Технологии

Борьба С Вирусами Будущего Прогнозирование Эволюции Вирусов Может Позволить Заранее Подготовить Вакцины

Новые методы могут запрограммировать иммунную систему людей против будущих патогенов

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ИММУН-системы реагируют только на патогены, которые уже заразили тела, которые они защищают. Однако наука может сократить путь к иммунитету путем вакцинации. Это включает в себя представление иммунной системе безвредных или похожих версий опасных патогенов, чтобы она могла создавать антитела и клетки-киллеры, враждебные реальной сущности, до возникновения любой реальной инфекции, тем самым снижая ее опасность.

Однако, как и сами иммунные реакции, вакцинация обычно должна дождаться появления патогена, о котором идет речь, прежде чем она сможет сделать свое дело. Следовательно, существует задержка между прибытием патогена на место происшествия и развертыванием вакцины против него. Эта задержка стоит жизней. Даже в случае с covid-19, который вызвал самую быструю программу разработки вакцины, которую когда-либо видел мир, считается, что миллионы умерли к тому времени, когда вакцинация стала проводиться в богатых странах в конце 2020 года.

Но точно так же, как вакцинация знакомит иммунную систему с патогенами, удаленными от них в космосе, новые методы, вышедшие на первый план во время нынешней пандемии, дают возможность познакомить их с патогенами, удаленными от них во времени. действительно, с патогенами. которые еще не развились, но, вероятно, появятся в будущем. Благодаря сочетанию высокопроизводительных технологий секвенирования ДНК и современного машинного обучения теперь можно не просто наблюдать, какие варианты вируса циркулируют, но и предлагать, как они могут измениться. Понимание того, как вирус может выглядеть в ближайшие месяцы и годы, дает возможность разработчикам вакцин и методов лечения поднять ногу, позволяя им быстрее задействовать больше иммунных систем, так что меньше людей умирает.

Отправной точкой для этих прогнозов является работа, проводимая в лаборатории Джесси Блума, вирусолога из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона в Сиэтле. Доктор Блум и его коллеги выращивают варианты шипованного белка коронавируса (молекула, которую такие вирусы используют для прикрепления к клеткам, которые они собираются заразить) в чашках Петри. Затем они просматривают их, чтобы определить, какие мутации оказывают какое влияние.

Они назвали этот метод глубоким мутационным сканированием. Он использует массив дрожжевых клеток, которые были генетически модифицированы для экспрессии части белка-шипа, называемого рецептор-связывающим доменом (RBD). По мере того, как дрожжевые клетки производят свои RBD, многие из них появляются из-за ошибок, присущих их производству, с небольшими отклонениями в своей структуре от структуры исходного вируса дикого типа. Затем команда доктора Блума тестирует RBD каждой дрожжевой клетки, чтобы увидеть, насколько плотно они связываются с ACE2, рецепторным белком, обнаруженным на поверхности некоторых человеческих клеток, к которому коронавирус прикрепляется перед проникновением в эти клетки. У RBD, которые связываются прочно, секвенируются их основные геномы, чтобы определить, какие мутации присутствуют.

Когда группа доктора Блума провела это сканирование летом 2020 года при всплеске версии вируса, которая тогда циркулировала, они обнаружили мутацию под названием N501Y, которая, по-видимому, давала преимущество связывания. Несколько месяцев спустя эта мутация появилась в варианте Альфа, который в течение нескольких месяцев доминировал в большей части мира. Доктор Блум говорит, что было бы «милосердно» сказать, что он и его коллеги предсказывали появление N501Y. Это ни в коем случае не была единственная интересная мутация. Но даже в этом случае наличие ограниченного набора таких мутаций для ФОКУСИРОВКИ полезно для сужения области исследований.

Передача сообщения

Одна из фирм, воспользовавшихся этим сужением. это Flagship Labs 77, компания из Бостона, которая до недавнего времени работала тайно. FL77, как его сокращенно называют, является ответвлением от Flagship Pioneering, биотехнологического инкубатора, которым управляет Нубар Афеян, венчурный капиталист. Moderna, пионер технологии на основе РНК-мессенджера, которая помогла ускорить производство вакцин против коронавируса, также была флагманской новаторской компанией, а г-н Афеян является ее председателем.

READ  Платежи По Налоговым Льготам На Детей Начнут Поступать На Банковские Счета Сегодня. Вот Что Вам Нужно Знать.

Исследователи FL77 пытаются объединить экспериментальные данные, которые собирает доктор Блум, с вычислениями, чтобы предсказать, как могут развиваться вирусы. Эта информация может быть использована для упреждающей разработки вакцин и терапевтических антител. В то время как лаборатория доктора Блума предсказывает только единичные мутационные прыжки, FL77 в настоящее время может управлять пятью или шестью. Фирма называет свою систему «Global Pathogen Shield». Подробности остаются конфиденциальными, но в июне был опубликован документ с изложением целей проекта. Это описывало масштаб проблемы, связанной с тем, чтобы идти в ногу с вирусной эволюцией, а именно то, что биология настолько разнообразна, что даже рассмотрение небольшого фрагмента возможных мутаций приводит к проблеме, которая быстро перерастает за правдоподобные пределы наблюдения до единицы в масштабе подсчета и категоризации всех атомов, из которых состоит Земля.

Обычным ответом на такие огромные разногласия было наблюдение, а не экспериментирование. Глобальная система эпиднадзора за гриппом и ответных мер Всемирной организации здравоохранения делает это в отношении гриппа. Он отслеживает, какие вирусы циркулируют в южном полушарии, когда там зима, чтобы Сосредоточить внимание на том, какие штаммы будут актуальны в течение следующей зимы в северном полушарии, и наоборот. Во время пандемии коронавируса такие организации, как Nextstrain и GISAID, аналогичным образом отслеживали варианты SARS-CoV-2.

READ  Дилемма Шотландского Футболиста Спеть "Боже, Храни Королеву" Перед Олимпийскими Матчами Сборной Великобритании

FL77 стремится пойти дальше. не только отслеживая, какие варианты вируса и где находятся, но и прогнозируя, как они будут развиваться. Для этого в программу под названием Octavia вводятся данные из расширенной версии глубокого мутационного сканирования доктора Блума, которое запускает анализы на вариантах от 1 до 10 метров.

Работа Октавии состоит в том, чтобы распознавать закономерности в данных чашки Петри. например, какие из миллионов мутаций имеют тенденцию приводить к более плотному связыванию, а также которые приводят к более слабой нейтрализации антителами. а затем экстраполировать их на все возможные варианты спайков Это приводит к предсказаниям о том, какие мутации победят антитела, а какие будут распространяться легче. Это, как говорится в статье, «позволяет определить репертуар защитных антител», будь то вакцинация или производство самих белков антител. FL77 называет это «сеткой антител».

Доктор Блум, который консультирует FL77 и владеет патентами на глубокое мутационное сканирование, говорит, что ценность таких прогнозов стала очевидной с разработкой вакцин на основе матричной РНК. Их не только быстро сделать, но и быстро обновить. Их производственный процесс начинается с гена вирусного белка, который иммунная система желает атаковать, и заканчивается цепью РНК, которая кодирует этот конкретный белок.

В вакцинах от COVID-19 речь идет о шипах. Обновление вакцин с учетом прогнозируемых вариантов спайка. это просто вопрос вставки соответствующего генетического кода в начале производственного процесса. По крайней мере, такие прогнозы позволят подготовить библиотеку вакцин-кандидатов в ожидании быстрого производства. Наиболее амбициозный проект FL77 представляет собой вакцинацию людей от вариантов патогена, которые еще не циркулируют, но могут.

Глубокое мутационное сканирование может иметь и другое применение. Габриэль Виктора, иммунолог из Университета Рокфеллера в Нью-Йорке, считает, что такое предсказание эволюции патогена будет полезно не только для разработки антител и вакцин, но и для обнаружения частей вируса, которые изменяются очень редко, и нацеливания антител на них. что было бы таким образом надежными целями.

Однако это сложно. Форма любого данного сегмента белка зависит от остальной части молекулы, частью которой он является. Тем не менее, для иммунной системы форма цели является важной особенностью, которую ей необходимо изучить, чтобы распознать своего врага. Таким образом, хотя прогностические подходы, такие как FL77, могут выявлять сегменты вирусных белков, которые вряд ли изменятся, заставить иммунную систему специально смотреть на них сложно, потому что экспрессия изолированного белкового сегмента таким образом, чтобы он имел такую ​​же форму, как когда это часть более крупной структуры сложно.

READ  Безос Попытается Осуществить Свой Самый Амбициозный Проект - Космический Полет Blue Origin

Более грубый подход состоит в том, чтобы просто показать иммунной системе все белковые структуры, которые могут появиться в будущем, чтобы она вырабатывала антитела против множества. Доктор Виктора говорит, что иммунная система не знает предела своей способности поглощать информацию о патогенах. Вместо этого проблема с этим подходом может возникнуть, если система предпочтительно вырабатывает антитела к одним из предсказанных вариантных белков, но не к другим.

Тензодатчик

Вакцины против сезонного гриппа уже решают эту проблему, обновляя иммунную систему информацией о штамме, который, по прогнозам, будет циркулировать предстоящей зимой. Даже после вакцинации иммунная система может вместо этого вырабатывать антитела против старого вируса. Неясно, произойдет ли то же самое с обновленными вакцинами на основе матричной РНК.

Никакая программа никогда не сможет предсказать эволюцию всего множества патогенов, которые могут достоверно заразить людей. Но для тех, кто уже известен как представляющие угрозу, такие системы, как Octavia, могут заглянуть в будущее достаточно далеко, чтобы предложить преимущества. «Нам не нужно иметь возможность предсказывать произвольно. говорит доктор Блум. «Нам не нужно предсказывать мутацию через десять лет. Всего в радиусе пяти-шести мутаций от того места, где мы сейчас находимся. Этого достаточно.

FL77 уже делает это. Самая радикальная версия видения фирмы. вакцинация против разновидностей и штаммов патогенов, которые еще не появились. пока еще далеко, если она вообще когда-нибудь произойдет. Защита людей путем программирования их иммунной системы от будущих патогенов, а не только от уже циркулирующих, станет фундаментальным изменением в смысле, цели и этике вакцинации. Но даже в отсутствие этого прогнозирование болезнетворных микроорганизмов вскоре должно способствовать ускорению существующих видов программ вакцинации. И каждое увеличение скорости разработки вакцины означает спасение тысяч жизней. ■

Копай глубже

Все наши истории, касающиеся пандемии и вакцин, можно найти в нашем центре по коронавирусу. Вы также можете найти трекеры, показывающие глобальное развертывание вакцин, избыточную смертность по странам и распространение вируса по Европе и Америке.

Ранняя версия этой статьи была опубликована в сети 4 августа 2021 года.

Эта статья появилась в журнале Science раздел технологий печатного издания под заголовком «Прогнозировать и выжить»

Источник

REDWINGSMX.RU 2021