Широко известно, что антитела нейтрализуют вирусы, закрепляясь на их поверхности и не позволяя им инфицировать клетки хозяина.
Но новое исследование показывает, что этот барьерный метод - не единственный способ, которым антитела обезвреживают вирусы. Международная группа исследователей обнаружила, что антитела также деформируют вирусы, тем самым не позволяя им правильно прикрепляться к клеткам и проникать в них. "Все думают, что антитела связываются с вирусами и блокируют их проникновение в клетки - по сути, запирают их", - говорит руководитель исследования Ганеш Ананд.
"Но наше исследование впервые показало, что антитела могут также физически деформировать вирусы, так что они не могут правильно прикрепиться к клеткам хозяина и инфицировать их".
В исследовании, опубликованном в журнале Cell, Ананд и его коллеги изучали взаимодействие между человеческим моноклональным антителом (HMAb) C10 и двумя вирусами, вызывающими заболевания: Зика и денге. Использованные ими антитела HMAb C10 ранее были получены от пациентов, инфицированных вирусом денге, и, как было показано, также нейтрализуют вирус Зика. Исследователи использовали комбинацию методов, включая криогенную электронную микроскопию (крио-ЭМ) для визуализации вирусов и масс-спектрометрию водородного/дейтериевого обмена (HDXMS) для понимания их движения.
"Крио-ЭМ включает в себя замораживание раствора, содержащего интересующие нас молекулы, а затем нацеливание на них электронов для получения многочисленных изображений отдельных молекул в различных ориентациях", - пояснил Ананд. "Эти изображения затем объединяются в один снимок того, как выглядит молекула. Этот метод позволяет получить гораздо более точные изображения молекул, чем другие виды микроскопии".
Для документирования влияния антител на вирусы Зика и денге группа собрала крио-ЭМ снимки вирусов в условиях возрастающей концентрации антител. Параллельно исследователи применяли HDXMS, метод, при котором интересующие молекулы - в данном случае вирусы Зика и денге, а также антитела HMAb C10 - погружаются в тяжелую воду. В тяжелой воде, пояснил Ананд, атомы водорода заменены дейтерием, более тяжелым изотопным родственником водорода.
"Когда вы погружаете вирус в тяжелую воду, атомы водорода на поверхности вируса обмениваются с дейтерием", - сказал он. "Затем с помощью масс-спектрометрии можно измерить тяжесть вируса в зависимости от этого обмена дейтерия. Сделав это, мы увидели, что вирус денге, но не вирус Зика, становился тяжелее с дейтерием по мере добавления в раствор большего количества антител. Это говорит о том, что в вирусе денге антитела деформируют вирус и позволяют проникнуть большему количеству дейтерия. Как будто вирус сжимается, и появляется больше поверхности, на которой водород может обмениваться на дейтерий". В отличие от этого, вирус Зика не стал тяжелее, когда его поместили в тяжелую воду, что говорит о том, что его поверхность, хотя и полностью занята антителами, не деформирована ими.
Ананд объяснил, что, объединив крио-ЭМ и HDXMS, специалисты смогли получить полное представление о том, что происходит, когда антитела присоединяются к вирусам Зика и денге.
"Это похоже на те мультипликационные книжечки, где на каждой странице есть немного другое изображение и когда вы быстро листаете книгу, вы как бы видите короткий мультфильм", - пояснил он. "Представьте себе такую книжку с рисунками скаковой лошади. Крио-ЭМ показывает, как выглядит скаковая лошадь, а HDXMS - с какой скоростью она движется. Чтобы описать скаковую лошадь в движении, нужны оба метода. Этот взаимодополняющий набор инструментов позволил нам понять, как один тип антител по-разному воздействует на два типа вирусов".
Он отметил, что тот факт, что чем больше антител они добавляли, тем более деформированными становились частицы вируса денге, говорит о том, что стехиометрия - соотношение между количеством реактантов и продуктов до, во время и после химической реакции - имеет значение. "Недостаточно просто иметь антитела", - сказал он. "От того, сколько антител вы добавите, зависит степень нейтрализации". В действительности, группа обнаружила, что в условиях насыщения, когда антитела добавлялись в достаточно высоких концентрациях, чтобы заполнить все доступные места связывания на вирусах денге, 60% поверхности вирусов деформировались. Этого искажения было достаточно, чтобы защитить клетки от инфекции.
"Если у вас достаточно антител, они сильно деформируют вирусную частицу и предварительно дестабилизируют ее еще до того, как она достигнет клетку-мишень", - сказал Ананд.
Действительно, когда ученые инкубировали связанные с антителами вирусы денге с клетками BHK-21, клеточной линией из почек хомячков, которая часто используется в исследованиях вирусных инфекций, они обнаружили, что было инфицировано на 50-70% меньше клеток. Ананд объяснил, что в случае некоторых вирусов, в том числе вируса Зика, антитела действуют путем блокирования выходов, так что пассажир не может выбраться из машины. Мы обнаружили новый механизм у вируса денге, при котором антитела, по сути, тотально блокируют "машину", так что она даже не может доехать до клетки".
Ананд также объяснил, что Зика - гораздо более стабильный, менее динамичный вирус, чем денге, у которого много подвижных частей. "Денге и Зика выглядят похоже, но у каждого из них свои особенности. Денге, возможно, эволюционировал как более подвижный вирус, чтобы избежать попадания в организм антител. Его подвижные части путают и сбивают с толку иммунную систему. К несчастью для денге, антитела нашли способ обойти это, внедряясь в вирус и деформируя его". По его словам, похоже, что один и тот же тип антител может нейтрализовать Зику и денге двумя разными способами: один - когда он связывается с вирусом и деактивирует его, что является традиционным способом, которым мы думаем об активности антител, а другой - когда он внедряется в вирус и деформирует его.
Стратегия деформации, открытая группой Ананда, может использоваться антителами и при столкновении с другими типами вирусов. "Денге - это всего лишь модельный вирус, который мы использовали в наших экспериментах, но мы думаем, что эта стратегия упреждающей дестабилизации может быть широко применима к любому вирусу", - сказал он. "Возможно, антитела сначала пытаются нейтрализовать вирусы барьерным методом, а в случае неудачи прибегают к методу деформации". Поэтому полученные результаты могут быть полезны при разработке терапевтических антител, отметил Ананд.
"Антитела HMAb C10 специфичны для вирусов денге и Зика, и, как оказалось, способны нейтрализовать вирусы Зика и денге двумя разными способами", - сказал он. "Но потенциально можно разработать терапию с такими же возможностями для лечения других заболеваний, например, COVID-19. Создав терапию с антителами, которые могут как блокировать, так и деформировать вирусы, мы, возможно, сможем добиться большей нейтрализации. Если вы сможете ввести такой терапевтический коктейль в виде назального спрея туда, где вирус впервые попадает в организм, вы сможете предотвратить его проникновение в организм. При этом вы даже сможете использовать меньше антител, поскольку наши исследования показывают, что для нейтрализации вируса методом деформации требуется меньше антител. Вы можете получить более эффективную отдачу".
В целом, Ананд подчеркнул, что важность исследования заключается в том, что оно раскрывает совершенно новую стратегию, которую некоторые антитела используют для обезвреживания некоторых вирусов. "Раньше мы знали об антителах только то, что они связывают и нейтрализуют вирусы", - сказал он. "Теперь мы знаем, что антитела могут нейтрализовать вирусы как минимум двумя различными способами, а возможно, и более. Это исследование открывает двери для совершенно новых перспектив".
