Новый метод направленной эволюции дает высокоэффективные нанотела против коронавируса

Нанотелами называют однодоменные антитела; они имеют меньший размер и более высокие растворимость и сродство к антигену, чем обычные антитела. Основной метод получания нанотел — иммунизация животных семейства верблюдовых. Эти животные вырабатывают антитела небольшого размера, на основе которых легко разрабатывать нанотела.

Однако существуют и полностью синтетические нанотела, объединенные в неимунные библиотеки. Такой библиотекой воспользовались авторы новой работы для того, чтобы выделить нанотела, специфичные по отношению к S-белку коронавируса.

Сначала исследователи отобрали из библиотеки нанотела со сродством к рецептор-связывающему домену (RBD) S-белка SARS-CoV-2. Все нанотела в библиотеке имеют общий каркас и различаются только областями, определяющими комплементарность антигену (complementarity-determining region, CDR). Отбор подходящих нанотел производили следующим образом. Сначала использовали дрожжевой дисплей — экспрессию рекомбинантных белков на поверхности дрожжевых клеток. Затем библиотеку нанотел обогащали с помощью сортировки клеток на магнитных бусинах (MACS) и нескольких раундов сортировки клеток с флуоресцентной активацией (FACS). Наконец, в оставшихся дрожжевых клетках определяли генетические последовательности, соответствующие нанотелам, с помощью секвенирования по Сэнгеру.

В результате ученые отобрали три ведущих клона, каждый из которых нес нанотело с тремя CDR (CDR1, CDR2 и CDR3). Эти области незначительно различались у всех нанотел. Далее аффинность нанотел повышали с помощью подверженной ошибкам ПЦР c низкой частотой мутаций. Полученные нанотела снова экспрессировали на поверхности дрожжей и отбирали самые удачные клоны в течение четырех циклов FACS. Концентрацию антигена снижали до тех пор, пока сродство нанотел к антигену не стало выше сродства нанотел, полученных от иммунизированных животных.

Секвенирование итоговых клонов с очень высоким сродством к S-белку выявило не только мутации в CDR и каркасах нанотел, но также замену одной или нескольких CDR в одном нанотеле одной или несколькими CDR из другого нанотела. Такая перестановка областей, определяющих комплементарность, повысила аффинность и нейтрализующую активность нанотел (последнюю проверяли с помощью псевдовирусов).

«Процесс обмена CDR привел к существенным изменениям в нанотелах, которые мы начали модифицировать, — рассказывает один из первых авторов работы Дженнифер Зупанчич, докторант кафедры химической инженерии Мичиганского университета. — Для нас было удивительно, что такие серьезные изменения не только не препятствуют связыванию и нейтрализации вируса SARS-CoV-2, но значительно улучшают их».

Авторы отмечают, что метод, которым они пользовались, прост в систематическом применении.

«Это неожиданное открытие, по-видимому, является ключевым шагом на пути к быстрому и простому созданию высокоаффинных агентов, таких как нанотела, без необходимости обширного скрининга и оптимизации», — говорит главный автор работы Питер Тессье, профессор фармацевтических наук и химической инженерии в Мичиганском университете.