья-Санчес.

Он провел эксперименты по стыковке на Stampede2, используя программный пакет Rosetta, который включает алгоритмы для компьютерного моделирования и анализа белковых структур. Программное обеспечение фактически связывает белки, а затем дает оценку для каждого эксперимента по связыванию. «Если вы найдете подходящую позицию для стыковки, то можете порекомендовать, чтобы это новое мутированное антитело поступило в производство».

Суперкомпьютер TACC Frontera, восьмой по мощности суперкомпьютер в мире и самый быстрый суперкомпьютер в университетском городке, также оказал жизненно важную помощь Падилья-Санчесу. Он использовал программное обеспечение Chimera на Frontera для создания визуализаций с очень высоким разрешением. Оттуда он передал работу Bridges из-за больших узлов памяти.

«Frontera отлично справляется с импортом большого количества больших данных. Обычно мы можем рассматривать только взаимодействия белков, но с помощью Frontera и Bridges мы смогли полностью изучить процессы заражения на компьютере», – сказал он. результаты будут проверены во влажной лаборатории. После успешного завершения этого этапа его работа может перейти на испытания на людях.

В настоящее время различные лаборатории по всему миру уже тестируют вакцины.

«Если мы не найдем вакцину в ближайшее время, у нас все еще будет пассивный иммунитет, который может предотвратить инфекцию в течение нескольких месяцев, если у вас есть антитела », – сказал Падилья-Санчес. «Конечно, вакцина – лучший результат. Однако пассивный иммунитет может быть быстрым средством облегчения пандемии».

услуги нутрициологаАвтор сайта и статей: Наталья Степанова, нутрициолог-психолог, консультант по питанию и коррекции веса. Подробнее обо мне

Я в соц. сетях: Vk, Instagram.

Рейтинг
Еще статьи нутрициолога:
Adblock
detector