Согласно исследованию, опубликованному в Science Express на этой неделе, исследователи подробно проследили, как развиваются некоторые мощные нейтрализующие ВИЧ антитела, и это открытие дает важные подсказки для разработки профилактической вакцины против ВИЧ. Открытия были сделаны командой, возглавляемой Центром исследования вакцин (VRC) при Национальном институте аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID), входящем в состав Национальных институтов здравоохранения.
"Это элегантное исследование приближает нас еще на один шаг к вакцине против ВИЧ и устанавливает новый мощный метод оценки иммунного ответа человека на экспериментальные вакцины не только против ВИЧ, но и в отношении патогенов в целом," сказал директор NIAID Энтони С. Фаучи, М.D.
Новые результаты основаны на прошлогоднем открытии трех антител к ВИЧ, о котором сообщили ученые VRC, два из которых могут остановить заражение человеческих клеток в лабораторных условиях более чем 90% известных глобальных штаммов ВИЧ. Названные VRC01, VRC02 и VRC03, эти антитела были обнаружены в крови, сданной для исследований NIAID ВИЧ-инфицированным североамериканцем, известным как донор 45. В новой статье ученые сообщают об обнаружении антител, похожих на VRC01, в крови двух ВИЧ-инфицированных африканцев, известных как донор 74 и донор 0219.
Исследователи также обнаружили, что все эти VRC01-подобные антитела одинаково связываются с одним и тем же местом на ВИЧ. Это говорит о том, что вакцина против ВИЧ должна содержать белковый аналог этого пятна, известный как сайт связывания CD4, для выработки таких же мощных антител, как VRC01, по мнению исследователей. Сайт связывания CD4 – одна из немногих частей постоянно мутирующего вируса, которая остается неизменной для разных вариантов ВИЧ во всем мире, и вирус использует этот сайт для прикрепления к клеткам, которые он заражает.
Ранее ученые обнаружили, что гены VRC01-подобных антител претерпевают необычно большое количество мутаций – от 70 до 90 – между первым вариантом, кодирующим слабое антитело, и окончательной версией, кодирующим антитело, которое может нейтрализовать ВИЧ. Эти гены лежат в ДНК иммунных клеток, называемых В-клетками.
"Чтобы создать вакцину, вырабатывающую VRC01-подобные антитела, нам нужно будет обучить В-клетки эволюционировать их гены антител по одному из нескольких путей, которые мы сейчас определили, от младенчества до зрелой формы, способной бороться с ВИЧ," сказал директор VRC Гэри Дж. Набель, М.D., Ph.D.
Чтобы направить В-клетки по этому расширенному эволюционному пути, ученым сначала нужно было составить карту маршрута. Они начали с обращения к существующей технологии для секвенирования коллекции B-клеточных генов, которые кодируют все антитела, созданные иммунной системой человека. Это исследование знаменует собой первый раз, когда эта технология, называемая глубоким секвенированием, была использована для отслеживания эволюции ответа антител на ВИЧ на генетическом уровне. Затем исследователи NIH разработали сложные методы биоинформатики для расшифровки большой библиотеки генетических данных, полученных с помощью глубокого секвенирования.
"Мы нашли способ читать книги или гены в этой библиотеке, определив уникальные характеристики VRC01-подобных антител," сказал Питер Квонг, доктор философии.D., руководитель отдела структурной биологии VRC и соруководитель исследования.
Основываясь на открытии общей структуры и генетического происхождения VRC01-подобных антител, ученые разработали стратегии сканирования библиотек B-клеточной ДНК донора 45 и донора 74. Из сотен тысяч генов антител ученые сначала идентифицировали тысячи, которые кодируют VRC01-подобные антитела, а затем отсортировали эти гены в родословные, показывая их эволюцию от самой ранней стадии до зрелых форм. Гены, кодирующие нейтрализующие ВИЧ антитела, сгруппированы вместе на одних и тех же ветвях деревьев.
Затем исследователи сосредоточились на сегменте гена, который кодирует часть VRC01-подобного антитела, которое прикрепляется к ВИЧ и нейтрализует его. Изучение этой последовательности в генах вновь обретенных родственников VRC01 показало, как последовательность шаг за шагом изменялась по одному из нескольких четких путей из исходного состояния в зрелую форму. Вакцина, вырабатывающая VRC01-подобные антитела, должна будет уговаривать В-клеточную ДНК незрелых антител развиваться по одному из этих путей.
Теперь ученые стремятся создать белки, которые они могут доставить с помощью вакцины, чтобы они служили указателями, которые направляют развитие B-клеточной ДНК для производства антител, подобных VRC01.
Новое исследование имеет далеко идущие последствия для разработки вакцин. "По мере разработки и тестирования новых вакцин против ВИЧ можно будет анализировать не только антитела в крови, но и специфические гены B-клеток, которые отвечают за выработку антител против ВИЧ," сказал Джон Р. Маскола, М.D., заместитель директора VRC и соруководитель исследования. "Эта информация покажет, в правильном ли направлении движется исследуемая вакцина против ВИЧ в ходе доклинических или клинических испытаний."