Наноскопический инструмент оценивает альтернативную профилактику COVID-19

Исследователи из Университета Канадзавы сообщают в Nano Letters, как высокоскоростная атомно-силовая микроскопия (HS-AFM) может быть использована для оценки эффективности нейтрализующих шип-белок антител (SNABs) для профилактики COVID-19. Использование таких антител предлагает многообещающую альтернативу вакцинам.

Вакцины против COVID-19 обеспечивают значительную степень защиты, но после второй дозы защита длится до восьми месяцев и требует множества бустерных доз.

Альтернативный путь профилактики и лечения COVID-19 лежит в SNABs, которые нейтрализуют действие шиповидного белка вируса SARS-CoV-2, опосредующего проникновение вируса в клетку-хозяина. Возможность динамической визуализации этих взаимодействий крайне желательна для разработки эффективного лечения.

Кисианг Лим и его коллеги успешно провели видеосъёмку взаимодействий белок–SNAB с помощью HS-AFM. Они смогли идентифицировать молекулярные механизмы и продемонстрировали, что HS-AFM предлагает уникальную наноскопическую платформу для оценки межмолекулярных связывающих свойств SNABs.

Одна из главных причин для изучения этих взаимодействий — проверка, что они не приводят к явлению антителозависимого усиления инфекции (ADE), когда вирус усиливает свой потенциал проникновения, связываясь с «субоптимальным» антителом. Учёные использовали HS-AFM для исследования риска ADE.

Исследователи сначала изучили, как шиповидный белок SARS-CoV-2 связывается с SNAB. Они определили, как структура комплекса белок–SNAB блокирует инфекцию, и сделали вывод, что риск ADE на основе полученной структурной информации незначителен.

Затем, чтобы смоделировать динамическое взаимодействие между SNABs и вариантами SARS-CoV-2, учёные создали небольшие внеклеточные везикулы («биоконтейнеры»), способные продуцировать шиповидные белки. Из этих экспериментов они сделали вывод, что шероховатость вирусной поверхности может усиливать инфекционность вариантов SARS-CoV-2. Также было обнаружено, что SNAB может нейтрализовать шиповидный белок дельта-варианта.

Работа показывает, что HS-AFM предоставляет отличный наноскопический инструмент для изучения паттерна связывания SNABs и динамического взаимодействия между SNABs и внеклеточными везикулами, имитирующими шиповидный белок. По словам исследователей: «Эти результаты необходимы для скрининга подходящих SNABs с более низким риском ADE для лечения COVID-19».

Высокоскоростная атомно-силовая микроскопия

Общий принцип атомно-силовой микроскопии (AFM) заключается в сканировании поверхности образца очень маленьким остриём. Во время горизонтального (xy) сканирования остриё, прикреплённое к небольшому кантилеверу, следует вертикальному (z) профилю образца, вызывая силу, которую можно измерить. Величина силы в позиции xy может быть связана со значением z; данные xyz, полученные во время сканирования, формируют карту высот, предоставляющую структурную информацию об образце.

В высокоскоростной AFM (HS-AFM) принцип работы несколько сложнее: кантилевер заставляют колебаться вблизи его резонансной частоты. Когда остриё перемещается по поверхности, вариации амплитуды (или частоты) колебаний кантилевера — возникающие в результате взаимодействия острия с поверхностью образца — записываются, так как они являются мерой локального значения «z». AFM не использует линзы, поэтому её разрешение не ограничено дифракционным пределом, как, например, в рентгеноструктурном анализе.

HS-AFM даёт видео, где интервал между кадрами зависит от скорости генерации одного изображения (путем xy-сканирования образца). Исследователи из Университета Канадзавы в последние годы развивали HS-AFM, чтобы её можно было применять для изучения биохимических молекул и биомолекулярных процессов в реальном времени. Кисианг Лим и его коллеги теперь применили этот метод для изучения процесса, в котором нейтрализующее шип-белок антитело связывается с вирусом SARS-CoV-2, предотвращая его проникновение в клетку-хозяина.