Пандемия холеры продолжается с 1961 года, причем в 2022 году наблюдался рост числа случаев заболевания.
Холера, вызываемая бактерией Vibrio cholerae, известна своим характерным симптомом: сильной водянистой диареей, вызванной холерным токсином (CTX). Она поражает все возрастные группы, но в особенности детей в возрасте до пяти лет. Несмотря на наличие пероральных вакцин против холеры, недавний всплеск заболеваемости и ограниченные производственные мощности привели к дефициту вакцин на мировом рынке, что побудило исследователей искать альтернативные стратегии защиты от CTX. Одним из многообещающих подходов является использование однодоменных антител (VHH, или наноантител), обнаруженных у верблюдов, лам и альпак. В отличие от обычных антител, которые имеют тяжелые и легкие цепи, VHH состоят только из тяжелых цепей. Они небольшие, высокоспецифичные и стабильны в агрессивной среде желудочно-кишечного тракта.
В рамках сотрудничества между Техническим университетом Дании, Гарвардской медицинской школой и Bactolife — биотехнологической компанией, занимающейся здоровьем кишечника с помощью связывающих белков — биотехнолог Маркус Петерссон и коллеги разработали перорально вводимый белок VHH, который связывается с CTX. Этот модифицированный белок блокирует взаимодействие между токсином и рецептором кишечника, эффективно предотвращая домино-эффект, вызывающий диарею. Исследование, опубликованное в Nature Communications, предполагает, что этот подход на основе VHH может служить пищевой добавкой, помогающей ослабить симптомы холеры.
CTX состоит из пяти B-субъединиц (CTXB), которые связываются с рецептором ганглиозида GM1 на клетках кишечника человека, и одной A-субъединицы, которая затем высвобождается в клетки и вызывает клеточную реакцию, приводящую к диарее. Это взаимодействие CTX и рецептора GM1 играет ключевую роль в развитии симптомов. В связи с этим исследователи выдвинули гипотезу, что блокирование этого токсина с помощью связывающего белка будет иметь защитный эффект. Для разработки идеального нанотела команда провела функциональный скрининг двух альпак, иммунизированных CTXB, и создала библиотеку VHH. «Мы идентифицировали несколько хороших связывающих белков, которые блокируют это взаимодействие между токсином и рецептором, но один из них действительно выделялся», — рассказал Петерссон. Это был моновалентный BL3.1, который имеет одно место связывания. Чтобы увеличить его связывающую способность, они соединили две единицы BL3.1, создав BL3.2.
Исследователи обнаружили, что BL3.2 был стабилен в моделируемой среде желудочного сока. Затем в тесте на клетках кишечника человека они инкубировали клетки с смесью BL3.2 и CTX. Ученые обнаружили, что BL3.2 также прикреплялся к карману связывания GM1 CTXB и блокировал активность токсина. Воодушевленные этими результатами, участники исследования перешли к модели холеры у новорожденных мышей, которая идеально подходит для имитации инфекции у человека из-за незрелой иммунной системы мышей. Мыши, которым BL3.2 вводили перорально до и после воздействия CTX, не показали признаков диареи и имели значительно меньшую потерю веса и накопление жидкости, чем мыши, которым BL3.2 не вводили.
Затем они протестировали BL3.2 на вирулентном штамме V. cholerae из клинического изолята 2022 года и наблюдали аналогичную защиту в группе, получавшей BL3.2. Вредное воздействие CTX было устранено, но исследователи также наблюдали 10-кратное снижение уровня колонизации V. cholerae в тонком кишечнике мышей. «Это было действительно здорово», — сказал Петерссон.
Михиэль Хармсен, независимый консультант, который изучал VHH с ветеринарной точки зрения для терапевтического и диагностического применения, отметил: «Было приятно, что они показали, что бивалентная версия более эффективна, чем моновалентная». Хармсен, который работал с другими токсинами, объяснил, что, например, ботулинический токсин можно нейтрализовать не путем блокирования связывания с рецептором, а путем агрегации токсина. Это заставило его задуматься, может ли BL3.2 или другой VHH действовать аналогичным образом, не блокируя связывание с GM1. Он добавил, что изучение того, может ли бивалентный VHH вызывать агрегацию токсина, может дать более глубокое понимание механизма действия.
Между тем, авторы исследования планируют оценить различные свойства этих связывающих белков, такие как дозировка и возможность применения в отношении других желудочно-кишечных патогенов, в надежде расширить их применение для лечения людей. «Это своего рода новый, многообещающий инструмент в арсенале, который может способствовать не только лучшему пониманию бактериальной патогенеза, но и тому, как мы можем укрепить наш кишечник в ситуациях, когда возникают вспышки диареи», — отметил Петерссон.
