Синтетические антитела удерживают S-белок коронавируса в неактивном состоянии

SARS-CoV-2 попадает в клетку человека за счет того, что его S-белок взаимодействует с клеточным рецептором ACE2. В настоящее время научные группы трудятся над разработкой антител, которые бы связывались с S-белком и тем самым блокировали проникновение вируса в клетку. Ранее сообщалось о возможности получения антител к S-белку из крови лам. В новом препринте, опубликованном на портале bioRxiv, команда из США и Франции описала синтетические антитела к S-белку SARS-CoV-2, за основу которых взята структура антител лам.

Одна из форм антител лам состоит всего из одного домена. Ученые называют такие антитела «нанотелами», они намного компактнее, более стабильны и просты для синтеза по сравнению с антителами человека. В то же время, нанотела достаточно хорошо связывают белки и идеально подходят для деактивации вируса.

Ученые проскринировали созданную ранее библиотеку синтетических нанотел, воспроизводящих структуру антител лам, и отобрали 21 уникальное нанотело, способное связывать S-белок SARS-CoV-2 в присутствии ACE2. Далее, используя криоэлектронную микроскопию, исследователи показали, что наиболее перспективные антитела взаимодействуют непосредственно с рецептор-связывающим доменом (RBD) S-белка.

RBD становится доступен в момент активации спайка («шипа») SARS-CoV-2, именно он взаимодействует с клеточным рецептором ACE2. Ученые обнаружили, что нанотело Nb6 действует как молекулярная ловушка: оно не только физически блокирует взаимодействие RBD с ACE2, но и не позволяет спайку перейти в активное состояние и экспонировать RBD.

Каждый спайковый белок имеет три RBD, любой из которых может присоединяться к ACE2, чтобы обеспечить проникновение вируса в клетку. В отдельной серии экспериментов ученые нашли способ химически сшить три нанотела Nb6 вместе. Такая тройная структура (Nb6-tri) должна связываться с S-белком в 200 000 раз эффективнее, чем одиночное нанотело.

Чтобы повысить сродство Nb6 к мишени, ученые вносили мутации в его последовательность, заменяя каждую из аминокислот. Оптимизированное таким образом нанотело отличалось от исходного на две аминокислоты и получило название mNb6. Оно связывалось с мишенью в 500 раз эффективнее, чем Nb6.

Nb6, Nb6-tri, mNb6 и его тример mNb6-tri были протестированы на культурах клеток, зараженных лентивирусными частицами, псевдотипированными S-белком SARS-CoV-2. Результат был впечатляющим. Оказалось, что нанотела эффективны даже в низких дозах, при этом тримеризация значительно увеличивает их ингибиторную активность.

В заключительной серии экспериментов исследователи подвергли все варианты Nb6 воздействию высоких температур, лиофилизировали их и перевели в аэрозольную форму. Несмотря на то, что каждый из этих процессов сильно повреждает большинство белков, ученые подтвердили, что благодаря присущей нанотелам стабильности, потери противовирусной активности в аэрозольной форме нет. Предполагается, что антитела можно будет принимать в виде назального спрея или ингаляций.

Ученые назвали полученный аэрозоль AeroNabs. По их мнению, при применении всего один раз в день AeroNabs может обеспечить мощную и надежную защиту от SARS-CoV-2. Ученые также отмечают, что нанотела можно получать в дрожжевых или бактериальных экспрессионных системах, и это относительно недорогой процесс.

Исследовательская группа ведет активные переговоры с коммерческими партнерами, чтобы увеличить объемы производства и запустить клинические испытания. Если они пройдут успешно, ученые планируют сделать AeroNabs широкодоступным безрецептурным лекарством для профилактики и лечения COVID-19.