Бактериальные ферменты помогают получить универсальную донорскую кровь

Статья в Nature Microbiology описывает «очистку» эритроцитов групп крови А и В от антигенных углеводов, способных вызвать реакцию с антителами плазмы реципиента другой группы. Для очистки использовали ферменты бактерии — симбионта кишечника.

Несоответствие групп крови донора и реципиента при переливании может привести к фатальным осложнениям. Группа крови определяется наличием антигенов А, В и Н на поверхности эритроцитов; эти антигены различаются определенными терминальными гликанами. Эритроциты крови группы О не несут антигенов А и В, и кровь этой группы можно переливать людям с другими группами. Создание запаса крови группы О может решить проблему нехватки донорской крови для других групп системы АВО.

Еще в 1982 году возникла идея ферментативной конверсии эритроцитов группы B в универсальную группу O: эритроциты обработали ферментом α-галактозидазой из кофейных зерен, чтобы превратить B-антиген в H-антиген (антиген-предшественник А и В, такой же, как у лиц с группой крови О).

 У людей с группами крови А, В и О вырабатывается антиген-предшественник Н. Он остается неизменным в группе О; люди с группой А имеют ген фермента, присоединяющего к Н остаток N-ацетилгалактозамина, люди с группой В — фермента, присоединяющего дополнительный остаток галактозы. Удаление присоединенного остатка может превратить А- или В-антиген в Н-антиген. Credit: proteopedia.org

В дальнейшем для ферментативного получения эритроцитов группы О (enzymatically converted group O, или ECO-эритроциты) использовали более эффективные бактериальные ферменты α-N-ацетилгалактозаминидазы и α-галактозидазу. В 2019 году исследование геномной библиотеки микробиоты кишечника человека обнаружило ферментативный путь превращения антигена А в О.

Тем не менее при переходе к клиническим исследованиям появились проблемы с безопасностью: иммунная реакция с кровью пациента все же возникала. Давно известно, что с антигенами А и В не все так просто, как на канонической схеме, например, у части доноров углеводные цепочки удлинены за счет дополнительных звеньев. Пока не до конца понятно, как влияют такие «расширенные» антигены на совместимость ферментативно обработанной крови и какие ферменты лучше использовать в этих случаях.

Авторы новой работы продемонстрировали потенциал ферментов симбиотической бактерии из кишечника человека — Akkermansia muciniphila — для получения универсальной крови группы О. Как ясно из названия, эта бактерия деградирует муцины — компоненты слизи, покрывающей эпителий кишечника. Муцины содержат эпитопы АВО, их же несут на своей поверхности клетки кишечного эпителия; видимо, это объясняет появление у бактерии подобных ферментов.

Ученые обнаружили у A. muciniphila два перспективных фермента, гомологичных известным α-галактозидазам из класса гликозидгидролаз GH110, в частности, ферменту FragA, который часто используется для разрушения антигена В. Кроме того, у аккермансии есть ферменты из класса GH20, отщепляющие «нетипичный» N-ацетилгалактозамин, который может быть присоединен к В-антигену (такой вариант антигена авторы назвали ExtB). Авторы обнаружили целых десять ферментов с подобной активностью. В экспериментах с эритроцитами от разных доноров было установлено, что удаление ExtB необходимо для успешной конверсии антигена В. Также исследователи нашли у аккермансии ферменты, способные превращать антиген А эритроцитов в антиген Н, в том числе расщеплять удлиненные варианты антигена А. В эксперименте с флуоресцентно меченными ферментами ученые убедились, что они успешно отмываются от эритроцитов буфером PBS.

Наконец, чтобы проверить, насколько эффективно удаление антигенов групп крови А и В, эритроциты, обработанные бактериальными ферментами, смешивали с плазмой группы О и оценивали степень агглютинации. В случае эритроцитов группы В максимальное снижение реактивности наблюдалось при разрушении антигенов B и ExtB. С эритроцитами группы А результаты были менее впечатляющими, однако использование смеси ферментов вместо одного существенно снизило реактивность и в этом случае.

Авторы также получили структуры двух ферментов аккермансии: альфа-галактозидазы AmGH110A и α-N-ацетилгалактозаминидазы AmGH20A, расщепляющей ExtB. Это поможет в поиске и дизайне новых ферментов с подобными свойствами.

Легкие с группой крови А можно сделать подходящими для пациентов с любой группой