ВИЧ/СПИД: 30 лет за 30 недель - 1998

[shvarz]

Сегодняшний выпуск посвящен открытию, которое одновременно было помещено на обложку двух самых престижных научных журналов - Science и Nature (такое случается нечасто).

У ВИЧ единственный вирусный белок, который виден иммунной системе на поверхности вириона - это белок оболочки. Поэтому первые попытки сделать вакцину были нацелены именно на него. Но введение этого белка людям и подопытным животным не вызывало нужного иммунного ответа - вырабатывшиеся в ответ на него антитела не нейтрализовали вирус и первое большое клиническое испытание показало, что они не предотвращали инфекцию. Почему это так, стало понятно после работ в лаборатории Джо Содроски. Там пытались получить кристаллы белка оболочки, которые позволили бы узнать его структуру. Пытались долго и упорно, но кристаллы не образовывались. Дело в том, что для образования кристалла требуется более-менее стабильная форма белка, которая может повторяться в кристаллической матрице в одинаковой конфигурации. Про белок оболочки ВИЧ было известно, что во-первых, он весь обвешан олигосахарами, которые не имеют стабильной структуры, а во-вторых, имеет вариабельные участки, которые тоже очень нестабильны и не сворачиваются в стандартные альфа-спирали и бета-складки. Отсюда и проблемы с кристаллизацией.

Питер Квонг, студент в лаборатории Джозефа Содроски, наделал целую кучу вариантов белка оболочки ВИЧ, из которых он (во многом наугад) вырезал разные вариабельные куски и места крепления олигосахаров и после этого пытался получить кристаллы этих измененных белков. Конечно, такие изменения в последовательности белка могли изменить и его структуру, поэтому все варианты проверялись на функциональность - способность связываться с рецептором, с которым обычно связывается ВИЧ, и на распознование ВИЧ-специфичными антителами. Если структура белка менялась очень сильно, то он переставал связываться с рецептором и/или распозноваться антителами. Такие варианты сразу отбрасывались. И в итоге Питеру удалось получить кристаллы, да не просто белка оболочки, а в комплексе с рецептором и с антителом.

Полученная структура многое объяснила в свойствах белка оболочки. Было уже известно, что он является тримером, но в структуре стало видно, что все неизменные его части спрятаны глубоко в середине комплекса. Когда мономерный белок использовался в качестве вакцины, антитела, выработанные к этим неизменным частям, оказывались бесполезны, потому что в тримере на поверхности вируса эти части были спрятаны. Снаружи оставались лишь изменчивые петли, вырабатывать антитела к которым было бесполезно, потому что они не были важны для функции белка и вирус мог легко их изменять. Более того, множественные олигосахара оказались стратегически расположены на поверхности белка так, что предотвращали доступ к нему антител. Но как же связывание с рецептором? Ведь этот район функционально очень важен для вируса и должен располагаться на поверхности. На структуре было видно, что этот район построен в виде глубокой впадины в поверхности белка, которая часто меняет форму и лишь иногда приоткрывается для связывания с рецептором. После начального слабого связывания с рецептором, белок меняет форму на ту, которая позволяет более прочное связывание (так называемый induced fit). И уже эта форма способна распознать дополнительный ко-рецептор, который и используется вирусом для попадания в клетку. Постоянно меняющаяся конформация белка тоже служит защитой от антител, которые довольно специфчны в распознавании антигенов.

Так что эта структура, хотя она и не была полной структурой белка оболочки, многое объясняла в свойствах вируса и в том, почему первые попытки разработать вакцину были неудачными. И, конечно, давала надежду на то, что это знание позволит разработать эффективную вакцину. Как это водится, задача оказалась сложнее, чем ожидалось и реальную пользу в разработке вакцины эта структура начинает приносить лишь сейчас, тринадцать лет спустя. Питер Квонг вырос из студента в профессора и сейчас делает удивительные по красоте и смелости работы, в которых он манипулирует и перестраивает белок оболочки ВИЧ так, как ему угодно. Это позволило, например, ему с товарищами в прошлом году создать "приманку" на которую они выловили из некоторых ВИЧ пациентов нейтрализующие антитела очень широкого спектра действия.

А вот структуру полного немодифицированного белка оболочки с тех пор так получить и не удалось.

Comments

[katy05katy05.livejournal.com]

Спасибо!Вопрос, что такое "тример"?

[shvarz.livejournal.com]

Комплекс, состоящий из трех одинаковых частей. Может у меня задвиг и по-русски такого слова нет?

[katy05katy05.livejournal.com]

В таком значении еще не встречал. Этот выпуск как то тяжело читается. Т.е. открытие заключается в расшифровке структуры оболочки ВИЧ?

[shvarz.livejournal.com]

Структуры белка оболочки ВИЧ. Сама оболочка - липидная мембрана, которую вирус берет у клетки хозяина, но в ней находятся тримеры белка оболочки, которые отвечают за распознавание рецептора на клетке-мишени.

Какие места трудно читаются? Я поправлю.

[katy05katy05.livejournal.com]

Да в общем. Видимо это связано с б0льшим количеством спец терминов, по сравнению с предыдущими выпусками. Пришлось погуглить в процессе чтения.

[Александр Коротков (from livejournal.com)]

Все правильно: димер, тример, тетрамер и т.д. Работа и правда фантастическая, я в свое время занимался кристаллизацией белков и их комплексов, могу оценить))))

[riftsh.livejournal.com]

> А вот структуру полного немодифицированного белка оболочки с тех пор так получить и не удалось.

Уже удалось:
3TIH Crystal structure of unliganded HIV-1 clade C ZM109F.PB4 gp120 core
3TGQ Cyrstal structure of unliganded HIV-1 YU2 gp120 core
3TGR Cyrstal structure of unliganded HIV-1 clade C1086 gp120 core
3TGT Cyrstal structure of unliganded HIV-1 clade A/E93TH057 gp120 core
3M4K Structure of an unliganded YU2 HIV-1 gp120
3M4L Structure of an unliganded Clade C HIV-1 gp120
3M4M Structure of an unliganded Clade E HIV-1 gp120
Внесены в PDB две недели назад, будут доступны через несколько месяцев.

Но, кроме этого, есть еще две структуры почти "полного" gp120:
http://dx.doi.org/10.2210/pdb3lqa/pdb - http://dx.doi.org/10.1038/nsmb.1796
http://dx.doi.org/10.2210/pdb3se9/pdb - статья еще не опубликована

Структура gp41 известна давно.

[shvarz.livejournal.com]

Ключевое слово в первых четырех - core, то есть это тоже обрезанные белки, без вариабельных участков. Следущие три звучат интереснее - кто это сделал узнать можно?

[riftsh.livejournal.com]

В общем случае core включает гипервариабельные участки, см. напр., Huang et al., Structure of a V3-Containing HIV-1 gp120 Core, Science, 2005, 310 (5750): 1025-1028.

Все новые структуры - Питера Квонга. Я пока не знаю, видят ли они V3 на этих структурах.

[shvarz.livejournal.com]

То, что полной структуры еще не удалось получить написал сам Питер Квонг :)
Может скромничает (что на него не похоже), а может все не так уж хорошо, как кажется.

Из статьи 2005 года: Truncations of the N-terminus, C-terminus,
and substitution of the tripeptide GAG for the V1/V2 region were identical to those previously described.
То есть V3 они добавили, но остальные модификации остались.

[riftsh.livejournal.com]

Про эти он еше не успел написать, последняя внесена в PDB 20 августа. Обоих хвостов (40 и 70 остатков) на предыдущих стуктурах нет, но их важность не очевидна.

[vasja-iz-aa.livejournal.com]

Люди, которые структуры кристаллами решают -- они самые мудрые шаманы во всей современной науке, наверное.

[shvarz.livejournal.com]

Структуры решать - много ума не надо. Наоборот - загнивающая профессия, населена роботами. Вот дизайнить белки с нужными функциями - это да.

[vasja-iz-aa.livejournal.com]

Ну оно конечно, колотить в бубен, прыгать и орать дурным голосом ума много не надо... Вроде бы. Однако если поинтересоваться результатами, то можно с удивлением обнаружить, что изгонять бесов получается далеко не у каждого.

[kubischkin.livejournal.com]

структуру полного немодифицированного белка оболочки с тех пор так получить и не удалось.

вэй-вэй, куда только смотрят ЯМРщики... А в чём там сложность? Трансмембранные домены или ещё там чего?

[shvarz.livejournal.com]

Не знаю, наверно есть какие то заморочки.

Наука организована не эффективно

[alexbula.livejournal.com]

У меня давно сложилось впечатление что наука как систе конвертации ресурсов в продуктивные знания работает чрезвычайно не эффективно. Прорывы являются уникально редкими а 99% затрат денег и усилий в конечном счете идет в ведро (оказываются не информативными, боковыми ветвями). Кто нибудь пытался посчтитать суммарные затраты человечества на исследования в области ВИЧ за 30 лет? Я думаю, что это миллионы ( а может и десятки миллионов) человекочасов очеь квалифицированных работников и много много миллиардов долларов а что на выходе? Пяток сносных химиопрартов дающих некий контроль вирусемии на какое то время при этом с ворохом побочки и при том что надо пить ежедневно, пожизнно и горстями. Ну да, фармкомпании, в итоге в шеколаде, но не пациенты. Вот только только коечто узнали о структуре антигенов и может быть лет через 10 получится эффективная коммерческая вакцина. Чудовищная, космических масштабов неэффективность! Вы не находите?

Re: Наука организована не эффективно

[crustgroup.livejournal.com]

Ну, религия организована ещё более неэффективно.
Один достоверно ушёл в нирвану, один достоверно спасён на небо.
И это - все результаты за более, чем 2000 лет?
Пепел невинно усопших стучит в наши сердца! ;)

А если серьёзно - что Вы хотели от науки? Она оперирует знаниями, каждое из которых - результат неочевидного выбора между громадной палитрой возможностей.
Ньютон, пока додумался до своих простейших законов механики, говорят, полгода перед женой не мог супружеский долг исполнить - настолько в механику погрузился.
А биохимия - это вообще миллиарды и триллионы возможных комбинаций простейших сущностей. Миллионы человеко-часов просто меркнут перед этим спектром возможного.

Re: Наука организована не эффективно

[alexbula.livejournal.com]

Это все общие слова, уж простите. Я вам конкретный пример привел с конкретными цифрами а вы мне про пепел клааса...
Это все понятно про сложность природы и тернистый путь науки... Бла бла бла...
мой конкретный пример как раз и говорит о том что как "гора рожает мышь"
Таких примеров много. Если бы корпорации и отдельные домохозяйства действовали также "эффективно" как наука то мир рухнул бы еще до Рождества Христова. Институт науки на 90-95 % такой же развод как церкви, политики и тому подобное. Люди очень грамотно и системно паразитируют на отсталости и лени большей части населения.

Re: Наука организована не эффективно

[crustgroup.livejournal.com]

Ну - если институт науки - это развод населения - то почему бы Вам лично не вернуться в 16 век? Со всеми вытекающими, замечательными и аппетитными подробностями тогдашней жизни? Почему Вы согласны использовать достижения науки, но при этом обвиняете её в некой "неэффективности"? У Вас есть путь мистического знания, который позволяет без нудных и дорогостоящих экспериментов, без построения сложных и не всегда очевидных гипотез увидеть самую суть вещей? Поделитесь, я с удовольствием буду использовать это знание в повседневной жизни.

Пример с корпорациями и домохозяйствами, приведенный Вам тоже, к сожалению, неудачен.

Домохозяйства и корпорации живут по уже писаным правилам, в специально выстроенной для них достаточно искусственной негэнтропийной среде. Поместите современного офисного работника в "чисто поле" и попросите его воспроизвести весь технологический процесс своей корпорации без инструментов, подготовленного сырья, энергии, технологий и знаний - его результат не будет сильно лучше результата среднего научного работника.

Это как сравнивать эффективность эволюции и эффективность современной E.coli.
Современная E.coli эффективна? Да безумно!
А эффективна ли её эволюция? Ну... 4 миллиарда лет помучались всего-то.

Re: Наука организована не эффективно

[vasja-iz-aa.livejournal.com]

чрезвычайно эффективно. из ретровирусов делают прекрасные инструменты для генных инженеров, например. и с помощьюю этих инструментов мы дофига чего фундаментального обнаруживаем

а производство вакцин, это бизнес такой, а не наука

Re: Наука организована не эффективно

[shvarz.livejournal.com]

Для такого разговора надо сначала аккуратно определить термины. Как вы измеряете эффективность? Деньгами? Но многие вещи деньгами не измеришь. Если вы умираете или умирают ваши близкие друзья, то как вы оцените денежную эффективность лечения? Возьмете потенциальный вклад вашего друга в ВВП за потерянные в результате смерти годы и сравните со стоимостью лечения? И если второе окажется выше, то со спокойной совестью откажете ему в этом лечении, потому что неэффективно?

Ну да, фармкомпании, в итоге в шеколаде, но не пациенты.
Может стоит спросить пациентов?

Вот только только коечто узнали о структуре антигенов и может быть лет через 10 получится эффективная коммерческая вакцина.
Странная логика. А эти 10 лет что делать? А если через 10 лет не получится? Вот, например, сломали вы руку и ваш друг предлагает вам на своем запорожце вас подвезти до госпиталя. А вы ему - не поеду я на твоем запорожце, через 10 лет может придумают нуль-транспортировку, тогда я до госпиталя и доберусь :)

Re: Наука организована не эффективно

[alexbula.livejournal.com]

зачем передергивать. Фабула моего клиента слишком очевидна чтобы ее доказывать и расжевывать.
У эффективности много дифиниций, и можно запросто утопить любой анализ в бескровных дифиициях. Разумеется не все измеряется деньгами, но внятном фарм индустрия в лице отдельного монстра типа Эбота или Глаксо при разработке своей маркетинговой стратегии руководствуется таким патетично как наши с вами душевные материи. Я неслучайно привел пример из ВИЧ посколько знаю и индустрию и организацию службы изнутри, кроме того знаю и конкретных больных очень и очень хороше. Да, их жизнь вроде как спасена. Н есть так много но что часто и ои (больные) и я са задавались копимом а кому нужна такая жизнь. И если быть до конца честным то я. Знаю какой дать ответ на этот вопрос. Посмотрите к чему привели затраты в десятки а может и сотни милиардов долларов за тридцать лет существования проблемы. Фарм и Иже с ними производители реагентов ( на ведение одного ВИЧ пациента в год расходуется огромные суммы на различные анализы в том числе очеь дорогостоящие) зарабатывают в год примерно 15-30000 уе. Умножте на количество больных и годы ( деяние ежедвное и пожизненное). У вас получится прпимерно милиардов цать в год. Пибавте к этому армию чиновников здравоохранения, аптекаерй, торговых компаний. Получится огромная армия не плохо живущих людей. Что получает больной на имере Москвы ( не самый худший пример). Ежедневно по часам выпивать горсть химии. Потом в течение дня не слезать с унитаза изза рвоты или поноса. В голове туман, как будто с будуна. Раз в месяц ( а он пролегает ой как быстро) приезжать в городской центр СПИДа, мрачное и омерзительное заведение, омерзительное в первую очередь изза отношения к тебе людей в белых халатах. Отстоять очередь, взять рецепты на новую порцию химии, сдать кровь, потом тащится в другой конец города чтобы там отпустить эти рецепты в специаальной уполномоченной аптеке. Итак каждый месяц, каждый год всю жизнь. Перечисленная субъективная побочка это только цветочки. Самое мерзкое происходит в организме на клеточном и биохимическом уровне. Разваливается печень, миокард, мозг, сосуды. Старение больного ВИЧ по с равнению с обычным человеком ускоренно в разы.
А в остальном шикарная экономическая эффективность у бенифициаров индустрии и прогресс науки, премии, титулы, поездки, гранты, конгрессы, море публикаций в научных журналах и т.д. и т.п. Если у вас все это вызывает поросячий восторг, то у меня НЕТ. Я на 100% уверен, что при другом подходе к решению проблемы, задача была бы уже решена и совершенно с другим результатом.

Re: Наука организована не эффективно

[crustgroup.livejournal.com]

Нет, лучше умереть в 35 лет, как это случилось у одной моей знакомой.
Двое детей - 5 и 7 лет - теперь на бабушке.

"Спеклась" за 7 лет - решила не пить ВАРТ.

Re: Наука организована не эффективно

[shvarz.livejournal.com]

Вы завели вопрос об эффективности. Эффективность, по определению, - величина количественная, т.е. предполагает возможность измерить и сравнить. Сравнить "вход и выход". Сравнить "метод 1" и "метод 2". Без этих цифр разговор становится бессмысленным, потому что вы считаете, что неэффективна, а я - что эффективна, но это лишь мнение. А то, что вы начинаете разговор с того, что вы "на 100% уверены", говорит мне о том, что разговор будет очень неэффективным :)