Разработаны новые синтетические белки для лечения COVID-19

По состоянию на октябрь 2022 года коронавирусом SARS-CoV-2 заразились уже более 628 миллионов человек во всем мире, что привело к более чем 6,6 миллионам смертей. Постоянно появляются новые варианты, часть из которых уже стала эпидемически значимой. Существует несколько терапевтических препаратов на основе моноклональных антител, которые продемонстрировали свою эффективность для лечения пациентов. Однако их применение ограничено высокой стоимостью производства, проблемами с поставками и неудобными способами введения. Ситуацию также усложняет тот факт, что многие моноклональные антитела оказались менее эффективны в отношении недавно возникших вариантов коронавируса.

Научная группа из США сообщила о разработке двух синтетических белков, FSR16m и FSR22, которые могут быть использованы для профилактики и лечения COVID-19. Один из авторов работы — специалист по респираторных вирусным инфекциям Флориан Краммер из Медицинской школы Икан в Маунт-Синай, под руководством которого ранее были разработаны высокоспецифичные рекомбинантные антигены на основе S-белка коронавируса и один из первых тестов на антитела к SARS-CoV-2. Новая статья американских ученых вышла в журнале Nature Chemical Biology.

Молекулы FSR16m и FSR22 представляют собой сконструированные белки с анкириновыми повторами (designed ankyrin repeat proteins, DARPins), дарпины. Такие белки являются универсальными синтетическими связующими каркасами, обладают высокой термостабильностью и могут взаимодействовать со множеством мишеней. В данном случае активные домены белков FSR16m и FSR22 были созданы таким образом, чтобы имитировать взаимодействие ангиотензинпревращающего фермента 2 человека (hACE2) с рецептор-связывающим доменом (RBD) S-белка и нейтрализовать коронавирус.

Сначала из библиотеки ученые подобрали 11 кандидатов, которые связывали как RBD, так и полноразмерный S-белок, и очистили их с помощью аффинной хроматографии. Далее методом конкурентного ИФА определили те дарпины, которые могли ингибировать взаимодействие hACE2 и S-белка, и получили два варианта (SR16 и SR22), один из которых затем модифицировали (SR16m).

Основываясь на том, что S-белок SARS-CoV-2 имеет тримерную структуру, исследователи тримеризовали обе выбранные молекулы путем их слияния с фолдоном фага T4 и получили продукты FSR16m и FSR22, которые теоретически должны связывать S-белок с гораздо более высокой авидностью. Используя лентивирусы, псевдотипированные S-белком предкового варианта Wuhan-1, ученые проверили свое предположение. Мономерные SR16m и SR22 показали слабую нейтрализирующую активность против Wuhan-1, которая усиливалась при тримеризации более чем в 300 раз.

Примечательно, что, несмотря на использование изолята Wuhan-1 в качестве мишени, FSR16m и FSR22 продемонстрировали высокую нейтрализующую активность и в отношении эпидемически значимых (VOC), а также представляющих интерес (VOI) вариантов SARS-CoV-2, таких как B.1.351 (бета), B.1.617.2 (дельта) и BA.1.1. (омикрон).

С помощью криоэлектронной микроскопии авторы показали, что мишени SR16m и SR22 — основной ACE2-связывающий эпитоп на поверхности RBD (аминокислотные остатки 456, 475, 486, 487 и 489), подтверждая предположение о том, что эти молекулы могут оставаться эффективными и против будущих вариантов SARS-CoV-2. Ученые проверили эффект разработанных молекул в экспериментах на трансгенных мышах, которых инокулировали штаммом B.1.617.2. Мыши, получавшие интраназально FSR16m, имели меньшую потерю веса и в 10–100 раз более низкую вирусную нагрузку в верхних и нижних дыхательных путях.

Дарпинов проявляют повышенную нейтрализующую активность в отношении разных штаммов SARS-CoV-2, что отличает их от многих моноклональных антител человеческого происхождения против SARS-CoV-2. Широкая нейтрализующая способность, возможность быстрого производства FSR16m и FSR22 в Escherichia coli, а также тот факт, что интраназальное введение FSR16m защищает мышей от заболевания, делает их перспективными кандидатами для профилактики и лечения COVID-19.

Анализы на антитела к SARS-CoV-2: как использовать, чтобы победить пандемию