Didelio masto tuberkuliozės baltymų tyrimas atskleidė keletą galimų antigenų, kurie galėtų būti sukurti kaip nauja vakcina nuo tuberkuliozės, mirtiniausios pasaulyje infekcinės ligos.
Naujajame tyrime MIT biologinių inžinierių komanda sugebėjo nustatyti saują imunogeninių peptidų iš daugiau nei 4000 bakterijų baltymų, kurie, atrodo, skatina stiprų atsaką iš tam tikros rūšies T ląstelių, atsakingų už imuninių ląstelių atsako į infekciją organizavimą.
Šiuo metu yra tik viena vakcina nuo tuberkuliozės, žinoma kaip BCG, kuri yra susilpnėjusi karvių tuberkuliozę sukeliančios bakterijos versija. Ši vakcina plačiai vartojama kai kuriose pasaulio vietose, tačiau ji menkai apsaugo suaugusiuosius nuo plaučių tuberkuliozės. Visame pasaulyje nuo tuberkuliozės kasmet miršta daugiau nei 1 mln.
„Vis dar yra didžiulė tuberkuliozės našta visame pasaulyje, kuriai norėtume daryti įtaką“, – sako Bryanas Brysonas, MIT biologinės inžinerijos docentas ir Ragono Masinio generalinio Brighamo instituto narys, MIT ir Harvardas.
„Tai, ką mes bandėme padaryti šioje pradinėje tuberkuliozės vakcinoje, yra sutelkti dėmesį į antigenus, kuriuos dažnai matėme savo ekrane ir kurie taip pat stimuliuoja žmonių, sirgusių tuberkulioze, T ląstelių atsaką.”
Brysonas ir Forestas White'as, Ned C. ir Janet C. Rice'ai, MIT biologinės inžinerijos profesoriai ir Kocho integruotųjų vėžio tyrimų instituto narys, yra vyresnieji tyrimo, kuris pasirodo Mokslas Transliacinė medicina. Owenas Leddy, mokslų daktaras. yra pagrindinis šio straipsnio autorius.
Vakcinos tikslų nustatymas
Kadangi BCG vakcina buvo sukurta daugiau nei prieš 100 metų, jokios kitos tuberkuliozės vakcinos nebuvo patvirtintos. Mycobacterium tuberculosis gamina daugiau nei 4000 baltymų, todėl sunku išsirinkti baltymus, kurie gali sukelti stiprų imuninį atsaką, jei būtų naudojami kaip vakcina.
Naujajame tyrime Brysonas ir jo studentai nusprendė susiaurinti kandidatų lauką, nustatydami TB baltymus, esančius užkrėstų žmogaus ląstelių paviršiuje.
Kai imuninė ląstelė, pvz., fagocitas, yra užkrėsta Mycobacterium tuberculosis, kai kurie bakterijų baltymai susmulkinami į fragmentus, vadinamus peptidais, kuriuos ląstelės paviršiuje rodo MHC baltymai. Šie MHC-peptidų kompleksai veikia kaip signalas, galintis aktyvuoti T ląsteles.
MHC arba pagrindiniai histo suderinamumo kompleksai yra dviejų tipų, žinomų kaip I ir II klasės. I klasės MHC aktyvina žudikes T ląsteles, o II klasės MHC stimuliuoja pagalbines T ląsteles. Žmogaus ląstelėse yra trys genai, galintys koduoti MHC-II baltymus, ir kiekvienas iš jų turi šimtus variantų. Tai reiškia, kad bet kurie du žmonės gali turėti labai skirtingą MHC-II molekulių, turinčių skirtingus antigenus, repertuarą.
„Užuot pažiūrėję į visus tuos 4000 TB baltymų, norėjome paklausti, kurie iš tų TB baltymų iš tikrųjų patenka į likusią imuninę sistemą per MHC“, – sako Brysonas. „Jei galėtume tiesiog atsakyti į šį klausimą, galėtume sukurti vakcinas, kurios atitiktų tai.”
Norėdami atsakyti į šį klausimą, mokslininkai užkrėtė žmogaus fagocitus Mycobacterium tuberculosis. Po trijų dienų jie iš ląstelių paviršių išskyrė MHC-peptidų kompleksus, tada identifikavo peptidus naudodami masės spektrometriją.
Sutelkdami dėmesį į peptidus, susietus su MHC-II, mokslininkai rado 27 TB peptidus iš 13 baltymų, kurie dažniausiai pasirodė užkrėstose ląstelėse. Tada jie toliau išbandė tuos peptidus, pateikdami juos T ląstelėms, kurias padovanojo žmonės, kurie anksčiau buvo užsikrėtę tuberkulioze.
Jie nustatė, kad 24 iš šių peptidų bent kai kuriuose mėginiuose sukėlė T ląstelių atsaką. Nė vienas iš baltymų, iš kurių buvo gauti šie peptidai, neveikė kiekvienam donorui, tačiau Bryson mano, kad vakcina, naudojanti šių peptidų derinį, greičiausiai tiktų daugumai žmonių.
„Tobulame pasaulyje, jei bandytumėte sukurti vakciną, pasirinktumėte vieną baltymą ir tas baltymas būtų pateiktas kiekviename donore. Tai turėtų būti naudinga kiekvienam žmogui”, – sako Brysonas. „Tačiau, naudodami savo matavimus, dar neradome TB baltymo, kuris apimtų kiekvieną donorą, kurį iki šiol analizavome.”
Įveskite mRNR vakcinas
Tarp tyrėjų nustatytų vakcinos kandidatų yra keli peptidai iš baltymų klasės, vadinamos 7 tipo sekrecijos sistemomis (T7SS). Kai kurie iš šių peptidų taip pat buvo nustatyti ankstesniame Brysono laboratorijos MHC-1 tyrime.
„7 tipo sekrecijos sistemos substratai yra labai maža viso tuberkuliozės proteomo dalis, tačiau žiūrint į MHC I arba MHC II klasę, atrodo, kad ląstelės pirmenybę teikia jiems“, – sako Brysonas.
Du geriausiai žinomus iš šių baltymų – EsxA ir EsxB – išskiria bakterijos, kad padėtų joms ištrūkti iš membranų, kurias fagocitai naudoja apgaubdami juos ląstelėje. Nė vienas baltymas negali prasiskverbti pro membraną savaime, tačiau susijungę ir sudarydami heterodimerį, jie gali išdurti skylutes, kurios taip pat leidžia išeiti kitiems T7SS baltymams.
Norėdami įvertinti, ar jų identifikuoti baltymai gali būti gera vakcina, mokslininkai sukūrė mRNR vakcinas, koduojančias dvi baltymų sekas – EsxB ir EsxG. Tyrėjai sukūrė keletą vakcinos versijų, kurios buvo skirtos skirtingiems ląstelių skyriams.
Tada mokslininkai pristatė šią vakciną į žmogaus fagocitus, kur jie nustatė, kad vakcinos, nukreiptos į ląstelių lizosomas – organeles, kurios skaido molekules, buvo veiksmingiausios. Šios vakcinos sukėlė 1000 kartų daugiau MHC TB peptidų nei bet kurios kitos.
Vėliau jie išsiaiškino, kad į vakciną pridėjus EsxA, jų pateikimas buvo dar didesnis, nes tai leidžia susidaryti heterodimerams, kurie gali prasiskverbti pro lizosomų membraną.
Šiuo metu mokslininkai turi aštuonių baltymų mišinį, kuris, jų manymu, gali pasiūlyti apsaugą nuo tuberkuliozės daugeliui žmonių, tačiau jie ir toliau tiria derinį su kraujo mėginiais iš viso pasaulio. Jie taip pat tikisi atlikti papildomus tyrimus, kad išsiaiškintų, kiek apsaugos ši vakcina suteikia gyvūnų modeliuose. Tikėtina, kad bandymai su žmonėmis bus atlikti po kelerių metų.
Ši istorija iš naujo paskelbta „MIT News“ (web.mit.edu/newsoffice/), populiarios svetainės, kurioje pateikiamos naujienos apie MIT tyrimus, inovacijas ir mokymą, dėka.