Идеальная профилактическая вакцина работает, представляя неинфекционные компоненты или ослабленную форму микроба иммунным клеткам хозяина, чтобы подготовить систему к будущему контакту с захватчиком. Это позволяет иммунной системе организовать атаку против уже обнаруженного микроба.
Но в случае борьбы со СПИДом способность ВИЧ быстро мутировать, особенно его белок внешней оболочки — оболочка, — представляет собой особую проблему для разработки вакцины. То же самое относится и к тому факту, что оболочка покрыта сахаром, полученным из организма хозяина, который иммунная система человека не может распознать как чужеродный. Эти и другие особенности ВИЧ препятствовали разработке вакцины более 30 лет. Несмотря на эти препятствия, был достигнут значительный прогресс в разработке вакцины против ВИЧ, и в настоящее время разрабатывается ряд многообещающих вакцин-кандидатов.
Однако еще одним препятствием на пути прогресса было отсутствие хорошей модели на животных, на которой можно было бы протестировать вакцины против ВИЧ. Иммунная система мелких животных, таких как мыши, кролики и морские свинки, слишком отличается от иммунной системы человека, чтобы быть полезной.Обезьяны-резусы — приматы, чья иммунная система намного ближе к человеческой, но ВИЧ не может инфицировать или размножаться у обезьян.
Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи разработали химерные вирусы иммунодефицита обезьян (SHIV), генно-инженерные вирусы, содержащие оболочку ВИЧ, но с другими вирусными компонентами вируса обезьяньего иммунодефицита (SIV), который естественным образом инфицирует обезьян. Таким образом, казалось, что SHIV обладают лучшим из обоих миров: они несут в себе оболочку ВИЧ и размножаются у обезьян, вызывая заболевание, подобное СПИДу.Но была еще одна загвоздка — одна непредвиденная проблема с SHIV.
Единственными оболочками ВИЧ, которые позволили бы SHIV инфицировать макак-резусов, были те, которые были искусственно адаптированы для связывания с молекулой резус-CD4, первичным рецептором ВИЧ. В результате этой адаптации SHIV утратили свою естественную защиту от антител. Это сделало SHIV малоценными для исследований вакцины против ВИЧ.
Теперь Шоу, Ли и их коллеги нашли способ преодолеть эти препятствия и создать гораздо лучший SHIV — тот, который точно имитирует ВИЧ-инфекцию у людей.«Мы обнаружили, что изменение одной аминокислоты в белке оболочки оболочки естественных штаммов ВИЧ привело к резким различиям в способности SHIV инфицировать обезьян, в то же время сохраняя нативные свойства оболочки вируса и его взаимодействия. с иммунной системой человека ", — сказал Шоу.
«Это открытое открытие для области вакцины против ВИЧ, потому что оно позволяет ученым впервые изучить контролируемым и воспроизводимым образом взаимодействие природных белков оболочки ВИЧ с В-лимфоцитами обезьяны, которые стимулируются к выработке защитных антител», — сказал Ли. .Конверт — это ключ ко многим вирусам, включая грипп и ВИЧ, покрыты защитной мембраной, называемой оболочкой. В эту оболочку встроены вирусные и хозяйские белки и сахара.
Оболочка вируса сливается с клеткой-хозяином, позволяя вирусным генам проникать в клетку-хозяин и воспроизводиться.Внешняя оболочка ВИЧ покрыта молекулами сахара хозяина, что затрудняет распознавание иммунной системой вируса как чужеродного.
Чтобы вакцина нацелена на вирус, она должна вызывать антитела, которые преодолевают этот сахарный щит и связываются с вирусными специфическими белками. Вот тут-то и появляются новые SHIV — они выражают оболочку, которая очень похожа на оболочки, обнаруженные на встречающихся в природе штаммах ВИЧ. Таким образом, новые SHIV могут использоваться в качестве тестовой системы для выявления защитных антител у обезьян и в качестве контрольных вирусов для определения того, являются ли вызванные вакциной антитела защитными от ВИЧ-инфекции.В исследовании PNAS Ли и Шоу предположили, что изменение аффинности связывания оболочки ВИЧ с CD4 макаки-резуса, первичным рецептором ВИЧ, будет ключом к успешному созданию SHIV.
Однако эту стратегию необходимо выполнять без изменения естественных защитных свойств конверта. Чтобы проверить эту гипотезу, они изучили эволюционную историю всех типов вирусов иммунодефицита, связанных с ВИЧ, которые естественным образом инфицируют людей и приматов, чтобы искать аминокислоты под сильным положительным давлением отбора по мере того, как вирусы распространяются от одного вида приматов к другому.
Они остановились на одной аминокислоте из примерно 850, составляющих вирусную оболочку. Эта аминокислота, названная «Env375», оказалась ключевой. «Замена этой одной аминокислоты в ВИЧ, чтобы она напоминала варианты, обнаруженные в SIV, увеличила проникновение SHIV в Т-клетки CD4 обезьян в тысячу раз», — сказал Ли. «Это было как день и ночь».Быстро двигаясь вперед вслед за этим открытием, Ли и Шоу создали набор «дизайнерских SHIV», которые содержат конверты с ВИЧ, представляющие особый исследовательский интерес. Эти конверты против ВИЧ в контексте инфицирования человека вырабатывают широко нейтрализующие антитела, что является конечной целью исследования вакцины против ВИЧ.
Команда заразила макак-резус «дизайнерскими SHIV» и внимательно наблюдала за ними на предмет выработки нейтрализующих антител. Они уже наблюдали на многочисленных инфицированных животных, что реакция вируса SHIV и антител хозяина развивается по пути, который очень напоминает инфицирование человека ВИЧ-1.
«Эти результаты вселили в нас надежду, что новые SHIV действительно изменят правила игры в исследованиях вакцины против ВИЧ», — сказал Шоу. SHIV устойчиво реплицировались при концентрациях, сравнимых с уровнями ВИЧ-1 у людей, и вызывали нейтрализующие реакции антител, типичные для ВИЧ-1.«Мы определили связывание CD4 макаки-резуса как критический детерминант продуктивной инфекции SHIV у обезьян и мутации Env375, которые на это влияют», — сказал Шоу. «Это открытие представляет собой новую и поддающуюся обобщению стратегию конструирования SHIV с гликопротеинами оболочки, представляющими особый интерес, включая те, которые вызывают у людей широко нейтрализующие антитела или те, которые связывают определенные рецепторы В-клеток».
Следующие шаги группы включают оценку молекулярных путей, с помощью которых оболочка ВИЧ и соответствующие нейтрализующие антитела совместно эволюционируют у людей и макак-резус, что приводит к развитию защитных широко нейтрализующих антител. Используя этот подход, Ли и Шоу надеются использовать инфекции SHIV макак-резус в качестве руководства для успешной разработки вакцины против ВИЧ для людей.