Учёные создали рецепторный белок COVID в клетках мыши

Учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и Колумбийского университета разработали метод производства больших количеств рецептора ACE2, с которым связывается вирус SARS-CoV-2 на поверхности человеческих клеток. Это связывание между печально известным спайк-белком вируса и человеческим рецептором ACE2 — первый шаг инфекции.

Цель и проблема

Изначальной целью учёных было создание больших количеств человеческого ACE2 для присоединения к наночастицам. Такие частицы можно было бы использовать как противовирусные терапевтические средства или сенсоры для обнаружения вируса. Однако производство функциональных мембранных белков, таких как ACE2, сложно, так как они модифицируются после синтеза. Углеводные добавки, составляющие около трети массы белка ACE2, критически важны для его правильной 3D-структуры и функции. Простые бактериальные системы для этого не подходят.

Решение: клетки мыши

Команда использовала клетки мышей, которые, как млекопитающие, способны к правильной углеводной модификации белков. Мышиный ACE2 не связывается со спайком SARS-CoV-2, что позволило легко отличить произведённый человеческий белок.

Метод производства

1. Ген: Учёные взяли интактный ген человеческого ACE2 (включая регуляторные последовательности) из библиотек проекта "Геном человека".
2. Доставка: Ген ACE2 и ген устойчивости к антибиотику доставили в клетки мыши с помощью наночастиц, выступающих в роли агента доставки ДНК.
3. Отбор: Клетки, приобретшие устойчивость к антибиотику, выжили и образовали колонии.
4. Результат: Около 70% устойчивых колоний экспрессировали человеческий белок ACE2 на своей поверхности. В среднем в их геном было интегрировано 28 копий гена ACE2. Клетки стабильно производили белок как минимум на протяжении 90 поколений, причём некоторые клоны производили его в 50 раз больше, чем обычно присутствует на мышиных клетках.

Проверка функциональности

Функциональность произведённого белка подтвердили с помощью псевдовируса, содержащего спайк-белок COVID. Он успешно связывался с рецепторами ACE2 на модифицированных клетках мыши и инфицировал их, что доказало полную функциональность белка.

Применения и перспективы

• Терапия: Исследуются внеклеточные нановезикулы, обогащённые "ловушкой" — человеческим ACE2, для потенциального лечения COVID-19.
• Диагностика: Идёт работа по размещению белков ACE2 на наночастицах для создания чувствительных и специфичных сенсоров для обнаружения вируса.
• Методология: Данный подход преодолевает разрыв между методами характеризации наноматериалов и биологических систем, что важно для разработки биосенсоров на основе наночастиц.

Широкое значение метода

Эта работа демонстрирует новый подход для производства широкого спектра сложных белков, которые трудно получить другими способами. К ним относятся:

• Множество клеточных рецепторов, опосредующих биологические и патологические процессы.
• Промышленно важные белки, такие как моноклональные антитела и ферменты.

Использование интактных генов и адаптированных для роста в суспензионных культурах клеток мыши может продвинуть крупномасштабное производство этих и других важных белков.