Объединяя ДНК в вирусоподобную структуру, команда исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) создала ВИЧ-подобные частицы, которые вызывают достаточно сильный иммунный ответ в клетках (правда, пока в лабораторных условиях). По мнению ученых, в будущем такие частицы можно будет использовать в качестве вакцины против ВИЧ, SARS-CoV-2 и других инфекционных заболеваний. Данные этого исследования были опубликованы в научном журнале Nature Nanotechnology.
Известно, что ДНК — высокопрограммируемая структура, ее можно использовать в различных целях, включая доставку препаратов. При этом молекулы ДНК начали конструировать еще с 1980-х годов. Технологию ДНК-оригами изобрел в 2006 году Пол Ротемунд из Калифорнийского технологического института (Caltech). Ее смысл заключается в том, что ученые создают молекулы ДНК, которые способны к самосборке в заранее рассчитанные и смоделированные объекты. Такие конструкции могут быть как плоскими, так и объемными, простыми и чрезвычайно замысловатыми.
В 2016 году команда ученого Марка Бате разработала алгоритм, который может автоматически проектировать и конструировать произвольные трехмерные формы вируса с использованием ДНК-оригами. Подобные частицы, имитирующие размер и форму вирусов, в итоге могут быть покрыты белками или антигенами, предназначенными для того, чтобы вызывать сильный иммунный ответ. «Общие правила проектирования, которые будут определены в ходе этих исследований, в итоге должны быть применимы ко всем антигенам и болезням», — отмечает один из авторов метода, профессор из MIT Даррелл Ирвин.
«Структура ДНК подобна булавочной доске, где антигены могут соединяться в любом положении, — объясняет Марк Бате. — Эти вирусоподобные частицы позволили нам впервые раскрыть фундаментальные молекулярные принципы распознавания иммунных клеток. Природные вирусы представляют собой наночастицы с антигенами, расположенными на их поверхности, и считается, что иммунная система (особенно B-клетки) эволюционировала для эффективного распознавания таких объектов».
В настоящее время разрабатываются вакцины, имитирующие природные вирусные структуры. Считается, что такие вакцины будут очень эффективны. При этом одной из ключевых проблем является определение правильного размера таких частиц и количества антигенов на их поверхности, чтобы вызвать оптимальную стимуляцию В-клеток. Ученым из MIT удалось не только создать вирусоподобную структуру, но и определить оптимальную плотность антигенов на ней. Ранее считалось, что чем выше плотность антигенов, тем лучше для стимуляции В-клеток. При этом их эксперименты показали обратное, указав на то, что большие расстояния между антигенами дают лучшие результаты.
Сначала исследователи разработали икосаэдрические частицы, размером и формой подобные типичному вирусу, и прикрепили к ним сконструированный антиген ВИЧ, связанный с белком gp120. В настоящее время исследователи работают над адаптацией этого подхода для разработки потенциальной вакцины против коронавируса, заменив антиген ВИЧ белком, обнаруженным на поверхности вируса SARS-CoV-2.
«Наша платформенная технология позволяет легко обмениваться различными антигенами и субъединичными пептидами из разных типов вирусов, чтобы проверить, могут ли они быть потенциально функциональными в качестве вакцин», — говорит Бате. Поскольку этот подход позволяет транспортировать антигены из разных вирусов на одном и том же каркасе ДНК, возможно, будут разработаны варианты, нацеленные на несколько типов коронавирусов, включая прошлые и потенциальные варианты, которые могут появиться, говорят исследователи.