Инженеры используют «ДНК-оригами» для выявления принципов дизайна вакцин
Исследователи MIT, складывая ДНК в структуру, подобную вирусу, создали частицы, похожие на ВИЧ, которые вызывают сильный иммунный ответ у человеческих иммунных клеток в лабораторных условиях. Такие частицы в конечном итоге могут быть использованы в качестве вакцины против ВИЧ.
ДНК-частицы, которые точно имитируют размер и форму вирусов, покрыты белками (антигенами) ВИЧ, расположенными в точных конфигурациях, чтобы спровоцировать сильный иммунный ответ. Исследователи работают над адаптацией этого подхода для создания потенциальной вакцины против SARS-CoV-2 и предполагают, что он может быть применим для широкого спектра вирусных заболеваний.
«Общие принципы дизайна, которые начинают появляться в результате этой работы, должны быть универсально применимы к различным антигенам и заболеваниям», — говорит Даррелл Ирвин, старший автор исследования.
Ирвин и Марк Бейт, профессор биологической инженерии MIT, являются старшими авторами исследования, опубликованного в Nature Nanotechnology.
Дизайн ДНК
В 2016 году лаборатория Бейта разработала алгоритм для автоматического проектирования и создания произвольных трёхмерных вирусоподобных форм с использованием ДНК-оригами. Этот метод обеспечивает точный контроль над структурой синтетической ДНК, позволяя прикреплять различные молекулы (например, вирусные антигены) в определённых местах.
«ДНК-структура похожа на перфорированную панель, к которой антигены можно прикрепить в любой позиции», — говорит Бейт.
Считается, что наночастичные вакцины, имитирующие естественные вирусные структуры, очень эффективны для вызова B-клеточного иммунного ответа. Однако определение оптимального размера частиц, расстояния между антигенами и их количества на частице оставалось сложной задачей.
Ключевое открытие
Для исследования были созданы икосаэдрические частицы, похожие по размеру и форме на типичный вирус. К каркасу на различном расстоянии и плотности прикрепили инженерный антиген ВИЧ, связанный с белком gp120.
К удивлению учёных, вакцины, вызвавшие самый сильный B-клеточный ответ, не обязательно имели максимально плотную упаковку антигенов на поверхности.
«Часто предполагается, что чем выше плотность антигена, тем лучше... Однако экспериментальный результат был очень ясен: самое близкое возможное расстояние, которое мы могли создать, было не лучшим. И по мере увеличения расстояния между двумя антигенами сигнализация усиливалась», — объясняет Ирвин.
На основе этих данных исследователи MIT совместно с профессором Джаяджитом Дасом разработали модель. Она предполагает, что когда антигены связываются с рецепторами на поверхности B-клеток, активированные рецепторы сшиваются внутри клетки, усиливая ответ. Однако если антигены расположены слишком близко, этот ответ ослабевает.
За пределами ВИЧ
В последние месяцы лаборатория Бейта создала вариант этой вакцины с белком с поверхности вируса SARS-CoV-2. Сейчас они тестируют, вызовет ли эта вакцина эффективный ответ против коронавируса в изолированных B-клетках и у мышей.
«Наша платформа позволяет легко заменять различные субъединичные антигены и пептиды от разных типов вирусов, чтобы проверить их потенциальную эффективность в качестве вакцин», — говорит Бейт.
Поскольку этот подход позволяет размещать антигены от разных вирусов на одном ДНК-каркасе, появляется возможность создавать варианты, нацеленные на несколько типов коронавирусов, включая прошлые и потенциально будущие варианты.