Tự nhiên tạo ra kháng thể nhỏ hơn kháng thể của người — và dễ dàng cho các nhà khoa học thao tác. Các kháng thể lấy từ lạc đà không bướu có tên Winter (giữa, nhìn sang trái) và Wally hiện đang được sử dụng trong cuộc chiến chống lại COVID-19. Tín dụng: Ảnh của Tim Cop Mở

Các tia X từ Nguồn Photon nâng cao của Argonne biến các kháng thể của llama thành các liệu pháp tiềm năng.

Trong khi thế giới đã hoan nghênh tin tức về nhiều loại vắc-xin chống lại COVID-19, việc tìm kiếm các phương pháp điều trị hiệu quả cho những người nhiễm vi-rút vẫn đang tiếp tục. Giờ đây, các nhà khoa học đang tìm kiếm thứ có vẻ như không có nguồn gốc: con llama Nam Mỹ.

Các nhà nghiên cứu đang sử dụng tia X siêu sáng của Nguồn Photon Nâng cao, một máy gia tốc tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, để giúp biến các kháng thể của llama được tạo ra tự nhiên thành liệu pháp hiệu quả có khả năng chống lại COVID-19.

“Chúng tôi đã nhận được hơn 50 kháng thể llama với một số protein của SARS-CoV-2,” giáo sư Đại học Chicago và nhà khoa học Argonne cấp cao Andrzej Joachimiak, giám đốc Trung tâm Sinh học Cấu trúc tại Nguồn Photon nâng cao và đồng giám đốc của Trung tâm cho biết đối với Gen cấu trúc của các bệnh truyền nhiễm.

Joachimiak cho biết, những kháng thể này là một phần của sự hợp tác liên tục với một số đối tác, bao gồm các nhà nghiên cứu tại Viện Y tế Quốc gia và Viện Quốc gia về Bệnh khớp và Cơ xương và Da, Joachimiak cho biết, và sẽ được phân tích để xem liệu chúng có chống lại sự lây nhiễm của virus hay không.

Nguồn Photon nâng cao là một đồng bộ tia X mạnh mẽ được đặt tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne. Tín dụng: Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne

Camelid chữa khỏi

Mặc dù có vẻ ngạc nhiên khi các nhà khoa học đang chuyển sang loài lạc đà không bướu, nhưng có một lý do rất chính đáng cho điều đó.

Lạc đà không bướu thuộc một nhóm động vật có vú được gọi là lạc đà, một nhóm cũng bao gồm lạc đà và alpacas. Nhờ sự khác biệt của tự nhiên, lạc đà tạo ra một loại kháng thể độc đáo chống lại bệnh tật. Những kháng thể này, thường được gọi là nanobodies, có kích thước bằng một nửa so với kháng thể do con người tạo ra. Chúng cũng rất ổn định và dễ dàng cho các nhà khoa học thao tác.

Sự khác biệt về gen này, khiến các loài lạc đà chẳng hạn như lạc đà không chỉ tạo ra các kháng thể nặng hơn với nhiều chuỗi protein, mà còn những kháng thể nhỏ hơn với các chuỗi protein đơn, được các nhà khoa học ở Bỉ tình cờ phát hiện vào cuối những năm 1980. Kể từ đó, các nhà khoa học đã làm việc với các cơ thể nano lạc đà để tạo ra các phương pháp điều trị chống lại một số bệnh với thành công lớn.

Jason McLellan, phó giáo sư tại Đại học Texas tại Austin, cho biết: “Lạc đà không bướu tạo ra các thể nano này một cách tự nhiên với năng suất cao và chúng nằm gọn trong các túi trên bề mặt của các protein mà các kháng thể kích thước lớn hơn không thể tiếp cận”.

McLellan đã có nhiều năm kinh nghiệm làm việc với áo khoác nano lạc đà. Ông và nghiên cứu sinh Daniel Wrapp, cùng với nhóm của Xavier Saelens ở Bỉ, đã phân lập các thể nano đã được chứng minh hiệu quả chống lại virus hợp bào hô hấp và hai coronavirus: hội chứng hô hấp cấp tính nặng (SARS) và hội chứng hô hấp Trung Đông (MERS).

Khi trình tự di truyền của SARS-CoV-2 được công bố vào tháng 1 năm 2020, McLellan, Wrapp và Saelens đã nhanh chóng làm việc để kiểm tra xem có bất kỳ kháng thể nào mà họ đã phân lập trước đó chống lại SARS-CoV gốc (lấy từ một con llama Bỉ tên là Winter ) cũng có thể liên kết và vô hiệu hóa vi rút. Họ phát hiện ra rằng một trong những vật thể nano này, được họ đặc trưng bằng cách sử dụng chùm tia của Trung tâm Sinh học Cấu trúc tại Nguồn Photon Nâng cao, có thể có hiệu quả chống lại SARS-CoV-2. McLellan cho biết vật thể nano này – được gọi là VHH72 – hiện đang được phát triển như một phương pháp điều trị COVID-19. Ông và Wrapp đã nhận được Giải thưởng Ngỗng vàng năm 2020 cho nghiên cứu này.

McLellan sẽ nói với bạn rằng mặc dù kết quả tốt, nhưng hy vọng của anh ấy còn cao hơn thế.

Ông nói: “Chúng tôi đang tìm kiếm một loại kháng thể mạnh có khả năng vô hiệu hóa tất cả các coronavirus. “Chúng tôi đã chủng ngừa cho Winter với hy vọng có thể tạo ra một cơ thể nano đó. Và có thể chúng tôi đã khơi gợi nó, nhưng chúng tôi không cô lập nó ”.

Việc cô lập những vật thể nano nhỏ bé này rất khó, vì cơ thể tạo ra một số lượng rất lớn chúng và chỉ một phần nhỏ nhằm mục đích chống lại một loại virus cụ thể. Đó chính xác là vấn đề mà Yi Shi, giáo sư sinh học tế bào tại Đại học Pittsburgh, đang cố gắng khắc phục.

Những người hỗ trợ từ Wally và Winter

Trong một bài báo đăng trên tạp chí Science, Shi và các đồng nghiệp của ông đã tiết lộ một phương pháp quang phổ khối tiên tiến mới để chiết xuất các thể nano đó từ các mẫu máu của llama. Theo Shi và trợ lý nghiên cứu Yufei Xiang, tác giả chính của bài báo, kết quả là một tập hợp lớn các cơ thể nano có khả năng liên kết tốt với virus SARS-CoV-2.

Wally, được đặt theo tên con chó Labrador đen của nhà khoa học Yi Shi. Tín dụng: Ảnh do Đại học Pittsburgh cung cấp

“Công nghệ này tốt hơn hàng nghìn lần so với công nghệ hiện tại, đặc biệt là trong các đặc tính lựa chọn của nó,” Shi nói. “Chúng tôi muốn các cơ thể nano liên kết chặt chẽ với SARS-CoV-2 và với phương pháp này, chúng tôi có thể tạo ra một cơ thể nano có chất lượng dược phẩm mạnh hơn gấp 10.000 lần”.

Cũng như nghiên cứu của McLellan, thí nghiệm của Shi bắt đầu với một con llama, con này tên là Wally vì nó giống (và do đó có chung tên với) con Labrador đen của mình. Nhóm nghiên cứu đã tạo miễn dịch cho Wally chống lại SARS-CoV-2, chờ hai tháng để tạo ra các vật thể nano và sau đó Xiang đã sử dụng phương pháp mới của họ để phân tích các vật thể nano, xác định và định lượng chúng. Họ đã kết thúc với 10 triệu chuỗi nanobody.

Những vật thể nano này có thể ở nhiệt độ phòng trong sáu tuần và đủ nhỏ để chúng có thể được tạo khí dung, có nghĩa là chúng có thể được hít trực tiếp vào phổi thay vì di chuyển qua mạch máu.

Để xác nhận tính hiệu quả của các vật thể nano, Cheng Zhang, trợ lý giáo sư tại Đại học Pittsburgh, đã xác định cấu trúc của các vật thể nano liên kết với virus SARS-CoV-2 tại Viện Khoa học Y tế Tổng quát Quốc gia và Cơ sở Sinh học Cấu trúc của Viện Ung thư Quốc gia tại Cơ sở Nâng cao Nguồn Photon.

Shi cho biết: “Với phương pháp này, chúng tôi có thể phát hiện ra hàng nghìn thể nano có ái lực cực cao, khác biệt để gắn kết với kháng nguyên cụ thể. “Những vật thể nano này có thể cung cấp hoặc không thể điều trị COVID-19, nhưng công nghệ được sử dụng để phân lập chúng sẽ rất quan trọng trong tương lai.”

Chỉ có thời gian mới biết được liệu các vật thể nano có chuyển thành phương pháp điều trị hiệu quả chống lại COVID-19 hay không.

Gần đây nhất, một nhóm các nhà khoa học do Đại học Bonn ở Đức đứng đầu đã báo cáo các cơ thể nano mới được phát hiện có liên kết với SARS-CoV-2 và có thể ngăn chặn cái được gọi là “thoát đột biến”. Đó là khả năng của vi-rút tránh các phản ứng miễn dịch bằng cách đột biến và một phương pháp điều trị ngăn vi-rút làm như vậy sẽ bảo vệ chống lại sự tái nhiễm.

Nhóm nghiên cứu này đã kết hợp một số cơ thể nano thành các phân tử tấn công đồng thời các bộ phận khác nhau của virus, giúp ngăn chặn các đột biến của virus làm giảm hiệu quả điều trị. Những cơ thể nano này được lấy từ một con llama và một con alpaca đã được miễn dịch chống lại virus SARS-CoV-2, và trong số vài triệu ứng cử viên, chúng đã kết thúc với 4 phân tử được chứng minh là có hiệu quả.

Ian Wilson, giáo sư sinh học cấu trúc tại Viện nghiên cứu Scripps ở California, đã dẫn đầu nhóm thực hiện nghiên cứu nhiễu xạ tia X tại GM / CA tại Advanced Photon Source để xác định cấu trúc của các phân tử này liên kết với virus. (Các nhà nghiên cứu tại APS không làm việc với vi rút sống, mà với các tinh thể được nuôi cấy từ các protein mô phỏng.)

“Từ cấu trúc tinh thể được xác định từ dữ liệu thu thập tại APS và Nguồn bức xạ Synchrotron Stanford, chúng tôi có thể xác định các vị trí liên kết của các nanobodies trên miền liên kết thụ thể SARS-CoV-2, ”Wilson nói. “Thông tin cấu trúc tia X, kết hợp với dữ liệu kính hiển vi điện tử lạnh, đã được sử dụng để giúp thiết kế các kháng thể đa hóa trị mạnh hơn nữa để ngăn ngừa nhiễm COVID-19. Công việc cấu trúc tia X đã được tạo điều kiện thuận lợi rất nhiều nhờ việc truy cập ngay vào Nguồn Photon nâng cao. ”

Chỉ có thời gian (và các thử nghiệm tiếp theo) mới cho biết liệu các thể nano khác nhau có chuyển thành phương pháp điều trị hiệu quả chống lại COVID-19 hay không. Nhưng nếu họ làm vậy, chúng ta sẽ có một llama đáng yêu để cảm ơn vì điều đó.

(Nguồn scitechdaily.com)