Будущее – за синтетическими антителами
Антитела являются оружием иммунной системы, нейтрализующим патогены и способствующим их выведению из организма. Производимые в лабораторных условиях антитела широко используются в биомедицинских исследованиях, а также диагностике и лечении ряда заболеваний человека. Однако современные методы производства антител очень сложны и затратны, что обеспечивает исключительно высокую стоимость конечного продукта.
Исследователи Института биодизайна, входящего в структуру Государственного университета Аризоны, работающие под руководством Стивена Альберта Джонстона (Stephen Albert Johnston), разработали гораздо более быстрый и простой метод синтеза антител, секрет которого заключается в проведении этапов традиционного метода в обратном порядке. Еще одним важным преимуществом искусственных антител, выгодно отличающим их от биологических аналогов, является исключительная стабильность, делающая эти антитела идеальным компонентом диагностических наборов.
Традиционно производство антител начинается с синтеза белка, с которым должны связываться антитела. Этот белок вводят в организм животного (мыши, кролика и т.п.), который реагирует запуском синтеза антител. После этого животное убивают и из его организма выделяют непосредственно антитела или гибридизуют продуцирующие их В-лимфоциты (обычно мышиные) с клетками человеческой опухоли – миеломы. Полученная культура химерных клеток – гибридом – относительно хорошо живёт в культуре и продуцирует т.н. моноклональные антитела.
Авторы предлагают начинать процесс производства антител «с конца», то есть с химического синтеза непосредственно антител. Для этого из аминокислот синтезируются пептиды, впоследствии соединяющиеся попарно с помощью химического каркаса. Получившиеся в результате искусственные антитела тестируют на способность связываться с множеством человеческих белков.
В основе этой стратегии лежит тот факт, что силу связывания комплекса двух аминокислотных цепочек с белком-мишенью определяет аффинность (химическое сродство с данным белком) обеих цепочек. Другими словами, комбинирование двух пептидов со слабой афинностью позволяет получить антитело, прочно связывающееся с определенным белком. Стоит отметить тот факт, что как сборка индивидуальных пептидов, так и их объединение в синтетическое антитело (synbody, от synthetical + antibody) происходят случайным образом.
Сырьем для производства искусственных антител является библиотека, содержащая 10 000 пептидов, аминокислотные последовательности которых составлены случайным образом. По словам Джонстона, принцип случайности является ключевым аспектом всей стратегии. Он объясняет это тем, что последовательности из случайно скомбинированных аминокислот более пластичны, чем входящие в состав живых организмов. Каждый из содержащихся в библиотеке линейных пептидов теоретически имеет два или три фрагмента для взаимодействия практически с любым белком. Комбинация двух таких пептидов приводит к формированию лиганда, демонстрирующего высокую степень афинности к тому или иному белку.
На сегодняшний день единственным технологическим ограничением метода является количество белков, наносимых на одно предметное стекло при тестировании искусственных антител, однако Джонстон отмечает, что этот аспект очень быстро усовершенствуется. Результаты, полученные при тестировании взаимодействия антител с многочисленными белками, используются для создания библиотеки эффективных лигандов. Возможность синтезировать антитела ко всему протеому человеческого организма, включающему около 30 000 белков, позволит не только детально изучить функционирование этих белков, но и разработать огромное количество новых диагностических тестов.
Для создания искусственных антител к определенному белку, например, ассоциированному с каким-либо заболеванием, можно проанализировать способность этого белка связываться с различными пептидами из имеющейся библиотеки. Идентификация двух подходящих пептидов позволит синтезировать необходимое антитело. Этот подход эффективен, однако требует достаточно много времени.
На сегодняшний день авторам удалось синтезировать искусственные антитела, способные прочно связывать белок AKT-1, ассоциированный со старением, ожирением и злокачественными заболеваниями. Они считают, что разработанную ими методику ждет большое будущее как в биомедицинской науке, так и в практической медицине.
Результаты работы опубликованы в журнале PLoS ONE в статье «Discovery of High-Affinity Protein Binding Ligands – Backwards».
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам ScienceDaily: Artificial Antibodies Hold Biomedical Promise.
31.05.2010