Наноантитело из ламы нейтрализует белок, необходимый для заражения герпесом
Ежегодно более 40 миллионов человек в мире заражаются вирусом герпеса, что вызывает жжение, волдыри и боль. Вирус представляет серьёзную угрозу для новорождённых и людей с ослабленным иммунитетом. Исследователи из Гамбурга и Гёттингена создали мини-антитело (наноантитело), которое нейтрализует ключевой для инфекции белок. Результаты, опубликованные в Nature, открывают перспективу новых методов лечения и профилактики тяжёлых герпесных инфекций.
После заражения вирус герпеса остаётся в организме на всю жизнь, находясь в латентном состоянии в нервных клетках. При ослаблении иммунитета или стрессе он реактивируется.
Около 60% населения Земли инфицировано вирусом простого герпеса 1 типа (HSV-1), вызывающим "простуду" на губах. Почти 20% имеют генитальный герпес, вызываемый в основном HSV-2, но также и HSV-1. Для людей с ослабленным иммунитетом и новорождённых инфекция может привести к поражению центральной нервной системы и быть фатальной. Существующие препараты эффективны только при активной инфекции, но не для профилактики или лечения латентной формы.
Белок, сливающий мембраны
Для заражения клетки вирус герпеса сливает свою оболочку с мембраной клетки-хозяина. Ключевую роль в этом процессе играет гликопротеин B (gB). Он находится в "заряженном" состоянии и использует эту энергию для слияния мембран, позволяя вирусному генетическому материалу проникнуть в клетку. Во время слияния gB меняет свою трёхмерную форму, что делает его перспективной мишенью для лекарств, однако ранее критические участки белка были недоступны.
Исследователи из Института вирусологии им. Лейбница (LIV), Гамбургского университета (UHH), Университетской клиники Гамбург-Эппендорф (UKE) и Института мультидисциплинарных наук им. Макса Планка в Гёттингене смогли "поймать" комплекс gB в его неуловимой ранее форме, готовой к слиянию. Они определили его высокоразрешающую структуру с помощью криогенной электронной микроскопии (cryo-EM), обработки изображений и структурного моделирования.
Команда из Гёттингена выделила наноантитело из иммунизированной ламы (альпаки). Это наноантитело нейтрализует gB при очень низких концентрациях. Оно связывается с формой gB, готовой к слиянию, и блокирует движения и высвобождение энергии, необходимые для слияния мембран.
Ламы, альпаки и другие верблюдовые имеют структурно более простые антитела, которые в лаборатории можно уменьшить до наноантител. В Гамбурге исследователи из группы Кая Грюневальда создали препарат белка gB, который коллеги из Гёттингена использовали для иммунизации альпаки по кличке Макс. После забора крови работа продолжилась в лаборатории с использованием высокотехнологичного оборудования, ферментов, бактерий, бактериофагов и компьютеров.
Из образца крови получили "чертежи" около миллиарда различных наноантител, но лишь малая часть была направлена против целевого белка. С помощью бактериофагов команда выделила специфичные к gB наноантитела, произвела их микробиологически и протестировала на противовирусную активность.
«В этом процессе мы смогли идентифицировать ровно одно наноантитело, которое обладает сильным нейтрализующим эффектом. Особенно интересно, что оно работает как против HSV-1, так и против HSV-2», — сообщает Дирк Гёрлих.
В Гамбурге команда расшифровала 3D-структуру нативного HSV-2 gB в комплексе с наноантителом. Эта модель и другие высокоточные cryo-EM модели до и после слияния (созданные с помощью вычислительных инструментов группы Майи Топф) раскрыли механизм нейтрализации.
«Наши результаты показывают, что связывание наноантитела предотвращает изменение формы белка — шаг, необходимый для слияния мембран. Это предотвращает заражение», — говорит Кай Грюневальд.
Открытия обещают новый подход к лечению и профилактике герпесных инфекций.
«Наноантитела можно использовать не только в дополнение к существующим лекарствам для лечения герпесных инфекций. В будущем они также могут защитить людей из группы риска от заражения герпесом или рецидива латентной инфекции», — говорит Бенджамин Фолльмер, ведущий учёный проекта.
«Предстоит долгий путь, но люди со слабой иммунной системой — новорождённые, ВИЧ-инфицированные, пациенты с раком, аутоиммунными заболеваниями или предстоящей трансплантацией органов — получат наибольшую пользу от этих инновационных антител».
Например, профилактическое введение наноантител беременной женщине с активной герпесной инфекцией могло бы защитить новорождённого от заражения. Заявка на патент для дальнейшей разработки наноантител для клинического использования и привлечения промышленных партнёров уже подана.