Для разработки вакцин от коронавируса предложено использовать полимутантные S-белки

Ученые из Рокфеллеровского университета создали полимутантный псевдовирус, содержащий S-белок SARS-CoV-2. Этот вирус обладал устойчивостью к нейтрализации плазмой переболевших COVID-19 или вакцинированных доноров, но мог быть нейтрализован плазмой вакцинированных после болезни людей.

Варианты коронавируса, вызывающие опасение (VOC), и исследуемые варианты (VOI) содержат аминокислотные замены в S-белке. Некоторые из них делают вирус устойчивым к отдельным моноклональным антителам, но обычно слабо влияют на способность нейтрализовывать вирус поликлональными антителами. Пока неизвестно, сколько и какие замены в S-белке могут быть критичными для ускользания от распознавания и нейтрализации поликлональными антителами переболевших COVID-19 и вакцинированных. Идентификация и прогнозирование появления такого набора мутаций важны для разработки вакцин и выстраивания стратегии формирования популяционного иммунитета. 

Исследователи сравнивали способность плазмы от 26 переболевших COVID-19 доноров нейтрализовать псевдовирусы на основе ВИЧ-1. В экспериментах использовали псевдовирусы с S-белками SARS-CoV и SARS-CoV-2. Также авторы воспользовались тем фактом, что SARS-CoV плохо нейтрализуется плазмой выздоровевших после SARS-CoV-2 людей. Они дополнительно создали два псевдовируса с химерными S-белками, в которых рецепторсвязывающий домен (RBD) SARS-CoV-2 был заменен на домен SARS-CoV (псевдотип SARS-CoV-2(1-RBD)) или домен SARS-CoV был заменен на домен SARS-CoV-2 (псевдотип SARS-CoV(2-RBD)).

Псевдотип SARS-CoV-2(1-RBD) хуже нейтрализовался плазмой от 21 донора из 26 по сравнению с псевдотипом SARS-CoV-2. Псевдотип SARS-CoV(2-RBD), напротив, нейтрализовался лучше, чем SARS-CoV.

Для более точного картирования мишеней поликлональных антител использовали химерный вирус rVSV/SARS-CoV-2 на основе вируса везикулярного стоматита, который пересевали (до шести пассажей) в присутствии плазмы переболевших. Пересев в присутствии плазмы 22 доноров из 27 привел к появлению множественных мутаций в S-белке — в RBD, N-концевом (NTD) и других доменах. Было изолировано 38 мутантных вирусов, каждый из которых содержал одну, две или три аминокислотных замены в S-белке. Полученные замены сравнивали с известными циркулирующими в популяции мутациями. Ряд совпадающих мутаций соответствовал участкам связывания с нейтрализующими антителами в домене NTD. Также совпадения были обнаружены для участков связывания RBD с нейтрализующими антителами классов 2 и 3, но не 1.

Далее выбрали 13 мутаций и создали полимутантный синтетический S-белок, PMS1-1, содержащий все эти мутации. Его последовательность встроили в rVSV/SARS-CoV-2. Получившийся вирус продемонстрировал более высокую устойчивость к нейтрализации, чем вирусы, содержащие отдельные мутации из этого набора.

Затем создали панель псевдовирусов на основе ВИЧ-1, содержащих PMS1-1, другой белок, PMSD4, с иным набором из 13 мутаций и природные варианты S-белка VOC и родственных сарбековирусов. Эти псевдовирусы были устойчивы к нейтрализации новой панелью из плазмы 21 выздоровевшего пациента и 14 доноров, привитых мРНК-вакциной. 

На основе этих исследований авторы попытались создать полимутантный вариант S-белка SARS-CoV-2, который бы минимально отличался от S-белка «уханьского» штамма (Wuhan-hu-1), но при этом был бы устойчив к плазме выздоровевших и вакцинированных. Для этого выбрали 20 мутаций, включая восемь замен в NTD и восемь замен в RBD. Эти мутации были выявлены в ходе экспериментов или присутствовали у VOC, которые нейтрализуются хуже, чем «уханьский» штамм. Белок назвали PMS20.

Псевдовирус с белком PMS20 так же хорошо заражал клетки, как и вирус дикого типа, но был устойчивым к нейтрализации плазмой переболевших и вакцинированных. Однако оказалось, что плазма 14 доноров, которые были вакцинированы после того, как переболели COVID-19, сохраняет способность нейтрализовывать этот вариант псевдовируса. Также авторы показали, что такая плазма (переболевших и затем вакцинированных) может нейтрализовать и псевдовирусы, содержащие S-белки родственных сарбековирусов. Авторы объясняют защитные свойства плазмы бóльшим разнообразием антител, их созреванием и более высокой концентрацией.

Ученые заключают, что пока неясно, способна ли бустерная вакцинация усиливать защиту от новых вариантов SARS-CoV-2 и других сарбековирусов. С другой стороны, возможно, стоит использовать полимутантные последовательности S-белка для разработки новых вакцин.