Вторичные нанотела сократят использование лабораторных животных
Антитела незаменимы в биологических исследованиях и медицинской диагностике, но их производство требует много времени, средств и использования множества животных. Учёные из Института биофизической химии Общества Макса Планка в Гёттингене (Германия) разработали вторичные нанотела, которые могут заменить наиболее часто используемые антитела и значительно сократить число животных в их производстве. Это возможно, поскольку вторичные нанотела можно производить в больших масштабах с помощью бактерий. Более того, в ключевых клеточно-биологических применениях вторичные нанотела превосходят свои традиционные аналоги-антитела.
В исследованиях для маркировки определённого белка в клетке используются первичные антитела против этого белка. Затем применяются вторичные антитела, которые связываются с первичными, несут флуоресцентные красители и делают целевой белок видимым под микроскопом.
Большое разнообразие первичных антител традиционно производится в мелких млекопитающих, таких как кролики и мыши. Поскольку большинство применений антител полагается на вторичные антитела, спрос на них огромен. Их производство требует не только многих, но и крупных животных, таких как ослы, козы или овцы, что создаёт этическую проблему.
Вторичные нанотела можно производить в бактериях
Новая устойчивая альтернатива, представленная исследователями, основана на нанотелах — фрагментах особых антител из верблюдов и родственных видов, таких как альпаки.
«Мы разработали вторичные нанотела, которые не только отлично работают, но и могут производиться микробиологически в любом масштабе — как пиво в ферментере», — объясняет Дирк Герлих, директор Института и руководитель проекта.
«Проблема заключалась в получении конструктивных планов для по-настоящему совершенных вторичных нанотел. Мы начали с огромного числа вариантов, извлечённых из небольшого количества крови двух иммунизированных альпак. С помощью фагового дисплея мы выловили лучшие варианты и в итоге использовали их для программирования бактерий для производства нанотел», — поясняет Тино Плейнер, первый автор работы.
Первоначально эксперименты с нанотелами давали лишь тёмные и зашумлённые изображения, так как их малый размер (в 10 раз меньше обычных антител) оставляет меньше места для присоединения флуоресцентных молекул. Однако повторная иммунизация альпак, дальнейшая эволюция в пробирке, особая стратегия присоединения красителей и комбинирование двух или более совместимых нанотел позволили добиться, чтобы нанотела как минимум соответствовали обычным антителам по силе сигнала.
Улучшенное разрешение в световой микроскопии
Нанотела имеют явные преимущества перед вторичными антителами.
«Например, микроскопия сверхвысокого разрешения может оптически разрешать клеточные структуры в диапазоне нескольких нанометров. Однако такие изображения размываются при использовании первичных и вторичных антител, каждый из которых уже имеет размер 15 нанометров. Использование нанотел размером всего три нанометра действительно улучшает разрешение», — говорит Плейнер.
«Мы протестировали вторичные нанотела в других приложениях, помимо микроскопии, и результаты очень многообещающие», — подчёркивает Герлих.
Новый путь производства в бактериях облегчает их модификацию и слияние с другими репортёрными белками, например, ферментами.
«Мы ожидаем, что во многих применениях наши нанотела заменят традиционные вторичные антитела от ослов, коз или овец».