Новый серологический тест может не только помочь человечеству подготовиться к следующей пандемии и отреагировать на нее, но также может сыграть ключевую роль в поиске вирусных триггеров таких заболеваний, как диабет и целиакия.

Джейсон Ладнер, доцент кафедры биологических наук и Института патогенов и микробиома (PMI), был ведущим новатором в PepSeq, технологии, которая позволяет ученым тестировать связывание антител с сотнями тысяч белковых мишеней одновременно, вместо тестирования по одной за раз. Когда мы пытаемся отследить заразный вирус, такой как коронавирус, и выяснить, как на него реагировать, быстрое получение ответов может оказаться между жизнью и смертью.

Этот протокол подробно изложен в статье, опубликованной ранее в ноябре в журнале Nature Protocols.

В документе "PepSeq: полностью in vitro платформа для высоко мультиплексированной серологии с использованием настраиваемых библиотек пептидов с ДНК-штрих-кодом" описывается новый подход к проведению высоко мультиплексированных серологических анализов и подробно описывается подход команды к разработке и синтезу пользовательских библиотек PepSeq, а также как использовать эти библиотеки для проведения анализов и интерпретируйте данные. По словам Ладнера, надежда состоит в том, чтобы предоставить ученым во всем мире дорожную карту для использования протокола в их собственных исследованиях, что приблизит нас к ответам на некоторые основные инфекционные заболевания.

Это важный шаг вперед, поскольку опасения по поводу биотерроризма, зоонозных заболеваний и следующей пандемии никогда не за горами. Понимание этих патогенов поможет ученым разработать вакцины и отслеживать их перемещение и эволюцию.

"Серологические анализы важны для диагностики многих инфекций у людей и животных", - сказал он. "Однако традиционным анализам часто не хватает чувствительности и/или специфичности. Наш подход может помочь определить, какие белки чаще всего стимулируют реакцию антител во время инфекции и какие эпитопы специфичны для интересующего патогена, а не являются перекрестнореактивными для родственных патогенов".

Что такое PepSeq?

По сути, протокол позволяет ученым проверять, как белковые мишени, или антигены, связываются с антителами сотнями тысяч одновременно. Антигены, которые представляют собой фрагменты патогена, такого как вирус или бактерия, являются мишенями для антител в крови хозяина. В ответ на каждую новую инфекцию вырабатываются новые антитела, которые высокоспецифичны к определенным антигенам и могут сохраняться в течение месяцев или даже лет. Таким образом, антитела помогают защитить от будущих инфекций подобными патогенами, но они также обеспечивают учет прошлых воздействий.

Таким образом, один из главных вопросов с медицинской точки зрения заключается в том, какие антитела защищают от инфекции. Вот где оказалось человечество в 2020 году — не зная, какие именно антитела необходимо выработать организму, чтобы отреагировать на COVID-19. Эта информация была необходима для создания эффективной вакцины и в будущем могла бы помочь в разработке подходов к вакцинации, которые в целом защищали бы от коронавирусов, таких как SARS-CoV-2, включая те, которые нам еще предстоит идентифицировать.

Еще более важный вопрос связан с определением того, какие антитела необходимы для атаки на антигены патогена. Вот где оказалось человечество в 2020 году — не зная, какие именно антитела необходимо выработать организму, чтобы отреагировать на COVID-19. Эта информация была необходима для создания эффективной вакцины.

PepSeq, который изначально был разработан командой, в которую входил Джон Алтин, ныне научный сотрудник TGen, сотрудник Ladner и соавтор исследования, вносит свой вклад в этот процесс двумя ключевыми способами. Во-первых, это позволяет ученым одновременно оценивать связывание антител с большим количеством различных антигенов. Поскольку антитела свидетельствуют о прошлых инфекциях хозяина, знание того, какие антитела есть у человека, может дать представление о том, каким патогенам он подвергался в прошлом. Этот анализ позволяет исследователям широко изучить историю воздействия, проверяя наличие свидетельств прошлых инфекций всеми вирусами, которые, как известно, поражают людей.

"Это может помочь нам лучше понять эпидемиологию инфекционных заболеваний, а также расширить наши возможности в поиске потенциальных вирусных триггеров для неинфекционных заболеваний, таких как диабет и целиакия", - сказал Ладнер.

Во-вторых, антигены, используемые в PepSeq, представляют собой короткие пептиды, что означает, что они обычно имеют длину не более 64 аминокислот. Это означает, что каждый раз, когда антитело связывается с антигеном PepSeq, сигнал специфичен для определенной области белка, что позволяет Ладнеру и его команде анализировать реакцию антител в мельчайших деталях. Это помогает определить, на какие части патогена чаще всего нацеливаются антитела и какие антитела специфичны к конкретным патогенам, таким как новый коронавирус, вызывающий COVID-19, и которые перекрестно распознают - и потенциально перекрестно защищают — близкородственные патогены, такие как коронавирусы, которые могут вызывать обычную простуду..

"В частности, нас очень заинтересовала пара эпитопов, которые являются высококонсервативными между SARS-CoV-2 и "эндемичными" человеческими коронавирусами, которые заражают людей десятилетиями и, как правило, вызывают обычную простуду", - сказал он. "Мы обнаружили, что динамика реакции антител на эти эпитопы различна, и ответы, направленные против этих регионов, могут обеспечить широкую защиту от коронавирусов".

Третий ключевой фактор, охватывающий каждый анализ: PepSeq позволяет проводить эти тесты быстро и с гораздо меньшим объемом пробы, чем при других анализах, что крайне важно, поскольку часто эти образцы ценны и их не хватает.

Что происходит сейчас?

Это исследование предоставляет информацию, необходимую любому исследователю для использования PepSeq. Это также дает им обоснование решений, которые они приняли в процессе, чтобы другие могли использовать технологию. Каким бы инновационным ни был этот протокол, исследователи стремятся к тому, чтобы другие внедряли инновации еще дальше. Команда Ладнера руководит разработкой биоинформационных протоколов и пользовательских программных пакетов, которые позволят создавать библиотеки PepSeq и позволяют интерпретировать данные, собранные с помощью протокола.

С точки зрения общей картины, проведение подобных бесед помогает прогрессу в этой области в целом, сказал Ладнер. Это помогает развить доверие к процессу и результатам.

"Даже если никто за пределами PMI и TGen в конечном итоге не будет использовать PepSeq, мы хотим, чтобы более широкое научное сообщество поверило, что результаты надежны, и лучший способ сделать это - обеспечить прозрачность процесса", - сказал он. "В рукописи протокола такого типа мы можем гораздо подробнее рассказать о методах, чем в рукописи, посвященной результатам конкретного исследовательского проекта, в котором используется PepSeq".

Ладнер также совершенствует протокол для новых типов образцов, включая человеческую слюну, мочу и кровь комаров, которых кормили. Он также использует PepSeq, чтобы лучше понять распространение и экологию вирусов, которые поражают других животных, но не людей (пока). Это позволит его команде исследовать реактивность антител у других животных, таких как летучие мыши, что продемонстрирует, какие типы вирусов обычно заражают эти виды-резервуары.

Хотя большая часть этого исследования направлена на вопросы в рамках процесса установления фактов, оно должно заложить основу, которая приведет к более эффективному реагированию во время будущих вспышек, а также к вакцинам и терапевтическим методам лечения вирусных заболеваний.

"Одной из главных целей вакцинации является стимулирование выработки защитных антител, и PepSeq может помочь нам понять реакцию антител на вакцинацию", - сказал Ладнер. "Результаты анализов PepSeq, безусловно, могут помочь в разработке стратегий и подходов, которые более непосредственно связаны с подготовкой к вспышке и реагированием на нее".