Российские биотехнологи соединили участок «шипа» коронавируса и молекулу из жгутика сальмонеллы, чтобы получить усиленную вакцину от SARS-CoV-2.
Эффективнее всего будет она будет работать, если ее закапывать в нос. Производить такой «собранный из запчастей» белок сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН научились в клетках растений. Статья об исследовании опубликована на страницах журнала Plants.
В структуре S-белка, который и составляет «корону» SARS-CoV-2, есть участок с 319 по 541 аминокислоту (receptor-binding domain, или RBD), который связывается с человеческим ангиотензинпревращающим ферментом. Этот участок важен для заражения и «размножения» SARS-CoV-2, ведь без него вирус не мог бы прикрепляться к нашим клеткам. Это означает, что в RBD, скорее всего, не будет мутаций, и вакцина, которая обучает иммунитет узнавать этот антиген, долго будет актуальной. Если же коронавирус начнет «прятаться» от иммунной системы и изменять этот участок, ему будет сложнее инфицировать клетки.
Вакцины с RBD и другие прививки того же типа учат иммунитет точно распознавать цель, но им часто нужны добавки (адъюванты), чтобы реакция на вторжение была сильнее. Один из вариантов — присоединить участок-антиген к белку жгутика бактерий (флагеллину), в котором сразу же распознает врага рецептор врожденного иммунитета TLR5. Этот адъювант уже успешно применяется, например, в прививках от гриппа типа A. Исследователи ФИЦ Биотехнологии РАН научились производить белок, в котором RBD соединен с флагеллином, в растительных клетках.
«Биотехнологии позволяют синтезировать белки-антигены для вакцин в клетках млекопитающих, бактерий, дрожжей, растений и других организмов. Мы вставили в вирусный вектор pEff последовательность из белка SARS-CoV-2 и последовательность флагеллина бактерии Salmonella typhimurium, и заразили им растение Nicotiana benthamiana, которое относится к роду Табак. Создавая свои копии, pEff заставляет клетки растений производить нужные нам белки в большом количестве. При помощи этого вектора авторам предыдущих исследований удавалось получить до 1 миллиграмма зеленого флуоресцентного белка с каждого грамма свежих листьев всего за несколько дней», — комментирует исследование один из авторов научной статьи Евгения Марданова, старший научный сотрудник лаборатории систем молекулярного клонирования ФИЦ Биотехнологии РАН. Данное исследование проводится в рамках деятельности научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего».
Производство белков в растениях не требует сложного оборудования и легко может быть масштабировано. В отличие от клеток бактерий, которые тоже относительно легко выращивать, растительные клетки могут придать белку посттрансляционные модификации. Тогда он будет свернут в окончательную форму, и дополнительно дорабатывать его не придется. Также можно не бояться, что полученный в растениях препарат, будет загрязнен патогенами, так как инфекции растений людям не страшны. Обычно в качестве продуцентов используют трансгенные растения, но у этой технологии есть недостатки: обычно такие растения синтезируют мало белка, а их получение может занимать несколько месяцев. Выделять итоговый продукт из растительных клеток и очищать его от побочных продуктов довольно дорого. Но если использовать вирусные векторы, в которые вставлен ген нужного белка, и заражать ими обычные нетрансгенные растения, то можно в течение недели получить до 5 мг закодированного в векторе белка с каждого грамма листьев.
Биотехнологи выбрали фрагмент RBD с 319 по 524 аминокислоту и присоединили к нему флагеллин, полученный от сальмонеллы. Эту конструкцию вставили в вектор pEff — безвредный для человека вирус мозаики картофеля. Затем ученые позволили бактерии Agrobacterium tumefaciens «заглотить» вирусный вектор. Эти микроорганизмы и заразили вирусом клетки растений. Для контроля ученые использовали только флагеллин (без участка RBD). Четыре дня спустя, когда уровень необходимого белка достиг пика, исследователи собрали листья растений. Растения - продуценты смогли наработать рекомбинантный белок в количестве 110–140 микрограмм на грамм.
«Мы продемонстрировали, что с помощью вектора pEff растения могут производить до 100 микрограмм нужного нам рекомбинантного белка на грамм биомассы. Этот белок может стать основой новых вакцин от коронавирусной инфекции, которые можно закапывать в нос. Благодаря адъюватному действию флагеллина, такие вакцины должны вызывать как местную иммунную реакцию, так и иммунный ответ всего организма. Мы надеемся, что такой подход позволит сделать производство препаратов дешевле, а сами прививки станут удобнее, быстрее и проще»,
— рассказал про научную работу Николай Равин, заведующий лаборатории систем молекулярного клонирования ФИЦ Биотехнологии РАН.
