Используя новую экспериментальную технику в области денге, лаборатории Ральфа Барика, доктора философии, и Аравинды де Силва, доктора философии, показали, что молекулярный шарнир, где соединяются две области белка, — это место, где естественные человеческие антитела прикрепляются к денге 3, чтобы отключить его. Открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что после первичного заражения большинство человеческих антител, которые нейтрализуют вирус, связываются с шарнирной областью.Это первое исследование, демонстрирующее, как эти сайты связывания, состоящие всего из 25 аминокислот, можно генетически заменить на аминокислоты другого типа денге без нарушения целостности вируса.
«Это дает нам возможность лучше понять, как работают человеческие антитела», — сказал де Сильва, профессор микробиологии и иммунологии Медицинской школы UNC. «И в этом может быть много трансляционных аспектов; это может привести к новому способу создания вакцин от других болезней».Де Силва и Барич, профессора, работавшие одновременно в Медицинской школе UNC и Школе глобального общественного здравоохранения UNC Gillings, теперь работают с разработчиками вакцин в двух фармацевтических компаниях, чтобы проверить эффективность потенциальных вакцин против денге, которые сейчас проходят клинические испытания. Если эти вакцины не связываются со своим молекулярным шарниром, то вакцины, вероятно, окажутся менее эффективными, чем хотелось бы исследователям, особенно со временем.Денге, которым ежегодно заражается около 390 миллионов человек, распространен в тропических и субтропических регионах по всему миру.
В 2010 году во Флорида-Кис было зарегистрировано 63 подтвержденных случая. Вирус, широко распространенный на территории Соединенных Штатов в Пуэрто-Рико, также был подтвержден на материковой части южной Флориды и в Техасе. «Комары, переносящие лихорадку денге, существуют на всей территории юго-востока Соединенных Штатов, — сказал Барич. «Это всего лишь вопрос времени, когда вирус денге вновь появится на Юге, что сделает вакцины и терапевтические препараты важнейшим долгосрочным приоритетом общественного здравоохранения».
Создание действительно эффективной вакцины против денге оказалось трудным из-за явления, называемого антителозависимым усилением. У людей, инфицированных одним типом лихорадки денге, обычно развивается естественный иммунный ответ, который избавляет организм от вируса и предотвращает повторное заражение этим же типом вируса.
Но если эти люди заражены вторым типом денге, вирус усиливается из-за этого первого иммунного ответа. Результатом может быть тяжелая геморрагическая лихорадка денге, которая может быть смертельной.
Следовательно, вакцина, обеспечивающая иммунитет только против одного типа денге, сделает другие типы денге более опасными и опасными. Первое крупное клиническое испытание вакцины против денге, проведенное в Таиланде в 2011 году, включало коктейль из всех четырех типов денге.
Но по причинам, которые остаются неясными, вакцина была лишь частично защитной. Не было никаких доказательств того, что вакцина защищала людей во время вспышки денге 2 в том же году.
Для изучения денге де Силва и его коллеги собрали образцы у инфицированных шри-ланкийцев и у американцев, заразившихся этим заболеванием за границей. Такие образцы позволили команде де Сильвы обнаружить, что человеческие антитела не совпадают с антителами мыши, которые послужили основой для разработки вакцины. Де Силва увидел, что мышиные антитела прикрепляются к области белка, который образует внешнюю оболочку вируса.
Человеческие антитела редко распознают эту область; вместо этого человеческие антитела связываются с другой областью, где соединяются две части внешнего белка. Де Силва называет эту область эпитопным шарниром.
Эпитоп — это любая часть чужеродного вещества, с которой связывается человеческое антитело.Чтобы доказать важность петли, де Сильва нанял Барика, эксперта в новаторских способах манипулирования генами вирусов, используя в качестве моделей в первую очередь норовирусы и коронавирусы.
Используя опыт де Сильвы и структуру вируса денге, Барик смог точно определить структурно сложный нелинейный шарнирный домен из 25 аминокислот и удалить его из частиц денге 3. Его группа, возглавляемая доктором наук Уильямом Мессером, затем разработала стратегии по извлечению вирусов денге из клонов ДНК и замене шарнира денге 3 реплицированной 25-аминокислотной цепью из денге 4. По сути, Барик превратил денге 3 в денге 4.Генетически мутировавший вирус выжил и вырос в культурах клеток и у приматов. Затем исследователи подвергли мутантный вирус воздействию антител денге 3, которые обычно связываются с денге 3. Но они не оказали никакого влияния на генетически модифицированную денге. Затем они показали на клеточных линиях, что вирус может быть нейтрализован антителами, направленными против денге 4. В сотрудничестве с исследователями из Университета Пуэрто-Рико, де Сильва и команда Барика смогли показать, что новый вирус инфицировал приматов, которые выработали антитела против денге 4.«Эти результаты представляют собой смену парадигмы», — сказал Барич.
Де Силва добавил: «Это говорит нам о том, что эпитоп, который мы считали важным, действительно был основным сайтом связывания антител. Если бы антитела могли связываться с другими сайтами вируса, мы бы увидели небольшое снижение защиты от денге 3. " Некоторые антитела могли бы связываться с этими другими сайтами и предлагать некоторый уровень защиты. «Вместо этого мы увидели полную потерю защиты».
Де Силва и Барик проводят аналогичные эксперименты с денге 1 и 3. Если им удастся выделить основные эпитопы для каждого типа денге, то они потенциально могут генетически модифицировать вирус со всеми четырьмя эпитопами. Результат может стать основой для вакцины против всех четырех типов.Де Силва и Барик используют свои результаты, чтобы изучить, почему антитела связываются с определенным эпитопом, но не с другими сайтами.
Такая информация поможет лучше понять, как создавать эффективные вакцины.Кроме того, исследования де Сильвы и Барика могут быть применены в других областях, нуждающихся в вакцинах. «Общая идея состоит в том, что комплексный сайт взаимодействия белков теперь может быть перемещен от одного вируса к другому», — сказал де Силва. Например, эпитоп вируса, подобного гепатиту С, можно перенести на живой вирус, используемый в вакцине против кори.
Этот новый химерный вирус одновременно обеспечит защиту людей от гепатита С и кори.«Возможно, нам даже не понадобится вирус», — добавил де Силва. «Возможно, нам просто нужно создать эпитоп, с которым, как мы знаем, могут связываться антитела.
И это послужит вакциной».