Антитела против ВИЧ: была ли сенсация?

В прошлый четверг в журнале Science вышла статья Денниса Бертона и коллег, о которой было раструбилено по всему свету, как о радикальном прорыве на пути к победе над ВИЧ. Найдена «ахиллесова пята» вируса! В этой статье я постараюсь разобраться, где тут прорыв, где нормальный прогресс и что это все означает для работы над вакциной.

Сначала небольшое введение для тех, кто ничего не знает об антителах. Наша иммунная система ежедневно производит огромное количество B-клеток, которые могут синтезировать антитела. Специфичность этих антител случайна и индивидуальна для каждой клетки. B-клетка плавает в крови некоторое время, и если ей не попадается микроорганизм, с которым ее антитело может связаться, то она умирает. Когда в наш организм попадает микроорганизм, то иммунная система начинает перебирать все имеющиеся в организме B-клетки в поиске тех, чьи антитела могут связываться с этим организмом. Такая клетка активируется и начинает, во-первых, делиться, а во-вторых, производить антитела в огромных количествах. Основная роль антител — тривиально цепляться и помечать микроорганизмы (и другие чужеродные субстанции) в организме. Помеченные таким образом микроорганизмы распознаются иммунной системой и уничтожаются. Это основная роль антител, но в отношении вирусов у антител есть еще важный побочный эффект. Поскольку вирусы являются молекулярными машинами, связывание с ними антитела иногда (но не всегда) нарушает функциональность этой машины: вирус теряет свою инфекционность. Антитела, которые своим связыванием выводят вирус из действия, называются нейтрализующими антителами. Нейтрализующие антитела — довольно стандартное явление и их можно найти практически в любом человеке, который был заражен ВИЧ дольше, чем год. Но из-за высокого разнообразия вируса нейтрализующее действие этих антител обычно ограничено конкретным вирусом, который был в этом человеке.

В статье, вышедшей в прошлый четверг, рассказывается о том, как, используя новые технологии, авторы нашли в одном человеке два антитела, обладающих нейтрализующей активностью против широкого спектра вариантов ВИЧ.

Сначала вкратце о плюсах. Находка, безусловно, интересная. За последние 25 лет исследования ВИЧ было найдено всего четыре антитела, имеющих широкий спектр действия. В этой работе, авторы за примерно два года нашли еще два, причем с более высокой активностью и более широким спектром действия, чем предыдущие четыре.

Теперь о минусах. Это исследование подтвердило уже известный факт: нейтрализующие антитела широкого спектра действия чрезвычайно редки. Авторы специально выбрали человека, про которого было известно, что такие антитела у него в крови имеются, но проскринировав 30,000 антител из этого человека и нашли лишь два с широким спектром действия (да и эти два на самом деле оказались лишь вариантами друг друга). Кроме того, прямого применения для разработки вакцины эти антитела не имеют. То есть они будут очень полезны для последующих исследований, но шаг от них до вакцины не тривиален. Если бы он был тривиален, то вакцину сделали бы уже давно, используя найденные ранее четыре антитела с широким спектром нейтрализации.

Небольшое отступление об использовавшихся технологиях. Поиск антител с нужными свойствами (не обязательно против вируса) всегда был процессом очень длительным и трудоемким. Каждая B-клетка производит свое собственное антитело. То есть выделенные из крови клетки надо сортировать по одной и потом уже выяснять, что именно они производят. Однако в культуре, отдельно от остальной иммунной системы, B-клетки долго не живут. Для того, чтобы их вырастить и получить антитела, B-клетки сначала «делали бессмертными» путем гибридизации с раковыми клетками. Этот процесс очень сложен, неэффективен и занимает очень много времени. Полученные «бессмертные» клетки уже сортировали по одной и выращивали из них клеточные культуры, которые производили антитела в больших количествах. Только на этой стадии можно было тестировать антитела на нужные свойства (например, на способность нейтрализовать вирус). Весь процесс занимал годы. Две новые технологии позволили его существенно ускорить. Во-первых, технология компании Theraclone позволяет B-клеткам чувствовать себя в клеточной культуре, как в организме: жить достаточно долго и продолжать делиться. Поэтому можно B-клетки выделить из крови и сразу отсортировать по одной в специальной среде, в которой они начинают размножаться и производить антитела. Количество произведенных антител не очень велико (примерно 50 микролитров), но вполне достаточно для очень чувствительного теста. Тут на помощь приходит технология компании Monogram, которая позволяет протестировать эти 50 микролитров на нейтрализацию довольно широкого спектра вирусов ВИЧ. Таким образом элиминируется самый трудоемкий и неэффективный шаг — гибридизация B-клеток с раковыми клетками. Кроме того, большая часть работы может быть роботизирована. Как я уже писал выше, два полученных антитела были добыты примерно за два года и стоили по $100K каждое. Можно ожидать, что в дальнейшем и время, и затраты на поиски таких антител существенно сократятся.

Ну и наконец, несколько вариантов того, какую пользу могут данные антитела принести в исследовании ВИЧ и в разработке вакцины и зачем их вообще стоит искать и выделять:

Изначально поиск нейтрализующих антител с широким спектром действия мотивировался идеей о том, что если мы такие антитела найдем, то потом можно будет узнать, с чем именно на вирусе они связываются (та самая «ахиллесова пята»). Эту «ахиллесову пяту» тогда можно было бы синтезировать в больших количествах и впрыскивать в людей в качестве вакцины, потому что все вырабатываемые против «пяты» антитела будут нейтрализовать вирус. Эта идея уже была протестирована с предыдущими антителами и не сработала — «пятки» вообще не вызывали почти никакого иммунного ответа, не то что нейтрализующего. Причины для этого не совсем понятны, и возможность исследовать новые антитела может помочь нам их понять.

Несколько более общий подход к этому вопросу основывается на понимании того, почему именно некоторые антитела являются нейтрализующими. Мы до сих пор не знаем механизма широкой нейтрализации. Дополнительные антитела с широким спектром нейтрализации позволят исследовать этот вопрос.

Предположительно когда-нибудь в будущем мы будем знать механизмы широкой нейтрализации и тогда мы сможем их как-то использовать в дизайне вакцины.

Недавно также стали подумывать о том, что найденные антитела широкого спектра действия можно прямо экспрессировать в людях (а не пытаться вызвать их появление с помощью вакцины). Этот метод предполагает, например, впрыскивание в мышцу ДНК, кодирующую ген нужного антитела. Эксперименты на макаках и на мышах (с уже известными четырьмя антителами) говорят о том, что в принципе такое работать может — подопытные животные оказываются защищенными от вируса. Но и тут есть несколько проблем. Во-первых, этот подход сработал не во всех подопытных животных; иммунная система некоторых приняла это антитело за патогенный микроорганизм и начала его уничтожать. Во-вторых, пробные эксперименты на уже зараженных людях удивительным образом показали отсутствие эффективности антител в подавлении вируса. Причины этого тоже не совсем понятны. Наконец, на сегодняшний день у нас нет методов доставки, которые бы позволили экспрессировать антитела в достаточных количествах в течение достаточно долгого времени. Через несколько месяцев после инъекции впрыснутая ДНК (или другой вектор) теряет свои свойства и экспрессия антител идет на убыль. Для вакцины это не подходит.

Суммируя все вышесказанное, данная работа определенно является очень большим прогрессом и несет потенциал радикально увеличить наши возможности по исследованию механизмов нейтрализации ВИЧ, но для того, чтобы трансформировать полученные знания в вакцину, работы еще предстоит проделать много.

Егор Воронин
( shvarz.livejournal.com ),
сотрудник Global HIV Vaccine
Enterprise