Обходя главный блокпост исследований, исследователи нашли новый способ создания ценных антител без необходимости… лам?
Это малоизвестный факт, что ламы, альпаки, верблюды и другие представители семейства верблюдовых вырабатывают уникальный класс антител, которые позволяют ученым определять структуры белков, которые иначе невозможно изучить в организме, понять, как эти белки работают неправильно при болезнях, и разработать новые лекарства, которые воздействуют на них.
Как можно догадаться, есть и обратная сторона использования этой эволюционной случайности.
Во-первых, не все исследователи, которым нужны антитела верблюдовых для своих экспериментов, имеют доступ к помещениям для ламы (или альпаки, или верблюда). Во-вторых, хотя животные не получают вреда, их вакцинация для выработки нужных антител стоит дорого, на одну попытку уходит до шести месяцев и часто она не работает.
Итак, биохимики Эндрю Круз из Гарвардской медицинской школы и Аашиш Манглик из Калифорнийского университета в Сан-Франциско объединились, чтобы создать раствор, не содержащий лам: флаконы специально разработанных дрожжей.
Дрожжевой метод, описанный 12 февраля в журнале Nature Structural and Molecular Biology, можно проводить в пробирке в собственной лаборатории исследователя. По словам авторов, она имеет более высокий уровень успеха и более быстрое время выполнения, чем вакцинация ламы и предыдущие попытки обойти верблюдовых.
Это также первый раз, когда система обхода верблюдов стала бесплатной для некоммерческого использования.
«Что-то подобное действительно необходимо», - сказал Круз. «Это несложная технология, небольшие временные затраты и высокая вероятность успеха для большинства белков».
"Люди, которые годами изо всех сил пытались зафиксировать свои белковые структуры с помощью лам, теперь получают их", - сказал он.
Замок и ключ
Активные сегменты антител верблюдовых часто называют нанотелами, потому что они могут быть намного меньше, чем обычные антитела. Нанотело ламы может связываться только с определенной конформацией - например, «открытой» или «закрытой» - определенного белка. Нанотела также могут связываться со сложными белками, такими как рецепторы, которые работают в маслянистых клеточных мембранах.
Структурные биологи, такие как Круз и Манглик, хотят найти точное нанотело, которое соответствует интересующему их белку, чтобы они могли зафиксировать белок в одном положении и провести тесты, чтобы выяснить его атомную структуру. Изучение структуры позволяет им изучить, как работает белок, и дает план для разработки лекарств, нацеленных на него.
Нанотела открыли давно запертые двери в биомедицинскую науку. Например, они позволили исследователям впервые увидеть, как нейротрансмиттеры, такие как адреналин и опиоиды, связываются с рецепторами в головном мозге.
Ученым просто нужен более простой способ найти ключи.
Сияющий успех
Прямо сейчас ученый, который хочет изучить сложный мембранный белок, должен кропотливо сгенерировать несколько миллиграммов этого белка, привить им ламу (обычно это делается через стороннюю службу) и надеяться, что иммунная система животного отреагирует. Только тогда она сможет искать антитела в образце крови и надеяться, что их достаточно для работы.
Напротив, исследовательская группа Крузе и Манглика, возглавляемая первым автором Конором МакМахоном, исследователем с докторской степенью в лаборатории Крузе, создала библиотеку из 500 миллионов верблюжьих антител с использованием клеток дрожжей.
Каждая дрожжевая клетка имеет немного отличающееся нанотело, прикрепленное к ее поверхности, сделанное из немного отличающегося фрагмента синтетической ДНК.
Исследователи смешали все дрожжи и заморозили их для сохранности. Каждый раз, когда они хотят провести эксперимент, они просто размораживают ценность пробирки: миниатюрную иммунную систему ламы.(Пробирка содержит в 10-20 раз больше, чем необходимо, чтобы убедиться, что включено хотя бы одно из каждого уникального антитела.)
Команда разработала метод, при котором вместо инъекции ламе ученые теперь могут пометить интересующий белок флуоресцентной молекулой и добавить его в пробирку. Дрожжи с поверхностными нанотелами, которые распознают белок, будут светиться.
Затем исследователи используют сортировку клеток с активацией флуоресценции, или FACS, чтобы отделить светящиеся дрожжи от остальных.
Они секвенируют ДНК этих светящихся дрожжевых клеток, чтобы узнать, что представляют собой нанотела. Затем они могут использовать бактерии E. coli, чтобы вырастить столько нанотел, сколько им нужно.
Весь процесс занимает от трех до шести недель вместо трех-шести месяцев.
Деньги даром, а дрожжи даром
Команда протестировала свою дрожжевую систему на двух белках: адренергическом рецепторе бета-2, связанном с астмой, и аденозиновом рецепторе, который является воротами для кофеина, вызывающего его возбуждение. В обоих случаях нанотело связывалось с желаемым рецептором, связывалось только с этим рецептором и связывалось с ним только тогда, когда он был «включен».
«Мы обнаружили, что нанотела, полученные из дрожжей, могут делать все то же, что и антитела, полученные из ламы», - сказал Крузе.
Команда теперь предлагает флаконы с дрожжевой смесью и инструкции по применению бесплатно всем некоммерческим лабораториям, которые хотят их получить. Коммерческие компании могут лицензировать дрожжи. «Мы сделали большую партию», - сказал МакМахон, так что нам есть на что опереться.
Более 40 лабораторий запросили флаконы еще до публикации статьи.
«Нанотела позволяют разрабатывать лекарства для биологических целей, которые антитела были слишком велики, чтобы поразить их», - сказал Манглик. «Сделав обнаружение нанотел быстрым и легким, мы надеемся, что наша платформа значительно ускорит потенциальное применение этой захватывающей технологии».
«Я думаю, мы увидим вещи, которые разрушат иммунную систему животных», - добавил МакМахон. «Это новая технология. Она будет только улучшаться. Надеюсь, она будет работать так же или даже лучше, и нам больше не понадобятся ламы».