Yegor Voronin (shvarz) wrote,
Yegor Voronin
shvarz

Categories:

Аааа!!! Найдено средство от ВИЧ!!!!

Трубят нам многие газеты, причем некоторые утверждают, что нашли вакцину, а другие - что лечение.
Но не будем в очередной раз ругать журналистов, у которых и так жизнь тяжелая. Лучше разберемся, что именно там нашли.
Сразу скажу, что не лекарство и не вакцину, так что если вам только они интересны, то можете дальше не читать. Но работа, на самом деле, сделана очень классная и прорывная не только для области ВИЧ-исследований, но и для молекулярной биологии в целом.

Предыстория
Начнем с того, что вся работа была сделана для поиска антител широкого действия. Белок оболочки ВИЧ - один из самых вариабельных белков в природе. Его функциональная часть спрятана в центре, а вокруг нее навешаны вариабельные петли, которые могут меняться как по длине, так и по составу почти неограниченно.


На картинке схематично показано связывание (розового) вируса с (синеватой) клеткой. На белке оболочки показаны вариабельные петли, защищающие его функциональные части. Проникновение вируса в клетку происходит в три этапа. Сначала вариабельные петли слегка расходятся и специальный район белка оболочки (CD4bs) связывается с клеточным белком CD4. Это ведет к изменению структуры всего белка оболочки и высвобождению района, который может связываться с другим клеточным белком - CCR5. Это связывание, в свою очередь, тоже изменяет структуру белка оболочки и ведет к высвобождению собственно машины, которая позволяет слить мембраны вируса и клетки (gp41) и доставить содержимое вирусной частицы внутрь клетки.

Антитела против вариабельных петель белка оболочки для вируса почти не представляют никаких проблем - он их мутирует и уходит от иммунного ответа. Тем не менее, некоторые функциональные (а потому менее вариабельные) части белка оболочки доступны иммунной системе и против них тоже вырабатываются антитела. Поскольку такие антитела связываются с более консервативными участками, они могут нейтрализовать самые разные варианты ВИЧ (обладают широким спектром действия).


Белок оболочки и места связывания некоторых нейтрализующих антител широкого спектра действия (мембрана вируса должна быть сверху, но на картинке не показана). Антитела 4E10 и 2F5 связываются с районами, плотно прилегающими к мембране вируса и обычно закрытыми "шапкой" остальной части белка. Антитело 2G12 очень необычно, потому что связывается с полисахаридами, присоединенными к одной из вариабельных петель. Антитело b12 особенно важно для этого рассказа, потому что оно связывается с CD4bs (см. выше).

Естественно, что нейтрализующие антитела широкого спектра действия нам очень интересны - где они связываются, какими свойствами обладают, как именно нейтрализуют вирус, а самое главное - как они образуются. Чем больше мы об этом знаем, тем больше наши возможности по созданию вакцины, которая бы вела к появлению таких антител.

Что было сделано?
Взяли ВИЧ-положительного пациента, про которого было известно, что в нем выработались нейтрализующие антитела очень широкого спектра действия. Выделили из его крови и протестировали более 25 миллионов B-клеток (клетки, производящие антитела; каждая клетка производит уникальное антитело) на антитела, связывающиеся с CD4bs, и нашли три клетки, чьи антитела имели очень широкий спектр действия - нейтрализовали до 90% протестированных вариантов ВИЧ.

Почему это не вакцина и не лекарство?
Об этом я писал почти уже год назад, когда тоже были обнаружены новый нейтрализующие антитела широкого спектра действия. Читать здесь.

Почему это все-таки очень круто?
Крутизна, как и в прошлый раз, заключается в технологиях, использованных в работе, а именно в том, каким образом вылавливались антитела, связывающиеся именно с CD4bs. Задача эта была не из легких - как именно можно выловить антитела именно с такой специфичностью? Если в качестве "наживки" использовать весь белок, то и вылавливать будешь самые разные антитела, большинство из которых будут связываться с вариабельными петлями на его поверхности. Тут нужна специальная "наживка". Ее создание и было настоящим достижением этой работы и недаром именно оно выведено в заголовке статьи на первое место ("Rational design of Envelope Surface..."). Начали они с белка, который был известен и до них - у белка оболочки обрезаны три из пяти вариабельных петель, что делает гораздо более доступными его внутренние поверхности. Такой белок, однако, все равно не имеет достаточной специфичности - с ним продолжает связываться очень большое количество анти-ВИЧ антител.

Тогда авторы стали заменять родные ВИЧ аминокислоты на другие, не встречающиеся обычно в ВИЧ, и изменили последовательность белка так, что вся поверхность белка (кроме CD4bs) изменилась настолько, что антитела к ВИЧ уже ее не распозновали. Поверхность CD4bs же осталась неизмененной! Такой белок вылавливал из плазмы ВИЧ-положительного человека только те антитела, которые связывались с CD4bs, а остальные антитела его не узнавали.

Идея, казалось бы, тривиальная. Однако любой, кто имел дело с белками, сразу же поймет, что это безумно сложно сделать. Белки не имеют какой-либо заранее заданной структуры или каркаса, согласно которому они приобретают свою форму. Форма белка закодирована в самой последовательности его оснований - зачастую достаточно изменить одну аминокислоту из сотни и белок уже приобретает совершенно иную форму. Другие же аминокислоты можно менять почти как вздумается. Тут можно провести аналогию - форма белка это как hash-code с очень сложной (и нам по большей частью неизвестной) hash функцией. В этой работе авторам удалось заменить 30% (!) всех аминокислот в белке и сохранить при этом его форму, которая необходима для того, чтобы образовался правильный CD4bs, с которым и должны были связываться антитела широкого спектра действия.


Измененный белок оболочки ВИЧ. Желтым помечен CD4bs, красным - замененные аминокислоты. Синим, кажется, показаны полисахара.

Это им удалось благодаря сведению воедино целого ряда предыдущих достижений. Во-первых, кристаллическая форма белка была известна. Во-вторых, также была известна кристаллическая структура SIV - родственного ВИЧ вируса, выделенного из обезьян. Вирусы эти довольно сильно отличаются, но кое-какие сходные участки найти можно. В-третьих, многочисленные известные последовательности вариантов ВИЧ предоставляли информацию о том, какие аминокислоты менять нельзя, какие можно, и какие варианты допустимы без нарушения функциональности белка. И сочетали они все это с самыми последними достижениями в компьютерном моделировании процессов, управляющих сворачиванием белков (этим занимался Peter Kwang и его команда). В результате им удалось создать нужный белок с первой попытки.

Такая вот прекрасная история. Она показывает насколько продвинулись наши возможности создавать белки с заранее заданными свойствами. Конечно, в данном случае задача была не создать что-то новое, а умудриться не сломать старое, и для моделирования использовалось большое количество эмпирических знаний, но все равно это огромный шаг вперед.

P.S: Несколько грустно лишь то, что компьютерные модельеры, без которых эта работа практически не была бы возможной (или заняла бы существенно больше времени), как обычно в списке авторов болтаются где-то в середине.
Tags: hiv, научпоп
Subscribe

  • Форумы ученых

    А кто-нибудь знает про какие-либо форумы, посвященные довольно узким областям науки, на которых тусовались бы преймущественно ученые? Я вот знаю про…

  • Корреляции

    Кто разбирается в анализе разных корреляций и вообще в анализе данных, наведите меня на путь истинный по следующему вопросу или хотя бы выскажите…

  • Принимаем заказы

    В конце прошлого года у меня случился аврал на работе, а потом я хотел от этого аврала отдохнуть, и в итоге я почти перестал писать в ЖЖ - за…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 29 comments

  • Форумы ученых

    А кто-нибудь знает про какие-либо форумы, посвященные довольно узким областям науки, на которых тусовались бы преймущественно ученые? Я вот знаю про…

  • Корреляции

    Кто разбирается в анализе разных корреляций и вообще в анализе данных, наведите меня на путь истинный по следующему вопросу или хотя бы выскажите…

  • Принимаем заказы

    В конце прошлого года у меня случился аврал на работе, а потом я хотел от этого аврала отдохнуть, и в итоге я почти перестал писать в ЖЖ - за…