Konstruere nanokroppe som livreddere, når SARS-CoV-2-varianter angriber

Forskere forfølger en ny strategi i den langvarige kamp mod SARS-CoV-2-virussen ved at konstruere nanostoffer, der kan neutralisere virusvarianter på to forskellige måder.

I laboratorieundersøgelser, forskere identificerede to grupper af molekyler, der var effektive mod virusvarianter. Ved hjælp af forskellige mekanismer, nanobodies i hver gruppe omgik mutationer og deaktiverede virussens evne til at binde sig til den receptor, der lader den trænge ind i værtsceller.

Selvom vaccination muliggør genoptagelsen af ​​nogle præ-pandemiske aktiviteter i dele af verden, SARS-CoV-2 arbejder sig hurtigt rundt om vacciner ved at mutere sig selv. I dette studie, nanobodies neutraliserede tre nye varianter:Alpha, Beta og Gamma.

"Virksomheder er allerede begyndt at introducere varianter af bekymring i konstruktionen af ​​booster-shots af de eksisterende vacciner, " sagde Kai Xu, assisterende professor i veterinær biovidenskab ved Ohio State University og medforfatter af forskningen. "Men virussen muterer konstant, og mutationshastigheden kan være hurtigere, end vi kan fange. Derfor, vi er nødt til at bruge flere mekanismer til at kontrollere virusspredningen."

En accelereret artikelforhåndsvisning af undersøgelsen er offentliggjort online i Natur .

Nanobodies er antistoffer, der stammer fra immunisering af kamel-pattedyr - såsom kameler, Lamaer og alpakaer - der kan omdesignes til små molekyler, der efterligner menneskelige antistofstrukturer og -funktioner.

Til dette arbejde, forskerne immuniserede lamaer for at producere enkeltkædede antistoffer mod SARS-CoV-2. De immuniserede også "nanomice, "transgene mus med et kamelidgen, der var blevet konstrueret af forsker Jianliang Xu i laboratoriet hos Rafael Casellas, senior investigator ved National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases (NIAMS), at generere nanokroppe, der ligner dem, der produceres af kamelider.

Holdet forbedrede nanobodies' kraft ved først at immunisere dyrene med receptorbindingsdomænet (RBD), en del af det virale overfladespikeprotein, og efterfølgende med booster-skud indeholdende hele spikeproteinet.

"Ved at bruge denne sekventielle immuniseringsstrategi, vi genererede nanobodies, der kan fange virionet ved at genkende det receptorbindende domæne med meget høj affinitet, " sagde Xu.

Forskerne testede forskellige nanokroppes neutraliseringsevne, kortlægning af overfladen af ​​RBD, udføre funktions- og strukturanalyser, og måling af styrken af ​​deres affinitet til at indsnævre kandidatmolekylerne fra et stort bibliotek til seks.

Coronavirussen er meget smitsom, fordi den binder sig meget tæt til ACE2-receptoren for at få adgang til lunge- og næsehuleceller hos mennesker, hvor den laver kopier af sig selv for at inficere andre celler. Det receptorbindende domæne på spikeproteinet er grundlæggende for dets succes med at binde sig til ACE2.

"Denne RBD-ACE2-grænseflade er på toppen af ​​det receptorbindende domæne - den region er det primære mål for de beskyttende humane antistoffer, genereret ved vaccination eller tidligere infektion, for at blokere den virale indgang, " sagde Xu. "Men det er også en region, der ofte er muteret i varianterne."

Den måde, mutanter er opstået på indtil nu, tyder på, at langsigtet afhængighed af nuværende vacciner i sidste ende vil blive kompromitteret, siger forskerne, fordi antistofeffektiviteten påvirkes væsentligt af disse mutanter ved grænsefladen.

"Vi fandt ud af, at visse nanobodies kan genkende en konserveret region af receptorbindingsdomænet, et skjult sted, der er for snævert til, at humane antistoffer kan nå, " sagde Xu. Og vedhæftede sig på dette sted, selvom det er et stykke væk fra hvor RBD forbinder til ACE2, opnår stadig det tilsigtede - blokerer SARS-CoV-2 i at komme ind i en værtscelle.

Den anden gruppe af nanobodies, tiltrukket af RBD-ACE2-grænsefladen, mens de i deres oprindelige form ikke kunne neutralisere visse varianter. Imidlertid, da forskerne konstruerede denne gruppe til at være homotrimerer - tre kopier forbundet i tandem - opnåede nanobodies kraftig neutralisering af virussen. Ændring af strukturen af ​​de nanobodies, der er knyttet til den konserverede region af RBD på samme måde, forbedrede også deres effektivitet.

Der er meget mere forskning forude, men resultaterne tyder på, at nanobodies kunne være lovende værktøjer til at forhindre COVID-19-dødelighed, når vacciner kompromitteres, sagde Xu.

"Vores fremtidige plan er yderligere at isolere antistoffer specifikt mod nye varianter til terapeutisk udvikling, og at finde en bedre løsning for vacciner ved at lære af disse antistoffer, " han sagde.