Внезапное распространение коронавирусной инфекции (на момент написания статьи было выявлено более 42,5 млн подтвержденных случаев заражения и более чем 1,1 млн смертельных исходов [1] / 65,9 млн случаев заражения и более 1,5 млн случаев смерти на момент выхода перевода — прим. пер.) поставило под угрозу общественное здоровье. Несмотря на общемировые усилия по контролю этой вирусной инфекции, пандемия все еще набирает обороты. При столкновении с этой серьезной беспрецедентной проблемой, похоже, только вакцинация является самым многообещающим методом контроля заболеваемости новой коронавирусной инфекцией. Недавнее исследование Yang с соавт. [2] выявило, что рекомбинантный рецептор-связывающий домен (РСД) белка, формирующего шипы SARS-CoV-2, полученный из клеток насекомых, запускает протективный иммунитет у приматов (не гоминидов), что может стать основой вакцины для контроля COVID-19 (рис. 1).
Рисунок 1 Рекомбинантная вакцина, нацеленная на рецептор-связывающий домен (РСД) белка шипа SARS-CoV-2, может вызывать защитный иммунный ответ. Рекомбинантный белок РСД экспрессируется в клетках насекомых с использованием системы Bac-to-Bac и выпадает в осадок (преципитируется квасцами) для образования вакцины. После вакцинации обезьян-приматов (не-гоминид) вакциной РСД было выявлено формирование сывороточных антител, которые могли связывать РСД и нейтрализовывать заражение вирусом. Это послужило материалом для разработки вакцины, действие которой основано на принципе выработки антител против РСД.
Для заражения коронавирусу необходимо проникнуть в клетку, для чего он связывается с рецептором ангиотензин-превращающего фермента II (АПФ2) [3]. Этот процесс распознавания рецептора опосредуется включенными в вирусную оболочку шипами, состоящими из белковых тримеров. Как структурные, так и функциональные данные о вирусе свидетельствуют, что РСД шипов специфично взаимодействует с АПФ2 [4]. Антитела, прицельно воздействующие на РСД, мешают связыванию шипов вируса с АПФ2 и могут блокировать проникновение вируса в клетку, что нейтрализует инфицирование. Таким образом, РСД шипов является хорошим иммуногеном для разработки вакцины. Признавая незаменимую роль РСД шипов в развитии инфекции SARS-CoV-2, Yang с соавт. выбрали участок вирусного шипа, охватывающий остатки 319-545, в качестве кандидата в иммуногены. Эта область шипа, в соответствии с установленной сложной структурой вирусного РСД [4], представляет собой целостную структурную единицу, необходимую для взаимодействия вируса с рецептором АПФ2.
Чтобы убедиться в том, что РСД белка шипа может быть эффективно экспрессирован, и экспрессированный белок будет поддерживать естественную пространственную конфигурацию, Yang с соавт. избрали для подготовки иммуногена Систему экспрессии бакуловируса Bac-to-Bac. Как одна из наиболее мощных и универсальных доступных систем экспрессии, Система экспрессии бакуловирусных векторов (BEVS) представляет собой автономную вирусную систему, которая разработана для экспрессии гетерологичных генов в клетках насекомых. Система экспрессии бакуловируса Bac-to-Bac — модифицированная BEVS, в которой сначала генерируется рекомбинантный бакуловирус, содержащий чужеродный ген, а затем он используется для заражения клеток насекомых для усиленной экспрессии генов из многих различных источников. По сравнению с другими гетерологичными системами экспрессии, у Bac-to-Bac имеется несколько преимуществ. Она обладает хорошей способностью клонирования чужеродных генов, обеспечивает легкий скрининг рекомбинантных бакуловирусов, отличается высокой степенью защиты, обладает полной системой посттрансляционного процессинга и модификации и в большинстве случаев может гарантировать эффективную экспрессию интересующего гена. С момента своего создания в 1980-х гг. [5] BEVS широко использовалась для разработки вакцин, для генной терапии и в других областях. Как и совпало с ожиданиями, с использованием системы Bac-to-Bac удалось качественно экспрессировать РСД шипов коронавируса. Выделенный впоследствии белок РСД оказался как N-, так и O-гликозилированным, сохранял свой функционал, взаимодействуя с АПФ2 с наномолярной аффинностью связывания. Кроме того, рекомбинантный белок специфично взаимодействовал с сыворотками выздоравливающих от коронавирусной инфекции пациентов, но не с сыворотками здоровых людей.
Может ли белок РСД запускать эффективный иммунный ответ? Чтобы решить эту проблему, Yang с соавт. иммунизировали мышей и кроликов рекомбинантным белком РСД с использованием гидроксида алюминия в качестве адъюванта. Было показано, что преципитат белка (осадок белка образовывался с помощью квасцов) индуцирует устойчивый гуморальный иммунный ответ. Специфичные к РСД антитела были получены от обоих животных. Кроме того, было обнаружено, что сыворотки этих иммунизированных животных блокируют связывание РСД с АПФ2, экспрессирующимся на поверхности клетки, и нейтрализуют заражение как псевдотипированным, так и живым SARS-CoV-2 in vitro. Еще более важно, что функциональный ответ антител наблюдали уже через семь дней после инъекции разовой дозы; это позволяет предположить, что рекомбинантный белок РСД обладает высокими антигенными свойствами.
В качестве ключевого шага в процессе разработки вакцины Yang с соавт. протестировали иммуногенный эффект вакцины РСД белка шипа на приматах не-гоминидах (Macaca mulatta). Иммунная сыворотка, взятая через семь дней после первой вакцинации, эффективно блокировала заражение псевдовирусом (псевдотипированным SARS-CoV-2). У всех привитых обезьян после двух внутримышечных инъекций вакцины РСД были обнаружены нейтрализующие антитела против живого вируса. В ходе исследования воздействия препарата живого вируса в тканях легкого представителей вакцинированных групп не удалось обнаружить вирусной геномной РНК (гРНК) или субгеномной РНК (сгРНК), указывающей на вирусную репликацию. Кроме того, были обнаружены значительные гистопатологические различия в легочной ткани в контрольной группе и группе вакцинированных приматов не-гоминид. У всех невакцинированных животных наблюдались типичные гистопатологические изменения, характерные для вирусной интерстициальной пневмонии (например, утолщение альвеолярных стенок, большое количество инфильтратов интерстициальных воспалительных мононуклеаров, исчезновение четко определяемой структуры легочной ткани). У обезьян, привитых вакциной белка РСД, не было выявлено значительных гистопатологических изменений, а в основном преобладало нормальное строение легочной ткани.
В целом данные, представленные Yang с соавт., явно демонстрируют, что рекомбинантный РСД белка шипов коронавируса SARS-CoV-2 потенциально может вызывать защитный иммунный ответ у мышей, кроликов и приматов-не-гоминид. Это требует дальнейших исследований для проведения клинических испытаний на людях. Результаты Yang также подчеркивают важность РСД белка шипа в разработке вакцины против SARS-CoV-2 и предоставляют основу для этой потенциальной вакцины.
