Модель показывает, как антитела перемещаются по поверхности патогена, подобно ребенку на игрушечных камнях

Новое исследование показывает, как антитела выбирают антигены для связывания, перемещаясь по поверхности патогенов, таких как коронавирусы. Исследователи из Королевского технологического института (KTH) и Каролинского института создали модель, которая предполагает, что миграция этих «охотников» за патогенами может быть похожа на случайные движения ребенка, играющего на ручье с камнями для перехода.

Исследователь Ян Хоффекер (KTH) отмечает, что модель открывает новые способы рассмотрения эволюции вирусов и иммунной системы, а полученные данные могут быть полезны в разработке вакцин.

Антитела часто представляют в виде Y-образных белков. Однако последние исследования показывают, что более точный образ — перевернуть эту картину и представить антитела как фигурки на ножках, которые «шагают» по антигенам. Две характерные «ветви» буквы Y функционируют как своего рода ноги.

Эти «охотники» помечают свою добычу, ставя свои «ноги» на антигены — небольшие молекулы, разбросанные, как камни для перехода, в различных узорах на поверхности вирусов. Они полагаются на мультивалентность — установление опоры обеими «ветвями» Y, обычно на двух отдельных антигенах, — что позволяет им максимально прочно связываться с мишенями. После закрепления антитела участвуют в серии взаимодействий с другими сигнальными белками для нейтрализации или уничтожения патогена.

Используя наноразмерную модель антигенного узора патогена, исследователи выясняли, как на это поведение влияет поверхность патогена. «Что, если антигены расположены очень близко или, наоборот, далеко друг от друга? Растягиваются ли молекулы антител, сжимаются ли они?»

Чтобы это выяснить, команда под руководством Бьёрна Хёгберга (Каролинский институт) смоделировала патоген и антигены с помощью метода ДНК-оригами, где ДНК самоорганизуется в наноструктуры с программируемой геометрией. Это позволило контролировать расстояние между антигенами.

«Этот инструмент позволил нам исследовать, как расстояние между двумя антигенами влияет на силу связывания», — говорит Хёгберг. «В нашей новой работе мы взяли эти данные и включили их в модель, которая позволяет задавать интересные вопросы о поведении антител в более сложных средах, не слишком отдаляясь от реальности».

Модель показывает, что антитела ведут себя не так уж иначе от другого известного двуногого организма — человека.

«Процесс можно сравнить с ребенком, играющим на речке, усеянной камнями, достаточно большими, чтобы на них можно было поставить одну ногу», — объясняет Хоффекер. «Чтобы устоять на месте, ребенку пришлось бы встать ногами на два камня или балансировать на одной».

Антитела в модели, по-видимому, предпочитают антигены, расположенные ближе друг к другу, на которые легче встать. И если антигены слишком далеко друг от друга, у антител наблюдается статистическая тенденция мигрировать в область, где они расположены ближе.

Такие наблюдения поднимают вопрос о том, влияют ли гибкость и структура антител на их антагонистов — патогены. «Мы задаемся вопросом: имеет ли это отношение к эволюции или коэволюции, где происходит постоянная гонка вооружений между иммунной системой и патогенами, и эта система управления, которая, по сути, определяет, как движутся антитела и куда они направляются?»

Следующие шаги — наблюдать, как это свойство антител проявляется в естественных системах, и включить эти данные в рационально разработанные вакцины, учитывающие фактор пространственной организации антигенов.

Исследование опубликовано в журнале Nature Computational Science.