Ваксините трябва да ни предпазят от вируса, като целенасочено активират имунната ни система.
Тя произвежда специфични антитела, които разпознават вируса и стартират имунния отговор на организма.
Ако организмът вече е инфектиран може да се проведе имунотерапия със специфични, неутрализиращи вируса антитела.
Ще разкажем за някои от учените, работещи в това направление. Сред тях е и един българин - Димитър Станчев Димитров.
 Димитър Димитров |
 Екипът на Димитър Димитров |
Димитър Станчев Димитров е от Стара загора. Там е завършил в прочутата гимназия „Иван Вазов“. Започва рано научната си кариера с физикохимия в Софийския Университет и после в Централната лаборатория по Биофизика БАН, където усвоява хибридомната методика. От там в 1989 той постъпва в Института по рака (в Националните Институти по Здравеопазване,в Бетезда, Мериланд). Неговите изследвания са в областта на моноклоналните антитела, като средство за борба с рака, СПИН, и други инфекциозни заболявания. След стотици публикации и внедрени терапевтични средства, той основава в 2017 г. Център по терапевтични антитела в Университета в Питсбърг, където е директор и професор по медицина. Самоопределя се като „анти-телен“ инженер, който търси най-малките части на антителата за да ги използува за терапия на инфекциозни болести. С него работи и дългогодишния му колега Дончо Желев.
През ноември 2020 за водещите си постиженията в борбата с Ковид-19 Димитров е обявен от Медифайнд за един от десетте научни супер-герои на Ковид-19 фронта .
Сухи тренировки
Началото на пандемията в 2020 заварва д-р Димитров и неговият тим напълно „въоръжени“ със средства за намиране на противодействие. Те вече са се сблъсквали с корона вируси още след първата поява на SARS вирус през 2003. По това време Димитров ръководи Група по белтъчни взаимодействия към Националния Раков Институт. В лабораторията му изследват как вирусите влизат в клетките и ги експлоатират. Опитът на групата е по-широк и включва освен СПИН и имунотерапия на рака.
Схема 1: Димитров и сътр. се фокусират на гликопротеина S - шипа на корона вирусите (в светлокафяво на схема 1), който е тример, съставен от три еднакви белтъци. Намират частта от вирусния шип – RBD (в зелено) - важна за взаимодействие с клетъчните рецептори (АСЕ2 – в светло синьо). През 2007 г. те са открили неутрализиращи специфични антитела Аb (в бежов цвят на схема 1), които дa пречат на острието на вирусния шип – епитопа (в синьо на схемата) да се „забоде“ в рецепторите ACE2. В червено са означени местата на взаимодействие на трите шипни белтъци с антитялата, пречещи на вируса да стигне до рецепторната повърхност (червените чертички).
Макар заразяването с вируса SARS да e затихнало бързо (още в 2003 след около 8000 заразени, от които около 10% фатално), опитът в характеризирането му и намирането на неутрализиращи го антитела, срещу него от групата на Димитров ще се окаже полезен.
Ето какво казва през 2007 г. известният д-р Антони Фаучи (съветник на вече седем президенти по въпросите на здравеопазването. Преди четвърт век ръководи борбата със СПИН-а, когато д-р Димиров работи в сътрудничество с него. Днес Антони Фаучи координира действията по пандемията Ковид-19):
„Това елегантно изследване ни прави по-добре подготвени за възможното повторна поява при хората на вируси подобни на тези, които предизвикаха повече от 8000 документирани случаи на SARS от тях 800 с фатален край. Тази работа помагаща при разработване на терапевтики, ваксини и диагностика, е предпазващ удар срещу един патоген с потенциал за повторна поява.“(2007 г.)
Днес след 13 години тези думи звучат пророчески. Сякаш един филм, който се е задържал за кратко в „кината'' през 2003 е пуснат отново с много по-голяма „аудитория“ - Ковид-19 вече е заразил над сто милиона и е убил над 2 милиона души.
В годините след 2003 г. Димитров и сътрудници намират потентни антитела срещу други инфекциозни болести предизвикани от вируси - MERS-CoV (2014), хенипавирусите Dengue, Hendra и Nipah. Изпробвали са ги на хора и някои от тях са кандидати за клинична употреба. Хендра и Нипа, а и МЕРС са много по-смъртоносни от Ковид-19, но не толкова заразни.
Идва 11 януари 2020. Публикува се нуклеотидната последователност на вируса на Ковид-19 и с това се дава старт на надпреварата за намиране на терапия.
Групата на Димитров моментално „отваря“ своите десетина представителни фагови библиотеки. В тях имa милиарди различни моноклонални антитела, специфично разпознаващи различни епитопи (части от антигена, например - вирусния белтък). Трябва само да се отсеят клоновете, които реагират с вирусните антигени и по-конкретно неговия шип RBD (виж предните материали в тази серия 1, 2, Как работят ваксините).
Димитров и сътр. намират две специфични антитела. Действието на тези антитела трябва да се покаже в модел с животни („хуманизирани“ мишки и хамстери, инфектирани с Ковид-19) и резултатите да се публикуват за да може да започнат клинични изпитания. За да се включат в надпреварата с други големи компании или лаборатории се изисква време, а и нерядко връзки.
„Още през февруари 2020 бяхме намерили двете антитела и пратихме статия с резултатите в престижното списание Nature“, разказва Димитров. „Тя бе забавена от рецензенти от съпернически групи, които не бяха удовлетворени от допълнителните данни по животинските модели на Ковид-19. Това наложи да пратим статиите в други списание (PNAS, Cell). Аз съм почти сигурен, че ние бяхме първи в света да намерим антитяло против този вирус. Верно, китайските публикации бяха първи, но много след като ние бяхме изпратили нашия патент (12 март 2020 , сега вече е утвърден – 3 ноември 2020). Вече не е толкова важно това, но аз съм чувствителен, защото ако бяхме голяма компания щяхме да приложим антителата на хора поне един месец по-рано, вероятно през юни, и така да спасим повече хора.“
Клиничните изпитания на двете антитела на Димитров и сътр. ще започнат вероятно към края на януари 2021. В световната класация по откриване на антитела срещу Ковид-19 по медалите „отиват“ за три китайски групи. След тях с по-малко от мeсец закъснение идват публикациите на американски и европейски колективи, между които е и групата на Димитров и сътрудници с два обещаващи кандидати – антителата аb8 и аb1. При пробване с „хуманизирани“ животински модели за Ковид-19 (в които е генетически заложен човешкия рецептор АСЕ2 и са инфектирани с SARS-CoV-2 или преди, или след добавяне на антителата) и двете антитела показват както терапевтичен така и профилактичен ефект.
Схема 2: А) Вариабилната част на антитялото VH ab8 (в червено) се свързва с връхчетата на вирусния шип S (в сиво) (едното стръчи нагоре, другите две – не). В) В отсъствие на антитялото стръчащото връхче на шипа се свързва с повърхността на клетъчния рецептор АСЕ2 (в синьо) ; С) - Насложени А) + В) ; D) - Клетъчният АСЕ2 рецептор, показан със сини ленти не може да взаимодейства добре със стърчащото връхче на шипа. В червено са показани местата (епитопите), където три антитела са свързани с шипа и му пречат да „паркира“ върху ектодомейна на рецептора.
(фигурата е от статията на д-р Димитров и сътрудници: Li et al., 2020,High Potency of a Bivalent Human VH Domain in SARS-CoV-2 Animal Models Cell 183, 429–441 October 15, 2020 2020 https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.007)
Антитялото аb8 е бивалентно. То се състои се от димер на имуноглобулиновите фрагменти VH-Fc. То е е най-малката биомолекула, специфично взаимодействаща с вируса на Ковид-19. Тя е подобна на нанотелата, намерени в имунната система на семейството камелиди – камили , лами, алпаки и други.
На Схема 3 са показани различни структури на антитела.
А/ Класическитe антитела се състоят от две еднакви тежки (променливи- VH и константни - CH1/2/3 области) и две еднакви леки (променливи - VL , и константни CL) вериги, свързани с дисулфидни връзки. Антиген-свързващата област (променливият фрагмент - Fv) се състои от VH и VL свързан с пептид-линкер или стабилизиран с дисулфидни връзки при едноверижния променлив фрагмент (scFv) и двуверижния фрагмент (dsFv), съответно.
B/ Камелидните антитела се състоят само от две еднакви тежки вериги (променливите—VHH и константните — CH2/3 области). Антиген-свързващата област се състои от една променлива област, VHH – нанотяло, което е с молекулно тегло само около15кД (около 150 аминокиселини), десетки пъти по-малко от класическите имуноглобулини.
Схемата от Jovčevska, I., Muyldermans, S. The Therapeutic Potential of Nanobodies. BioDrugs 34, 11–26 (2020). https://doi.org/10.1007/s40259-019-00392-z
Антителата намерени от Димитров и сътр. се състоят именно от тези минимални фрагменти на класическите IgG имуноглобулини. Те се оказват необходими и достатъчно за да неутрализират вируса на Ковид-19. Те са от типа на камелидните(вж. фигурата), които се използуват от други групи изследователи, използуващи лами.
За ламите и хората
Малките „камелидни“ антитела – нанотела, са открити в кръвта на южноамериканските камили – лами, алпаки. Имунната им система се бори с патогени като изработва антиген-специфични антитела, състоящи се само от фрагменти на една имуноглобулинова област VHH. Те се използуват в лабораториите на проф. МкЛелан (виж За хората и ваксините - част II. Проф.МкЛелан и сътрудниците му са участници в изработването на ваксината на Модерна) и тази на Ксавиер Селенс ( Xavier Saelens) в Университета в Гент (Белгия), край който има ферма, в която живеят ценните лами. Ако инжектират една лама с антиген - щиповете на вируса SARS-CoV-2 - тя ще произведат специфични нанотела. Така на сцената излиза четиригодишната лама Винтер ( в превод - Зима). Тя живее с още 130 лами и алпаки в белгийска ферма. На снимката в средата на преден на план:
Винтер участва в експеримента от 2016, когато е само девет месечна , а учените исзледват двата ранни коронавируси SARS-CoV-1 и MERS-CoV. Подобно на ваксинирането на хора, тя е имунизирана със стабилизирания вирусен шип в продължение на шест седмици.
Изследователите събират кръвта й и изолират антителата, които се свързват с ъответната версия на шипа. Един от водещите изследователи, докторантът Даниел Рап (Daniel Wrapp) от лабораторията на проф.МкЛелан (на снимката -седнал) е възбуден: „аз работих с години, но нямаше голяма нужда тогава от терапия на коронавирусите. Това беше чиста наука. Но сега има голям потенциал за терапевтично приложение“. Историята ни напомня за групата на Dимитров, която също прави „сухи“ тренировки с първите корона вируси, за което спомнахме по-преди в текста.
Даниел Рап колаборира с белгийската лаборатория, където работи друг докторант и водещ изследовател Дориен ДеВлигер(Dorien De Vlieger), която е добра лична „позната“ със ламата Винтер.
Но не всеки има под ръка камили, лами, алпаки. А антителата им са удобни за прилагане даже в аерозолна форма като спрей, така директно да стигнат до дихателните пътища, където се е загнездил или иска да се загнезди вируса на Ковид-19. За да се реши този проблем е създадена ин витро платформа за откриване на антитела, базирана на дрожди. Подобно на д-р Димитров и сътр. , които използуват антителни библиотеки с бактериофаги, дрождите са удобна тяхна алтернатива.
С тях цялата работа, която досега се извършва от имунната система на животни, се пренася върху бактерии, фаги и дрожди и може да се механизира и приложи за всеки бъдещ патологичен агент. Едно предимство на антителата, открити от Димитров е, че имат малък размер подобно на камелидните, но тьй като са „изцяло човешки“, не предизвикват самите те имунна реакция, каквато макар и в слаба форма се среща при нанотелата на ламите.
Много информативна лекция с диапозити на д-р Димитров (на български)
https://www.youtube.com/watch?v=qc2TX05w6pY&fbclid=IwAR0eeBy3FbIBJUuUNXd5DqKnIdWAwnpEWzyUo53OleFQvCj59elbagT2lrM&ab_channel=TrakiaUniversityYouTubeChannel
***
Авторът Константин Чипев е молекулярен и клетъчен биолог от Университета Стони Брук в Ню Йорк.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари