Полученные данные продвигают исследования COVID-19 по трем ключевым направлениям:
Были классифицированы и нанесены на карту сотни антител, предоставленных более чем 50 различными организациями по всему миру. Это исследование показывает, где именно каждое антитело связывается с белком Spike SARS-CoV-2.
Исследователи описывают нейтрализующую силу или эффективность каждого антитела и вероятность того, что каждое антитело может обеспечить защиту от вирусных вариантов.
Антитела со схожими следами на Спайке были сгруппированы в "сообщества".«Исследователи показывают, как антитела из разных сообществ могут быть объединены в мощный« коктейль »антител для нацеливания на вирус.
"Мы смогли составить карту географии Спайка и понять, какие антитела связываются с какими следами.
Эта карта представляет собой справочную информацию, которая помогает предсказать, какие антитела по-прежнему эффективны против вызывающих озабоченность вариантов SARS-CoV-2, таких как распространенный в настоящее время вариант Delta », – говорит профессор LJI Эрика Оллманн Сапфайр, доктор философии.D., кто возглавляет глобальные усилия, стоящие за этим исследованием, называемое Иммунотерапевтическим консорциумом по коронавирусу (CoVIC).
Фактически, исследователи обнаружили три разные группы антител, устойчивых к мутациям в белке SARS-CoV-2 Spike. Эти антитела могут нацеливаться на уязвимые участки белка Spike, даже если он мутирует.
«Теперь у нас есть структура для выбора устойчивых коктейлей антител для лечения COVID-19», – говорит Сапфайр.
Сбор мощных антител
CoVIC включает около 370 антител, полученных в результате 59 различных исследований, которые охватывают широкий диапазон: от академических лабораторий и небольших биотехнологий до крупных международных фармацевтических корпораций. Эти терапевтические антитела проходят параллельную оценку в стандартизированной лаборатории в семи различных партнерских лабораториях. Команда Saphire в LJI определяет структуры этих антител с высоким разрешением, а также быстро создает инструменты для изучения влияния мутаций в Spike на активность антител.
«CoVIC была создана для анализа огромной панели моноклональных антител на равных», – говорит соавтор исследования Кэтрин Хасти, доктор философии.D., инструктор LJI. «Первоначальной целью было изучить антитела против исходного штамма SARS-CoV-2, но быстро стало ясно, что вирусный белок Spike постоянно развивается. Способность Спайка изменяться имеет серьезные последствия, когда вы говорите о лечении кого-либо с помощью моноклональных антител."
«Участники CoVIC использовали разные стратегии для поиска этих антител», – добавляет соавтор исследования Хаоян Ли, доктор философии.D., постдокторант в LJI. «Такой широкий спектр антител делает наше исследование более всеобъемлющим, чем предыдущие исследования, в которых, возможно, изучались антитела небольшого числа выживших."
Это систематическое исследование огромного пула антител – масштабное мероприятие. Это исследование обеспечивает основу для понимания в глобальном масштабе, какие антитела эффективны (или нет) против каких вариантов. Эта информация будет иметь ключевое значение для сужения пула антител, от которого можно будет перейти к дальнейшим исследованиям. «Каждый член нашей лаборатории, состоящей из 25 человек, принял участие», – говорит Сапфайр.
Глобальные усилия координируются менеджером программы д-ром. Шарон Шендель и включает в себя ослепление множества клинических кандидатов, чтобы все терапевтические препараты оценивались на равных условиях. Также в LJI профессор Бьорн Петерс, доктор философии.D. возглавляет команду по созданию базы данных CoVIC, которая служит общедоступным репозиторием для всех данных, собранных лабораториями-партнерами CoVIC. Эти данные находятся в свободном доступе для других исследователей, которые хотят сравнить и сопоставить антитела против SARS-CoV-2 Spike.
Объединенная информация поможет определить, какие антитела могут быть кандидатами для клинического использования.
Нахождение антител «все звезды»
Ключевой участок на Спайке, называемый доменом связывания рецепторов (RBD), торчит, как скалистый выступ, и ученые лаборатории Saphire использовали термины альпинизма для описания его структуры. Внутренняя и внешняя грани RBD соединены центральной «долиной».«Пик» и «Меса» башни в сторону.
Пройдите через холм, и вы увидите «откос» внизу.
Увидев, где антитела связываются с ландшафтом RBD, исследователи разделили многообещающие антитела на «сообщества»."
«Сообщества – это группы антител, которые имеют одинаковое поведение, что означает, что они могут или не могут связываться с белком Spike одновременно с другими антителами», – говорит Шендель.
Антитела умеют распознавать специфические вирусные структуры.
Они видят свои цели и цепляются за то, чтобы не дать вирусу заразить клетки. Но что, если их цель мутирует, и ландшафт, который распознает антитело, внезапно станет немного другим??
«Вариант может быть обнаружен через несколько недель после его появления – это бесконечная игра в догонялки», – говорит Сапфайр. "Нам нужно было знать, какие антитела в нашей библиотеке будут надежными в ближайшие месяцы и годы."
Исследователям нужно было найти антитела, которые нацелены на «консервативные» сайты в RBD. Это сайты, которые настолько важны для жизненного цикла вируса, что вирус, вероятно, не смог бы функционировать, если бы они мутировали.
Наиболее эффективными антителами являются те, которые нацелены на эти консервативные сайты.
Чтобы найти устойчивые антитела, Хасти создал ряд белков Spike с различными точечными мутациями. Эти структуры отражают те, что видны в вызывающих озабоченность вариантах, таких как Альфа, Гамма и Дельта.
Для некоторых антител одной или двух мутаций в Спайке было достаточно, чтобы они потеряли из виду свою цель. «Мы могли видеть, какие виды антител ускользнули из-за каких мутаций», – говорит Хасти. "Это действительно полезно знать, поскольку мы можем видеть эти мутации в реальных вариантах, вызывающих озабоченность."
Например, ученые знают, что у бета-варианта есть мутация в сайте под названием K417N. «Теперь мы можем идентифицировать антитела, на которые влияют мутации в этом сайте, но мы также можем идентифицировать антитела, которые будут работать против других сайтов в белке Spike бета-варианта», – говорит Хасти.
Шендель и Хасти работали в тесном сотрудничестве с Дэниелом Бедингером, доктором философии.D., биотехнологической компании Carterra® из Солт-Лейк-Сити, которая разработала инструмент LSA® и программное обеспечение для анализа биннинга эпитопов, которые имели решающее значение для этого анализа. Бединджер создал сетевые графики, которые позволили ученым сравнить, как более 250 антител будут связываться с SARS-CoV-2.
Эти сетевые графики показали, какие антитела будут связываться в присутствии друг друга – другими словами, какие антитела будут «хорошо играть» с другими антителами.
«Картерра вызвалась выполнять эту работу на общественных началах», – говорит Хасти. "Я хочу поблагодарить Дэниела и Картерру."
Исследователи стремились найти лучшие антитела из разных сообществ и собрать их в звездную команду, чтобы победить вирус.
Тем временем Ли руководил структурными исследованиями. Команда использовала оборудование криоэлектронной микроскопии LJI для изображения структур антител в сочетании с RBD.
Благодаря своей работе Ли составил «хит-карту» того, где антитела нацелены на вирус.
На карте показано, что семь сообществ антител нацелены на изменяемые или консервативные области на Spike. Более того, в отличие от традиционных исследований, в которых используется версия Fab для структур, в этой работе используются цельные IgG для имитации и выявления того, как эти антитела защищают клетки от инфекции.
Некоторые IgG нацелены на SARS-CoV-2 Spike двухвалентным связыванием, что увеличивает сродство и эффективность антител, тогда как другие имеют тенденцию инактивировать вирионы путем перекрестного связывания Spikes. «Это новая информация для научного сообщества, и это хороший пример того, почему нам понадобился этот более подробный анализ антител», – говорит Ли.
Ли руководил не только структурной биологией, но и обеспечил доступ к структурам – как в документе, так и путем размещения структурной информации в общедоступных базах данных, чтобы другие ученые могли получить доступ к данным. «Хаоян был движущей силой создания всех этих структур», – говорит Шендель. "Его усилия были поистине героическими."
В конце концов, исследователи собрали увлекательную цветовую библиотеку антител в своих сообществах. Эта работа показывает, какие антитела можно комбинировать в терапии моноклональными антителами.
Исследование также показывает, какие антитела необходимо получить из будущих вакцин для максимальной защиты от вариантов SARS-CoV-2.
Наука с глобальным влиянием
Три сообщества оказались особенно устойчивыми к мутациям RBD.
«Эти антитела – действительно хорошие кандидаты для использования в терапии моноклональными антителами», – говорит Хасти. "Если вы готовите коктейль из антител, вам нужно, чтобы там было хотя бы одно из этих антител, потому что они, вероятно, сохранят свою эффективность против большинства вариантов."
Некоторые пациенты с COVID-19 уже могут получить доступ к коктейлям с моноклональными антителами. Как объясняет Шендель, у нынешних коктейлей есть ограничения: они работают лучше всего, если их вводить до появления серьезных симптомов – и их нужно давать через I.V. в клинических условиях.
Благодаря этому новому исследованию CoVIC приблизился к разработке более эффективных методов лечения антителами, которые могли бы нанести удар по вариантам SARS-CoV-2. По словам Шенделя, более эффективные методы лечения антителами могут быть эффективны и при более низких дозах, что делает их практичным вариантом для распространения в странах, где медицинская помощь менее доступна. Она надеется, что однажды лечение моноклональными антителами можно будет вводить в виде простой инъекции.
Команда CoVIC теперь работает с партнерами над исследованиями защиты животных.
Другие исследователи CoVIC работают над тем, чтобы понять, как нейтрализующие антитела координируются с реакциями иммунной системы.
Некоторые люди считают, что худшие дни пандемии давно прошли, но американцы продолжают умирать от COVID-19, и многие люди во всем мире не будут получать вакцину COVID-19 в течение многих лет.
«У нас такое большое количество людей в США и во всем мире, которые не вакцинированы», – говорит Шендель. "Если мы сможем разработать более эффективную терапию с использованием моноклональных антител, для них будут доступны методы лечения."
Исследование «Определение вариантно-устойчивых эпитопов, на которые нацелены антитела против SARS-CoV-2: исследование Глобального консорциума» было поддержано семьей Овертона (финансирование Консорциума иммунотерапевтов по коронавирусу); COVID-19 Therapeutics Accelerator INV-006133 (Консорциум иммунотерапевтов по коронавирусу); Фонд Билла и Мелинды Гейтс OPP1210938 (Консорциум иммунотерапевтов по коронавирусу); Фонд GHR (Консорциум иммунотерапевтов по коронавирусу); Грант NIH / NIAID U19 AI142790-S1 (Консорциум иммунотерапевтов по коронавирусу); Кэрол Ли; FastGrants от Emergent Ventures в центре Mercatus; Университет Джорджа Мейсона за поддержку основного оборудования; стипендия по мобильности раннего постдока Швейцарского национального научного фонда (P2EZP3_195680); и Инициатива "Переводная иммунология здоровья герцога".
Дополнительные авторы исследования включают S. Мозес, Деннисон, Кан Ли, Вамсидхар Раяпролу, Сяоин Ю, Колин Манн, Мишель Зандонатти, Рубен Диас Авалос, Давид Зила, Тьерра Бак, Шон Хуэй, Келли Шаффер, Читра Харихаран, Джиеюн Инь, Эдуардо Адхен Энтильяс, Эдуардо Адхен Олмедрильяс Милите Абраха, Элизабет Фини, Джиллиан Кью. Хорн, команда CoVIC-DB, Йоанн Алдон, Ханиф Али, Санджа Арачич, Рональд Р. Кобб, Росс С. Федерман, Джозеф М. Fernandez, Jacob Glanville10, Robin Green8 9, Gevorg Grigoryan, Ana G. Лухан Эрнандес, Дэвид Д. Хо, Куан-Ин А. Хуанг, Джон Ингрэм, Вейдун Цзян, Пол Келлэм, Чхолмин Ким, Минсу Ким, Хён Ми Ким, Чао Конг, Шелли Дж.
Кребс, Фей Лан, Гоцзюнь Ланг, Суён Ли, Чеук Лун Люн, Джунли Лю, Янан Лу, Анна МакКами, Эндрю Т. Макгуайр, Энн Л. Палсер, Теренс Х. Rabbitts, Zahra Rikhtegaran Tehrani, Mohammad M. Саджади, Рожье В. Сандерс, Аарон К. Сато, Лян Швейцер, Чимин Со, Бинцин Шен, Йонне Дж. Снитселаар, Леонидас Стамататос, Йонгконг Тан, Милан Т. Томич, Марит Дж. Ван Гилс, Савсан Юсеф, Цзян Ю, Том Зи.
Юань, Цянь Чжан, Грузия D. Томарас и Тимоти Германн.